斜板溶气气浮处理油田污水实验研究

史 博， 陈 涛， 常旭轩, 郭 勇, 周圣昊

(1.陕西延安石油天然气有限公司，陕西西安 710016； 2.长庆油田分公司第三采油厂，陕西西安 750000)



斜板溶气气浮处理油田污水实验研究

史 博1， 陈 涛2， 常旭轩2, 郭 勇2, 周圣昊2

(1.陕西延安石油天然气有限公司，陕西西安 710016； 2.长庆油田分公司第三采油厂，陕西西安 750000)

研究了斜板溶气气浮法对油田含油污水的处理效果。根据不同的工艺参数条件，包括斜板间距、回流比、表面负荷、絮凝剂投加、气泡层厚度等，设计试验，研究斜板溶气气浮法对含油污水的处理效果变化，确定最优的参数值。针对某油田的采油污水处理，对比于传统的溶气气浮法，验证了斜板溶气气浮法处理含油污水的持续、稳定的优越效果，处理后水体含油量控制在10 mg/L以下。

溶气气浮； 含油废水； 气浮工艺； 污水处理

油田含油污水，根据油田的地质条件、石油开采工艺、原油性质等特点，虽然略有不同，但是各油田含油废水具有有机物多、悬浮物多、含油量高、矿化度高、水质偏碱性等特征[1]。含油废水来源多、数量大而且污染面广，其对环境将造成很大危害，进入其他水体，将会使水变臭，影响江河湖泊等水体的自净功能，同时污水中还含有对生物有毒物质，导致水中鱼、虾等生物大规模死亡。含油污水还会对土壤造成很大的危害[2]。

目前，油田含油污水的处理中，溶气气浮法(DAF)在世界各国得到广泛应用。溶气气浮法可以快速、高效、可靠、安全地处理含油污水，使用方便，节约成本。溶气气浮法通过对含油污水增加压力并导入空气，使空气充分溶入污水，使污水中空气含量增加[3]。导入含有混凝剂的水中，当污水在气浮池中通过释放器突然降至常压时，水中过量的空气将会以微小气泡析出，并将水中杂质、污染物、含油颗粒、悬浮物等带到水面，达到固液分离[4]。

实验根据溶气气浮法，研究斜板溶气气浮法，设计溶气气浮装置和实验，确定斜板气浮的最佳工艺参数条件，处理油田含油污水，建立安全、有效的油田含油污水处理方法。

1 斜板溶气气浮实验装置与方法

斜板溶气气浮实验装置包括4个部分：

(1)配水系统：包括配水水箱、加压水泵、回流泵；

(2)混凝反应系统：加药装置、管式反应器；

(3)溶气释放系统：空压机、溶气罐、溶气释放器；

(4)分离系统：气浮池。

该斜板溶气气浮装置平面尺寸为850 mm×400 mm×900 mm，设计流量为0.8 m3/h，接触区的尺寸为300 mm×400 mm×530 mm。

斜板溶气气浮实验装置的特点是在气浮池分离系统中，增加了斜板结构。当溶气水经过释放系统，在气浮池中与待处理的污水混合时，溶气水释放出的微小气泡与污水中的油质、杂质颗粒等混合、黏附。由于在气浮池增加了斜板，可以充分利用浅池原理，使污水中杂质、污染物、含油颗粒、悬浮物与水得到更加彻底的分离，污水处理效果更好。而且由于斜板溶气气浮法气浮池的深度浅，成本低，更容易推广和应用。图1为斜板气浮实验装置中斜板气浮池结构图。图2为斜板溶气气浮实验装置处理含油废水工艺方案。

图1 斜板气浮实验装置斜板气浮池结构

Fig.1 The structure of the inclined plate floatation tank of the inclined plate floatation experiment device

图2 斜板溶气气浮实验装置处理含油废水工艺方案

Fig.2 Process plan for treating oily wastewater by the experimental device of the inclined plate dissolved air flotation

