No7油田污水处理剂发展应用现状分解.ppt

第七章油田污水处理剂发展 应用现状 第一节污水处理剂种类与指标 1 污水处理指标 1 水中pH值 在6 9之间 用pH试纸或pH测定仪检测 2 化学需氧量 ChmicalOxygenDemand 简称COD定义 在一定的条件下 采用一定的强氧化剂处理水样时 所消耗的氧化剂的量 它是表示水中还原性物质多少的一个指标 水中的还原性物质有各种有机物 亚硝酸盐 硫化物 亚铁盐等 但主要的是有机物 作用 化学需氧量 COD 往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标 化学需氧量越大 说明水体受有机物的污染越严重 测定方法 随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同 COD测定值也有不同 目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法 化学需氧量 COD 规范标准 在饮用水的标准中 类和 类水化学需氧量 COD 15mg L 类水化学需氧量 COD 20mg L 类水化学需氧量 COD 30mg L 类水化学需氧量 COD 40mg L COD的的数值越大表明水体的污染情况越严重 3 生化需氧量 BiochemicalOxygenDemand 作用 生活污水和工业废水中含有大量的各类有机物 这些有机物在水体中分解时要消耗大量溶解在水中的氧 从而破坏水体中氧的平衡 使水质恶化 并会因水体缺氧造成鱼类及其它水生生物死亡 由于被污染水体所含的有机物成分复杂 难以一一测定 在水环境监测分析中 常常利用有机物在一定条件下所消耗氧的量 来间接表示水体中有机物的含量 定义 在有氧条件下 好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量 表示单位为氧的毫克 升 mg L 测定方法 测定生化需氧量时一般以20 作为测定的标准温度 20 时在BOD的测定条件 氧充足 不搅动 下 一般有机物20天才能够基本完成氧化分解过程 在实际工作中 一般以5日作为测定BOD的标准时间 因而称之为五日生物需氧量 以BOD5表示之 BOD5约为BOD20的70 左右 4 悬浮物 SuspendedSolids 指标定义 指悬浮于水中的固体物质 包括不溶于水的无机物 有机物及泥沙 粘土 微生物等 作用 是衡量水污染程度的指标之一 测定方法 将待测水样用0 45微米的滤膜进行过滤 把过滤下来的残渣在103 105 的条件下烘干后称重 最后用烘干后得到的残渣的重量与水样体积相除 就是该水样的悬浮物浓度 单位mg L 2 污水处理剂种类 污水处理剂种类繁多 在此仅介绍防垢剂 缓蚀剂 杀菌剂 除氧剂 除油剂 絮凝剂共六种 第二节防垢剂 ScaleInhibitors 1 垢的产生与危害 1 垢的定义 在一定条件下从水中析出的固体物质 叫做垢 通常为溶度积很小的无机物 2 油田中常见垢 包括碳酸钙垢CaCO3 硫酸钡垢BaSO4 硫酸锶垢SrSO4 硫酸钙垢CaSO4等 3 结垢 Scaling 垢在地层表面 管线表面的沉积行为 一般包括析出 成核 长大和沉积三阶段 4 结垢的危害 1 垢的定义 在一定条件下从水中析出的固体物质 叫做垢 通常为溶度积很小的无机物 2 油田中常见垢 包括碳酸钙垢CaCO3 硫酸钡垢BaSO4 硫酸锶垢SrSO4 硫酸钙垢CaSO4等 3 结垢 Scaling 垢在地层表面 管线表面的沉积行为 一般包括析出 成核 长大和沉积三阶段 4 结垢的危害a 注水井注入系统结垢 增大水流阻力 注水压力升高 注水困难 油井产液量下降 b 管线结垢 堵塞管路 同时也造成局部腐蚀 c 地层和产油层结垢 损害地层 油 水井过早报废 5 防垢措施a 防止晶核化或抑制晶核变大 b 