混凝过滤技术在稠油废水处理中的优化应用

摘 要：稠油废水处理是工业水处理难题，目前主要采用混凝进行破乳处理，但仍存在药耗成本高、污泥量大等问题。本文针对山东胜利油田进行中试试验，采用混凝过滤的方式，通过科学的药剂投加控比，结合高效的陶瓷滤料过滤进行研究，并应用于实际生产中。每日节省药剂成本26350元，减少污泥产量57%，取得了较好的应用成果。

关键词：稠油废水；乳化剂；破乳；混凝沉淀

中图分类号：X 78 " " " " " 文献标志码：A

工业稠油废水相对市政污水，具有处理难度大、费用高、处理效果不达预期等特点，随着我国对环境保护的认知度越来越高，水资源越来越短缺等因素的影响，对于稠油废水处理排放标准愈加严格[1]。随着水处理技术水平提升，人们对于稠油废水的处理不只局限于水质达标，而更注重降低成本、资源回收以及污泥的后续处理问题。针对上述问题，本文以试验中试结合实际应用进行研究。

1 研究机理

1.1 稠油废水处理技术

2012年以来国内对稠油废水的处理越发重视，随着研究的不断深化，国内外涌现了一批新的高效处理方法，例如活性炭催化氧化、电解化学处理、电凝聚和电渗析技术以及臭氧活性炭吸附等，改良常规处理方式，不再使用一种方法进行处理，而是组合不同的物理、化学方式形成组合工艺，从而达到对稠油处理降本增效的目的。

1.2 混凝

主要工艺为生石灰+PAC+PAM，具体介绍如下：1）通过加入生石灰，对水包油或油包水产生脱水效果，从而破坏油水的水化层，Ca2+压缩双电层，降低ζ电位，减少乳化油胶粒之间的相互排斥力，在范德华力作用下有可能碰撞并形成大粒径分散油。2）聚合氯化铝[2]既可以作为助凝剂，也可以作为混凝剂，单一聚合氯化铝具有破乳脱稳的效果，可以更好地发挥效果，但是破乳效果一般，在酸化后投加PAC效果明显提升。用硫酸调节可以中和电性脱稳，PAC的用量降低了很多，大大提升了酸化后的效果。3）聚丙烯酰胺[1]，分为阳离子、阴离子和中性，这里采用阳离子聚丙烯酰胺，单一使用就可以对破乳脱稳起到非常好的效果[3]，絮体整齐沉降，产生肉眼可见的分层。由于其价格昂贵，因此通常与聚合氯化铝配合使用，同样可达到很好的处理效果。

1.3 过滤

稠油废水的高黏度特性对于过滤有较大的影响，传统的石英砂、无烟煤尤其是活性炭，主要通过吸附去除水中的杂质，难以满足稠油废水的高黏度特性，很容易造成滤料堵塞，并且给后期的反冲洗、滤料的再生造成很大的困难，所以选择稠油废水过滤的滤料是关键。高性能陶瓷滤料通过改性烧制，具有高强度、疏水性，对于稠油废水的处理有较好的效果。

2 试验部分

2.1 常规混凝处理试验

2.1.1 试验水质

试验用水选择山东滨州油田该套水处理装置目标含油废水，含油量为39.055mg/L，浊度为84.7NTU。

2.1.2 试验药剂配置与投加

首先，准备混凝药品氧化钙粉末，投加量0.5g/L，聚合氯化铝粉末，配置成质量分数为10%溶液，投加量0.25g/L及阳离子聚丙烯酰胺粉末，并配置成质量分数为0.2%溶液[4]，药品均为化学分析纯。其次，按照现油田废水处理投加药剂方法，投加0.5g/L的氧化钙和 0.25g/L的PAC进行搅拌，搅拌强度为200r/min，搅拌时间为5min，投加10mg/L的PAM，以 150r/min的搅拌强度搅拌2min，最后，以50r/min的搅拌强度搅拌5min[5]，如图1所示。

2.1.3 试验结果

加药搅拌结束后静沉5min，取中间层水样，用吉林北光测油仪测得含油2.7071mg/L，浊度1.8NTU，处理效果达标，但是加药量大成本高，产生的絮体污泥量巨大，还存在后续的沉淀池污泥处理问题。

