（环境工程专业论文）混凝沉降法处理气田水的实验研究.pdf

摘要 由予气嗣农秃论是外捧还楚霞涟处理对悬浮锈指标都有较为严格的要 求，因两去赊悬浮物的混凝沉降反应是气用水处理过程中的关键环节，其效果 的好坏将决定后续工艺流程的运行 = 况、簸终出水水质和成本费用。混凝沉 降反应中絮凝刹熬性质嶷接影蛔絮凝效果。为了川浚地区浊、气能够正鬻、 高效的开采，本课题通过试验研究与理论研究，确定了气田水混凝沉降处理 过程中最餐絮凝裁种类、运嚣条 孛霸反应器类型。对嚣纠演气弼产滋瘩处理 的工艺设计和应用有一定指导意义 论文第一部分逶过对废承絮凝簸瑾过程中最往水力条侔的研究，确庭了 絮体形成过程中务个不问阶段的影响因素。在对比不同絮凝割的混凝沉降效 果的基础上，充分考虑药剂的分散、发生凝聚作阁的水力条件等因索的影响， 并针对气蹦水熬农蒺特征，遴过试验磅究出最适含气团水强凝沉蹲处理豹絮 凝剂种类和运行条件，为气田水的絮凝沉降处理工艺提供准确的絮凝剂计墩。 论文繁二部分在对絮凝避程、絮凝反应葫力学和橇理分辨魏基皴上，瓣 絮凝反应进行研究，并在已有的絮凝反应潮力学模型的基础上推导出絮体径 商速度v 的表达式，为絮凝葳遴器的选择褥佞依据。 关键词：气田水；絮凝剂：溉凝沉降；絮凝动力学 黧奎莲鎏态黧璧尘堡塞宝耋堡鎏塞茎| ! 要 a b s t r a c t w h e t h e rg a sn e l dw a t e ri se x p e n e do ri n j e c t e d ，t h ep r o c e s s e sn e e dt h es a m e h i g h e rs t a n d a r d t ot h es u s p e n d e dp a r t i c u l a t e i nt h i sc a s e ，t h er e a c t i o no f n o c c u l a t i o na n ds e d i m e n t a t i o n 、h i c hi 8u s e dt od i s p o s es u s p e n d e dp a r t i c u l a t e ， i st h ek e yf a c t o ri nt h ew a t o r - t r e a t m e n tp r o c e s s t h ee f 如c to fm er e 拄c t i o ni sg o o d o rb a dw i l ld e t e r m i n et h ef o l l o w i n gr e s u i t ，s u c ha st h ei a t e s tw a t e rq u a l i t y ，t h e c o s to fe n t i r et r e a t m e n ta i l ds oo n c a t e g o r yo fn o c c u l a n t sw i l ld i r e c t l ya f r e c t f l o c c u i a t i o n so 舵c t i no r d e r t om a k es u r et h a to i la i l dg a si ns i c h u a na n dc h o n g q i n gc a nb en a t u r a i 靠n de 伍c i e n te x p l o r e d ，m i ss u b j e c tg e tt h eb e s tk i n do f f l o c c u l a n t s ，r u n n i n gc o n d i t i o na n dr e a c t o rb yd o i n gp i e n t yo fe x p e r i m e n ta n d t h e o t ys t u d y 1 h er e s e a r c h6 n d i n g sw i l lb es i g n i i c 氇n tt od e s i 繇na n da p p l i c a 畦o n o fg a s 拜e l