（环境工程专业论文）胜利油田聚合物驱采出水处理技术研究.pdf

1 h l 奠， - 、 - i 性声明 学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：趔兰主叁日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盏鳆导师签名：垃 日 期：2 堑竺 - d q 一 ， 山东人学硕上学位论文 目录 摘要1 a b s t r a c t 3 第一章前言6 1 1 聚合物驱采油技术概述6 1 2 聚合物驱采出水主要特点7 1 2 1 采油污水的来源和一般组成7 1 2 2 聚合物驱采出水的特点8 1 3 聚合物驱采出水的处理现状和研究进展9 1 3 1 油田污水处理技术现状9 1 3 2 聚合物驱采出水处理工艺的研究进展1 0 1 3 3 动态膜生物反应器技术1 3 1 3 4 组合工艺的提出及主要研究内容。1 5 第二章实验材料和仪器1 7 2 1 实验材料17 2 1 1 胜利油田现场水样l7 2 1 2 模拟水样配制1 7 2 1 。3 实验药品18 2 2 实验仪器2 0 2 3 实验方法2 0 2 3 1 混凝实验方法2 0 2 3 2 水中浊度测定2 0 2 3 3 水中含油量的测定方法2 0 2 3 4 水中残余h p a m 浓度测定2 1 2 3 5 絮体z e t a 电位测定2 2 2 3 6 混凝过程中絮体粒径测量一2 2 2 3 7 絮体强度及破碎后恢复能力测定2 3 2 3 8 水中挥发性有机物的测定。2 3 2 3 9c o d 测定2 3 山东大学硕上学位论文 2 3 1 0 氨氮、总氮测量方法2 4 第三章混凝法处理聚合物驱采出水研究2 5 3 1 引言2 5 3 2 聚合物驱采出水混凝药剂筛选2 5 3 2 1 单一混凝剂的混凝效果2 6 3 2 2 混凝剂复配使用2 7 3 2 3 混凝剂筛选小结。3l 3 3 铝盐混凝剂处理聚合物驱采出水的混凝机理初探3 2 3 3 1 铝盐混凝剂的投加量对聚合物驱采出水混凝效果的影响3 2 3 3 2 铝盐混凝剂处理模拟含油污水和模拟含h p a m 污水的作用机理3 2 3 3 3 采出水中不同组分对混凝效果的影响3 6 3 3 4p h 值对聚合物驱采出水混凝效果的影响4 0 3 3 5 铝盐混凝剂处理聚合物驱采出水的作用机理初探4 2 3 4 混凝处理聚合物驱采出水的动力学研究4 2 3 4 1 混凝剂的投加量对混凝过程中絮体粒径大小的影响4 3 3 4 2 剪切强度絮体强度及絮体破碎后恢复能力的影响4 4 3 5 本章小结4 5 第四章混凝水解酸化动态膜生物反应器组合工艺研究。4 7 4 1 引言。4 7 4 2 组合工艺实验装置4 7 4 3 结果与讨论。4 9 4 3 1 混凝工艺出水水质。4 9 4 3 2 污泥培养驯化5 0 4 3 3 水解酸化池运行效果5 0 4 3 4 动态膜生物反应器的运行5 2 4 3 5 动态膜生物反应器的处理效果5 5 4 3 6 混凝水解动态膜生物反应器组合工艺运行效果5 5 4 4 小结5 8 第五章水解酸化动态膜生物反应器混凝组合工艺研究6 0 5 1 引言6 0 、亭 、 芒 c 一 山东大学硕1 二学位论文 5 2 水解酸化动态膜生物反应器混凝组合工艺实验装置6 0 5 3 结果与讨论6 1 5 3 1 水解酸化池水力停留时间( h r t ) 的选择6 1 5 3 2 不同h r t 对水解酸化池处理效果的影响6 2 5 3 3 动态膜生物反应器的运行6 3 5 3 4 后置混凝工艺的运行6 5 5 3 5 水解酸化动态膜生物反应器混凝组合工艺的处理效果6 6 5 3 6 组合工艺对污染物去除的比较6 9 5 4 小结7 0 第六章结论7 2 参考文献7 4 攻读硕士学位期间已发表及在投的论文8 0 ，：一 专利8 0 致谢8 1 山东大学硕i 二学位论文 一 l0 n c e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) 1 a b s t r a c t 3 1i n t r o d u c f i o n 。6 1 1s u m m a r i z eo np o l y m e rf l o o d i n g 一 1 2t h ec h a r a c t e r i s t i co fp r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o mp o l y m e rf l o o d i n g 7 1 2 1t h es 。u r c ea n dc o m p o s i t i 。n 。f t h ep r o d u c e dw a s t e w a t e r 7 一、 1 2 2t h ec h a r a c t e r i s t i co f p r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o mp o l y m e rf l o o d i n g 8 1 3c u r r e n tt r e a t m e n ts i t u a t i o na n dr e s e a r c ho np r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o mp o l y m e r f l o o d i n g 9 1 3 1c u r r e n tt r e a t m e n ts i t u a t i o no no i lw a t e ri no i l f i e l d 。9 1 3 2r e c e n tr e s e a r c ho nt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi np r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o m p o l y m e rf l o o d i n g 1 o 1 3 3d y n a m i cm e n b r a n eb i o r e a c t o r 1 3 1 3 4c o m b i n e dp r o c e s sa n dt h em a i nc o n t e n t 15 2m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 17 2 1m a t e r i a l s 1 7 2 1 1a c t u a lw a s t e w a t e ri no i l f i e l d 17 2 1 2s i m u l a t i v ew a t e r 。