含汞气田水的絮凝-吸附脱汞

匡春燕 蒋洪 徐菁 李延娜 张艳丽

摘      要：随着含汞天然气的生产和开发，气田水中常含有油、悬浮物及各种形态的汞。含汞气田水直接排放会造成生态环境的破坏，危害操作人员健康，影响气田生产的正常进行。絮凝-吸附脱汞是将絮凝和吸附两种技术组合用于含汞气田水的处理，絮凝作为预处理方法，可将高含汞污水处理为低含汞污水，再通过吸附深度脱汞，该技术可有效脱除污水中绝大部分的单质汞、无机汞、有机汞及含汞的悬浮颗粒，处理后的净化水可达到汞含量低于0.05 mg/L的排放标准。

关  键  词：汞;气田水;絮凝-吸附;水处理剂;脱汞

中图分类号：TQ 085       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）09-1995-04

Abstract： With the production and development of mercury-containing gas fields， gas field wastewater always contains oil， suspended solids and various forms of mercury. Gas field mercury-containing wastewater may pollute the ecological environment， damage to the health of the operator and affect the normal production. Flocculation-adsorption is a combined method of flocculation and adsorption to treat gas field mercury-containing wastewater. It can remove elemental mercury， inorganic mercury， organic mercury and mercury suspended particles. By this way， mercury levels in the wastewater can be less than 0.05 mg/L which accords with effluent standards.

Key words： Mercury; Gas field wastewater; Flocculation - adsorption; Water treatment agents; Mercury removal

隨着含汞天然气的生产和开发，气田水中常含有油、悬浮物及各种形态的汞。汞及其化合物具有高毒性和腐蚀性，同时汞具有挥发及迁移性：含汞气田水中的汞以Hg2+、CH3Hg+、CH3Hg（OH）、CH3HgCl、C6H5Hg+等离子形态为主要存在形态，能在常温常压下挥发到空气中，导致环境污染[1]。絮凝-吸附脱汞是将絮凝和吸附两种技术组合用于含汞气田水的处理[2]。絮凝作为预处理方法，适用于处理初始汞含量较高的污水，在脱除油、悬浮物的同时，将水中的单质汞及含汞悬浮物一并裹挟脱除，可将高含汞污水处理为低含汞污水，再通过吸附法深度脱汞，可脱除污水中的单质汞、无机汞和有机汞，经该组合工艺处理后的净化水符合我国气田含汞污水的排放标准—《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的规定：含汞气田排放水中不得检出烷基汞，总汞含量不得高于0.05 mg/L;含油量不高于5 mg/L[3]。絮凝-吸附工艺具有脱汞效果好、投资成本低，操作简单、吸附剂可再生重复使用等优点，因此，可以采用这种脱汞工艺脱除气田水中各种形态的汞。

1  脱汞机理

絮凝法是一种有效且成本较低的气田水预处理方法。通过向含汞气田水中投加适量的水处理絮凝剂，在氢键力、范德华力和静电力等的共同作用下，使气田水中的悬浮颗粒和胶体絮凝成较大的悬浮颗粒，在脱除油、悬浮物的同时，将水中的单质汞和含汞悬浮物一并裹挟去除，从而将其从水中分离出来达到净化水质的目的。

吸附作为低含汞污水的深度处理方法，可以用于脱除污水中的单质汞、无机汞和有机汞，适用于处理浓度低且排放量大的含汞污水。吸附法对污水的水质情况很敏感，针对不同的水质和水处理工艺条件，选择合适的水处理汞吸附剂很关键。目前使用最多的水处理汞吸附剂为改性活性炭（最常用的为载硫/载银活性炭）。载硫/载银活性炭是通过活性炭上负载的功能基团（单质硫/银）对单质汞、有机汞、含汞悬浮物进行吸附，从而达到深度处理含汞污水的目的。

2  脱汞工艺流程

絮凝-吸附组合工艺处理含汞气田水的工艺流程如图1所示。

含汞气田水经进水缓冲罐缓冲后，进入油水分离器，脱除大部分油，同时去除部分单质汞及含汞悬浮物;然后在气浮缓冲罐的上游加入适量的絮凝剂，在气浮缓冲罐的下游加入适量的助凝剂，使污水中的油与吸附有汞的颗粒絮凝在一起，使单质汞沉降下来;预处理后的污水进入诱导气浮装置内，在气浮装置中，污水中的悬浮物被气泡携带到污水表面，被收集起来，浮渣通过气浮装置底部排出。气浮单元的排出水进汞吸附装置进行深度处理，脱除污水中残余的油、汞及汞化物。处理合格的净化水进入净水罐再排放。

采用絮凝-吸附工艺处理含汞气田所用到的设备主要包括缓冲罐、油水分离器、诱导气浮装置，汞吸附装置，其作用如表1所示。

3  脱汞效果

絮凝-吸附两种方法组合使用，可脱除污水中绝大部分的单质汞、无机汞、有机汞及含汞的悬浮颗粒，处理后的净化水可达到汞含量低于0.05 mg/L的排放标准。

泰国国家石油管理局勘探生产公司（PTTEP）曾采用絮凝-吸附组合工艺处理Bongkot气田天然气开采过程中排出的含汞、含油气田水，该公司成功地处理了4 200 m3气田污水，处理后的净化水中油含量和汞含量符合泰国政府的排放标准：含油量小于5 mg/L，总汞含量小于5 ?g/L，处理合格后的净化水可以直接排入海水中。该方法的工艺流程如图2所示。