通过螯合二价金属阳离子分离晶格 使晶格畸变 从而控制无机沉淀物的生长和形状 c 保持固体颗粒在水中的扩散 防止沉积 油田系统常用控制结垢的方法有下面几种 控制物理条件 从水中除去成垢物质 避免不相容水的混 防垢剂 利用微生物防垢 1 防垢剂的定义 能防止或延缓水中无机物形成垢沉积的化学剂 2 防垢机理 通过螯合 多个络合键组合 晶格畸变来控制无机颗粒的生长 沉积 3 性能要求 高效 无毒 与其它化学剂配伍 使用方便 成本低 来源广 4 种类及特点a 无机聚磷酸盐 2 化学防垢剂 i 链状结构 通式Mn 2PnO3n 1 M为一价金属离子 n 3时 为三聚磷酸盐 ii 环状结构 通式 MPO3 n n 6时 六偏磷酸盐 iii 缺点 易受潮水解 不稳定 所以目前已限制使用 b 有机磷酸酯i 常见类型 单烷基磷酸酯 双烷基磷酸酯 焦磷酸酯等 ii 稳定性 不易水解 较稳定 90度才水解 c 有机多元膦酸i 特点 具有较高的化学稳定性和热稳定性 高温高pH值下也难水解 无毒无害 ii 种类 按结构分类 甲叉膦酸型 同碳二膦酸型 羟基膦酸型 含其它原子膦酸型 iii 作用效果 防垢效果好 用量小 兼具缓蚀作用 广泛应用于油田水处理 d 氨基多羧酸盐 优点是热稳定性好 缺点是加剂量多 成本高 应用受到限制 e 聚合物防垢剂i 发展原因 磷化合物对生态环境会带来不利影响 过肥作用 因此人们将注意力转向聚合物型防垢剂 ii 分类 c 有机多元膦酸i 特点 具有较高的化学稳定性和热稳定性 高温高pH值下也难水解 无毒无害 ii 种类 按结构分类 甲叉膦酸型 同碳二膦酸型 羟基膦酸型 含其它原子膦酸型 iii 作用效果 防垢效果好 用量小 兼具缓蚀作用 广泛应用于油田水处理 d 氨基多羧酸盐 优点是热稳定性好 缺点是加剂量多 成本高 应用受到限制 e 聚合物防垢剂i 发展原因 磷化合物对生态环境会带来不利影响 过肥作用 因此人们将注意力转向聚合物型防垢剂 ii 分类 均聚物防垢剂 聚丙烯酸 PAA 及其盐 能与水中钙镁离子螯合 生成溶于水的络合物 较好抑制CaCO3垢 b 聚甲基丙烯酸 PMAA 及其盐 结构中加入甲基 空间位阻效应增加 耐温性好 但价格高 c 聚马来酸酐 即顺丁烯二酸酐 PMA 防垢性能优于前两者 分子中氢键易与钙镁离子螯合形成络合物 PAAPMAAPMA 共聚物型防垢剂 主要包括马来酸酐型共聚物和丙稀酸盐型共聚物 如马来酸酐 醋酸乙烯酯 丙烯酸甲酯三元共聚物 3 防垢剂筛选的原则 1 根据垢的成分和水质条件 2 防垢剂要和其它水处理剂如缓蚀剂 杀菌剂等相配伍 否则降低药效 3 在保证防垢剂效果的前提下 考虑货源 价格因素 4 影响防垢剂性能的因素 1 聚合物分子量影响 相对分子量在一定范围内才能有较好性能 相对分子量分布窄的共聚物阻垢率较高 2 聚合物结构影响 如聚羧酸盐只有阻垢性能 但当分子中含有羟基或磺酸基 酰胺基后 不但防垢 还有缓蚀功能 3 聚合物组成的影响 一般情况下 共聚物要比均聚物有更好的防垢性能 4 防垢剂浓度影响 随着浓度的提高 防垢效果增强 然后趋于某一定值 5 发展趋势 1 研制新型具有多种功能的高效 廉价水溶性共聚物防垢剂 2 研制开发兼具防垢 阻垢 缓蚀 防腐 耐温耐酸碱 适应环保要求的综合水处理剂 3 鉴于BaSO4垢最难防 开展BaSO4防垢剂的专项研究 第三节缓蚀剂 CorrosionInhibitors 1 油气集输管道腐蚀机理及特点 1 问题的产生 含有大量二氧化碳 硫化氢 凝析油和卤水的油井采出液在原油开采 集输过程中会严重腐蚀油管 套管 井口装置 对集输管路内部产生严重腐蚀 因此需要防腐保护 2 管道腐蚀的三个特点 a 气 油 水 固共存的多相流介质 b 高温 高压环境 c 主要腐蚀介质为二氧化碳 硫化氢 氧气 氯负离子和水 其中氯负离子为催化剂 二氧化碳 硫化氢 氧气为腐蚀剂 水为载体 硫化氢电化学腐蚀过程 