一種稠油污水蒸發(fā)前除硅及有機物的試驗
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
作者；張毅
近年來,蒸汽輔助重力泄油(SAGD)是開采特、超稠油最有效的熱采技術(shù),該技術(shù)在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。SAGD采油過程需要使用注汽鍋爐產(chǎn)生的大量高壓、高于度蒸汽，同時伴生大量高溫(60～80℃)、高硅、高有機物的稠油污水。傳統(tǒng)的稠油污水處理工藝是除油、混凝沉降、過濾、軟化，出水水質(zhì)達到SY/T0027-2007《稠油注汽系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求，回用于天然氣直流注汽鍋爐補水。由于注汽鍋爐對補水水質(zhì)要求較低，造成鍋爐排污率較高，通常在20%以上，能量損耗很大，采油成本較高。
為了降低采油蒸汽成本，利用稠油污水為水源．?dāng)M建熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤機組取代天然氣直流鍋爐。此時．稠油污水處理回用水質(zhì)需達到GB/T12145-2008《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》的要求，則必須進行除鹽處理。降膜蒸發(fā)脫鹽技術(shù)近年來正逐步運用于稠油污水處理中，國內(nèi)外有相關(guān)的試驗研究正在開展。由于稠油污水中Si0，含量高，在降膜蒸發(fā)器內(nèi)高倍率濃縮條件下，換熱管壁結(jié)硅垢的風(fēng)險很高，且難以清洗．必須在蒸發(fā)前進行除硅預(yù)處理，以降低蒸發(fā)器結(jié)垢傾向。同時，預(yù)處理過程對有機物也有一定的去除效果，有利于降低后續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)水中有機物濃度，降低后續(xù)鍋爐補給水處理的難度，而以往文獻對預(yù)處理去除稠油污水中有機物的研究很少。本文針對新疆克拉瑪依風(fēng)城油田第一聯(lián)合站初步凈化后的稠油污水，分別研究了化學(xué)反應(yīng)和強化混凝預(yù)處理技術(shù)對水樣中Si02的去除規(guī)律：同時對預(yù)處理前后有機物含量和主要成分進行分析，考察預(yù)處理對稠油污水中有機物及揮發(fā)性組分的去除效果。
1 試驗材料與方法
1.1 試驗水質(zhì)
試驗所用水樣取白新疆克拉瑪依風(fēng)城油田第一聯(lián)合站水處理系統(tǒng)出水，其處理工藝為：重力除油一旋流反應(yīng)一混凝沉降一壓力過濾一離子交換軟化．主要水質(zhì)分析結(jié)果如表1所示。
由表1可見，試驗水樣鹽分和有機物質(zhì)量濃度較高，硬度很低，Si02質(zhì)量濃度很高，其中活性硅比例在91%左右。
1.2試驗材料及裝置
稠油污水的預(yù)處理試驗在混凝試驗攪拌機（ZR4-6型）上進行，攪拌機轉(zhuǎn)速在10～1 000 r/min之間可調(diào)，自帶恒溫水浴及底部照明裝置，可控制反應(yīng)條件并可觀察反應(yīng)效果。
預(yù)處理試驗用水處理藥劑包括：聚合氯化鋁( PAC)，Al203質(zhì)量分數(shù)為27%；聚合硫酸鐵( PFS)，全鐵質(zhì)量分數(shù)為17%：聚丙烯酰胺(PAM)，陰離子型，相對分子質(zhì)量為1200萬，有效固含量99%。試驗所用其余化學(xué)試劑均為分析純：用于萃取水樣中有機物的二氯甲烷為液相色譜純。試驗用水為Mill-Q超純水(電阻率大于18 MΩ·cm)。
1.3試驗方法
1.3.1燒杯試驗
預(yù)處理除硅燒杯試驗方法參照CECS 130-2001《混凝沉淀燒杯試驗方法》制定。量取l L水樣于燒杯中，將燒杯放入混凝試驗攪拌機恒溫水浴槽內(nèi)，試驗過程中控制反應(yīng)溫度恒定。試驗步驟包括：攪拌機轉(zhuǎn)速200 r/min條件下，投加pH值調(diào)節(jié)劑(NaOH或Ca(OH)2)，攪拌反應(yīng)15 min;繼續(xù)投加除硅劑（Mg0或MgCl2·6H20），攪拌反應(yīng)10 min;進一步投加凝聚劑（PAC、PFS或FeCl3），反應(yīng)5 min;再投加助凝劑PAM,降低攪拌機轉(zhuǎn)速至60 r/min．反應(yīng)10 min。恒溫條件下靜沉30 min．取上清液經(jīng)濾紙過濾后，進行水質(zhì)分析．確定預(yù)處理除硅的最佳工藝條件。
