發(fā)布時間：2020-04-17所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：利用兩級內(nèi)循環(huán)浮選技術(shù)處理三元復(fù)合驅(qū)污水，考察了PAM質(zhì)量濃度、SDBS質(zhì)量濃度、污水溫度、供氣量、pH值和水力停留時間對油一水分離的影響。利用顯微鏡成像技術(shù)分析油粒數(shù)量隨時間的變化規(guī)律結(jié)果表明，PAM的存在能夠減小SDBS對油一水分離性能的影響，
摘要：利用兩級內(nèi)循環(huán)浮選技術(shù)處理三元復(fù)合驅(qū)污水，考察了PAM質(zhì)量濃度、SDBS質(zhì)量濃度、污水溫度、供氣量、pH值和水力停留時間對油一水分離的影響。利用顯微鏡成像技術(shù)分析油粒數(shù)量隨時間的變化規(guī)律結(jié)果表明，PAM的存在能夠減小SDBS對油一水分離性能的影響，提高油去除率。三元復(fù)合驅(qū)污水溫度和初始油濃度對油去除率影響較小，而污水pH值、供氣量和水力停留時間的影響較大。當(dāng)pH>9.5、供氣量為1.5～2.0m。/h和水力停留時間2.0h時，三元復(fù)合驅(qū)污水油去除率較高，達到85%以上。顯微鏡成像顯示，油粒直徑在3.O～15.0m范圍，水力停留時間前1.0h中污水中油粒數(shù)量減少較多，而后1.0h中減少緩慢。
關(guān)鍵詞：油一水分離;內(nèi)循環(huán);浮選;聚丙烯酰胺(PAM)
隨著大慶油田進入開發(fā)中后期，三元復(fù)合驅(qū)開采逐漸成為其提高原油采收率的重要技術(shù)手段。三元復(fù)合驅(qū)開采是將堿、表面活性劑和聚合物按一定比例配制成水溶液，注入地層后形成原油和水溶液的混合液，然后被開采出來的技術(shù)。采出的混合液中除含有油和水基本成分外，還含有堿、表面活性劑和聚合物等物質(zhì)，使油一水分散體系十分穩(wěn)定，油一水不容易分離。
目前，油田主要采用重力分離法和氣浮法對含油污水進行預(yù)處理，再利用過濾工藝完成后續(xù)處理。由于三元復(fù)合驅(qū)含油污水中殘留表面活性劑和聚合物等物質(zhì)，污水的黏度大、乳化嚴(yán)重、油粒在水中分散程度和穩(wěn)定性高，使油田預(yù)處理工藝分離效率降低，聚合物在過濾器內(nèi)累積，導(dǎo)致濾料板結(jié)，也導(dǎo)致處理后水質(zhì)遠不能滿足油田回注水質(zhì)的要求。
浮選技術(shù)自2O世紀(jì)60年代Tremblay等I1]獲專利后不斷發(fā)展起來，并獲得廣泛應(yīng)用。該技術(shù)可極大提高油去除率，但傳統(tǒng)的氣浮工藝不能適用于水質(zhì)復(fù)雜的三元復(fù)合驅(qū)污水的處理，開發(fā)一種新型預(yù)處理工藝已迫在眉睫。根據(jù)浮選柱分離技術(shù)和氣提原理_2]，采用內(nèi)外浮選柱相互嵌套結(jié)構(gòu)的兩級內(nèi)循環(huán)浮選分離技術(shù)，克服了傳統(tǒng)氣浮氣泡和油粒黏附效率低的弊端，在運行方式上可實現(xiàn)氣泡和油粒的多次黏附，極大地提高三元復(fù)合驅(qū)污水的油水分離效率，在油田三元復(fù)合驅(qū)和含聚污水處理上具有廣闊的應(yīng)用前景。
1實驗部分
1.1實驗裝置