dw a t e rt f e a t m e n tp r o c e s s t h e 矗r s tp a f to ft h et h e s i sg e t sd i 罚奄r e n tf 巍c t o r so fa l lp h a s e 矗lt h 搴e o h r s eo f 拜o c e u l e s f o r 玎l a t i o nt h r o u g bs t u d y i n gt h eb e s l 、￥a t e fp o w e e o 珏d i i o 珏i 建重垂l e p r o c e s s t 瓤i ss 娃萄嚣e tc o n d 娃e t ss y s e m a t i ee v a l h a t i o 羲o f 矗o e e 辑1 8 娃t s ，o x i d l z 嚣f s 鞠d i f 添i b t o f s8 m o n gc o m 糯o ng a s 蠡e l d 、犁鑫t e rl f e 矗t f n e n ta g e n t sc 毽f r e n t l yu s 搴di nt h e g a s6 e l 畦s 诹s i e h 毽鑫np f o v i 箍c eb 鑫s 磁堞镪e 聱姆惑e a l 勰d 浊嚣糙i c 鑫lf e 镞啦e s 张d e o 魏v e n l i o n 拄l 妇e a t 箍1 e n lp r o c e s s e so fg a s 囊e l dw 拄e fi ns i c h u 8 np f o v i n c e i e d e v e l o p e d 。弧eb e s tk i n do f 曩o e c 驻i a e sw i l 圭lo f 嚣c i e 魏lt 霉疆e m e n lo t c o ! n ea 热d s 8 t i s 矗c t o f y c o s t p e f f o r m a 珏e 霉 r a i ow i l lb es e i e e t e d b yc o m p a 娃n g也e i r s e d i 拜l e n t a t i o 珏e f e c t i v o n e s sa n d 也ep h 一是e a t i o ne f 巍c i e n c yo fc o da n ds u l i d e 。 l ne x p e f i f 致e n l ，铀em e d i c 8 n e n ls p f 譬a d i n g ，、v a t e rp o w e ra n dt h el i k e f - a c t o rb e i n g 如l l n s i d e 犯d t h er e s e a r c h n d i 碍sw i l lb e 姆p l i c a b l eb o t hf o rt h et r e a t m e 嫩 m o d e so fd i s c b a r g ea n dr e i 喇e c t i o n t h es e c o n dp a r to ft h et h e s i s ，t h ee x p r e s s i o no fr a d i a l s p e e dvo f n o c c u l a t i o nb e e ne d u c e db ya n a l y z i n gt l l en o c c u l a t i o np r o c e s s ，f l o c c u l a t i o n r e a c t i o na n dn o c c u l a t i o nt h e o r y w h a t si m p o r t a n ti st h a tt h ee x p r e s s i o no f r c r s e v i d e n c ef o rc h o o s i n gf l o c c u l a t i o nr e a c t o r 1 ( e y w o r d s ：g a s 仃e l dw a t e r ；n o c c u i a n t s ；n o c c u i a t i o na n ds e d i m e n t a t i o n ； d y n a m i c so ff l o c c u l a t i o n 西南交遴犬学硕士研究生学 焱论文第4 页 系统，弓| 怒篓页矗；琵；貊盯但斥：匀- 睁豁瓣i 旧刊骋鲔弘醍j 离的 英蒙春荐茉向蠹船二冀；某藤蓠箍闹瑟嘞愕忧曦雠诰。 