摘要：针对含油污水过滤处理中的问题,开发出了一种新型助滤剂,利用该助滤剂预涂层可保护滤芯免受油的污染,通过实验确定了助滤剂预涂层的最佳参数。实验结果表明,使用该助滤剂预涂层可以有效地处理含油污水,过滤以后水中油的质 量 浓 度 小 于 5mg/L ,悬 浮 固 体 的 质 量 浓 度 小 于 1mg/L ,悬浮物颗粒直径中值小于1μm 。
关键词：过滤;污水;含油量;助滤剂
在石油工业中,将石油开采过程中产生的含油污水回注地层是目前普遍采用的方法。但是油田对注水水质有严格要求,对低渗和特低渗油层注水水质要达到文献[1]中 A1级的要求,即回注水中油的质量浓度小于5mg/L ,悬浮物颗粒的直径中值小于 1μm ,悬浮固体的质量浓度小于1mg/L [2] 。如果回注水质量达不到规定指标,将会导致油层堵塞、注水压力升高等后果。因此,含油污水的精细过滤是国内石油开采中迫切需要解决的难题之一。由于过滤精度要求高,故对所选用的过滤材料有严格的限制, 但油污极易对过滤材料产生污染,过滤一般很难持续进行,通常过滤进行很短时间滤芯就会被严重堵塞,其清洗困难,使过滤很难持续进行,无法满足工业应用需求。因此,在含油污水的精细过滤中,如何解决水中的油对滤芯的污染问题,使过滤能够长周期、高通量的进行是关键[3] 。对于较难过滤处理的滤料,通过采用添加助滤剂的方法,可以极大地改善其过滤特性。但由于一般含油污水的处理量都非常大,所需助滤剂用量也相当可观,而常规助滤剂的价格较高,使污水处理的成本难以被广泛接受。为此,笔者开发了一种廉价的 M 型助滤剂,并将其与硅藻土和珍珠岩作了对比研究,对比实验 结 果 表 明,M 型 助 滤 剂 完 全 可 以 满足含油污水处理要求。
1 实验研究
1.1 实验装置及方法
(1)实验装置 实验装置由配料搅拌系统、助滤剂预涂系统、过滤系统及反冲洗系统等几个部分组成,实验装置的流程见图1。
(2)实验方法 在混合罐内配制具有一定悬浮物浓度和含油量的料浆,启动搅拌器混合均匀。在预涂罐中添加一定量的助滤剂并加水混合,在压缩空气推动下按预定参数进行预涂操作。预涂完成后切换至过滤系统进行过滤。料浆在压缩空气推动下,经气液分离器进入过滤器进行过滤分离,滤后液从过滤器上方出口排出。随着过滤的进行,滤饼不断增厚,压差上升(恒速过滤)或者流量降低(恒压过滤)。当过滤压差或过滤流量达到设定值时,停止过滤进行气液联合反冲洗,使滤饼脱落并由过滤器下方排污口排出,使滤芯的过滤性能得以恢复。实验首先在不添加助滤剂的情况下考察油的质量浓度对过滤特性的影响,然后对常规助滤剂和新开发的 M 型助滤剂进行对比实验,最后确定 M 型助滤剂的最佳预涂参数。
1.2 油质量浓度对过滤特性的影响
为了考察油质量浓度 ρo 对过滤特性的影响,改变油 的 质 量 浓 度 进 行 过 滤 实 验,实 验 结 果 见 图 2。由图2可以看出,料浆中未含油时过滤特性最佳,压差 Δp 随时间t 增长幅度最平缓。随着油的质量浓度的增加,压差随时间的延长大幅增长。这是由于油的粘度较大,过滤时油滴粘附于滤芯表面及孔道内部,当固体颗粒通过时被粘附在一起,过滤介质和滤饼层中的孔隙很快被堵塞,滤饼更加密实,从而增大了过滤阻力。
1.3 助滤剂对过滤特性的影响
添加助滤剂是一种改善过滤特性的有效方法,它可使滤芯在接触到油滴前迅速在滤芯表面形成滤饼层,保护滤芯免受油污的污染。
1.3.1 不同助滤剂的过滤特性
采用硅藻土、珍珠岩和自行开发的 M 型助滤剂进行对比实验,结果见图3。由图3可见,硅藻土及珍珠岩助滤剂的过滤阻力略小于 M 型助滤剂的过滤阻力,过滤特性优于 M 型助滤剂。但 M 型助滤剂价格远低于硅藻土及珍珠岩助滤剂,而且在工业化应用时助滤剂的用量相当大,采用 M 型助滤剂可大幅降低处理费用。
1.3.2 助滤剂粒度