1 7 2 1 3m a t e r i a l s 一18 2 2i n s t r u m e n t 2 0 2 3m e t h o d s 2 0 2 3 1c o a g u l a t i o ne x p e r i m e n t 2 0 2 3 2m e a s u r e m e n to f t u r b i d i t y 2 0 2 3 3m e a s l l r e m e n to f o i lc o n t e n ti nw a t e r 2 0 1 2 3 4m e a s u r e m e n to f h p a mc o n c e n t r a t i o n 2 1 2 3 5m e a s u r e m e n to fc o l l o i ds i z ed i s t r i b u t i o na n dz e t ap o t e n t i a l 2 2 2 3 6m e a s u r e m e n to f p a a i c l es i z ed i s t r i b u t i o n 2 2 2 3 7m e a s u r e m e n to ff l o c si n t e n s i o na n dr e c o v e r a g ea b i l i t y 。2 3 2 3 8m e a s u r e m e n to f v f a 2 3 2 3 9m e a s u r e m e n to f c o d 2 3 2 3 1 0m e a s u r e m e n to f a m m o n i an i t r o g e na n dt o t a ln i t r o g e n 2 4 3r e s e a r c ho nt h et r e a t m e n to fp r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o mp o l y m e rf l o o d i n gb y r t 5 5 5 6 7 1 3 3s t u d y0 1 1t h ec o a g u l a t i o nm e c h a n i s mo f p r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o mp o l y m e r f l o o d i n gb ya l u m i n u ms a l tc o a g u l a n t s 3 2 3 3 1t h ee f f e c to f d o s a g eo nc o a g u l a t i o ne f f e c t 3 2 3 3 2c o a g u l a t i o nm e c h a n i s mo nt r e a t i n gs i m u l a t i v ew a t e r 3 2 3 3 3t h ee f f e c to fd i f f e r e n tc o m p o s i t i o no nt h ec o a g u l a t i o ni np r o d u c e d w a s t e w a t e rf r o mp o l y m e r f l o o d i n g 3 6 3 3 4n ee f f e c to f p ho nt h ec o a g u l a t i o n 4 0 3 3 5s t u d yo nt h ec o a g u l a t i o nm e c h a n i s mo fp r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o mp o l y m e r 七、 f l o o d i n gb ya l u m i n u ms a l tc o a g u l a n t s 4 2 ：；4s t u d yo nc o a g u l a t i o nd y n a m i c s 4 2 3 4 11 1 1 ee f f e c to f d o s a g eo nt h ef l o c ss i z e 4 3 3 4 2t h ee f f e c to f s h e a rf o r c eo ni n t e n s i o na n dr e c o v e r a g ea b i l i t y 4 4 ：；5s u m m a r i z e 4 5 4s t u d yo nc o a g u l a t i o n h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n - d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r 。 c o m b i n e d p r o c e s s 4 7 4 1i n t r o d u c t i o n 4 7 4 2s c h e m a t i ci l l u s t r a t i o no ft h ec o m b i n e dt r e a t m e n tp r o c e s s 4 7 4 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n s 4 9 4 ：；1e f f l u e n to fc o a g u l a t e 4 9 4 ：；2s l u d g ed o m e s t i c a t i o n 5 0 4 ：；3h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o nu n i t 5 0 4 3 4o p e r a t i o no f d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r 5 2 4 3 5t h ee f f e c to f d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r 5 5 4 3 6t h ee f f e c to f c o a g u l a t i o n - h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n - d y n a m i cm e m b r a n e b i o r e a c t o r 5 5 4 4s u m m a r i z e 5 8 5s t u d yo nh y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n d y n a m i cm e m b r a n e b i o r e a c t o r - c o a g u l a t i o n c o m b i n e dp r o c e s s 6 0 v 山东大学硕士学位论文 5 1i n t r o d u c t i o