超声强化工艺处理三元驱采油污水和含油污泥效能的研究

【摘要】：伴随着三元驱采油技术应用而产生的三元复合驱采油污水既保持了常规油田污水特性,由于聚合物、表面活性剂以及碱的加入又促其显示出了其独有的性质。碱对地层粘土矿物溶蚀作用导致水中以硅为首的悬浮固体含量高;水中大分子聚合物溶解导致水体粘度高,沉降过滤处理难度大;表面活性剂存在导致水体Zeta电位绝对值高,破乳絮凝困难。上述污水特性导致传统三元驱污水处理工艺中各设备均出现不适应,絮凝剂作用效果差,聚结除油器破乳聚结除油效率低,石英砂过滤器滤料板结流失,悬浮固体去除效果差,导致工艺出水水质难以稳定达标。污水处理过程投加大量的絮凝剂,形成大量含有絮凝剂含油污泥,油泥处理难度大。通过室内试验筛选确定无机聚合硫酸铁和有机UT6-4絮凝剂,复配质量比例500:40处理三元驱采油污水用絮凝效果最佳。利用室内模拟装置研究了超声强化降解聚合物降低水体粘度效果,在(40k Hz+28k Hz+20k Hz)正交三场作用下,控制声强1.5W·cm-2,臭氧投加量7.5mg/L,作用时间15min,降解聚合物后粘度变化率可达到86.1%。臭氧氧化降解聚合物过程中引入超声,强化了臭氧传质效果,促进臭氧分解产生更大量的22OH和?OH,比单独臭氧氧化效率提高3倍以上。降解过程中污水中油与聚合物存在降解竞争效应,采用超声强化臭氧氧化降解聚合物污水含油量不宜高于100mg/L。基于室内试验结果,提出了混凝沉降—双向聚结除油—超声强化降解聚合物—两级过滤工艺,针对除油器和过滤器存在问题,优化设备结构,开发新型除油器和过滤器。依据聚结除油理论,利用颗粒状聚结材料具有高效碰撞聚结作用,同时强化其润湿聚结作用,理论计算聚结除油参数,优选聚结材料,优化除油器内部结构,设置反冲洗系统,开发了双向聚结除油器。利用超声强化臭氧氧化降粘同时辅以搅拌式过滤器形成的湍流流场破坏滤料板结层,优化滤层级配,开发搅拌式双层滤料过滤器。基于以上研究了混凝沉降+双向流除油器+超声强化臭氧氧化降粘+两级过滤工艺处理三元驱采油污水效能,确定超声强化臭氧氧化装置是工艺核心,其运行状态下出水水质稳定达标。在来水含油平均847.24mg/L,悬浮固体159.06mg/L条件下,出水油仅为5.01mg/L,悬浮固体仅为9.93mg/L,油和悬浮固体去除率分别达到了99.39%和93.21%,出水稳定达到回注水油和悬浮固体≤20mg/L标准,采用该工艺处理污水其成本较现有工艺减少1/3。三元驱采油污水处理过程中形成的沉降罐底泥含油量高,具有回收价值。同时重质油含量高,以微小无机颗粒为中心形成稳定乳化油,从污泥中脱出回收油难度大。为达到大庆油田规定污泥含油污泥资源化再利用含油量低于2%要求这一标准,采用超声破乳气浮强化除油这一关键技术处理经过高温热化学清洗后含油污泥,利用超声空化作用降低乳化界面膜强度,促进“水粒子”聚合实现破乳除油。开发含油污泥处理工艺控制高温热化学清洗时间40min,清洗剂加药量1%,热水温度60℃,在超声作用20min,破乳剂投加量10mg/L,实现污泥中油的去除,投加2%复配聚合硫酸铁和UN6-4絮凝剂,离心机转速2500r/min脱水,脱水后污泥含水≤80%,含油≤2%。将离心脱水后污泥残渣与水泥,粉煤灰,膨润土,离子添加剂按照质量比1:0.2:0.3:0.3:0.005条件混合进行固化试验,制做路面砖。固化后产品强度达到3.89MPa,达到混凝土路面砖设计标准。对固化后产品进行浸出试验评价其毒性,浸出时间120h,浸出液的含油量3mg/L以下,低于国家污水排放一级B标准,有毒有害金属离子未检出,路面砖产品安全。通过上述工艺处理含油污泥实现油回收同时控制污泥二次污染,实现污泥资源化利用。利用超声强化臭氧氧化降解聚合物技术辅以双向聚结除油器和搅拌式多介质过滤器开发的三元驱采油污水工艺实现三元驱采油污水达标处理回注。采用高温热洗超声强化除油技术去除污泥中油,在污泥含油2%以下采用固化技术制做路面砖,回收油泥中油同时实现污泥资源化。有效解决三元驱采油处理过程中污水和污泥处理系统存在问题,促进三元驱采油技术推广应用。 【关键词】：三元驱采油污水 含油污泥 超声波 固化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-15
• 第1章 绪论15-38
• 1.1 三元驱采油污水处理技术及研究进展15-21
• 1.1.1 三元驱采油技术15-16
• 1.1.2 三元驱采油污水及水质特点16
• 1.1.3 三元驱采油污水处理意义16-17
• 1.1.4 三元驱采油污水处理回注标准17
• 1.1.5 三元驱采油污水处理技术及国内外研究现状17-21
• 1.2 含油污泥处理技术及研究进展21-26
• 1.2.1 油田含油污泥来源及特性22
• 1.2.2 三元驱采油污水处理产生含油污泥的特性22
• 1.2.3 含油污泥处理技术及国内外研究现状22-25
• 1.2.4 含油污泥的处理标准25-26
• 1.3 三元驱采油污水和含油污泥处理存在问题及发展方向26-29
• 1.3.1 三元驱采油污水和含油污泥处理存在问题26-27
• 1.3.2 三元驱采油污水处理技术发展方向27-28
• 1.3.3 三元驱含油污泥处理技术发展方向28-29
