含聚污水（精选7篇）
含聚污水 篇1
1 油田含聚污水概述
虽然近些年我国的油田开采得到了技术提高, 但是大多还是应用注水开发的方式生产。一吨原油生产需要两到三吨的水, 每天的石油生产都需要很大量的注水规模。注水采油不仅对注水量有很大的需求, 注水量的增大提高了产油量, 但也使得采出油的水量增大, 更会带来一些其它问题。经济发展对能源的大量需求使得我国油田的开发规模越来越大, 但是同时带来了更多的含油污水, 需要处理的问题也越来越多。例如大庆油田, 每年原油产量达到4千多万吨, 原油中的总含水量平均为80%, 需要注水量可达3到4亿立方米, 但是污水处理量几乎等同于注水量。虽然, 油田的聚合物驱油技术得到增强, 扩大了应用规模, 含聚污水量也逐渐增大, 原油产出液也不断增大。所以, 油田含聚污水不能被及时、科学和合理地处理和利用, 向外排出不仅会造成水资源的浪费, 还会造成环境的严重污染, 后果不堪设想。
2 含聚污水的特质及危害
2.1 含聚污水的特质
聚合物弱凝胶驱油后, 油田污水仍旧含有一些聚合物和表面活性剂, 不同于普通的采油污水, 其特点明显:其一, 油滴粒径更小。油粒直径在3-5μm之间, 有90%以上的粒径比10μm还小, 有碍于油滴的聚合及飘浮, 很难将油和水进行分离。其二, 污水有很多杂志。在油田污水中不但有石油烃、固体颗粒、细菌和盐类等常规杂质, 还剩余大量聚合物, 主要成分是水解聚丙烯酰胺, 分子量相对较高, 达到2×106到5×106的范围。其三, 含聚污水乳化度强。水解聚丙烯酰胺在污水面多位于表面上, 结合乳化剂共同构成大强度和高弹性的复合膜, 增大破乳难度, 增大污水处理困难。其四, 含聚污水粘性高。生产实践证明, 水解聚丙烯酰胺是引起污水粘性的主要因素, 该物质的含量越大污水粘性越高。这些聚合物的不能清除, 延长了污水的沉降时间, 增强了污水的含油量, 更难将油和水分离开。如果, 能够将油液中的聚合物分离出来是能够有效提升含聚污水中的含油量的, 降低污水对环境的污染。
2.2 含聚污水带来的危害
其一, 油田采出液被高度乳化, 不容易破乳脱水, 含聚污水有很高含油量, 不能外排或者回注。其二, 含聚污水很难处理, 即使二级除油、后加药和过滤后, 外排的含聚污水油量高于500-3000毫克每升, 不能回注, 有时更超出20000毫克每升, 若聚合物不能科学合理处理后外排就会浪费大量水资源, 造成环境污染, 但回注又会造成油层离析有害。其三, 对聚合污水处理的成本过高。例如, 河南油田的含聚技术尽管获得提高, 提高了油田采收率, 问题仍旧存在, 产出液仍含有聚丙烯酰胺, 污水含油残余量增大, 乳状液较稳定, 增大污水处理难度, 提高了后续处理负荷和成本, 很难提高污水处理标准。所以, 怎样提升含聚污水的化合物的处理能力是油田开采中噩待解决的问题, 需要不断地研究并实践。
3 油田含聚污水处理现状
油田开采量增加引起含聚污水量持续增长, 但是环境需求和外排污标准的逐渐提高, 油田含聚污水的科学、合理、高效处理越来越重要。现在, 我国油田的含聚污水的处理获得了新的技术的提升, 经过实践总结这些处理方式大致能够划分为几大类:分别是化学类处理、机械物理类处理、生物处理等方式方法。但是, 近年更开发了很多新型处理方式, 如微波和超声波处理、微生物处理、膜处理和井下油水分离处理等方式, 引起极大关注。
3.1 机械物理类处理
机械物理类处理方式分为:粗粒化处理、重力沉降处理和膜分离处理三大类法。重力沉降分为:斜板、自然、混凝和压力沉降几种。其它的物理处理还包括:气浮、聚结、精滤和过滤等类别, 比如:普通机械过滤、纤维球过滤、机械诱导、陶瓷微孔过滤等方式。物理处理能够重复应用, 但成本过高, 而且处理精度低。为了改善这些不足, 机械物理处理向着精滤和膜分离类处理、电泳和电絮凝处理、高效沉降处理和电悬浮处理等方式。