n 6 0 5 2s c h e m a t i ci l l u s t r a t i o no f t h ec o m b i n e dt r e a t m e n tp r o c e s s 6 0 5 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n s 6 1 5 3 1h r ti nh y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o nu n i t 6 1 5 3 2e f f e c to f h r to na c i d i f i c a t i o ne f f i c i e n c y 6 2 5 3 3o p e r a t i o no f d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r 6 3 5 3 4o p e r a t i o no f h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n - d y n a m i cm e m b r a n e b i o r e a c t o r - c o a g u l a t i o nc o m b i n e dp r o c e s s 6 5 5 3 5t h ee f f e c to f c o a g u l a f i o n - h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n d y n a m i cm e m b r a n e b i o r e a c t o r 6 6 5 3 6t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h et w oc o m b i n e dp r o c e s s e s 6 9 5 4s u m m a r i z e 7 0 6c o n c l u s i o n s 7 2 r e f e r e n c e s 7 4 t h ep u b l i s h e da n ds u b m i t t e dp a p e r s 8 0 p a t e n t s 8 0 a c k n o w l e d g m e n t s 8 1 采收率，但也产生了大量 ) 含量高，粘度大，乳化 程度高，油水分离困难，原油的处理水驱采出水的“老三套工艺不能满足聚合 物驱采出水的处理要求，针对这种情况，本文提出了“混凝水解酸化动态膜生物 反应器( 前置混凝) 组合工艺和“水解酸化动态膜生物反应器混凝”( 后置混凝) 组合工艺。 在比较不同单一混凝剂的除油、除浊效果基础上，进行了混凝剂的优化复配， 并研究了铝盐混凝剂处理聚合物驱采出水的机理和混凝剂处理聚合物驱采出水的 混凝动力学。在组合工艺的研究中，通过实验确定了混凝剂的最佳投加量，水解 酸化反应器的最优水力停留时间以及动态膜生物反应器周期运行的规律，通过组 合工艺的连续3 0 天运行，探讨了其处理聚合物驱采出水的可行性，所得结论主要 有： ( 1 ) 混凝法处理胜利油田坨一站聚合物驱采出水时，传统铝盐铁盐混凝剂除 油效果优于无机高分子混凝剂和有机高分子絮凝剂，f c ( 以f e 计) 和a c ( 以a 1 2 0 3 计) 按投加量质量比1 ：3 混合复配，可以实现铁铝混凝剂缺点互补。无机复配铁 铝混凝剂( f c ：a c = i ：3 ) 与有机絮凝剂三元复配时，除油效果主要决定于无机 混凝剂的投加量；投加量为0 5m g l 的a p a m 便能使絮体进一步发生桥联，提高 沉降性，减少污泥体积。 ( 2 ) 无机铝盐混凝剂处理聚合物驱采出水时，混凝效果主要依靠a 1 3 + 与水中 残余h p a m 交联作用，采出水中油滴和盐均会阻碍铝盐与h p a m 的交联反应。与 h p a m 交联能力较强的a c 处理采出水的效果较p a c 处理效果好。在聚合物驱采 出水中原油、聚合物、盐三者共存时，相互作用的结果都导致了铝盐混凝剂投加 量增加，除油率和h p a m 去除率降低。 r 通过对无机混凝剂与聚合物驱采出水混凝动力学研究发现，复配铁铝混凝剂 在提高混凝效果的同时絮体粒径没有明显下降。无机混凝剂与聚合物驱采出水中 h p a m 发生作用以化学键相连，产生的絮体具有较高的强度，不易破碎。 山东大学硕士学位论文 ( 3 ) “混凝水解酸化动态膜生物反应器”组合处理工艺经实验运行3 0d ， 首先以1 4 0m g l 的复配铁铝混凝剂进行混凝，水解酸化池的最佳停留时间为8h ， 动态膜生物反应器的出水水头为5c m ，周期时间约为1 4 0h 。经过运行参数优化 之后，整套工艺可以平稳运行。组合工艺稳定运行3 0 天，经过混凝处理后，进水 c o d 平均6 1 2 4m g l 降为1 6 8 9m g l ，经过水解酸化处理后，c o d 下降至1 4 7 7 m g l ，经好氧生物处理阶段，c o d 进一步降到7 9 7m g l ，出水c o d 稳定，可以 达到1 9 9 8 年以前建设单位的一级排放标准，以及1 9 9 8 年以后建设单位的二级排 放标准。其他污染物指标均可以满足1 9 9 8 年以后建设单位的一级排放标准。在进 水氨氮平均2 7 3m g l 时，经过混凝处理、水解酸化、好氧生物处理后，氨氮降到 1 5m g l ，达到1 9 9 8 年以后建设单位的一级排放标准。 ( 4 ) “水解酸化动态膜生物反应器混凝”组合工艺经实验运行后，水解酸 化池的最佳停留时间为1 2h ，动态膜生物反应器的出水水头为5t i n ，周期时间约 为1 4 0h ，后置混凝工艺混凝剂投加量为1 2 0m g l ，经过运行参数优化之后，整套 工艺可以平稳运行。组合工艺稳定运行3 0 天，在进水c o d 平均6 2 7 7m g l 时， 经过水解酸化处理后，c o d 下降至5 7 0 9m g l ，经好氧生物处理阶段，c o d 进一 步降到4 7 6 6m g l ，经混凝工艺后，c o d 最终为7 5 9m g l ，出水稳定，可以达到 1 9 9 8 年以前建设单位的一级排放标准，以及1 9 9 8 年以后建设单位的二级排放标 准。在进水氨氮平均2 9 8m g l 时，经过水解酸化、好氧生物处理、混凝处理后， 氨氮降到1 6m g l ，达到1 9 9 8 年以后建设单位的一级排放标准。“水解酸化动 态膜生物反应器混凝”组合工艺的提出虽然在实际的应用中存在不足，但随着聚 合物驱采出水性质的变化、h p a m 降解菌以及新生物工艺的研究，“水解酸化 动态膜生物反应器混凝 组合工艺也提出了一种主要依靠生物法处理聚合物驱采 出水的新思路。 