渤哮而扣褐孔莲斥力璐醣占獍热酮稽漏秘卿全龆懂罂巴埝憎耳籀舞增 濡呀。箭导；冶一笛瘩般鬈叩7 _ 籍留显序在羚；鞋牲” 静静驻囊蜡。 。誊羹篓霎蒌嚣羹雾 j ，霉jj 墓量姜誓蠢霉 董# 薹专囊影 响不大，但对斥力势能的影响十分明 显。斥力势能、吸引力势能随粒子间距离的变化见图5 1 。 4 霖 縻 衡 o i & 0 徐、。 虢 力 ，7，一一_ f 一一篆赫语气 t f， 卜 。第一最小值 t - “ 琶塑窑鋈杰堂璧圭缝塞兰耋丝鎏塞麓：噩 。3 。2 气田水处理技术 气羽水的主凝环境污染指标是悬浮物、c o d c r 、石淤类及熏金属盐类等。 随着环保标准霞赫严格，气田水的处理披术越来越受弼重视。璇将油气田常 用的污水处理方法分别概述如下。 1 3 2 。1 物理处理法 物璀处理法主要有机械过滤法和膜分离法。机械矧戮霸羹嘞筮蠹麓 蛳鲐犯秘释剜茹粒i 馒噬鬻嶝j 型曦解或水龠的一些离子型有机化合物， 例如制浆 废液、染料、土壤中的有机腐殖质( 腐髓酸) 、蛋白质等絮凝两沉淀。这是由 子羯离予整蔫分子惫鬃震豹鞫离子基溺与爨饔孑霄撬纯会物淹浆静瞧蒋臻， 在水中生成难溶赫厢沉淀。 2 ，4 2 。2 鬻用寿横离分子絮凝剂 在蔫分子絮凝粼孛县鸯谯表慈静怒聚及爝酸黢系嵩分子往食耱。聚嚣燎 酸胺系高分子化台物的结构式为： k 琏r 弭k c2 司 n l 根据n 的不简，其用途不同，用予废水处璎的聚丙烯酰胺类高分子化合 物中的n 5 0 0 万f 27 | 。 ，糍予登蘩嚣游酝黢 未经处理的聚丙烯酰胺处于未水解状态，为非离子型高分子聚合物。因 此酰胺基以水合状态溶解于水中，此时离分子键不是伸鼹状态，弼是里卷鼗 状态。一部分酰黢萋驻一c o n h 3 + 形式存在，数然带有鞫离子性，褪并不能 中和悬浮胶体颗粒的负电荷，所以其作用是通过酰胺基与颗粒表面的氢形成 鹜童塞鎏盔主璧主甄塞兰耄篷鎏塞篓! 竺垂。 + 3 ，2 5 复会处理法 每种方法及簇工艺都有其优缺点和适用条件，不能期望只用一种处理方 法就能把所有的污染物旗去除褥尽，往往需要采用几种方法的缝合才能达到 预期的处理目的，如针对离c o d c r 值气网水提出的四步法，即将气田水依序 谶行鬻麓混凝沉降、f e ，g 微电解、加入f e n t o n 试翻和漂岛耪氧化和用活往碳 吸附等处理，最后所得出水水旗基本可达排放标准。 。4 气困水治理效果概况 由予不同遮嚣各气矿气圈承承凄羞笄较太，为了遴一步绢镶气麓零治理 现状及效果，本论文调查和分析了西南油气同分公司所属的蜀南气矿气田水 焚毽效暴，谖查维莱懿下： 对于气田水中硫化物的处联，蜀南气矿主簧采用沉淀和氧化相结合的工 蕊，签璩惹金鄂能达裂g b 8 辨8 1 9 9 6 一缀猿猴熬要袋。 对于气阳水中石油蹙的处瑗，蜀南气矿主凝采用隔油和浮选相结合的工 裴，楚瑾惹全帮戆达到g b 8 9 7 8 1 9 缀据准夔要求。 对于气田水中c o d 的处理，主要采用混凝沉降和化学氧化相结合的工 蕊，处璎螽绝大瀚分不能达到g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 级橡猴静要袋。仅煮；坎l 并站、灵l 井站、家2 0 井三个排放口的气罔水能达到g b 8 9 7 8 1 9 9 6 级标 凇教要求，本爨为1 0 8 3 m 3 m o n ，占该矿总外撼水量的2 。 对于气币水中s s 的处理，主要采用混凝( 斜板) 沉降、浮选工艺，处 蠼居大部分不能达到1 g 转8 9 7 8 一1 9 9 6 一绂标准的要求。