3.2 化学类絮凝氧化沉降处理
絮凝氧化沉降处理根本而言是一种化学类的油田污水处理方式。这些化学处理方式简单、经济、快捷和高处理率等特点, 油田含聚污水稳定性高等。所以, 现代我国油田多采用这种化学类处理方式。絮凝氧化沉降处理是通过在注水中投入助凝剂、化学药剂及破乳剂等, 和水中悬浮物颗粒和其它有机物等合成更大的絮凝物, 将其在水中分离、沉降、过滤、驱油, 实现净水目的。并且, 为了提高污水的达标率或者回注水平, 当絮凝沉降时, 按照油田含聚污水的特色适当添加氧化剂、杀菌剂和缓蚀剂等化学制剂, 增强油田含聚污水的处理能力。
4 未来发展方向
在油田含聚污水处理中, 尽管现在已经取得了不错的成绩, 但是以后的发展方向和目标还是向着低成本、低污染、易操作、处理高效发展和进步。目前, 不可能离开化学处理, 所以新型的化学类油田驱油聚合物需要继续研发, 提高其高效处理能力, 单丝更重要还要提高物理处理能力, 提高油田含聚污水的聚并能力, 提高油田含聚污水的处理能力。
参考文献
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双亲型清水剂处理油田含聚污水 篇2
目前,围绕含聚污水所开展的清水剂研究依然以阳离子型清水剂为主,鲜有针对黏性“含聚油泥”问题的新型清水剂的报道。本课题组首次研发了一种用于含聚污水处理的双亲型清水剂QS-03,通过在分子结构中同时引入特殊结构的亲水性和亲油性功能基团,赋予清水剂压缩双电子层和破坏油-水界面膜稳定性的双重作用[20,21]。
本工作详细考察了双亲型清水剂QS-03的亲水性/亲油性基团比例、清水剂加入量、处理温度及含聚污水含油量对清水效果的影响,并与典型的阳离子型清水剂进行了对比,同时对双亲型清水剂的作用机理进行了分析。
1 实验部分
1.1 废水和材料
含聚污水水样为渤海某油田一级分离器出口聚合物驱含油污水,含油量为4 540 mg/L,聚合物质量浓度为160 mg/L。
双亲型清水剂QS-03由实验室自制,包括亲水性功能基团(H)与亲油性功能基团(L)的摩尔比(n(H)∶n(L))分别为3∶1,2∶1,1∶1,1∶2,1∶3的5种系列产品,数均相对分子质量约为30 000;阳离子型清水剂CA-04由法国爱森(SNF)公司提供,为聚二甲基二烯丙基氯化铵类清水剂,阳离子度为35%,有效固含量约为40%。
1.2 清水剂的评价方法
清水剂的评价方法参考石油天然气行业标准SY/T 5796—93《絮凝剂评定方法》[22]、国家标准GB/T 16881—2008《水的混凝、沉淀试杯试验方法》[23]及石油天然气行业标准SY/T 5281—2000《原油破乳剂使用性能检测方法(瓶试法)》[24]。具体操作流程如下:取100 m L含聚污水至容量瓶中,65 ℃下预热30 min,将配制好的一定浓度的清水剂溶液用移液管或微量注射器加入到容量瓶中,然后人工颠倒摇晃30次,静置后观察污水颜色和絮体状态。
1.3 分析方法
聚合物质量浓度的测定采用石油天然气行业标准SY/T 6576—2003《用于提高石油采收率的聚合物评价的推荐作法》[25]中的淀粉-碘化镉测定法。
污水含油量(ρ,mg/L)的测定采用美国WILKS公司Infra Cal CVH型TOG/TPH红外分析仪,测定方法参考石油天然气行业标准SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》[26]和中国海洋石油总公司企业标准Q/HS 2042—2014《海上碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》[27]。具体操作流程如下:将待测水样在60 ℃恒温水浴中预热10 min,取100 m L下层清液至量筒中,滴加2 m L的质量分数为5%的盐酸后再与正己烷以100∶5的体积比混合,置于电动振荡机上以200次min的频率振荡3 min,静置10 min后取上层萃取液50 μL,测定含油量。
