磁场作用下处理油气田废水

磁场作用下处理油气田废水油气田废水是产生于钻井作业过程中的一种特殊的工业废水。油气田废水水质复杂，其特点为：有机物含量较高，色度大，含有大量的无机盐类物质，如：Na+、Cl-、Ca2+ 等，还含有许多悬浮物、重金属等。目前国内外处理该类废水主要采用的技术有：氧化一吸附法、电解法、电凝聚法、生物流 化床法等。这些方法各有优缺点.其中电凝聚法具有设备简单、操作方便、运行费用低、对污染 物的去除兼有氧化还原、电场吸附、物理吸附等多重作用，可以去除废水中的悬浮颗粒、重金属、有 机物、油脂、乳化油、氟离子、放射性元素及细菌微生物等。许多研究表明，外加磁场作用对废 水的悬浮颗粒进行分离，和传统的沉降分离相比表现出诸多优点。本文研究在磁场作用下，电凝 聚法处理油气田废水的效果，为探讨处理油气田废水提供新的方法和思路。1.材料和方法1.1试验装置试验以铁板作电极，阳极为普通类铁，阴极为不锈钢。阴阳极板尺寸均为60 mm40mm mm，电解絮凝池有效容积为600cm3。外加磁场的磁体选用西南使用磁学研究所生产的NdFeB磁 块(0.55 T，60 mm60 mm15 mm)。试验装置见图1。1.2试验废水取自西南某采油站高含盐含油废水。废水pH值为6.26.9，其它各主要水质指标见表1，试验废水根据试验目的作适当调节。1.3试验方法通过单因素试验研究磁场作用对电凝聚法处理油气田废水效果的影响。试验分不加磁场的对照组和加磁场的试验组进行。废水分析项目SS、COD均采用国家水质标准分析方法。2结果和讨论2.1反应时间对处理效果的影响调节废水COD的质量浓度为500mg/L，SS的质量浓度为150mg/L，pH值为7，电流密度为6mA/cm，在室温(25)下，考察两装置废水SS和COD的去除率和反应时间的关系.试验结果如图2、图3所示。结果表明：随着反应时间的增加，两装置的SS和COD去除率也逐渐增加。但是，对于对照组来讲，当反应时间在60min内，效果不是很理想，但是当反应时间到达90min时，SS和COD去除率分别达到50.3%和45-3%，到120min时.SS和COD去除率均已接近最大值，继续增加反应时间。对SS和COD去除率没有明显影响。而对于外加磁场作用下的试验组来讲，在60min内.SS和COD去除率效果比较明显.分别达到62.8%和 58.0%。当反应时间到达90min时，SS和COD去除率分别达到78.2%和66.2%，已经接近最大去除效果，SS和COD去除率均明显高于对照组。可见，外加磁场缩短了反应时间，并且提高了SS和COD去除效率。2.2pH值对处理效果的影响调节废水的pH值，反应时间为90min.其它因素不变。考察两装置废水SS和COD的去除率和废水pH值的关系，试验结果如图4、图5所示。试验结果表明，两装置的SS和COD去除率均随着废水pH值的变化而变化。对于对照组来讲，当废水pH值为7时，其对废水SS的去除率最好。达到64.2%，而对COD的最佳去除效果却出现在废水pH值为8时，其最高COD去除率可达59.4%。而对于外加磁场作用下的试验组来讲，当废水pH值为78时，对SS和COD去除率均取得良好效果。二者的去除率分别达到74%和66%以上，均明显高于对照组。2.3电流密度对处理效果的影响电流密度是指单位面积电极上的电流强度，电流密度大，电极反应速度快，耗电量大;电流密度小，电极反应速度慢，耗电量小。改变电流密度保持其它因素不变，考察两装置废水SS和COD去除率的变化情况，试验结果如图6、图7所示。试验结果表明：在一定的电流密度下，随着电流密度的增加.两装置对废水SS和COD的去除率均有所增加，尤其在电流密度由2mA/cm增加到 4mA/cm：，效果比较明显。电流密度的增大可以加速阳极溶解.电解产生更多的Fe：+/Fen水解产生的羟基络合物，絮凝效果就越好。