磁分離處理高含量聚合物油田污水的方法
一、引言
孤島油田進(jìn)入特高含水期開發(fā)階段以來，隨著注聚、稠油、熱采等三次采油工藝和各種增產(chǎn)措施的應(yīng)用，采出液原油物性發(fā)生了較大變化，表現(xiàn)為原油密度增加、粘度增大、采出液聚合物含量增加、乳化狀態(tài)復(fù)雜，原油脫水和污水處理難度越來越大，處理后的污水水質(zhì)普遍較差。
截止目前，孤島采油廠注聚區(qū)和稠油區(qū)的產(chǎn)液量和產(chǎn)油量占全廠的83%，其中注聚區(qū)污水為100×103·d-1，占總水量的75%，各聯(lián)合站外輸污水油含量猛增，質(zhì)量濃度最高達(dá)2 800 mg·L-1。以上，加大了回注和外排污水的處理難度。磁絮凝法廣泛應(yīng)用于工業(yè)水處理、油田污水處理，通過配合氣浮工藝可有效處理油田高含量聚合物污水，污水指標(biāo)可達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)。
二、問題分析及方案
勝利油田孤島采油廠孤三聯(lián)合站日處理含聚合物采油污水18×103m3，在采出液中發(fā)現(xiàn)含聚合物前，使用常規(guī)藥劑即可完成原油破乳和污水處理工作。隨著油田的不斷開發(fā)，孤三聯(lián)合站采出液性質(zhì)更為復(fù)雜，乳化狀態(tài)更加穩(wěn)定，給原油破乳和污水處理帶來很大困難，2007年外輸污水中油的質(zhì)量濃度達(dá)到1 500 mg·L-1 左右。對孤三聯(lián)合站污水中聚合物含量檢測發(fā)現(xiàn)，采出液中聚合物質(zhì)量濃度平均為88mg·L-1，原油密度為0.9624g·cm-3，詳見表1。
表1 目前和要求的污水達(dá)標(biāo)水質(zhì)
針對孤三聯(lián)合站污水含油高、常規(guī)處理方式難以處理的問題，提出了“高效溶氣氣浮+磁分離的方案”。
磁分離(COMag)技術(shù)是利用外加磁場增強(qiáng)絮凝，以達(dá)到高效沉降和過濾的目的，是一種高效的分離微粒和超微粒的技術(shù)。原理是通過外加磁場使本身具有磁性的物質(zhì)可以直接進(jìn)行磁分離，本身無磁性的物質(zhì)可以通過投加磁粉磁化后進(jìn)行分離。
單獨(dú)使用磁粉處理含油污水，雖然操作簡單、費(fèi)用較低，但出水含油量難以達(dá)標(biāo)。因此為了提高處理效果，試驗在加入磁粉的同時加入絮凝劑與助凝劑，使絮凝作用得到強(qiáng)化，再通過磁分離器將磁絮凝體分離除去，可得到較好的處理效果。該工藝以前在工程實際中應(yīng)用極少，原因是磁粉的回收技術(shù)一直沒有很好的解決，造成在實際工程中運(yùn)行成本高，污泥處理困難，而現(xiàn)在這一點技術(shù)難題己經(jīng)被攻破，得到了很好的解決，磁粉的回收率達(dá)到99%以上。
三、小試
3.1 絮凝劑用量的確定
無機(jī)和有機(jī)絮凝劑復(fù)配使用比單一的無機(jī)絮凝劑如聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵或有機(jī)陽離子聚合物等絮凝劑效果更為明顯，同時絮凝劑和磁粉具有協(xié)同作用，通過小試確定復(fù)合絮凝劑和磁粉的最佳用量。
PAC為絮凝劑A，其用量對除油、除懸浮物的影響見圖1。
由圖l可知，絮凝劑A的最佳用量為50mg·L-1。
評價優(yōu)選陽離子聚丙烯酰胺(PAM)類絮凝劑B，在A劑加藥量50 mg·L-1的基礎(chǔ)上，試驗了B劑對除油、除懸浮物的影響，結(jié)果如圖2所示。
由圖2可知，絮凝劑B的最佳用量為2 mg·L-1。
3.2 磁粉用量的確定
磁粉中Fe3O4 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>98%，粒徑主要集中在2~12μm。對磁粉進(jìn)行透射電鏡分析表明，磁粉并非理論計算中所采用的球形顆粒，而是多棱角的楔形，因此可認(rèn)為磁粉產(chǎn)生高梯度效應(yīng)的粒度比計算值要大。