浊度采用美国Thermo Fisher公司Qrion AQ2010TN100型浊度计测定。
Zeta电位采用美国Brookhaven公司Zeta PALS型电位仪测定。
界面扩张模量采用德国KRUSS公司DSA30型界面参数一体测量仪测定。
2 结果与讨论
2.1 n(H)∶n(L)对清水效果的影响
含聚污水为水包油、油包水、水包油包水等多相态复杂体系,清水剂的亲水性及亲油性对处理效果有重要影响。在清水剂加入量为200 mg/L、处理温度65 ℃的条件下,n(H)∶n(L)对清水效果的影响见表1。
由表1可见:n(H)∶n(L)=2∶1时,具有最好的清水除油效果,处理后污水含油量和浊度最低;n(H)∶n(L)为1∶1和1∶2时清水除油效果次之;亲水性功能基团含量过高(n(H)∶n(L)=3∶1)或亲油性功能基团含量过高(n(H)∶n(L)=1∶3)时,清水除油效果均不理想。由此可知,亲水性功能基团和亲油性功能基团对清水剂的清水除油效果均有不同程度的贡献,二者在合适比例范围内时效果最佳。以下工作采用n(H)∶n(L)=2∶1的清水剂QS-03进行实验。
2.2 清水剂加入量对清水效果的影响
在n(H)∶n(L)=2∶1、处理温度65 ℃时,不同清水剂加入量时含聚污水处理效果的照片见图1,清水剂加入量对污水含油量和浊度的影响见图2。由图1和图2 可见,清水剂加入量为100 mg/L时,污水含油量由4 540 mg/L显著降低至663 mg/L,除油率高达85%,污水颜色由深棕色变为黄色,浊度大幅降低至421 NTU;清水剂加入量为100~180 mg/L时,随着清水剂加入量的提高,处理后污水的颜色逐渐由黄色变为浅黄、微黄,污水含油量进一步由663 mg/L大幅降低至103 mg/L,除油率接近98%,浊度去除率由57.9%大幅提高至94.9%;清水剂加入量为200 mg/L时,处理后的污水澄清透明,污水含油量仅为45 mg/L,浊度仅为13 NTU;清水剂加入量继续提高至250 mg/L及以上时,污水含油量可进一步降低至26~30 mg/L,除油率和浊度去除率的降幅趋于平稳。由此可知,清水剂QS-03加入量的拐点为200 mg/L,此时含聚污水的除油率和浊度去除率均较高,清水除油效果优异。
清水剂加入量(1#~7#)/(mg·L-1):100,150,180,200,250,300,350
2.3 处理温度对清水效果的影响
在n(H)∶n(L)=2∶1、清水剂加入量为200mg/L的条件下,处理温度对污水含油量的影响见图3。由图3可见:清水剂QS-03在不同处理温度下均表现出了良好的清水除油效果;随着处理温度的升高,处理后含聚污水的含油量呈小幅降低趋势,80 ℃处理后污水含油量仅为35 mg/L,较50 ℃时降低了18 mg/L。这说明较高的处理温度对清水剂QS-03的清水除油效果有积极促进作用,这主要是因为温度的升高有利于药剂在油水中的溶解和分散,提升药剂作用速度,并可加快絮体的聚集和上浮。实验中也发现,50~80 ℃处理后的污水水样均为无色、澄清透明,除油率均在98%以上。由此表明,清水剂QS-03可在较宽的温度范围内处理含聚污水。
2.4 污水含油量对清水效果的影响