助滤剂粒度过大形成滤饼的孔隙率大、过滤阻力小且周期长,但拦截杂质的效果也相应变差,水质效果不理想。当粒径过小时,出水水质较好,但滤饼层孔隙率小,过滤阻力大,过滤周期短。为此选用中等粒度的助滤剂,以兼顾获得较小的过滤阻力和较好的水质指标。助滤剂粒度对过滤特性以及出水质量的影响分别见图4和表1。
1.3.3 助滤剂预涂层厚度
助滤剂预涂层厚度 δ对过滤特性的影响见图5 和表2。由图 5 和表 2 可以看出,助滤剂滤饼层除油效果显著,随着助滤剂用量的增加,滤后水含油量明显降低,滤后水中固体颗粒含量也有所降低,出水水质较好。但过滤特性并不随助滤剂预涂层厚度增加而不断改善,而是存在一个最佳厚度。若助滤剂预涂层太薄,滤芯表面不能形成完整均匀的滤饼层, 则不能有效拦截细小油滴,从而不能有效地对滤芯进行保护。如果助滤剂预涂层过厚,该层滤饼阻力将增加,会缩短运行周期,根据实验结果,适宜的预涂层厚度约为3m m 。
相关期刊推荐：《石油机械》(月刊)创刊于1973年，是国家科委批准出版，中国石油天然气集团公司主管，中国石油物资装备(集团)总公司。设有：专家论坛、试验研究、专题研究、设计计算、加工制造、新产品开发、应用技术、国外石油机械等栏目。
1.3.4 助滤剂预涂速度
助滤剂预涂速度 v 对过滤特性的影响见图6和表3。 由图6和表3可以看出,存在一个合适的助滤剂预涂速度,在该预涂速度下可以获得最好的过滤特性及出水质量。这是因为过小的预涂速度难以使助滤剂在滤芯表面沉积、架 桥,造 成 预 涂 时 间 过长,预涂层不均匀,出 水 水 质 不 好。 但 预 涂 速 度 过高,小颗粒容易产生 钻 隙 现 象,滤 后 水 中 固 体 颗 粒含量很难达标,同时 也 易 造 成 滤 芯 堵 塞,且 难 以 形成疏松 的 助 滤 剂 预 涂 层,过 滤 特 性 较 差。 大 量 的实验证明,最 合 适 的 预 涂 速 度 约 为 正 常 过 滤 速 度的2倍。
2 工业试验
在实验研究的基础上,分别建立了1套日处理量1000m 3 和15000m 3 的含油污水精细过滤工业化装置。 装置由可编程逻辑控制器 P L C (Si e mensS7-300)控制,全自动操作。该装置工业化试验中过滤效果的检测结果见表 4。由表 4 可 以 看 出,滤 后悬浮物的质量浓度和颗粒直径中值两项指标略高于实验室结果。分析认为,这是由于实际污水中含有大量的 Fe 2+ ,在采样分析过程中水样与空气中的氧气接触,Fe 2+ 被氧化成 Fe 3+ ,进而水解产生沉淀,导致滤后水中 悬 浮 物 的 质 量 浓 度 和 颗 粒 直 径 中 值 偏高。实际过滤效果要优于该检测结果。
3 结论
(1)水中含油对过滤性能有十分显著的影响,含油量增加,过滤压差增长很快,滤芯很快被堵塞。
(2)添加助滤剂可以有效保护滤芯免受油的污染,还可以提高过滤流通量,延长过滤周期。自行开发的 M 型助滤剂可以满足使用要求,而且其价格低廉,可以大幅降低水处理费用。
(3)在 M 型 助 滤 剂 的 预 涂 参 数 为 中 位 粒 径 8.78μm 、预涂 层 厚 度 3m m 、预 涂 速 度 1.833m/h 时,可以保证滤后水中油的质量浓度小于5mg/L , 悬浮物颗粒直径中值小于1μm ,悬浮固体质量浓度小于1mg/L 。——论文作者：刘国荣,左海强
参考文献：
[1] S Y/T 5329-94,碎 屑 岩 油 藏 注 水 水 质 推 荐 指 标 及 分 析 方 法 [S ].
[2] 俞启 泰.论 提 高 油 田 产 收 率 的 战 略 与 方 法 [J ].石 油 学 报, 1996,17(2)：53-61.
[3] 李永发,李阳初,孙 亮,等.超滤技术在油田水 处 理 上 的 应 用与研究[J ].水处理技术,1995,21(3)：145-148.
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