电凝聚气浮技术处理采油废水的研究胡慧

收稿日期:2011-05-12基金项目:陕西科技大学研究生创新基金资助。作者简介:胡慧，女，硕士研究生。E-mail：maple0705@163.com安徽农业大学学报,2011,38(6):974-977JournalofAnhuiAgriculturalUniversity[DOI]CNKI：34-1162/S.20111025.1026.009网络出版时间：2011-10-2510:26:20[URL]电凝聚气浮技术处理采油废水的研究胡慧1，李志健2，迟金娟1，缪爱园1(1.陕西科技大学资源与环境学院，西安710021；2.陕西科技大学制浆造纸工程学院，西安710021)摘要：采用铝电极对陕北某油田采油废水进行电凝聚气浮处理试验。静态试验研究表明，电流密度和电解时间对处理效果有显著的影响。选择电流密度3.97mA·cm-2、极板间距10mm作为操作条件，对初始含油量为632mg·L-1、pH为7.2的采油废水电凝聚气浮40min后，去油率可达68.08%。动态试验研究表明，水力停留时间为40min，电凝聚气浮槽电流密度为3.70mA·cm-2，电解气浮槽电流密度为3.30mA·cm-2，初始pH7.2，极板间距10mm时，去油率达到85.7%，出水油含量92.7mg·L-1。关键词：电凝聚气浮技术；采油废水；去油率中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1672−352X(2011)06−0974−04OilfieldwastewatertreatmentbyelectrocoagulationHUHui1,LIZhi-jian2,CHIJin-juan1,MIAOAi-yuan1(1.CollegeofResourceandEnvironment,ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi’an710021;2.CollegeofPapermakingEngineering,ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi’an710021)Abstract:Inthispaper,theoperatingconditionsofelectrocoagulation(EC)forthetreatmentofoilfieldwastewaterwereinvestigated.Thestaticexperimentalresultsshowedthatcurrentdensityandelectrolysistimehadasignificantimpactonthetreatment.Currentdensity3.97mA·cm-2,platespacing10mmandpH7.2wereselectedasoperatingconditions,andafter40minECexperiment,theoilywastewater,theinitialoilcontentwas632mg·L-1,hadbeenwelltreated,andtheoilremovalratecouldreachto68.08%.Thecontinuousexperimentalresultsshowedthattheoilremovalratecouldreachto85.7%,andtheoilconcentrationofeffluentwas92.7mg·L-1undertheoperatingconditionsasfollows:HRT（hydraulicretentiontime）40min,currentdensityofECtank3.70mA·cm-2,currentdensityofelectro-flotationtank3.30mA·cm-2,initialpH7.2,andplatespacing10mm.Keywords:electrocoagulation(EC);oilfieldwastewater;oilremovalrate随着石油开采规模的不断扩大，三次采油开始得到应用，特别是聚合物驱采油、三元复合驱采油得到广泛应用[1]。聚合物使采出水的粘度增大，乳化油更加稳定；表面活性剂使油珠严重乳化，微小油珠很难凝聚，增加了油水分离的难度，使得常规的水处理方法很难达到回注标准。含油废水的处理方法主要有物理法、化学法、生物法等[2-4]。随着污水排放标准的不断提高，考虑到药剂的选择和成本控制等因素，电凝聚气浮技术以其优势在采油废水的处理中越来越受到重视。同时，利用采油废水高盐的特点，采用电凝聚气浮技术可有效降低能耗；此外电解产生的微气泡可有效浮选采油废水中的分散油和溶解油，电絮凝作用可有效去除聚合物和乳化油。笔者采用铝电极对电凝聚气浮技术处理采油废水进行了研究，旨在为工业实践提供理论依据。1材料与方法1.1水样与极板的预处理试验前，将电极放入丙酮溶液中浸泡5min洗去极板上的油脂，然后在盐酸中浸泡10min后取出，按一定间距组装好，置于电解槽中。采油废水DOI:10.13610/j.cnki.1672-352x.2011.06.01338卷6期胡慧等:电凝聚气浮技术处理采油废水的研究975静置12小时候由恒流泵将废水水样注入电解槽中，用10%HCl或10%NaOH调节pH值。1.2试验工艺流程1.2.1静态试验工艺流程试验装置电解槽采用有机玻璃制成，有效容积为1000mL。阴极与阳极电极规格均为70mm×120mm×3mm，极板间距可调，电极连接采用单极式。废水进预处理后通过恒流泵进入电解槽，从电凝聚气浮槽开始通电起计反应时间。在不同影响因素下，电解反应一定时间后，用虹吸管在离水面5cm处取样分析。1.2.2动态试验工艺流程对极板进行预处理后，将废水由集水槽通过恒流泵提升，进入集成式电凝聚气浮装置，通过电阻器调节电凝聚气浮槽电压。