實驗裝置由兩級內(nèi)循環(huán)浮選油一水分離器、微型空氣壓縮機、流量計、蠕動泵、數(shù)顯剪切乳化攪拌機和溫控系統(tǒng)組成。內(nèi)循環(huán)浮選油一水分離器由下部內(nèi)外筒嵌套式結(jié)構(gòu)的浮選分離區(qū)和上部油～水氣沉淀分離區(qū)構(gòu)成，內(nèi)筒下部安裝美國Mott公司燒結(jié)金屬氣體擴散器。空氣經(jīng)擴散器分配后進入內(nèi)筒，使內(nèi)筒和內(nèi)外筒間環(huán)形空間含氣率不同，產(chǎn)生一定的密度差，形成了內(nèi)循環(huán)流動的推動力。內(nèi)循環(huán)夾帶分散油粒運動，實現(xiàn)了油粒和氣泡的多次碰撞和黏附，產(chǎn)生微氣泡浮選作用口]，強化了油一水分離。同時分離器在構(gòu)造上采用了兩級串聯(lián)，在運行方式上可以實現(xiàn)兩級內(nèi)循環(huán)浮選分離作用。兩級間設(shè)置錐形導(dǎo)流罩_6]，可加強液體的內(nèi)循環(huán)流動，從而增加氣泡與油粒的黏附機會，避免了常規(guī)浮選柱的霧沫夾帶和返混的缺陷。
分離器主體尺寸為0.2m×1.5m，由有機玻璃制成，有效容積0.04m。。德國THOMAS微型空氣壓縮機(2660CGHI37D)，氣體最大流量3.0/h。配制pH值為9.5的三元復(fù)合驅(qū)污水，其中油質(zhì)量濃度(c)為500.0mg/L、聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度(c(PAM))為200.0mg/L、十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量濃度(c(SDBS))為2O.0mg/L。將配制好的三元復(fù)合驅(qū)污水注入溶液箱內(nèi)，利用剪切乳化攪拌機不斷攪拌。采用蠕動泵連續(xù)進液，溫控儀控制分離器內(nèi)三元復(fù)合驅(qū)污水溫度，每隔30.0min取樣，測定油濃度。主要考察溫度()、水力停留時間(t)、供氣量(q)和初始油濃度()等條件對三元復(fù)合驅(qū)污水油一水分離性能的影響規(guī)律。
1.3油樣及試劑
0號柴油，大慶煉化公司產(chǎn)品;聚丙烯酰胺(PAM)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠產(chǎn)品;NaOH，分析純，天津市津北精細化工有限公司產(chǎn)品;濃硫酸，試劑級，哈爾濱市新達化工廠產(chǎn)品。利用蒸餾水配制1mol/L氫氧化鈉和硫酸儲備溶液。
2結(jié)果與討論
2.1三元復(fù)合驅(qū)污水組成對油一水分離性能的影響
2.1.1聚丙烯酰胺濃度的影響
在pH值9.5、水溫30.0℃、供氣量1.6rn。/h和水力停留時間2.0h的條件下，考察無十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)復(fù)合驅(qū)污水中聚丙烯酰胺濃度(c(PAM))對油去除率的影響，其結(jié)果如圖1所示。
由圖1可見，無十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)復(fù)合驅(qū)污水的油去除率隨著聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。當(dāng)聚丙烯酰胺濃度為180.0mg/L時，油去除率最高，達到94.3%。這是因為聚丙烯酰胺是鏈狀高分子聚合物，分子中大量極性基團能吸附水中分散油粒口，使其更加容易與氣泡黏附，因而隨著聚丙烯酰胺濃度的增加，油去除率增加口川。若聚丙烯酰胺濃度繼續(xù)增加，鏈狀分子會相互形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使污水黏度增加、氣泡微細并且十分穩(wěn)定口。。。氣泡數(shù)量急劇增加，使內(nèi)筒和內(nèi)外筒環(huán)形空問的密度差反而減小，導(dǎo)致液體的內(nèi)循環(huán)流量減小，氣泡和油粒間的多次黏附效應(yīng)受到破壞，導(dǎo)致油去除效率下降。