1.3.2有機物的萃取及GC-MS分析
取900 mL水樣依次經(jīng)過定性濾紙、0.45 μm濾膜過濾，然后參照美國環(huán)境保護署( EPA)方法625進行樣品的制備和GC-MS分析。分別在pH值<2和pH值>12的條件下，用二氯甲烷萃取得水樣中的酸性組分和堿性組分，用無水硫酸鈉脫水干燥后，所得萃取樣品用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀和氮吹儀濃縮定容至30 mL,進行GC-MS分析，按峰面積歸一法確定水樣中各物質(zhì)的相對含量。
1.4試驗儀器
試驗用分析儀器：SG23型便攜式pH值／電導(dǎo)率多參數(shù)測試儀：Specord 210型紫外一可見分光光度計；2eenit-700型原子吸收光譜儀：磁力攪拌器；Multi N/C 3100型總有機碳／總氮分析儀：Agilent 7890A-5975C型氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀；RE-52C型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；ND100-1型氮氣吹干儀。
2預(yù)處理除硅試驗
2.1 除硅劑選擇
試驗所用除硅劑為Mg0、MgCl2·6H20，試驗所用水樣水質(zhì)見表1．試驗過程中控制水溫為80℃，投加NaOH調(diào)節(jié)pH值至11.5。為了單獨考察除硅劑對全硅的去除效果，試驗過程中未投加凝聚劑及助凝劑，所得結(jié)果如圖l所示。
由圖1可見，投加MgCl2·6H20的除硅效果好于Mg0。當(dāng)MgCl2·6H20投加量約1 500 mg/L時，出水全硅降至77.4 mg/L，全硅去除率約68%;而Mg0投加量達到3 500 mg/L時，出水全硅為98.6mg/L，全硅去除率約59%，且隨著投藥量增加，硅去除效果并未明顯增加。當(dāng)MgCl2·6H20投加量由600 mg/L增至約1 000 mg/L時，全硅去除率上升較快；而當(dāng)其投加量大于1 000 mg/L時，全硅去除率增加變緩。
Mg2+在高pH值條件下生成的大量Mg (OH)2絮體對Si02有較強的吸附作用，同時Mg2+還與部分活性硅結(jié)合生成硅酸鎂沉淀。MgCl2·6H20的溶解性好于Mg0，因而前者較低的投加劑量即可獲得較好的除硅效果，且全硅去除率高，確定后續(xù)試驗選用MgCl2·6H20作為除硅劑。
2.2 pH值調(diào)節(jié)劑選擇
2.2.1 單獨投加Ca( OH)2和先后投加NaOH、
MgCI2·6H20組合的對比
控制水溫80 0C條件下，進行了pH值調(diào)節(jié)劑影響試驗．分別在單獨投加Ca(OH)2和先后投加NaOH、MgCl2·6H，0的條件下進行除硅試驗，MgCl2·H20的投加量為1 000 mg/L，過程中未投加凝聚劑及助凝劑，所得結(jié)果如圖2和圖3所示。
由圖2可見，在單獨投加Ca(OH)2的條件下，隨著投加劑量上升，出水全硅質(zhì)量濃度穩(wěn)步下降。當(dāng)pH值為10.5左右時，對應(yīng)Ca(OH)2投加量為500 mg/L，出水全硅為121.5 mg/L，全硅去除率約50%；當(dāng)pH值為11.8左右時，出水全硅為51.8mg/L，全硅去除率約79%。在先后投加NaOH和MgCl2·6H20的條件下，當(dāng)pH值在10.5以下時，出水全硅及其去除率下降較快，而pH值上升到11以上后，出水全硅及其去除率趨于穩(wěn)定；當(dāng)pH值為11.8左右時，出水全硅為75.7 mg/L，全硅去除率約69%�？傮w看來，在高pH值條件下2種投加方式相比，單獨投加Ca(OH)：的除硅效果較好。其原因可能是本研究所用水樣的活性硅占
全硅的比例在91%左右，投加Ca(OH)2能夠迅速與Si032-結(jié)合生成硅酸鈣沉淀，而高pH值日寸非活性硅向活性硅轉(zhuǎn)化也提高了硅的去除率。兇此，對于活性硅比例高的稠油污水，投加Ca(OH)2可以同時達到pH值調(diào)整和除硅的目的。