試驗考察了絮凝劑A與B的配合使用，A、B用量分別為50 mg·L-1和2 mg·L-1的條件下，磁粉不同加入量對去除金屬離子、油、COD及沉降速度的影響，結(jié)果如圖3和圖4所示。
從圖3和圖4中可以看出，當(dāng)3.0 mg·L-1時，各種金屬離子的去除率都已較高，污水中油的質(zhì)量濃度可以降到30 mg·L-1以下。結(jié)合實際考慮，現(xiàn)場磁性加載物用量為3.0 mg·L-1。
從圖5中可以看出，隨磁粉用量增加達(dá)到相同污泥體積沉降所需的時間最短， 當(dāng)磁性加載物用量在3.5 mg·L-1時已具有較好的效率。
3.3試驗結(jié)果
用磁分離技術(shù)對孤三聯(lián)合站污水進(jìn)行綜合處理試驗，具有較好的效果，處理后油、懸浮物含量和濁度已經(jīng)很低，見表2。
表2 小試綜合結(jié)果
四、現(xiàn)場試驗
4.1 流程
孤三聯(lián)合站脫水工藝采用三段沉降、電化學(xué)脫水工藝，污水處理為二級重力沉降除油工藝。試驗前日使用XPI一5085B破乳劑500 kg，污水站來水油的質(zhì)量濃度在3 000 mg·L-1以上，外輸污水油的質(zhì)量濃度1 500 mg·L-1左右。
來水首先經(jīng)高效溶氣氣浮除油，去除率90%左右。氣浮出水流入反應(yīng)劑混合罐，在罐中添加絮凝劑和磁粉，水力停留時間(HRT)約為2 min，混合物流入錐形底的澄清罐中，通過外加磁場，在磁感應(yīng)強(qiáng)度0.05T條件下，磁性絮狀物夾帶著所有固體顆粒包括殘油迅速沉淀，進(jìn)入系統(tǒng)的污泥層，總HRT約為8 min。絮凝出的污泥進(jìn)入磁鼓對磁粉進(jìn)行分離過濾后回收，污泥排入污泥池處理，回收的磁粉回反應(yīng)混合罐循環(huán)使用，磁粉不需要連續(xù)投加，只需根據(jù)磁粉損失量定期投加。
4.2 結(jié)果
在完善小試結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗，處理能力160 m3·d-1，連續(xù)運(yùn)行40 d，絮凝劑A(PAC)投加量50 mg·L-1，絮凝劑B(PAM )投加量2 mg·L-1，反應(yīng)罐中磁粉投加量(初期)3.5 mg·L-1。試驗結(jié)果見表3。
表3 現(xiàn)場試驗處理后水質(zhì)
裝置運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了很好的效果，經(jīng)處理的污水能達(dá)到回注水的標(biāo)準(zhǔn)。若經(jīng)簡單的曝氣處理，則可達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)。
五、結(jié)論
采用“高效溶氣氣浮+磁分離”工藝進(jìn)行了孤三聯(lián)污水站的高含量聚合物油田污水處理的小試和現(xiàn)場試驗，結(jié)果表明，處理后的水質(zhì)能夠達(dá)到油田回注標(biāo)準(zhǔn)，油和懸浮物的質(zhì)量濃度均在5 mg·L以下;處理速度快，處理過程總HRT為8 min左右;污水處理成本較低，設(shè)備使用壽命長，除了正常的維護(hù)外，不用更換部件而造成的二次投資，正常情況下運(yùn)行成本在0.15~0.5元·t-1左右，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。由于外排水對去除CoD和BOD要求低于120mg·L-1，因此若要使處理后的水質(zhì)達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)，還需在污水處理系統(tǒng)中增加生物處理系統(tǒng)。
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