关键词：混凝，水解酸化，动态膜生物反应器，聚合物驱采出水，组合工 艺 2 - ， w i t hp o l y m e rf l o o d i n ga p p l i e dt oe n h a n c eo i lr e c o v e r ya n di n c r e a s eo i lp r o d u c t i o n i nm a n yo i l f i e l d s ，l a r g ea m o u n to fw a s t e w a t e rh a sb e e np r o d u c e d t h ep r o d u c e dw a t e r f r o mp o l y m e rf l o o d i n gc o n t a i n saq u a n t i t yo fr e s i d u a lh y d r o l y z e dp o l y a e r y l a m i d e ( h p a m ) ，w h i c hs e r i o u s l yi m p e d e st h eo i l w a t e rs e p a r a t i o n t h e o l dw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp r o c e s si nt h eo i l f i e l dc a n n o tm e e tt h es t a n d a r di nt r e a t i n gp r o d u c e d w a s t e w a t e rf r o mp o l y m e rf l o o d i n g t h ec o m b i n e dm e t h o d “c o a g u l a t i o n - h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o n d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r a n d h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n d y n a m i c m e m b r a n eb i o r e a c t o r - c o a g u l a t i o n ”p r o c e s s e sw e r ed e v e l o p e d t h ea p p l i c a b l ec o a g u l a n t sw e r ec h o s e na n dc o m p o u n d e db a s e do nt h ec o m p a r i s o n o ft h es i n g l ec o a g u l a t i o ne f f e c to fe a c hc o a g u l a n ta tf i r s t t h ec o a g u l a t i o nm e c h a n i s m o fp r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o mp o l y m e rf l o o d i n gb ya l u m i n u ms a l tc o a g u l a n t sa n dt h e c o a g u l a t i o nd y n a m i c so fd i f f e r e n tc o a g u l a t e sw e r es t u d i e d i nt h ec o m b i n e dp r o c e s s e s ， t h eo p t i m a ld o s a g eo ft h ec o a g u l a n t ，t h eo p t i m a lh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ei nh y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o nr e a c t o ra n dt h er u l ei nd y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o ro p e r a t i n gw e r e d e t e r m i n e d a st h ec o m b i n e dp r o c e s s e sr u n n i n gf o r3 0d a y s ，t h ef e a s i b i l i 够o f d i s c h a r g i n gt h ep r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o mp o l y m e rf l o o d i n gw a se x a m i n e d t h em a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： w h e nt h ep r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o mp o l y m e rf l o o d i n gw a st r e a t e db yc o a g u l a t i o n m e t h o d ，t h eo i lo rt u r b i d i t yr e m o v a le f f i c i e n c i e so ft r a d i t i o n a la l u m i n u ms a l to ri r o ns a l t c o a g u l a n t sw e r em u c h b e t t e rt h a nt h o s eo ft h ei n o r g a n i cp o l y m e rc o a g u l a n t so ro r g a n i c p o l y m e rf l o c c u l a n t s w h e nt h ea l u m i n u mc h l o r i d e ( a c ) a n di r o nc h l o r i d e ( f c ) w e r e c o m p o u n d e dw i t ht h ed o s a g em a s sr a t i oo f1 ：3 ，i tc o u l dn o to n l yi m p r o v et h es e t t l i n g p e r f o r m a n c ea n dd e c r e a s et h ev o l u m eo fs l u d g e ，b u ta l s oo b t a i n e dh i 曲o i la n dt u r b i d i t y r e m o v a le f f i c i e n c i e s 。