在n(H)∶n(L)=2∶1、清水剂加入量分别为150 mg/L和200 mg/L、处理温度65 ℃的条件下,不同污水含油量时含聚污水处理效果的照片见图4,其中,1#~3#水样的清水剂加入量为150 mg/L,污水含油量依次为5 865,4 540,3 210 mg/L;4#~6#水样的清水剂加入量为200 mg/L,污水含油量依次为5 865,4 540,3 210 mg/L。污水含油量对除油率的影响见图5。由图4和图5可见:清水剂加入量为150 mg/L时,除油率随着污水含油量的增加呈小幅降低趋势,对中低含油污水(污水含油量为3 000~4 000 mg/L)的除油率可达95%以上,且对于高含油污水(污水含油量大于5 000 mg/L)的除油率也大于91%;清水剂加入量为200 mg/L时,除油率基本不受污水含油量变化的影响,处理后的水体均为无色、透明,除油率均在99%左右。由此说明,清水剂QS-03对不同含油量的含聚污水均有良好的适用性,处理高含油含聚污水时依然有很高的除油率。
清水剂加入量为150 mg/L时的污水含油量/(mg·L-1):1#5 865;2#4 540;3#3 210;清水剂加入量为200 mg/L时的污水含油量/(mg·L-1):4#5 865;5#4 540;6#3 210
2.5 清水效果的比较
在n(H)∶n(L)=2∶1、清水剂加入量为200mg/L、处理温度为65 ℃的条件下,将双亲型清水剂QS-03的清水除油效果与阳离子型清水剂CA-04进行了对比,两类清水剂对含聚污水处理效果的对比见表2。由表2可见:清水剂CA-04处理后的污水颜色呈黄色,浊度为280 NTU,含油量为508 mg/L;相比之下,清水剂QS-03的清水除油效果明显更为优异,处理后的污水澄清透明,浊度仅为11NTU,含油量仅为45 mg/L。
清水剂CA-04(a,b)和QS-03(c,d)处理后含聚污水的絮体形态照片见图6。由图6可直观看出,两种清水剂作用后的絮体有着截然不同的表现:阳离子型清水剂CA-04的絮体呈较大块状,黏附性较强;双亲型清水剂QS-03的絮团呈松散状,对内壁无黏附性,在水中的流动性好。原因分析为,阳离子型清水剂与污水中残留的阴离子聚合物存在很强的电性中和作用,导致聚合物失稳随原油、悬浮物等一起析出,生成黏性絮状物,而双亲型清水剂与阴离子聚合物之间的相互作用较弱,因而生成的絮体基本无黏附性。
2.6 清水机理分析
由于含聚污水中残留的聚合物会吸附于油-水界面上,油滴的电负性和界面膜强度均明显增强,因此清水剂的效果好坏很大程度上取决于对界面电荷和界面膜强度的破坏。本工作分别通过Zeta电位和界面扩张模量对含聚污水的油-水界面电荷与界面膜强度进行了考察。
通过Zeta电位可反映出油滴表面带电性及稳定性的强弱。在n(H)∶n(L)=2∶1、处理温度为65℃的条件下,清水剂加入量与含聚污水油滴Zeta电位的关系见表3。
由表3可见:随着清水剂QS-03加入量的提高,含聚污水油滴的Zeta电位逐渐由负电性变为了正电性,界面电荷绝对值大幅减小,这表明清水剂QS-03有效破坏了油-水界面双电层,油滴间相互排斥作用力减弱,从而破坏了油滴的稳定性,促进了油滴的聚结;而对比阳离子型清水剂,清水剂QS-03对Zeta电位的降低幅度明显偏小;清水剂加入量同为250 mg/L时,清水剂CA-04的Zeta电位为17.42 m V,几乎为QS-03的3倍,由此说明,清水剂QS-03与污水中残留阴离子聚合物的相互作用显著减弱,这有利于避免因二者的强电性中和作用而产生黏性絮状物,因此产生的絮体有良好的流动性。
通过界面扩张模量可反映油-水界面膜强度的大小。在n(H)∶n(L)=2∶1、处理温度为65 ℃的条件下,清水剂加入量与含聚污水油-水界面扩张模量的关系见图7。由图7可见:对于阳离子型清水剂CA-04,随着清水剂加入量的增加,界面扩张模量逐渐增大,说明阳离子型清水剂没有降低油-水界面强度;而对于双亲型清水剂QS-03,随着清水剂加入量的增加,界面扩张模量却迅速降低,这表明双亲型清水剂可有效顶替油-水界面的活性物质,降低界面膜强度,从而破坏油滴稳定性,加速油水分离。