2.2 混凝优化试验

为了降低药剂成本，减少产生的絮体污泥，对混凝试验进行优化。

2.2.1 试验条件

药剂配置与搅拌与常规混凝试验相同，原水（未经处理）含油量：22.022mg/L。

2.2.2 试验内容

降低氧化钙、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的投加量并调整三者投加比例，见表1、表2。

静沉5min后，从左至右分别为①②③④（如图2所示）。

①号烧杯水明显更清澈，絮体性状和沉降速度都比其他3组好；与①号烧杯相比，②号烧杯表面的效果都稍微差些，良好，10.987mg/L也可能出现误差；③号烧杯絮体相对较小，沉降速度相对较慢。④号烧杯明显PAC投加过多，PAM从8mg/L

增至16mg/L依然很浑浊，20min后才逐渐呈现。③号烧杯情况，但是絮体更厚认为PAC不可盲目投加过多，或者需要合适的比例。

静沉5min后，从左至右分别为①②③④（如图3所示）。

①②号烧杯生石灰增多，水都有些浑浊，说明不适宜再增加生石灰投加量；③④号烧杯与上一组的①号烧杯相比，PAM投加从4mg/L增至16mg/L，去除率也一直在增加；⑤号烧杯为上一组③号烧杯补充试验，PAM投加量增加，絮体增大，但是去除率变化不大。

2.2.3 试验结果

针对该水质，考虑其混凝沉淀和除油率，提出2条建议：1）生石灰建议投加量为0.25g/L，当投加量为0.5g/L时，达到几个最佳值，投加量为0.25g/L与0.5g/L效果相差不大，但是能起到减少污泥的效果。2）PAC建议投加量0.125g/L，PAM建议投加量10mg/L。

2.3 混凝过滤沉淀

试验目标是选择适宜的药剂投加量，搭配过滤从而既达到稠油废水处理的效果，又降低成本的目的。采用效果最好的第一组，CaO 0.25g/L+PAC 0.125g/L+PAM 10mg/L结合一级过滤1.2mm～1.6mm粒径滤球进行除油试验，混凝试验条件与上同，原水含油量39.055mg/L，加药后含油量3.0124mg/L。

2.3.1 过滤试验条件

进水浊度22.6NTU，采用二级过滤，一级过滤，承托层150mm，滤球700mm，滤球粒径1.2mm～1.6mm，K80≈1.4，滤速为10m/h，二级过滤，承托层150mm，滤球700mm，滤球粒径0.6mm～0.8mm，K80≈1.4，滤速为10m/h。

2.3.2 试验数据

按照上述过滤条件对混凝过滤出水进行过滤试验并记录出水浊度，见表3。

2.3.3 试验结果

通过混凝过滤试验，整体出水约为1.5NTU，浊度去除率为95.73%。一级过滤后含油量 0.8979mg/L。在降低药耗情况下，处理效果明显优于常规混凝试验（如图4、图5所示）。

3 研究应用

3.1 基本情况

山东胜利油田滨南采油厂原油采用注水方式开发，随着原油的开挖产生的废水，通过进行水处理将达标水回注。每开采一顿原油大概需要回注水2t～3t，开采的油水含税率达到95%。因此，油田采出水中往往含有原油、各种盐类、有机物、无机物以及微生物等。该厂实际日处理量为1.7万m3/d，矿化度为18000mg/L，pH为5～6。进入处理工艺前，连续投加碱液，调节原水pH至7，根据原水中是否含硫，决定是否增加预氧化（除铁离子）工艺，具体工艺如图6所示。原该处理工艺前端大量投加混凝剂，后端过滤器中滤料从下至上分别为砂砾石、金刚砂、核桃壳，其中核桃壳代替了活性炭，可以发挥一定吸附原油的作用。处理完的回注水含油量为3mg/L～

4mg/L，悬浮物含量在2mg/L～3mg/L，颗粒中值为2.1μm，基本达到了国家回注水A3标准[7]。对于粒径中值的要求更小，为了避免回注时堵塞土层而降低原油开采效率，可采用膜处理工艺，从而进一步提升回注水水质，最终达到国家最高的回注水标准——A1标准[8]。

3.2 存在问题

该稠油水处理厂主要采用传统的通过大量投加混凝剂方式实现对稠油水的处理，勉强可以达到国家排放标准，但是在处理成本、运行情况和出泥量上仍存在问题：1）药剂、电耗、废水等处理成本会更高，同时污泥处理量大，达到15m3/d，污泥处理不彻底，交付其他单位处理费用高；在沉降灌中分离的污泥经板框压滤机处理后，含水量为47%，含油量为8%。脱水后的污泥由厂方支付一定费用，交于其他单位进行进一步处理。2）前端出水悬浮物含量高，不能满足所有回注水的要求，膜处理技术对于进水的水质要求较高。工艺后端设备管道腐蚀严重。