投加Ca(OH)2、MgCl2·6H2O均會導(dǎo)致出水硬度升高，不利于后續(xù)蒸發(fā)工藝的防垢處理，因此選擇加藥量時必須綜合考慮除硅效果和出水硬度。由圖3可見，單獨投加Ca(OH)2時，出水鎂硬度幾乎與原水一致，而鈣硬度隨pH值上升而逐漸上升，當(dāng)pH值在10.5～11.2時，鈣硬度較穩(wěn)定．其后又繼續(xù)上升，因此Ca(OH)2投加劑量應(yīng)使pH值在10.5～11.2范罔內(nèi)選擇。,后投加NaOH和MgCl2·6H20時，出水鈣硬度幾乎與原水一致，而鎂硬度隨pH值上升而快速下降，說明pH值升高后有更多的Mg(OH)2絮體生成。結(jié)合圖2中除硅數(shù)據(jù)可見，在先后投加NaOH和MgCI2·6H20的條件下，pH值大于10.5之后，全硅的去除率幾乎不再增長，說明過量的Mg(OH)2絮體對提高全硅去除率的效果不明顯，反而會增加產(chǎn)泥量。
2.2.2 Ca(OH)2和MgCI2·6H20組合的效果
根據(jù)上述研究結(jié)果，選擇Ca(OH)22種投加量，即在Ca(OH)2質(zhì)量濃度500、600 mg/L條件下，進行MgCl2.6H，O投加劑量對除硅效果的影響試驗。水溫控制在80℃，試驗過程巾未投加凝聚劑及助凝劑，所得結(jié)果如圖4所示。
由圖4可見，隨著MgCl2·6H，O投加量的增加，出水全硅質(zhì)量濃度逐步降低，當(dāng)MgCI2·H20投加量為1 050 mg/L時，出水全硅質(zhì)量濃度降至40 mg/L以下.對比圖2可知，從除硅效果看，Ca(OH)2和MgCl2.6H20組合明顯好于單獨投加Ca( OH)2及NaOH和MgCl2·6H20的組合。當(dāng)MgCI2·6H2O投加量相同時，Ca(OH)2投加量600mg/L的除硅效果好于Ca(OH)2投加量500 mg/L。當(dāng)MgCl2·H20投加量大于750 mg/L時，全硅去除率增長緩慢。綜合考慮處理效果及經(jīng)濟性．確定Ca(OH)2投加量為600 mg/L，MgCl2·6H20投加量為750 mg/L。
2.3 凈水劑選擇
2.3.1 凝聚劑對除硅效果的影響
Ca(OH)2投加量為600 mg/L，水溫控制在80℃，分別投加不同劑量的PAC、PFS和FeCl3，進行強化混凝條件下凝聚劑對除硅效果的影響試驗．投加劑量均以有效成分計算，所得結(jié)果如圖5所示.
由圖5可見，投加PAC和PFS的除硅效果較好，平均全硅去除率分別為81.7%和76.9%．而
投加FeCI3的效果較差，平均全硅去除率僅為43.2%。投加PAC的各加藥量條件下，全硅去除率差異較小，從經(jīng)濟角度考慮，選取PAC加藥量為40 mg/L，此時出水全硅為45.4 mg/L，全硅去除率為81.3 010。對比圖2可知，單獨投加Ca(OH)2600 mg/L時，pH值為11.2，出水全硅為83 mg/L，全硅去除率為65.9%，投加PAC后全硅去除率提高了15.4%。
2.3.2助凝劑對除硅效果的影響
在Ca(OH)2投加量600 mg/L，MgCl2·6H20投加量750 mg/L，PAC投加量40 mg/L條件下，控制水溫80℃，進行了強化混凝條件下助凝劑對除硅效果的影響試驗，所得結(jié)果如圖6所示。
由圖6可見，PAM投加后進一步提高了混凝反應(yīng)效果，絮體顆粒更大，沉降速度更快，PAM投加后平均全硅去除率為87.4%．在PAM投加量0.5 mg/L時出水全硅最低，質(zhì)量濃度為25.5 mg/L，全硅去除率為89.5%。此試驗條件為最佳除硅工藝條件。
3預(yù)處理除有機物試驗
3.1 預(yù)處理出水有機物含量
控制水溫80℃條件下，分別進行了投加4種藥劑組合的預(yù)處理試驗，試驗所用原水TOC質(zhì)量濃度為94.3 mg/L，COD質(zhì)量濃度為450 mg/L，對預(yù)處理后水樣的TOC和COD進行測定，結(jié)果如表2所示。
由表2數(shù)據(jù)可見，各藥劑組合條件下，預(yù)處理對TOC的去除效果相差不大．TOC平均去除率約6%; COD的平均去除率約37%。在除硅試驗所得最優(yōu)T藝條件下（表2中的工藝條件4），COD去除率為41.1%，TOC去除效果也較好。