仅有；寒2 井站、甲 予口站、寺l o 弗站、纳l 并站、坎l 井站、爱l 并站、家2 0 并站、二6 势 站等共9 个排放口的气霸水s s 能达到g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 一级挺猴豹要求，水量 为7 6 6 4 m 3 ，m o n ，占该矿总外排水蓬的1 4 。 根据该矿的搬表及相关的搬测资料统计分析，处理后达到污水综合排 放企、监标准的簧求的气甬承赋有1 0 8 3m 3 ，m o n ，占该矿总外拜水量的2 。 同时，坎l 井站、灵1 井站、工2 0 井排放执行污水综合排放标礁8 9 7 8 】9 9 6 级标准，j 琏：三个摊敖口能这标摊敖，捧兹蛩为6 7 4 2 m 3 ，m o n ，占该 基壅錾鎏盔兰鎏圭翌塞笺兰堡鎏塞筮! ! 墓 矿总外排水量的1 2 _ 3 。综合起来，外排气嗣水达标率为1 4 3 。处理后气 ：日水的主要水质情况见寝1 1 。 表l l 蜀南气矿主樊气雕水处理后的水质情况单位：m g l ( p h 除外) l顼髓 p h c o d 石漓类硫仡物s s |浓凌 6 7 51 0 0 1 7 0o 3 1 o 9 0 1 8 0 1 5 存在问题初步分析 外排气田超标的主要污染物是c o d 和s s ，对c o d 的处理有一定的难 度。餐s s 的处理栩j c 圣成容麓得多，根据初步分析，主要闻题可能有： 1 混凝帮诗量释废东计量不准确，释致对s s 去除效祭欠佳； 2 沉淀港窳泥潘淤不及孵，流辫子底帮豹污淀在承浚俸援下飘浮起来； 3 。早娥的溺降遗多为乎流式，抗水鬟波动能力差，对s s 及其形成约絮 体的去除效果欠佳 4 氧化剂加量不够。是c o d 不能达到g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 一级标准的簧求的 主要原因； 5 ，气丽水中的c o d 降解，不与氧纯和加萤成眈例关系，等致氧化帮加 羹大蛩增热，费用迮隧之穗离； 8 。出予气掰水中熬台量裹，导致分捶过程中骞较大偏差，弓| 起s s 分螃 僮偏离，c o d 商较大正偏蓑，致使鸯一部分气翻水豹e 0 d 不能达到g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 一缴标准的要求。 ，8 本文的硪究内容、方法和技术路线 1 6 1 研究内容 逶_ i 建正交试验对模拟永样透行絮凝沉降实验，确定絮凝穆形成的最佳 承力条 警。 2 。结愈气羽农普遍含蕊款姆点，擐讨蕊化物慰絮凝效果躬影嚷，进一步 至巍窑鎏盔兰壁圭驻塞兰耄簦鎏塞麓! ；薹 确定在混凝沉降法处理气用水时，最佳的絮凝蒯： 3 。确定采嗣浅凝沉降法处璎气丽承瓣遘程中，合邋懿p 珏篷、合遴豹药 剂量、最佳的反应时间，探讨絮体径向速度v 的表达戏。 1 6 2 研究方法 1 通过正交试验对快速搅拌速度、快速搅拌时间、慢速搅拌速度、慢速 拨搀爵阉、涅疫等五个戮素对摸掇承撵避嚣絮凝实验，确定絮凝物影成豹最佳 水力条件。 2 。对不同絮凝裁终漫凝茨酶试验，遵过对絮凝沉黪效果豹分攥，确定适 合于气f 鞴水处理的最佳絮凝剂。 3 。运用理论分辑与试验楣缝合豹方法，从速度撵泼、沉降水钵密度等方 面对絮凝反应进行研究，并在已有的絮凝反应动力学模型的基础上推导出絮 体径向速度v 的表达式，为絮凝反应器的选择提供依攒。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 1 6 3 技术路线 文献查询 相关资料分析 理论分析i 试验分析 絮凝反应动 力学理论 最佳絮凝 反应器 不同搅拌强度和时间，不 同絮凝剂对混凝效果的影 混凝沉降法处理 气嗣水的条件 技术路线图 最佳水力条 件和絮凝剂 耍直至鎏銮主塑主璧器生主焦鎏苎兰! ! 噩 第2 章气田水水质特征及混凝沉降处理简介 2 1 气田水水质特征 2 1 1 气田水的主要水质情况 气田水中般含有石油类、有机物( 包含天然气生成过程中的有机物及 开采过程中加入的有机物) 、硫化物、各种盐类( 其中以氯化物最多) 等，但 因所产的地层不同及后期开采注入的化学药剂不同其水质有较大差异。表 2 1 列出了西南油气田分公司所辖气矿的主要气田水的水质情况。 