表现为废水SS 和COD的去除率增高。对于对照组来说.在电流密度为6mA/cm时.SS和COD的去除率分别达到67.2%和58.4%，以基本接近电流密度为 8mA/cm时的最大去除率(68.9%和59.6%)，而磁场作用下的试验组，在电流密度为4mA/cmz时，SS和COD的去除率分别达到77-3%和66.7%，当电流密度为6mA/cm2时。SS和COD的去除率分别达到82.6%和71.4%，明显高于对照组。可见，在磁场作用下。可节约能耗，并得到高效的SS和COD的去除率。考虑到电耗的因素，本试验电流密度宜采用4mA/cm。3.原理分析电凝聚法处理废水的过程机理比较复杂.对污染物的作用，包括电解气浮、絮凝、电解氧化还原3部分。采用磁化法处理废水是近年来发展的一种新技术。电解过程中，阴极区产生大量微小氢气泡，废水的悬浮物随气泡上浮到液面而得以分离。铁金属阳极电解时发生溶解，形成Fe(OH)等不溶于水的金属氧化物活性凝聚体，对废水中的污染物起凝聚和吸附作用，形成絮状颗粒而一起沉降并得以分离。阳极区发生氧化反应，溶液中的部分还原性物质被氧化。阴极区发生还原反应，氧化性物质被还原。电凝聚工作过程中，阳极电解时产生的活性凝聚体(Fe(OH)、Fe(H20)63+等)从阳极向阴极运动，施加外部垂直运动方向的磁场.根据物理学原理.带电的凝聚体离子在磁场中运动，受到磁场洛伦兹力的作用，在磁场中做圆周运动，加上搅拌使凝聚体的运动轨迹呈不规则的曲线运动，进而使原本直接从阴阳两级直线运动的凝聚体运动路线加长，和水中的污染物接触的机会大大增加，在凝聚体的凝聚和吸附污染物的过程中，由于碰撞消耗动能，运动速度减慢，在重力的作用下产生沉积。除了上述原因外，还有水的磁化作用也加速了废水的SS和COD的去除速度和效率。水是一种极性分子.自然的水经磁化之后其物理化学性质发生变化，最主要的是H：0的2个氢键的夹角改变，导致水的表面张力、电导率、水对矿物质的溶解度发生变化等。由于Fe(OH)：结晶的结构疏松，抗拉、抗压能力差，粘结性弱，在电解水中不易凝结成核，因而存在大量OH一和Fe，使去除效率提高。电化学反应在溶液中形成电场效应和外源的磁场作用可以增加Fe(OH)：等活性凝聚体凝聚速度和数量，同时增加活性凝聚体运动空问，提高废水中悬浮物和有机物的去除。4.结论在0.55T磁场作用下，电凝聚法处理油气田废水经济、高效的处理条件为：废水SS和COD的质量浓度分别为150和500mg/L，pH值为7 8，电流密度为4mA/cm，反应时间为90min。该条件下，废水SS和COD的去除率分别达到77.3%和66.7%.比单独的电凝聚法节约了能耗和处理时间，并且提高了废水的SS和COD的去除率.是值得推广的一种处理外排油气田废水的经济、高效的方法。石油化工废水处理的发展动向探讨2011-08-22 11:43:34 作者： 来源：职称论文网 当前,石油化工(包括炼油)废水治理技术的发展动向可以概括以三句话表示:加强预处理,提高二级处理,配套后处理,现分别讨论如下:关键字：石油化工9篇 废水处理191篇当前,石油化工(包括炼油)废水治理技术的发展动向可以概括以三句话表示:加强预处理,提高二级处理,配套后处理,现分别讨论如下:一.加强预处理石油化工废水种类繁多,组成复杂,特别是一些毒性大,抑制生物降解和高浓度废水,不把好预处理这一关,就必然严重妨碍以致破坏废水处理设施的正常运行.关于加强预处理的重要意义越来越为人们所认识,广泛地开展试验研究,取得了相当大的进展,成功地开发了许多行之有效的预处理技术,保证了废水生物处理设施的正常运行.1.含油废水处理(包括高乳化废水)(1)高分子絮凝剂的研究和使用：无机高分子絮凝剂，如聚铝和聚铁，已在我国得到广泛使用并取得良好效果。逐步取代传统的无机盐絮凝剂。