首先向气田水中加入适量的硫化钠和硫酸铁等絮凝剂，使污水中的凝析油和吸附有汞的颗粒絮凝在一起，使单质汞沉降出来;污水再流经气浮单元，在气浮装置中，污水中的悬浮物都被气泡带到污水表面，然后被收集起来，使用活性粘土和过滤的方法处理收集在一起的含污染物的泡沫;气浮单元的排出水，流经活性炭过滤器，再次脱除污水中残留的凝析油、汞及汞化物;然后，检测净化水的汞含量和油含量是否达标，若达标则将处理后的净化水直接排入海里，若不达标则将其引入活性炭过滤装置，进行再次过滤，直到净化水中的汞含量和油含量达标再外排[4]。

经水质检测分析，我国KL 气田含汞污水中总汞质量浓度为160～415 μg/L，现场试验选用高效分离、絮凝、气浮和吸附等组合工艺，高含汞气田水经该组合工艺处理后，净化水中汞的质量浓度为2.5～9.8 μg/L[5]，符合我国气田含汞污水排放标准的规定。

4  水处理剂的选择

絮凝法具有使用简便、高效、投资成本低等优点，使用该法的关键是选择合适的水处理剂。絮凝剂的研究和发展方向逐渐由无机化向有机化、低分子向高分子化、单一型向复合型、合成型向天然微生物型转化，絮凝剂产品也逐渐环保化、多样化[6]。目前，国内外常用于气田污水处理的水处理剂如表2所示。

无机絮凝剂与有机高分子絮凝剂复配使用是目前处理气田水的常用方法[7]，可脱除污水中的油和悬浮物，同时也能将部分单质汞和含汞悬浮物裹挟去除。重庆气矿气田水处理时，选择聚合氯化铝和聚丙烯酰胺复配使用，应用结果表明：两种药剂复配使用处理含油污水效果较好，处理后净化水中油含量小于10 mg/L，悬浮物含量小于30 mg/L，达到了石油企业废水回注指标[8]。川西北气矿中坝须二地层水采用三氯化铁和聚丙烯酰胺复配处理，经斜管沉淀去除油类、悬浮物，污水再进入气浮器并加入浮选剂进一步除掉悬浮物，分离后污水经转水罐、压滤器、精馏器处理进入清水池，处理后气田水中油和悬浮物含量分别为5.3 mg/L和15 mg/L[9]。王刚等[10]为提高含汞污水的处理效率及简化处理流程，用化学合成方法将二硫代羧基引入到聚乙烯亚胺中，制备出一种新型絮凝剂聚乙烯亚胺基黄原酸钠（PEX）。该絮凝剂对Hg2+具有很好的捕集效果，当PEX投加量为6.6 mg/L时，Hg2+的去除率可达96.1%。泰国湾Arthit气田北部的污水处理采用旋流-絮凝-气浮组合处理工艺，含汞气田污水经水力旋流器初步处理后，在气浮缓冲罐的上游加入絮凝剂氯化铁，在气浮缓冲罐下游加入助凝剂，污水再经气浮装置进一步处理，净化水的汞含量低于5 μg/L[11]。

随着气田污水处理技术的不断发展，国外最新研发出的絮凝剂主要为具有固定结构的氧化铝微粒及木质素衍生物。此类水处理剂能高效地去除污水中的单质汞，使污水中的汞含量从25～2 000 μg/L降至10 μg/L[12]。美国CETCO公司的Crudesorb处理技术主要针对油气田含汞污水的处理，研发的RM-10?水处理絮凝剂是钠基膨润土、矿物、聚合物、pH调节剂和其它组分的混合物，其应用十分广泛，性价比高，只需一步即可去除污水中的乳化油、有机物、重金属离子、悬浮固体等污染物，处理效果很好。

此外，国内外学者还开始研究利用重金属捕集剂来处理含汞污水，并取得了较好的效果。目前，在实际研究中，应用较多的重金属捕集剂主要有两类：二硫代胺基甲酸盐类衍生物（DTC类）和黄原酸酯类，其中，DTC類是应用最广泛的[13-14]。重金属捕集剂具对重金属离子具有良好的去除效果，但其药剂价格高于常规的水处理剂，污水处理成本较高，限制了其使用的范围[15]。大部分重金属捕集剂的pH值适用范围为偏碱性条件，若气田污水偏酸性，需使用pH调节剂将污水的pH值调整到适宜的值，增大了处理成本。此外，重金属捕集剂大多数都采用有机物合成，其在净化水中残留的浓度是否会造成净化水的二次污染，还需作进一步的研究和探讨。

综合各种水处理剂的应用情况，介于无机絮凝剂和有机絮凝剂复配使用的技术较成熟，建议使用絮凝-吸附组合工艺处理含汞气田水时，应将无机絮凝剂和有机絮凝剂复配使用，以取得较好的除油、除汞效果。针对不同气田水的水质差异，可采取现场小试实验的方法，确定水处理剂的最佳复配方案及适宜的加剂量。

5  结束语

气田水中汞的形态比较复杂，主要包括含汞悬浮物、有机汞（甲基汞、乙基汞）、无机汞和单质汞[16-18]。含汞气田水必须严格处理，达标排放，否则会造成生态环境的破坏、影响操作人员的健康等严重后果。絮凝-吸附组合工艺用于含汞气田污水的处理具有脱汞效果好、投资成本低、操作简单等优点，目前，该工艺已在泰国湾Bongkot气田和我国KL气田的含汞污水处理中成功应用，处理后的净化水中总汞含量均符合相关的排放标准，该工艺能否适用于国内其他气田含汞污水的处理，值得进一步探究。

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