2 工艺条件对气浮效果的影响

斜板溶气气浮实验过程包括两个阶段：第一阶段含油污水破乳、混凝阶段；第二阶段即油粒、悬浮物、杂质和水分离阶段。实验过程中，研究了在不同的各工艺参数条件下，包括斜板间距、回流比、表面负荷、絮凝剂投加、气泡层厚度等，斜板溶气气浮法对含油污水处理的效果，确定了这些工艺参数的最优值。实验用含油污水由实验室条件下制备得到，利用油田原油和污泥得到的油样50 mL，加入300 mL水中，并加入6 g的石油磺酸钠，水浴加热并高速搅拌30 min，制备含油污水。实验条件：水温25 ℃，溶气压力0.7 MPa，气水体积比为15%，污水的絮凝反应时间为180 s，管式反应器中水流速为1 m/s。

2.1 斜板板间距影响分析

分别研究了斜板间距为45、65、85 mm条件下，斜板间距对溶气气浮效果的影响，结果见图3。实验中均添加有聚合氯化铝(PAC)和阳离子聚丙烯酰胺(PAM)，回流比设定为30%，表面负荷为9 m3/(m2·h)。由图3可知，当斜板间距为65 mm和85 mm时，随着进水含油量的增加，而出水含油量较小，且保持在一个稳定的水平，其斜板间距为65 mm处理效果最优。因此，斜板溶气气浮的斜板间距宜采用65 mm，溶气气浮处理效果最好。

图3 斜板间距对溶气气浮效果影响

Fig.3 Influence of the spacing of the inclined plate on the dissolved air flotation

2.2 表面负荷影响分析

分别研究了在不同的表面负荷下，斜板溶气气浮法对含油污水的处理效果，结果见图4。试验初始条件为：污水中含油量为270 mg/L左右，浊度为65～75 NTU。实验中均添加有PAC和PAM，回流比设定为30%，斜板间距为65 mm。

图4 表面负荷对气浮效果的影响

由图4可知，当表面负荷增大时，实验对含油污水中油量的去除效果一直保持稳定。但是，对于含油污水中浊度的去除，则效果较差。但表面负荷大于9 m3/(m2·h)时，处理后污水中的浊度则快速升高，处理效果显著下降。表面负荷低于9 m3/(m2·h)时，则处理后污水中含油量和浊度都很理想。

2.3 回流比影响分析

分别研究了在不同的回流比下，斜板溶气气浮法对含油污水的处理效果，结果见图5。试验初始条件为：污水中含油量为230 mg/L左右，浊度为45～55 NTU。由图5可知，当回流比大于30%时，含油污水处理效果较为理想，出水中含油量和浊度都保持在较低水平。当回流比为40%～50%时，出水中含油量和浊度已经保持在稳定水平。而当回流比为10%～30%时，出水中含油量和浊度则较大，但是随着回流比的增大，出水中含油量和浊度均下降很快。因此，最佳回流比为30%。

图5 回流比对气浮效果的影响

Fig.5 Effect of reflux ratio on air flotation

2.4 分离区气泡层厚度影响分析

分别研究了在不同的分离区气泡层厚度下，斜板溶气气浮法对含油污水的处理效果，结果见图6。

图6 分离区气泡层厚度对气浮效果的影响

Fig.6 Effect of bubble layer thickness on air flotation

试验初始条件为：污水中含油量为230 mg/L左右，浊度为65～70 NTU。分离区气泡层中存在着气态、液态和固态三相混合，主要作用是使污水中含油物质、悬浮物等与清水分离。由图6可知，当气泡层增大时，出水含油量和浊度变得越来越低。而出水中浊度对气泡层厚度的增加更敏感、更剧烈，气泡层越厚，出水浊度将显著的降低。但是，当气泡层厚度大于15 cm时，出水中含油量变化较小。因此，如果含油污水浊度较大，则分离区气泡层厚度应达到30 cm以上。

2.5 絮凝剂影响分析

采用常用的混凝剂聚合氯化铝(PAC)和阳离子聚丙烯酰胺(PAM)分别进行了3种试验，结果见表1。试验初始条件为：污水中含油量为70～130 mg/L，浊度为65～85 NTU。由表1可知，添加絮凝剂可以显著地改善气浮效果，而且添加了PAC和PAM之后，污水处理效果更好。

表1 絮凝剂对气浮效果的影响分析

2.6 斜板溶气气浮与传统溶气气浮处理效果比较

分别研究了在不同的污水初始含油量和表面负荷因素下，斜板溶气气浮法和传统的溶气气浮法对含油污水的处理效果对比，结果见图7和图8。传统溶气气浮法是指在污水和溶气水混合的气浮池中，无斜板结构的气浮装置。由图7和图8可知，在污水初始含油量和表面负荷因素变化时，斜板溶气气浮法对含油污水的处理效果显著优于传统溶气气浮法。