氧气电化学腐蚀过程 二氧化碳电化学腐蚀过程 二价铁离子的反应 3 减少金属腐蚀的方法 a 用耐腐蚀金属 如合金钢 铬钢 铬镍钢 铝合金等 b 用保护层 涂油 涂沥青 涂漆等 c 用电化学保护 镀锌 镀铬 阴极保护等 d 用缓蚀剂保护 减少金属腐蚀的主要做法 2 金属缓蚀剂 1 定义 少量加入就能大大减少金属腐蚀的化学剂 2 性能 高效 低毒 稳定 与其它处理剂配伍 来源广 成本低 3 分类 a 按元素特征 有机 无机缓蚀剂b 按作用机理 吸附膜型 中间相 型 沉淀膜型 氧化膜型c 按溶解性分类 水溶性 水分散性 油溶性d 按使用温度 低温型和高温型e 按腐蚀介质 酸性介质 中性介质 3 吸附膜型缓蚀剂介绍 目前 国内外所用的基本上都是吸附型缓蚀剂 如 有机胺 有机胺盐 咪唑啉类 季胺盐类等 1 分子组成主要由电负性较大的O N S P等原子为中心的极性基团 非极性烷基组成 其中 极性基团吸附于金属表面 与金属原子配位吸附 非极性基团有效覆盖金属表面 2 种类a 咪唑啉类缓蚀剂 通过N原子吸附 分为油溶 水溶型两类 对含二氧化碳 硫化氢的污水体系有明显缓蚀效果 b 铵盐和季铵盐类缓蚀剂 通过N原子吸附 在油气井中应用较多 c 有机磷酸盐类 通过P原子吸附 可在高Ca2 CO32 含量和较高pH值的水中抑制垢的生成和金属机体的腐蚀 d 硫脲 通过硫原子吸附 主要作为酸性介质中钢铁缓蚀剂 e 炔醇类 高温 浓酸下的钢铁缓蚀剂 O原子吸附 第四节杀菌剂 Disinfectant 1 油田水中的有害菌种 1 硫酸盐还原菌 SRB a 属于厌氧型细菌b 能够腐蚀管道 具体如下 2 铁细菌 IB a 属于好氧型细菌 b 危害性 消耗氧气 在金属表面铁细菌繁殖处形成阳极 而在富氧区形成阴极 3 腐生菌a 属于好氧型细菌b 危害性 产生粘液 堵塞底层 2 杀菌剂 1 定义 少量加入就能杀死细菌的物质 2 分类 1 定义 少量加入就能杀死细菌的物质 2 分类 a 氧化型杀菌剂 通过氧化作用杀菌如氯气产生原子态的氧 起氧化杀菌作用 还有O3 NaClO Ca ClO 2 KMO4等 b 非氧化型杀菌剂吸附型杀菌剂 通过吸附在细菌表面 影响细菌正常新陈代谢而起杀菌作用 由于细菌通常带负电 所以季铵盐化合物特别有效 渗透型杀菌剂 渗入细菌的细胞质中 破坏菌体内的生物酶而起杀菌作用 如氯带苯酚 第五节絮凝剂 Flocculant 1 背景 污水中含有固体杂质 如粘土颗粒等 必须将水中的固体杂质除去 絮凝剂 1 中和固体悬浮物的表面负电性 2 使失去电性的固体悬浮物迅速聚结 下沉 2 絮凝剂的种类 1 无机絮凝剂a 低分子无机絮凝剂 FeCl3 AlCl3 Fe2 SO4 3 Al2 SO4 3等 成本高 腐蚀性大 b 高分子无机絮凝剂 聚Al2 SO4 3 聚AlCl3 聚Fe2 SO4 3等 絮凝能力强 絮凝效果好 价格较低 但与有机高分子絮凝剂相比较 效果差 用量大 目前较少应用 2 有机絮凝剂a 人工合成有机高分子絮凝剂特点 多为水溶性聚合物 分子量大 分子链官能团多 应用广泛分类 i 阳离子型 pH值适用范围为中性 强酸性 通过电荷中和 架桥机理来絮凝固体粒子 如聚丙烯酰胺及其衍生物 特点是pH值使用范围宽 用量少 毒害小 ii 阴离子型 易受pH值和盐影响 如聚丙烯酸钠 iii 非离子型 如聚乙烯醇 抗盐性能好 使用范围仍受限制 iv 两性型 特点是包含阴 阳离子基团 pH值适用范围宽 抗盐性能好 目前有取代前面三种絮凝剂的趋势 b 天然有机高分子絮凝剂i 特点 来源广泛 价格便宜 无毒 易于降解和再生 自20世纪80年代以来开始研究开发及应用 ii 分类 碳水化合物类 广泛存在于植物中 如淀粉 纤维素 木质素 单宁等 甲壳素衍生物 甲壳素含量仅次于纤维素 是甲壳类动物和昆虫外骨骼的主要成分 如壳聚糖 3 微生物絮凝剂a 定义 也属于天然高分子有机物 是人们近年来开发出的