由此可以看出,与阳离子型清水剂的电性中和机理不同,双亲型清水剂QS-03的作用机理包括两个方面:一是有效破坏了油-水界面双电层,促进了油滴的聚结;二是有效降低了油-水界面膜强度,提高了油滴聚并效率。同时,双亲型清水剂与污水中残留阴离子聚合物的相互作用也显著减弱,有利于避免黏性絮状物的产生。
3 结论
a)双亲型清水剂QS-03的n(H)∶n(L)=2∶1时对含聚污水的清水效果最优,清水剂加入量大于等于200 mg/L时,处理后的水体澄清透明,污水含油量为26~45 mg/L。该清水剂对处理温度及污水含油量的适用范围较宽(处理温度50~80 ℃,污水含油量3 200~5 800 mg/L),对含聚污水的处理有一定的普适性。
含聚污水 篇3
1 实验
1.1 实验材料
聚合物为大庆炼化公司生产部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM) , 相对分子质量2 500×104。
实验用水包括两种, 饱和模型用水为模拟水, 矿化度为6 778 mg/L;水驱用水为杏十三-联合站深处理污水 (表1中深处理污水) ;配制聚合物溶液用清水为杏二源配制站清水 (表1中清水) , 污水分别为试验大队化验室配制不同含聚浓度污水 (表1中含聚污水1、2、3和生化水) , 其悬浮物及含油量均在5mg/L左右, 水质分析结果见表1。
1.2 实验项目
黏度采用DV-Ⅱ型布氏黏度仪测试;分子线团尺寸Dh采用BI-200SM型广角动/静态光散射仪系统 (Brookhaven Instruments Cop, USA) 测试, 实验前样品经核微孔滤膜过滤, 核微孔滤膜由Pall公司生产, 孔径为0.8μm;储能模量和损耗模量采用HAAKE RS-150流变仪测定[7,8]。对各体系对应0, 3, 7, 15, 30, 60, 90 d时, 进行黏弹性和分子尺寸和黏度的检测, 比较分析不同体系的黏弹性、稳定性和分子尺寸方面的差异。
1.3 实验条件
实验过程中模拟大庆油田实际油藏条件, 实验温度为45℃。
2 实验结果与分析
2.1 配制黏度和抗剪切性
以不同水质 (表1中的6种水样) 配制稀释聚合物溶液至浓度为1 600 mg/L, 对配制浓度为1 600mg/L的清配污稀聚合物溶液体系进行预剪切, 使其黏度降为配制黏度的60%。再以相同的剪切强度对其他各聚合物污水体系进行预剪切, 并对各体系配制黏度及剪切后工作黏度进行检测, 评价各体系的抗剪切性并计算黏度保持率 (黏度保持率为工作黏度与配制黏度的比值) , 检测及评价结果如表2, 之后实验均采用体系编码表示。
当以含油、悬浮物含量均小于等于5 mg/L的污水以1 600 mg/L的浓度配制稀释2 500万分子量的超高分聚合物时, 生化水体系的黏度最小;随物化污水中含聚浓度增加, 所配制稀释的体系黏度也相应增加, 因此污水中的残余聚合物对体系具有增黏作用。污水中的残余聚合物虽然受到地层剪切, 分子链大幅度断解, 但与长分子链聚合物分子掺混时, 会与其缠结在一起, 增加体系的运动阻力, 体现为聚合物溶液体系的黏度增加。
各污水体系的抗剪切能力也不同, 以相同的剪切强度预剪切后, 清配污稀体系黏度保持率为60%, 其黏度保持率高于生化水和含聚浓度为0物化水的污配污稀体系, 污配污稀体系黏度保持率随污水含聚浓度增加而增加, 说明污水中残余聚合物在一定程度上增强了污水体系的抗剪切性。由于污水中的残余聚合物经过地层的剪切, 分子链相对较短, 在受到剪切力的情况下, 长链的分子受到的剪切破坏程度大, 体系黏度损失主要是源于长链的断链, 而残余聚合物对于体系黏度的贡献基本保持不变或变化幅度较小, 因此有残余聚合物存在的情况下, 体系的抗剪切能力有所增加。生化水污配污稀体系配制黏度和抗剪切能力与相同配制浓度的其他体系比较都是最低, 是由于生化污水的矿化度最低同时处理过程中添加了杀菌剂药剂所导致。