图7 不同的污水初始含油量处理效果

Fig.7 Treatment effect of different wastewater initial oil content

图8 不同的表面负荷因素时污水处理效果

Fig.8 Different surface load factor when the sewage treatment effect

3 斜板溶气气浮装置应用分析

将斜板溶气气浮装置应用于某油田含油污水处理，验证斜板溶气气浮装置实际的含油污水处理效果，同时对比传统的溶气气浮法，验证斜板溶气气浮法的优越性。

3.1 实验方法及流程

实验采用处理水量0.5 m3/h的斜板溶气气浮装置进行试验，而含油污水为该油田采出水处理站的进水，其中油的质量浓度不大于200 mg/L。斜板溶气气浮装置在现场连续进行45 d，每天24 h连续运行，每隔2 h记录装置运行参数，并对污水进行采样分析。预期含油污水处理效果为油的质量浓度不大于10 mg/L。

图9为该实验中的含油污水处理工艺流程。

图9 含油污水处理工艺流程

Fig.9 Treatment process of oily wastewater

3.2 实验结果分析

表2为斜板溶气气浮法和传统溶气气浮法处理污水前后水质变化。由表2可知，针对同一种油田含油污水，斜板溶气气浮法比传统的溶气气浮法处理效果更好，处理效率更高。斜板溶气气浮法处理后得到的水体含油量均值为7.3 mg/L，而传统溶气气浮法处理得到的水体含油量均值为26.5 mg/L。同时，在连续45 d的运行过程中，斜板溶气气浮法得到的水体的含油量始终维持在最大值10.3 mg/L、最小值4.2 mg/L、均值为7.3 mg/L的水平，说明斜板溶气气浮装置处于稳定运行中，含油污水处理效果稳定。

因此，根据本次现场实验结果，可得斜板溶气气浮装置可以有效地处理油田含油污水，污水处理效果稳定且优秀，处理后水体水质满足要求，实现了良好经济效益和环境效益。

表2 斜板溶气气浮法和传统溶气气浮法处理含油污水前后水质变化

4 结论

本文对斜板溶气气浮法处理含油废水的机理进行了研究，根据试验结果，可知该斜板溶气气浮法处理油田含油污水时的最佳参数：PAC与PAM添加量为60 mg/L和1 mg/L，斜板间距 60 mm，回流比30%，表面负荷9 m3/(m2·h)，气泡层厚30 cm。

通过对某油田含油废水的处理实验验证，结果表明，对比于传统的溶气气浮法，斜板溶气气浮法可以获得更好的处理效果，而且对含油污水的处理能力稳定，连续45 d不间断实验表明，在连续运行下，斜板溶气气浮法处理后水体含油量能够一直维持在10 mg/L以下。因此，斜板溶气气浮法可广泛应用于油田含油污水的处理。

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(编辑 宋官龙)

Effect of Inclined Plate Dissolved Air Gas Float Processing on Oilfield Wastewater

Shi Bo1, Chen Tao2, Chang Xuxuan2, Guo Yong2, Zhou Shenghao2

(1. Shaanxi Yan'an Oil and Natural Gas Co. Ltd., Xi'an Shaanxi 710016, China;2.TheThirdOilProductionPlantofChangqingOilfieldCompany,Xi'anShaanxi750000,China)

The effect of the inclined plate dissolved air flotation method on the treatment of oil bearing wastewater in oil field was studied. Influence of the different technological parameters, including inclined plate spacing, reflux ratio, surface load, coagulant dosage and bubble layer thickness, on the treatment effect of the inclined plate dissolved air flotation method was investigated, and the optimum parameters were determined. In view of the oil production wastewater treatment in an oilfield, compared with the traditional dissolved air flotation, the advantages of the continuous and stable treatment of the oil bearing wastewater by the inclined plate dissolved air flotation process were verified, and the oil content of the treated water was below 10 mg/L.

Dissolved air flotation; Oily wastewater; Flotation process; Wastewater treatment

1006-396X(2015)05-0074-04

2015-07-08

2015-08-27

史博(1982-)，男，工程师，从事油田地面工艺方面的研究；E-mail: shibo11221@126.com。

TE992.2

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.05.015