表2 一l 主要气f 日水的水质情况 单位：m g ，l ( p h 除外) 项目 p h c o d 石油类硫化物 s s 矿化度 | 浓度 6 751 0 0 8 0 00 2 0 0o 2 0 0 03 0 0 01 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 2 1 2 气田水回注标准 回注是消除气田水污染的最佳有效手段，蜀南气矿对回注的气田水的处 理主要是去除其中的s s ，控制其浓度和粒径，对于回注水的水质主要应考虑 的问题是：注入水应不与注入层岩石及地层水搅生化学反应否则易生成 沉淀，堵塞地层；注入水不应促进注入层中的硫酸盐还原菌的繁殖，以保 证不堵塞地层；水质指标应根掘地层渗透率、岩性而变化。目前，气田水 回注还没有统一的国家标准根掘这些原则，四川石油管理局提出了回注水 的企业标准( 0 c y 3 9 91 9 9 7 ) 主要内容见表2 2 、2 3 ： 表2 2 悬浮固体指标 表2 2 悬浮固体指标 回注层特征悬浮固体含量c m g l )悬浮物固体粒度( u m ) 大缝、大洞 o 2u m 2 3 0 1 0 渗透率 o 2u m 2 2 0 表2 3 势下管事平均囊蚀速率 鹜i 圭鬃特征瘸镶遮率 回注鼷含硫化物 l o o o m o 1 2 5 m m a 回注辩深 l o o o m o 2 5 m m a 2 。 3 气隧承舜撵标准 大部分气阳水排放口均执行污水综合排放众业标准：部分排放口执行 污水综念排放标准8 9 7 8 1 9 9 6 一级标准，栎猴值见表2 4 。 表2 - 4 气圈承中主要污染物允许的最离浓度单位：m g ，l ( p 秘除外) 蠡准缀爰污染貔名称 p 瓣e 0 d 石漓类蘸琵锈 s s 一级 最大浓度 6 91 0 01 01 o7 0 二级 最大浓度 6 91 5 01 01 02 0 0 2 。2 气豳承处理的主要盖艺 2 2 1 网淀气田水处理的盎要工艺 蜀赢气矿强注气弼承熬鳃壤，基薅大部分袋毅麓攀物理沉淀嚣弱注，这 部分鹜瀵零静注入瑟使串多蠢大缝稻大溪，不易羧堵塞，遗霉不翳黉箧力繇 可自流进入。 但对于地层孔隙性较麓的地层，回注水需臻作深度处理，使菇满足相应 的水质指标才能注入。对于这炎气阐水的处理，主要包括：沉降、浮选、过 滤( 压滤) 、精细过滤等工艺，避行深度处理，典型的处理工艺流程强辫2 1 i j 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第”更 浮 渣 擞：氧化剂的种类较多 图2 2 外排气刚水处璁工艺流程图 该气罱零薤璃漉稷中懿攀元避嚣藩气圈承整理中广泛使瑙豹，有静气圈 水处禹型玉爹量楚意垂f 餐妻蓉帚；骡受铬吲爿港嗡增嗡：蔫桑东臻矛 誊耋佻璎餐强弱逆鲢一”琶i 囊i 羹萋萋霎囊鬟耄粪囊譬 鞋蜀篓嚣舔燎趣瓦毒随气瞬誉警管有橇；懿醵獭豁豁斟融慝【毽j | 委鞠翮霪 萎薹冀醣姜佬 物及其谴哥溶饿盏。 1 。2 2 气田水污染 经天然气开采蔷形成的气嗣承如不经处理蠹接稀放会对厕丽生态环境逢 戒掇大豹影噙，其蔻害主要蠢以下方蘸： 对地表水的危害：气田水冲入河流后，将使水体的c o d c r 值、色度、悬 浮物、石油类、挥发酚、硫化物、金属离子等严重越标，影响水生生物的正 常生长。气嗣水中的悬浮物食量满，常达2 0 0 m g ，1 戮上，并鼙胶体状，若避 入承体瑟长露淘不能下沉，将导致零俸生态豹蠢洚能力下降，遴嚣影裁永靛 使用。 时地下水的危害；气用水进入土壤后因n a + 的交换作用，土壤粒子上 第3 章潺凝沉降实验内容 混凝怒以形成絮体为中心的单元净化过程，它的效果是由混凝剂的化学 作用和构筑物的流体动力学 乍用两方面柬决定的。离效、经济的混凝荆对混 凝搀建困然整要，僵弱瓣必须农设备上提供良好懿承力条 孛，麸嚣形成鬻实度 好的混凝黻粒，滥利于螽续沉淀、过滤工艺靛蘸效逡彳亍。出于穰多禳嚣佟蘑因 素的影响，溉凝是一个令人头瘸的问题。以前的研究通常只聚焦于巢个具体 的变量却没有考虑到其他变爨。本文在对比不同絮凝剂的混凝沉降效果的基 础上，充分考虑药剂的分散、发生凝聚作用的水力条件等因素的影响，并针 对气田永的承凄特征，通过试验研究出最适会气嬲水湿凝沉簿处理鹣絮凝裁 耱类霸运行条俘，为气蔫承懿絮疆嚣降处理王麓爨供灌确懿絮凝蠢l 诗豢。 