2.1.2表面活性劑濃度的影響
在pH值為9.5、水溫為30.0℃，供氣量為1.6m。/h和水力停留時間為2.0h的條件下，考察無聚丙烯酰胺復(fù)合驅(qū)污水中十二烷基苯磺酸鈉濃度(c(SDBs))對油去除率的影響，其結(jié)果如圖2所示。
由圖2可見，無聚丙烯酰胺復(fù)合驅(qū)污水的油去除率隨著SDBS表面活性劑濃度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢;當(dāng)c(SDBS)<120.0mg/L時，油去除率下降較慢，而c(SDBS)>20.0mg/L時，油去除率下降較快，表明SDBS的存在對污水的油一水分離性能影響較大。這是因為SDBS是離子型的表面活性劑，在水中電離成親水一親油基團離子，親水一親油基團離子吸附到油粒表面使其帶有電荷，油粒間的靜電互斥作用會阻止油粒聚并。隨著SDBS濃度的增加，帶電油粒在油一水界面的兩側(cè)構(gòu)成雙電層結(jié)構(gòu)，進一步加強了油粒親水性和排斥作用口。同時表面活性劑存在大大降低了污水的表面張力，使氣泡和油粒間的接觸角增大，氣泡和油粒的黏附性變差，使油去除率隨表面活性劑濃度的增加而降低。
2.1.3聚丙烯酰胺和SDBS共存時的影響
在PAM和SDBS質(zhì)量濃度分別為180.0mg/L和5.0mg/L條件下，考察PAM和SDBS共存時對復(fù)合驅(qū)污水油一水分離效能的影響。在pH值9.5、水溫30.0℃、供氣量1.61TI。/h的條件下，測定了水力停留時間分別為1.0和2.0h的油去除率，并與單因素進行比較，其結(jié)果列于表1。
從表1可以看出，延長t能夠提高油一水分離效率。與PAM相比，SDBS對油一水分離性能的影響較大，但PAM和SDBS共存時會減小SDBS對油一水分離性能的影響程度。在t一2.0h、PAM和SDBS共存時的油去除率比PAM單獨存在時的油去除率減小，但卻比SDBS單獨存在時的油去除率高。這是因為污水中PAM濃度遠大于SDBS的濃度。PAM長鏈狀高聚物分子的大量極性基團能吸附水中懸浮的油粒和SDBS_l，原本已經(jīng)架橋的油粒同樣會吸附SDBS，使油粒表面帶上電荷而降低了油水分離效果。然而PAM對含有SDBS的污水具有吸附架橋和絮凝作用，可增加油一水分離效果。
2.2三元復(fù)合驅(qū)污水pH值對油一水分離性能的影響
在水溫30.0℃、PAM和SDBS質(zhì)量濃度分別為180.0mg/L和5.0mg/L、供氣量1.6II1。/h條件下，考察污水中pH值對其油去除率的影響，結(jié)果如圖3所示。
由圖3可見，三元復(fù)合驅(qū)污水的油去除率隨pH值增大呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，pH值為中性時油去除率最差。當(dāng)水力停留時間2.0h時，pH值為2.5的酸性三元復(fù)合驅(qū)污水的油去除率達到85.7;pH值大于9.5的堿性三元復(fù)合驅(qū)污水的油去除率大于82.6。
采用XSZ-HS7型顯微鏡觀察堿性條件下三元復(fù)合驅(qū)污水中油粒的分布，利用PanasonicWV-CP240型數(shù)據(jù)采集器采集后輸入計算機處理，所得圖像如圖4所示。由圖4可知，堿性條件下三元復(fù)合驅(qū)污水中的油粒發(fā)生凝聚而相互聚集，并且這種聚集方式不同于乳化液中加入含高價金屬離子的絮凝劑產(chǎn)生絮狀物的油粒聚集方式。堿性三元復(fù)合驅(qū)污水獲得較高的油去除率，可能是堿性條件下油粒問的自我凝聚和浮選效應(yīng)共同作用的結(jié)果。