从通电起一个水力停留时间后考察水力停留时间对集成式电凝聚气浮装置的最佳操作条件。试验工艺流程如图1所示。1.集水池/Collectingtank；2.恒流泵Constantflowpump；3.电阻Electricresistance；4.变阻器Rheostat；5.电凝聚气浮槽Electro-coagulationflotationequipment；6.电解气浮槽Electro-flotationequipment；7.刮泥机Mudscraper；8.浮渣槽Scumgroove；9.电源Powersource；10.集水池图1集成式电凝聚气浮装置试验流程Figure1ExperimentprocessofintegratedformElectro-coagulation1.3仪器与材料仪器：紫外可见光谱仪；PB-10型pH计；LXN-1510型稳压电源。极板材料：极板采用铝极板（纯度97%）。试验用水为自陕北某油田采油废水，其含油量600～800mg·L-1，pH7.2。2结果与分析2.1静态试验影响电凝聚法废水处理效果的因素有很多，电流强度、pH值、电解时间、初始油含量等因素均可能对废水处理效果产生很大的影响[5-8]。2.1.1电流密度对油去除率的影响选取电流密度分别为1.98、3.97、4.76、5.95mA·cm-2，在pH为7.2、极板间距为10mm的条件下，测定不同电解时间时的去油率，结果见图2。图2电流密度对去油率的影响Figure2Effectsofcurrentdensityontheoilremovalrates从图2可知，电流密度越小，电凝聚气浮对油的去除率越低，随着电流密度的增加，去油率越来越大。在电解初始的40min内，电流密度对去油率的影响较大，这是由于电流强度增大时，铝极板水解产生的多核羟基配合物增多，混凝效果较好。电解40min时，电流密度为1.98、4.76和5.95mA·cm-2的去油率和电流密度为3.97mA·cm-2时的去油率分别相差9.83%、3.1%及7.38%。这可能是由于电流密度增大后，在一定程度上影响气泡的有效性，使得去油率的增加与电流密度的增加不成线性关系。另外，实际应用中电流密度为4.76、5.95mA·cm-2的极板消耗和能耗均大于电流密度为3.97mA·cm-2的情况。考虑到处理效果与处理成本，选取电流密度为3.97mA·cm-2进行后续试验。2.1.2电解时间对油去除率的影响电解时间对去油率有很大的影响。由图3可知，在电解初始的20min内去油率迅速增加，这是由于电解开始时，阳极析出的铝离子经水解后形成的新生态混凝剂对废水中油的混凝吸附作用较为明显，在阴极析出的氢气的作用下絮体上浮从而降低废水的油含量。当电解时间在20~40min之间时，去油率的增加幅度较为缓慢，这可能是由于电解时间变长，废水中气泡数量增多，在一定程度上影响了新生态混凝剂对油的去除作用。当电解时间大于40min时，去油率无明显变化。2.1.3废水pH对油去除率的影响控制废水pH值分别为4.0、7.2、10.0，在电流密度为3.97mA·cm-2、极板间距为10mm的条件下，改变电解时间并测定去油率，结果见图3。废水pH值是影响电凝聚气浮过程的重要因素，976安徽农业大学学报2011年由图3可知，去油率大小依次为中性条件、碱性条件、酸性条件，中性条件下去油率高于碱性条件和酸性条件，且碱性条件与酸性条件下去油率相差不大。当pH为7.2时，铝的水解聚合形态是带正电的多核羟基聚合物或氢氧化物，在脱稳微粒间发挥粘结架桥和卷扫作用，去油率达到最高，在电解40min时，达到68.08%，优于酸性条件下的63.08%和碱性条件下的64.42%。酸性条件下，铝的水聚合形态以单体或低聚合物为主，主要通过压缩双电层起絮凝作用，处理效率较低；而在碱性条件下，电解可能主要产生低电荷低聚态对胶体颗粒进行絮凝，且电解过程中OH-会使Al(OH)3溶解生成Al(OH)4-，从而影响处理效率。由于废水初始pH为7.2，控制在中性条件不需要调节pH，且中性条件下去油效果较好，因此后续实验控制废水pH为7.2。图3pH对去油率的影响Figure3EffectsofpHontheoilremovalrates2.1.4初始进水含油量对油去除率的影响浓缩或稀释原废水，使得含油量分别为原废水含油量的0.5、1、2和3倍，即进水油含量为327、632、1148及1784mg·L-1，在电流密度为3.97mA·cm-2、pH为7.2、极板间距为10mm条件下，测定不同电解时间下的去油率，结果见图4。图4初始进水含油量对去油率的影响Figure4Effectsofinitialoilcontentontheoilremovalrates图4可知，在相同的处理条件下，随着初始进水含油量的增加，电凝聚气浮的处理效率略微降低，进水含油量对去油率的影响较小。电凝聚气浮对不同浓度采油废水的处理效果比较稳定，电解反应40min时，去油率分别为69.19%、68.08%、67.24%、66.75%。当电解时间大于40min时，不同进水油含量在电解时间相同的情况下，去油率相差不大。可见电凝聚技术适用于含油量变化较大的采油废水的处理，而对采油废水进行连续实验室不对采油废水做稀释浓缩处理。2.2动态试验选取电凝聚槽电流密度为3.70mA·cm-2，电解气浮槽电流密度为3.30mA·cm-2。进水pH为7.2，进行电凝聚气浮槽的连续流试验，选取水力停留时间为10、20、30、40、50、60min，每次试验在一个水力停留时间后取样，并测定反应器出水含油量，如图5所示。图5水力停留时间对去油率的影响Figure5EffectsofHRTontheremovalofoil水力停留时间影响整个反应器的流态，水力停留时间过短，则导致反应器水流速度过快，絮体产生拥挤上浮，水力停留时间较大时，水的流速较低，不利于