有机高分子絮凝剂较无机絮凝剂具有：用量少(无机絮凝剂的1/101/40)，使用范围广(PH值49)，净化效果好，废渣生成量少含水率低，以及不增加水中含盐量和废渣中的金属离子量，有利于水的再资源化等特点。美国许多炼油厂及石油化工厂已全部用有机絮凝剂取代无机絮凝剂。有机高分子絮凝剂分为，阴离子型(聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠)，阳离子型(聚胺型、季胺型、共聚型)，和非离子型(聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、水溶性尿素树脂)三类，其中阳离子型更适合于含油废水处理。我国有机高分子絮凝剂的研制和生产，前段时期，只限于阴离子型和非离子型，以商品出售的只限于聚丙烯酰胺和羧甲基纤维等少数几种。近年来，我国一些高等院校和研究院所着手研制开发阳离子型高分子有机絮凝剂，其中有几种如阳离子丙烯酰胺的共聚物已在组织生产。但这几种主要适用于含悬浮物固体较多的废水的絮凝和污泥脱水，对于处理炼油厂和石油化工厂的含油水是不甚适宜。我国炼油厂和石油化工厂基本上还限于使用无机絮凝剂(包括无机高分子型)的水平上，有的炼厂曾进行无机絮凝剂和阴离子型有机高分子助凝剂配合使用试验，由于可供选择的有机絮凝剂品种太少及使用技术未掌握好，尚未取得稳定效果肯定结论。我国炼油及石油化工企业用于废水处理的基本上是无机絮凝剂，必然造成废渣生成量大和处理困难的问题，研制开发有机高分子絮凝剂已成为当务之急。当前，首先要将已研制成功的含油废水处理用有机高分子絮凝剂迅速组织放大试生产，并在现场使用取得经验，针对不同的处理对象，适用的絮凝剂的类型和品种也是不同的，如何正确地使用絮凝剂，从某种意义上说是一种“艺术”，现场试验往往有着决定性意义，因此，要加强有机絮凝剂的研制开发，在近期内做到类型和主要品种上基本配套。(2)聚结过滤除油聚结过滤是采用表面粗糙，油附着性强，粒度适中，强度好的材料作聚结剂充填在床层内，对含油废水起着聚结过滤作用，其过程可分为三个阶段：1、油膜初生阶段-含油废水通过床层水中微细珠被聚结剂捕集，并在其表面扩展，形成油膜;2油膜增厚阶段随着油珠捕集量增多，油膜增厚，并滞留在床层空隙内;3、脱膜阶段床层中的聚结油和凝聚油被通过床层的水流拽带向前延伸。聚结除油主要利用第1、第2两段。进入第三阶段后，出水中油含量开始增高。此时应停止运行进行反冲洗，使附着的油和悬浮物从聚结剂表面脱落，形成较大的颗粒，用重力沉降分离。有试验得出结论：聚结过滤过程中15u的油珠基本去除，10u的油珠也去除60%，经二级聚结过滤后，废水中油含量由 25142降至632mg/l，除油效果优于浮选法(出水油含量151mg/l)符合生物处理进水水质要求。此外，和浮选法对比，废渣减少70%，节电30%，水处理成本降低31%。此工艺具有流程简单，便于操作管理，装置紧凑，占地少的特点，为自动控制创造了有利条件。聚结过滤法处理低乳化程度含油废水时不需投加絮凝剂，废水中表面性位置较多时，要投加少量的絮凝剂进行破稳聚结。(2)乳化油废水治理炼油厂和石油化工厂在生产过程中产生的高乳化程度废水(如柴油碱精制水洗水，重油及污油罐切水，洗槽站洗涤水等)和含油废水相混合时，使本来轻度乳化的废水变成乳化严重，破坏隔油、浮选过程的正常进行，通常采用的加热，酸化和投加破乳剂等处理乳化油废水的方法，分别存在能耗高，加酸 (PH3)药剂消耗量相当大的问题，而且往往破乳效果不理想。有试验表明，采用交流不对称脉冲电絮凝的方法处理乳化油废水取得了良好效果。电絮凝法破乳是利用外电场作用，阳极上的铁被氧化溶出生成活性很强的新生铁离子，并和阴极产生的氢氧根离子作用，形成多价的氢氧化铁，具有很强的絮凝作用和吸附作用。除油以外，对COD也有相当的处理效果。