2.2 黏弹性
聚合物溶液黏弹性测试通过测试损耗模量和储能模量进行聚合物溶液黏弹性的定量表征。损耗模量又称黏性模量, 是指材料在发生形变时, 由于黏性形变 (不可逆) 而损耗的能量大小, 反映材料黏性大小。储能模量表征的是材料变形后回弹的指标, 表示黏弹性材料在形变过程中由于弹性形变而储存的能量。
图1为聚合物溶液损耗模量的测试结果, 在相同的振荡频率范围内, 不同水质的体系的损耗模量相差较大。不同水型的对比中, 体系损耗模量清水配制高于含聚为0的污水大于生化污水。聚合物浓度的影响表明, 低浓度损耗模量大于高浓度损耗模量。污水含聚浓度表明含聚浓度越高损耗模量越大。在相同的振荡频率范围内, 不同水质的体系的储能模量相差较大。不同水型的对比中, 体系储能模量清水配制高于含聚为0的污水大于生化污水。聚合物浓度的影响表明, 低浓度储能模量大于高浓度储能模量。污水含聚浓度表明含聚浓度越高储能模量越大。
2.3 稳定性
聚合物分子的任何降解都会导致流度控制的失败。因此, 保持聚合物溶液在地下的强度至关重要, 这也是聚合物驱成功的最重要的条件。保证聚合物溶液的稳定性, 也就是要防止聚合物降解。本次研究考虑综合因素下的聚合物黏度随时间的变化关系, 以定量确定聚合物溶液的稳定性。聚合物溶液测试结果见表3。
表3为实验结果, 其中SWW、QW-1600、WW0三个聚合物体系对比水质的影响;WW0、WW200、WW400、WW600四个体系对比含残余聚合物浓度的影响。聚合物类型、溶剂水组成以及放置时间均对聚合物溶液稳定性存在影响。不同水质的对比中, 体系黏度保持率为QW-1600高于WW0高于SWW体系。SWW体系由于为未杀菌生化污水体系, 因此稳定性要差于其他的聚合物体系, 因此不推荐以生化污水配制聚合物溶液。
残余聚合物浓度的影响表明, 低含聚浓度体系的黏度保持率小于高含聚浓度黏度体系的保持率。由于污水中的残余聚合物经地下长期剪切、降解, 聚合物性能相对稳定, 因此在配制新聚合物体系的过程中对体系的性能时间稳定性贡献较大, 且其浓度越高, 时间稳定性越好, 使得残余聚浓度与黏度保持率呈正相关关系。性能时间稳定性上WW600最好。
2.4 分子线团尺寸Dh
当聚合物溶液长时间静置, 其聚合物发生降解, 聚合物分子线团尺寸必将发生变化, 进而影响聚合物溶液的流度控制能力。因此, 考虑时间对聚合物分子线团影响。聚合物分子线团尺寸Dh随时间变化的测试结果见图3。
从图3可知, 溶剂水组成以及放置时间均对聚合物溶液分子线团尺寸存在影响。不同水型的对比中, 分子线团尺寸清水配制高于含聚为0的污水大于生化污水。聚合物浓度的影响表明, 低浓度分子线团尺寸大于高浓度储能模量。污水含聚浓度表明含聚浓度越高分子线团尺寸越大。
3 结论
(1) 在配制浓度相同的条件下, 聚合物溶液体系储能模量、损耗模量、黏度稳定性、分子线团尺寸和抗剪切性随污水中含聚浓度的增加而增加。
(2) 聚合物性能对比中清水体系性能优于污水体系性能, 物化污水体系性能优于生化污水体系性能。
(3) 物化污水中的残余聚合物对于聚合物体系具有良好的增黏性。
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含聚污水 篇4
目前,围绕油田含聚污水所开展的清水剂研究依然以阳离子型清水剂居多,其他类型清水剂的研究主要针对非离子型清水剂[24,25,26,27,28],尚无针对不同类型清水剂处理油田含聚污水规律的系统研究。本工作在自主合成非离子型和阴离子型清水剂的基础上,选取代表性的阳离子型清水剂,详细考察了3种不同类型清水剂对油田含聚污水的处理效果,对比研究了各自的作用特点,并对3类清水剂的絮凝速率和絮体性能进行了针对性分析。