3.2預(yù)處理出水有機物成分
3.2.1 預(yù)處理對有機物組成的影響
取最優(yōu)工藝條件下預(yù)處理前后的水樣，進行萃取、濃縮和GC-MS分析，結(jié)果如表3和圖7所示。
由表3可見．稠油污水原水中主要有機物成分為有機酸、含氮化合物，二者總量達到84%左右，其余為酯類、烷烴、酚類等；預(yù)處理m水中主要有機物成分仍然是有機酸、含氮化合物以及酯類、烷烴、酚類，比原水多檢出了少量芳烴類和醛酮類。由于出水中有機物總量（以TOC計）比原水降低，結(jié)合預(yù)處理進出水中有機物含量數(shù)據(jù)，可知預(yù)處理對稠油污水巾的有機酸類有一定去除，對其余有機物的影響不大。
由圖7可見．稠油污水原水及預(yù)處理出水巾有機物碳原子數(shù)分布較接近，主要集中在C16和Cis，在C8和C12也有少量分布，預(yù)處理后C16和C18略有下降，而C8和C12略有上升，說明預(yù)處理對大分子有機物去除較多。
3.2.2預(yù)處理對揮發(fā)性有機物的去除
在降膜蒸發(fā)過程巾，廢水中有機物在氣液兩相中的分布服從亨利定律，有機物的揮發(fā)性越強，越容易向氣相遷移，從而進入蒸發(fā)冷凝水中影響產(chǎn)水水質(zhì)。為了分析預(yù)處理對揮發(fā)性有機物(VOCs)的去除效果，將GC-MS分析結(jié)果中相關(guān)組分的數(shù)據(jù)進行匯總，結(jié)果如表4所示。
由表4可見，稠油污水原水和預(yù)處理出水中揮發(fā)性有機物含量均較低。由于出水中有機物總量（以TOC計）比原水降低，而出水巾揮發(fā)性有機物含量合計也比原水中略微降低，可知預(yù)處理對水中揮發(fā)性有機物有少量去除，但效果不明顯。但從表2工藝條件4的TOC和COD指標看，預(yù)處理對有機物的總體去除效果還是很明顯的．這對降低降膜蒸發(fā)二次蒸汽攜帶液態(tài)水中有機物含量有重要意義，有助于提高蒸發(fā)產(chǎn)水水質(zhì)。
4預(yù)處理工藝確定及工藝條件
綜合除硅和除有機物的試驗結(jié)果．克拉瑪依風(fēng)城油田稠油污水蒸發(fā)前預(yù)處理的最佳工藝為：石灰一鎂劑一強化混凝，具體工藝條件為：投加Ca(OH)：，質(zhì)量濃度為600 mg/L，攪拌反應(yīng)15 min;投加MgCl2 6H20，質(zhì)量濃度為750 mg/L，攪拌反應(yīng)10 min;繼而投加PAC，質(zhì)量濃度40 mg/L，攪拌反應(yīng)5 min；再投加PAM，質(zhì)量濃度0.5 mg/L，攪拌反應(yīng)10 min。在此條件下，出水全硅約25 mg/L，全硅去除率可達89 010左右，COD去除率約41%。
5結(jié)語
采用本文給出的石灰一鎂劑一強化混凝預(yù)處理技術(shù)處理稠油污水，能夠顯著降低出水全硅含量．還可同時去除部分有機物．有利于后續(xù)蒸發(fā)處理T藝的防垢，并可提高蒸發(fā)產(chǎn)水水質(zhì)。預(yù)處理對稠油污水中的有機酸類有一定去除．對其余有機物的影響不大。揮發(fā)性有機物在稠油污水原水中含量較低，預(yù)處理對揮發(fā)性有機物影響較小。研究結(jié)果對稠油污水蒸發(fā)脫鹽同用于電站鍋爐補給水的預(yù)處理工藝制定有重要指導(dǎo)意義。
6摘 要：稠油污水是油田地區(qū)建設(shè)熱電廠的重要水源，其溫度、含鹽量、Si02和有機物濃度較高。為了使用蒸發(fā)脫鹽工藝處理稠油污水，采用化學(xué)反應(yīng)和強化混凝技術(shù)進行了除硅、除有機物的研究，以降低蒸發(fā)器結(jié)硅垢的傾向并提高蒸發(fā)產(chǎn)水水質(zhì)。試驗結(jié)果表明，聯(lián)合投加Ca(OH)2、MgCl2·6H20及凈水劑PAC、PAM，在最優(yōu)工藝條件下，出水全硅可降至25.5 mg/L，全硅去除率為89.5%。氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)測定結(jié)果顯示．稠油污水及預(yù)處理出水中主要有機物成分均為有機酸、含氮化合物，預(yù)處理對有機酸類有明顯去除，但對揮發(fā)性有機物影響不大。
上一篇:一種城市微氣候?qū)ㄖ芎挠绊懙难芯糠椒?/a>
下一篇:返回列表