w h e nt h e c o m p o u n d e d a l u m i n u m - i r o n c o a g u l a n t w a s c o m p o u n d e dw i t ha n i o n i cp o l y a c r y l a m i d e ( a p a m ) ，t h eo i l a n dt u r b i d i t yr e m o v a l e f f i c i e n c i e sw e r ed o m i n a t e d b y t h e d o s a g e o ft h ei n o r g a n i cc o m p o u n d e d a l u m i n u m i r o nc o a g u l a n t a n da tt h ed o s a g eo f0 5m g l ，a p a mc o u l db r i d g et h ef l c o s a n di m p r o v et h es e t t l i n gp e r f o r m a n c ea n dd e c r e a s et h ev o l u m eo fs l u d g e w h e nt h ea c t u a lw a s t e w a t e rw a st r e a t e db ya l u m i n u ms a l tc o a g u l a n t s ，t h em a i n l y r e m o v a le f f e c tw a st h ec r o s s l i n k i n ga c t i o nb e t w e e na 1 3 + a n dr e s i d u a lh p a mi nt h e p r o d u c e dw a s t e w a t e r b u tt h ec r o s s l i n k i n ga c t i o nc o u l db eh i n d e r e db yt h ec r u d eo i l 3 些銮查兰堡兰兰垡笙茎 - _ _ _ i _ _ _ - _ _ _ _ _ l - - - _ _ _ i _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - _ i - _ _ _ _ - _ - i _ _ - _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ - - - 。i _ _ - _ _ - - 。_ _ 。1 。一。 a n ds a l t a l u m i n u ms u l f a t eh a db e t t e re f f i c i e n c i e so fr e m o v i n go i la n dh p a mb e c a u s e o ft h e b e t t e rc r o s s l i n k i n ga c t i o nw i t hh p a m 1 1 1 ed o s a g e sw e r ei n c r e a s e da n dt h e t r e a t m e n te f f e c t sw e r er e d u c e da sc r u d eo i l ，h p a ma n ds a l te x i s t i n gi nt h ew a s t e w a t e r t h ef l c o ss i z ew a sn o td e c r e a s e dw h e nc o m p o u n d e da l u m i n u m - i r o nc o a g u l a n t r e a c t e dw i t ht h ep r o d u c e dw a s t e w a t e ri nt h ec o a g u l a t i o nd y n a m i c sr e s e a r c h i n o r g a n i c c o a g u l a n tb o n d e dw i t hh p a m i np r o d u c e dw a s t e w a t e rf r o mp o l y m e rf l o o d i n gt h r o u g h c h e m i c a lb o n d ，s ot h ef l c o sw e r es t e a d ya n dn o te a s yt ob eb r o k e n t h ec o m b i n e d p r o c e s so f “c o a g u l a t i o n - h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o n d y n a m i c m e m b r a n eb i o r e a c t o r w a so p e r a t e df o r3 0d a y s t h eo p t i m a lo p e r a t i o np a r a m e t e r s w e r ea sf o l l o w ：t h ed o s a g eo fc o m p o u n d e da l u m i n u m - i r o nc o a g u l a n tw a s14 0m e g l ， t h eh r ti nh y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o nr e a c t o rw a s8ha n dt h eh e a dd r o po fd y n a m i c m e m b r a n eb i o r e a c t o rw a s5t i nw i t h14 0hr u n n i n gc y c l e n l er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e c o m b i n e dp r o c e s sw a ss t a b l ea f t e ro p t i m i z i n gt h eo p e r a t i o np a r a m e t e r s a f t e r c o a g u l a t i o n ，c o dc o u l dd e c r e a s ef r o m6 1 2 4m g lt o 1 6 8 9m g l a f t e rh y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o n ，t h ec o d f e l lt o14 7 7m g l a f t e ra e r o