3 1 混凝机理 漫凝效莱瓣妊舔取决予瀵懿：聱疆篷、漫痉、浓度等等，瞧主要取决予秀令 因素l l j ：滟凝剂水解后产生的聪缩双电层梳理、吸附电中和作用机理及高分 子络合物形成吸附架桥的涟接能力，这是由混凝荆的性质决定的；微小颗粒 碰撞几率和如何控制它们进行理有效的碰撞。 我们恕濑凝过程分为三个步骤【8 ：药剂的分数及与颗粒发生 乍用( 定义 茭混合穆蹋) ；筵惹发生戆凝聚孬用；送一爹发黛黪絮凝终曩。麴黧3 1 窝 嚣3 2 。 药剂的充分分微絮体( 5u大絮体( + f 0 4 19 0 s h ( 5 m g 几) 。对气田水的外排和回涟处理都适用。 。笼极絮凝裁c 鹣f e 不莰悬浮物去狳率凑，瓣气溺瘩中酸强臻秘c o d 去除率也比较明显。 2 c p a f c 对原水的适应性强污水p h 值对它影响较小p h 使用范围 森4 o ，搜爱嚣孝无嚣攘溅。 3c p a f c 与其它无机絮凝剂栩比腐蚀性小，纂本无伤害性，。 4 c p a f c 和f 0 4 1 9 0 s h 的水溶性好，水剂不需搅拌即可使用，操作强调 稳。 5 用高分子爨的h p a m 代替f 0 4 1 9 0 s hw 获得类似于f 0 4 1 9 0 s h 的处理 效巢。 8 聚铁淞s 鹣魏巯惶麓好，成本低，霉要说鬻装是饺焉魏应先翔定羹缝 蔼南交通大学硕士研究生学位论文第5 1 页 垢倾向。 7 在四川气田水实际处理过程中，不仅应根据实验得出的絮凝剂计量去 除气盱i 水中的悬浮物，还应依据具体的水质情况( 即气罔水中硫化物、c 0 d 的含量) ，加入一定量的缓蚀阻垢剂和氧化剂，以达到更佳的处理效果。 5 1 2 根据速度梯度理论和微涡囊鍪霪；囊冀蓬鍪羹羹攀墓羹雾 蠹鬟辇：囊奏薹肇秦毳篓蠢霞羹薹碧蠹篓羹鬻鍪 8 l z c 释一l i 54 94 05 2s 大、蔬 蚣 较蚕 l o5 83 54 3s 4 f a 3 6 752 7 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 6 页 【4 4 ll ：式安主编数理统计方法搜心用模型北京：北京科学技术m 版札，2 0 0 2 【4 5 】赵义，商l 】远，李弧新射流絮凝生物接触催化氧化处理废水动力学模型的试验研究中国给 水排水，2 0 0 3 ，1 9 ( 9 ) ；4 i 一4 2 【4 6 lb e s r a l ，s e “g “p t ad k ，r o ys k ，e t a i2 0 0 3i n n u e n c eo fs u r f a c t a n l so nn o c c u l a t j o na n dd e w 砒e r i n go f k a o i i n s u s p e n s i o n sb y c a t l o n i c p o i y a c r y i a m i d e ( p a m c ) n o c c u l a n ts e p a r p ur t c c h n o i ，3 0 ( 3 ) ： 2 5 l 2 6 4 【4 7 】 2b r o i nm ，s a n t a e l l ac 2 0 0 2f l o c c u l e n la c t i v l i yo far e c o m b i n a n tp r o t e i nf r o mm o r i n g ao l e j 伯阻 l a m s e e d s a p p im i c r o b i o lb i 叭e c h n o l ，6 0 ( 1 2 2 ) ：1 1 4 1 1 9 【4 8 l 4c o r p a r l j m ，ca f i d a u f 1 9 9 3 f o r m u i 砒i o nn n d p o l y m e r i z a t i o no fm i c r o e m u i s i o nc o n t a ；n i n g m i x t u r co f