在酸性條件下三元復(fù)合驅(qū)污水中的油粒并無此聚集現(xiàn)象，但同樣具有較高油去除率，可能是因為十二烷基苯磺酸鈉是一種弱酸鹽，酸性條件下電離平衡向生成酸分子方向進行，結(jié)合了更多的酸根離子，弱化了污水中表面活性劑的作用，使油粒所帶電荷減少，由電效應(yīng)產(chǎn)生的油粒穩(wěn)定性減弱，有利于與氣泡相黏和油粒的聚并，從而使酸性條件下油去除率較高。
2.3溫度對三元復(fù)合驅(qū)污水油一水分離性能的影響
在pH值9.5、PAM和SDBS質(zhì)量濃度分別為180.0mg/L和5.0mg/L、供氣量L6m。/h和水力停留時問2.0h條件下，考察三元復(fù)合驅(qū)污水溫度對其油去除率的影響，結(jié)果如圖5所示。
由圖5可見，總體上污水溫度對油去除率影響不大。當(dāng)污水溫度低于30.0℃時，提高污水溫度可使油去除率增大。污水溫度高于30.0℃時，升高污水溫度，油去除率基本不變。這是因為污水溫度升高會減小界面膜的彈性和黏度，降低界面膜的強度，從而增強了氣泡和油粒的黏附以及油粒問聚并作用。然而由于聚丙烯酰胺和表面活性劑的存在，使依靠污水溫度升高形成的界面膜變形和擠壓作用_】。導(dǎo)致的油粒問聚并，以及氣泡與油粒黏附形成的微細氣泡浮選作用有限，所以污水溫度對油去除率影響較小。
相關(guān)論文還可參考：污水處理新改革管理方式制度
2.4供氣量對三元復(fù)合驅(qū)污水油一水分離性能的影響
浮選油一水分離過程是氣一液界面?zhèn)髻|(zhì)過程，氣泡數(shù)量在一定范圍內(nèi)與供應(yīng)氣體量成正比，氣泡數(shù)量的多少會影響油一水分離效率。在污水溫度30.0。C、pH值9.5、污水中PAM和SDBS質(zhì)量濃度分別為180.0mg/L和5.0mg/L、水力停留時間2.0h的條件下，考察供氣量對三元復(fù)合驅(qū)污水油去除率的影響，結(jié)果如圖6所示。
由圖6可見，三元復(fù)合驅(qū)污水油去除率隨供氣量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。當(dāng)供氣量為1.7m。/h時，油去除率達到最大;當(dāng)供氣量小于1.7m。/h時，隨著供氣量的增大污水中氣泡數(shù)量增多，內(nèi)筒與內(nèi)外筒環(huán)形空間的密度差增大，使液體的內(nèi)循環(huán)流量增大l1，內(nèi)循環(huán)的油粒夾帶作用使氣泡和油粒問的多次黏附，并減小了返混現(xiàn)象，從而提高了油一水分離效率;當(dāng)供氣量大于1.7m。/h時，隨著供氣量的增大污水中氣泡數(shù)量不斷增多，導(dǎo)致內(nèi)筒與內(nèi)外筒環(huán)形空間的密度差減小，液體的內(nèi)循環(huán)流量減小，內(nèi)循環(huán)的夾帶作用大大減弱，氣泡和油粒間的黏附效應(yīng)減小，從而降低了油去除率。另外，較高的供氣量也使分離器紊流加劇造成筒內(nèi)乳化液返混劇烈，油粒無法上浮到液面，反而使油去除率下降口。。
2.5初始油濃度對三元復(fù)合驅(qū)污水油一水分離性能的影響
在污水溫度30.0℃、pH值9.5、污水中PAM和SDBS質(zhì)量濃度分別為180.0mg/L和5.0mg/L、供氣量1.6m。/h的條件下，考察三元復(fù)合驅(qū)污水初始油濃度C。分別為145.4、450和937mg/L情況下，油濃度和油去除率隨水力停留時間的變化規(guī)律，結(jié)果如圖7所示。