3.3 调整办法

结合上述试验，对混凝沉淀参数进行调整，加入高效的陶瓷滤料过滤装置，应用于实际处理中：1）稠油废水采用混凝处理效率低与设备陈旧和投药量不科学均有关系，通过按照试验投加药剂量CaO 0.25g/L+PAC 0.125g/L+PAM 10mg/L投加，同时投加硅藻土、粉状活性炭等天然无害的载体，帮助颗粒污泥更快地形成[8]。2）尽管采用含油废水的膜处理与活性炭吸附等方式处理效果好，但是成本高，材料重生困难，因此改用陶瓷滤料，滤料表面形成大量可吸附物质的孔洞，比表面积较大，吸附能力更好；采用多级陶瓷滤料可根据出水效果相应地改变级数，尽可能地节约运行成本，同时设备为全自动化操作，简单易行。

3.4 效益分析

通过调整混凝药剂投加量，不仅提升了稠油废水处理效果，同时，污泥含量减少57%。调整前千吨水用药量：氧化钙500kg、PAC250kg、PAM15kg，调整后千吨水用药量：氧化钙250kg、PAC125kg、PAM10kg。按照市场1200元/tCaO，8600元/tPAC，35000元/tPAM计算，千吨水药剂节省成本1550元。按照日处理量1.7万m3/d计算，日节省药剂成本26350元。

4 结语

本文将混凝过滤优化试验应用于山东胜利油田稠油废水处理实践中，取得了较好的成效，总结如下：1）随着对稠油废水排放指标愈发严格，人们更重视稠油废水的处理。单一处理逐渐不能满足现代水处理要求，多形式的组合工艺更适合技术的发展。科学的混凝投加结合高性能的陶瓷过滤不仅提高了出水效果，同时可以降低药耗成本，减少污泥产生。2）稠油废水处理的关键在于破乳，CaO+PAC+PAM处理方法效果明显[6]，混凝沉淀后出现肉眼可辨的分层，出水明显清澈。3）CaO 0.5g/L + PAC 0.25g/L+PAM 10mg/L的投药成本约为0.7元/t，

减半投药CaO 0.25g/L + PAC 0.125g/L + PAM 10mg/L的投药成本为0.4元/t，二者处理效果相差不大，从电耗和药耗角度出发以后，后续滤料的持续运行角度，选取一个平衡点。4）针对不同性质的工业废水，助凝剂和混凝剂的选择、投加量、搅拌强度、搅拌时间均不相同。对于本文目标水样，先投加0.5g/L的氧化钙和0.25g/L的PAC，然后搅拌，搅拌强度为200r/min，搅拌时间为5min；再投加10mg/L的PAM，先150r/min搅拌2min，再50r/min搅拌5min，可以获得最佳的 GT值，从而达到好的混凝效果。5）尽管含油废水的膜处理与活性炭吸附等方式处理效果好，但是成本高，材料重生困难，因此改用陶瓷滤料，滤料表面形成大量可吸附物质的孔洞，具有较大的比表面积，吸附能力更好。

参考文献

[1]林忠胜.混凝吸附法处理含油废水的技术研究[D].大连：大连理工大学，2004.

[2]刘则华，任云利，肖稳发，等.水处理絮凝剂的研究进展[J].上海工程技术大学学报，2005，19（3）：201-204.

[3]张效林，韩卿.PAM的合成及其在造纸中的应用前景[J].造纸化学品，2003（3）：112-114.

[4]陈立丰，李明俊，万诗贵，等.聚合氯化铝、聚丙烯酰胺复合絮凝剂处理不同浊度水的研究[J].水处理技术，1997，23（6）：345-348.

[5]湛含辉，钟乐，韦小利.聚丙烯咸宁絮凝机理及流体力化学因素的研究[J].选煤技术，2007（1）：7-11.

[6]赵林，马超，徐玉霞，等.稠油污水处理高效反相破乳剂应用现状[J].环境科学与技术，2005（5）：11-12.

[7]谢加才，高廷耀，周增炎，等.稠油污水处理中高效净水剂的研究与应用[J].工业水处理，2001（11）：24-26.

[8]赵林，陈英毅，李玉娇，等.用于稠油污水处理的高效反相破乳剂的合成[J].工业水处理，2007（6）：32-35.