过程的耗铁量以Fe/(油，COD)计为0.030.04。产渣量为少量的0.2%(含水率91%)。(3)微波辐射法处理乳化油废水微波对乳化油废水进行处理，在微波辐射的作用，乳化液中的离子运动加剧，压缩了双电层。从而降低Zeta电位，起到破乳作用。2.高浓度及难生物降解废水处理石油化工企业在生产过程中排出的高浓度废水，完善降解性较好的适宜于采用厌氧生物法处理，对生物降解过程有抑制作用或不能生物降解的则采用化学或物理方法处理。(1)厌氧生物处理厌氧生物法具有能耗少并可回收生物气作能量源，无机养料需要量少，处理费用低，过剩污泥少等特点，70年代后期至80年代发展的高效生物反应器床层生物量高，适合于处理高浓度废水。此外，厌氧生物过程中的水解发酵阶段有很大的可塑性，经过适当的培养驯化后对于难生物降解的有机物也有相当好的降解效果，在石油化工废水治理中日益受到重视。(2)化学及物理方法处理抑制生物降解及难生物降解的高浓度废水是石油化工企业废水处理中的主要难点。这部分废水能否得到妥善处理是影响石油化工企业排水达到排放标准的关键。国内外对此都非常重视，针对具体情况采取措施并开发了一些技术，取得到一定效果。但是，离基本解决还有相当大的距离，需要继续努力进行试验研究开发新技术。美国J.A.Karoly等开发了循环蒸发-气相催化氧化法处理炼油厂高浓度废水的技术。废水从下端进入到蒸发器，通过换热器循环加热升温后，返回蒸发器通过部分水蒸发释放热量，蒸汽经压缩并和氧混合通过催化氧化反应器，99%以上的有机物被分解，热气体和循环(盐)水换热冷凝并回用，盐水浆液中固体可达5060%，可进行副产品回收或稳定性，妥善处理。当有机物氧化产生的热量超过热损失和排料带出的热量时，不需补充热量，过程热量不足时则需补充和入蒸汽。此过程适合于处理所含有机物的沸点不太高(如5kgCOD/kgVss.d。生物浓度为曝气池的34倍，选择器要经较长时间的运行到完全的选择。当完全混合系统SVI为1301000mg/l时，选择器系统的SVI100mg/l，对于有污泥膨胀情况的活性污泥生物处理过程可设立选择器来控制丝状菌污泥膨胀。(4)A/O生物处理系统A/O生物处理系统通常用于废水的脱氮、脱磷，脱氮过程有硝化、反硝化两部分组成，脱磷过程由厌氧和好氧两部分组成。A/O则同时进行脱磷和脱氮。当前我国A/O过程主要是用于生物脱氮。需要脱氮的废水先进入缺氧段和由硝化段来的回流水混合，利用废水中的有机物作为电子供体将回流中的硝酸根和亚硝酸根还原为氮气逸出，进入好氧段进一步去除废水中的有机物，并将氨(铵)态氮和有机氮化物氧化为硝酸根和亚硝酸根。(5)工程菌在废水处理中的使用石油化工废水中的一些人工合成的有机物利用自然生长的细菌进行生物处理 难以获得理想的处理效果。但是通过人为的分子育种，物理化学处理技术和条件强制育种改变细菌的遗传基因，将有用的变异菌种筛选出来，可显著提高生物对生物废水中特定组分的分解能力。(6)活性生物滤池活性生物滤池结合了曝气池和生物滤池的特点，废水和沉淀池的回流污泥相混合，由上部进入生物滤池。出水一部分回流控制流量，其余入曝气池进一步处理，滤池部分的容积负荷3.55.0KgBOD5/M3.d,BOD去除率滤池部分为5070%，过程总去除90%以上。活性生物滤池过程在美国和加拿大得到广泛使用。1982年我国在上海建成一座。该过程适应于浓度较高，波动较大的废水处理，运行稳定，出水水质好。(7)好氧生物流化床生物流化床是一种高效的废水生物处理工艺，微生物以生物膜形式附着在细颗粒载体表面，水流通过生物粒子床层，达到一定流速后，就产生床层膨胀和流化。生物流化床具有床层生物量大(1040g/l)，传质速率高和生物粒子沉降性好的特点。生物流化床按充氧方式可分为外充氧的两相流化床和内充氧的三相流化床。三 配套后处理有些石油化工方式经二级处理后还残留较多的