• 1.4 超声强化技术及其在污水污泥处理中应用29-34
• 1.4.1 超声作用原理及其在含油污水污泥处理中应用29-31
• 1.4.2 超声技术的局限性及其发展方向31-32
• 1.4.3 臭氧氧化降解聚合物研究进展32-33
• 1.4.4 超声强化臭氧氧化降解技术研究进展33-34
• 1.5 课题的提出及研究内容34-38
• 1.5.1 研究提出及研究内容34-37
• 1.5.2 技术路线图37-38
• 第2章 实验材料及方法38-51
• 2.1 三元驱采油污水特性分析及预处理试验38-39
• 2.1.1 三元驱采油污水特性分析及药剂筛选试验38
• 2.1.2 超声强化臭氧氧化降解聚合物降粘试验38-39
• 2.2 三元驱采油污水处理工艺及试验39-42
• 2.3 含油污泥特性分析及改性试验42-43
• 2.3.1 含油污泥特性分析及药剂筛选42-43
• 2.3.2 超声强化破乳除油试验43
• 2.4 含油污泥处理工艺及试验43-47
• 2.5 实验药品及分析方法47-51
• 2.5.1 实验药品47-48
• 2.5.2 含油污水分析方法48-49
• 2.5.3 含油污泥分析方法49
• 2.5.4 含油污泥扫描电镜49
• 2.5.5 污泥残渣的XRD分析49-50
• 2.5.6 柱层析分析浸出油族组成50
• 2.5.7 浸出油芳香分GC-MS分析50-51
• 第3章 三元驱采油污水特性及预处理方法研究51-72
• 3.1 引言51
• 3.2 三元驱采油污水特性及传统工艺处理效果51-56
• 3.2.1 三元驱采油污水水质特性51-54
• 3.2.2 三元驱采油污水处理工艺及效果54-56
• 3.3 絮凝剂筛选56-60
• 3.3.1 无机混凝剂的种类和加药量确定57-58
• 3.3.2 有机高分子絮凝剂种类和加药量确定58-59
• 3.3.3 无机和有机药剂配比和加药量确定59-60
• 3.4 超声强化臭氧氧化降解三元驱采油污水中聚合物60-67
• 3.4.1 超声模拟反应器设计60-61
• 3.4.2 超声声场的选择61-63
• 3.4.3 超声声强的选择63-64
• 3.4.4 超声强化臭氧氧化处理三元驱采油污水参数优化64-67
• 3.5 超声强化臭氧氧化降解三元驱采油污水中聚合物作用机制67-71
• 3.5.1 超声强化臭氧氧化降解聚合物协同效应评价67-68
• 3.5.2 超声强化臭氧氧化降解聚合物作用机制68-71
• 3.6 本章小结71-72
• 第4章 超声强化三元驱采油污水处理工艺及处理效能72-106
• 4.1 引言72
• 4.2 超声强化三元驱采油污水处理工艺开发72-73
• 4.3 双向聚结除油器开发及处理效能73-83
• 4.3.1 聚结除油器及其存在问题73-76
• 4.3.2 颗粒状聚结材料聚结除油机制76-80
• 4.3.3 双向聚结除油器开发80-81
• 4.3.4 双向聚结除油器应用效果81-83
• 4.4 搅拌式过滤器开发及其处理效能83-94
• 4.4.1 过滤器存在问题成因研究83-87
• 4.4.2 齿状搅拌式过滤器结构87-90
• 4.4.3 搅拌作用机制90-94
• 4.5 超声强化三元驱采油污水处理工艺处理效能评价94-102
• 4.5.1 除油效能评价95-98
• 4.5.2 超声强化臭氧氧化降解聚合物效能评价98
• 4.5.3 过滤效能评价98-101
• 4.5.4 系统处理效能评价101-102
• 4.6 技术经济分析102-104
• 4.7 本章小结104-106
• 第5章 含油污泥处理及固化制作路面砖106-138
• 5.1 引言106
• 5.2 含油污泥特性分析106-110
• 5.2.1 油泥基本成分分析106-108
• 5.2.2 油泥电镜分析108-109
• 5.2.3 灼烧残渣粒径分析109-110
• 5.3 含油污泥改性试验110-118
• 5.3.1 含油污泥处理药剂筛选110-113
• 5.3.2 超声强化油泥破乳机理研究113-118
• 5.4 含油污泥超声强化处理工艺及处理效能118-127
• 5.4.1 油泥处理工艺118-119
• 5.4.2 高温热水清洗油泥参数优化及效能研究119-121
• 5.4.3 超声破乳气浮参数优化及效能研究121-122
• 5.4.4 离心分离参数优化及效能研究122-125
• 5.4.5 稳定运行处理效果125-127
• 5.5 油泥残渣固化制做路面砖研究127-134
• 5.5.1 油泥残渣固化制做路面砖方法127-131
• 5.5.2 油泥残渣固化制做路面砖原理131
• 5.5.3 路面砖安全性评价131-134
• 5.6 技术经济分析134-136
• 5.7 本章小结136-138
• 结论138-140
• 参考文献140-151
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果151-153
• 致谢153-154
• 个人简历154

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