1 实验部分
1.1 材料和药剂
油田含聚污水:取自某油田一级分离器出口,含油量为4 680 mg/L,聚合物质量浓度为126 mg/L。
阳离子型清水剂CWC-14:外购,为二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚类清水剂,阳离子度为40%,相对分子质量约为6.5×106;非离子型清水剂NQS-01:自制,为聚乙烯亚胺作起始剂的环氧乙烷(EO)-环氧丙烷(PO)嵌段共聚合物,相对分子质量约为7 800,n(EO)∶n(PO)=4∶5;阴离子型清水剂AQS-08:自制,为丙烯苯磺酸和环氧氯丙烷改性的聚(丙烯酰氧乙基-乙丙氧基)多嵌段共聚合物,相对分子质量约为8.0×104,阴离子功能基团的质量分数为5%;驱油用丙烯酰胺类聚合物:外购,相对分子质量为1.2×107,水解度约为26%。
1.2 清水剂的评价方法
清水剂的评价方法参考SY/T 5796—93《絮凝剂评定方法》[29]、GB/T 16881—2008《水的混凝、沉淀试杯试验方法》[30]及SY/T 5281—2000《原油破乳剂使用性能检测方法(瓶试法)》[31]。具体操作流程如下:取100 m L污水至烧杯中,65 ℃下预热30 min,将配制好的一定浓度的清水剂溶液用移液管或微量注射器加入到烧杯中并搅拌一定时间,静置后观察污水颜色和絮体形态,并对污水和絮体的各项指标进行分析。
按照一定的质量比将聚丙烯酰胺的光降解产物(紫外光降解18 min,相对分子质量为(5~7)×105)加入到油田含聚污水中,配制得到不同聚合物质量浓度的模拟污水,考察聚合物质量浓度对3类清水剂清水效果的影响。
1.3 分析方法
聚合物质量浓度的测定采用SY/T 6576—2003《用于提高石油采收率的聚合物评价的推荐作法》[32]中的淀粉-碘化镉测定法。
污水含油量(ρ,mg/L)的测定采用美国WILKS公司Infra Cal CVH型TOG/TPH红外分析仪,测定方法参考SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》[33]和Q/HS 2042—2014《海上碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》[34]。具体操作流程如下:将待测水样在60 ℃恒温水浴中预热10 min,取100 m L下层清液至量筒中,滴加2 m L质量分数为5%的盐酸后再与正己烷以100∶5的体积比混合,置于电动振荡机上以200次/min的频率振荡3 min,静置10 min后取上层萃取液50 μL,测定含油量。
污水浊度采用美国Thermo Fisher公司Qrion AQ2010 TN100型浊度计测定。
絮凝速率(Rf,%/s)的测定采用污水透光率实时检测法[28],具体操作流程如下:将盛有含聚污水的烧杯经微量泵与岛津公司UV1800型分光光度计的样品池连接,水样经滤布(100目)过滤后由微量泵打入至样品池,泵流量2 m L/min,然后再循环回到烧杯中,样品采集频率为1次/s;在搅拌条件下将清水剂加入到污水中,连续监测水样在580 nm处的透光率(T,%)随絮凝时间(t,s)的变化。以曲线的斜率表征絮凝速率,将曲线斜率与曲线起始延长线的交点所对应的时间定义为絮凝起效时间(t0)。絮凝速率和起效时间的示意见图1。
絮体性能包括絮体上浮速率、絮体相对尺寸、絮体黏度和絮体流动性4个方面。其中,絮体上浮速率通过絮体上浮时间的倒数来计算得到,而絮体上浮时间定义为加药搅拌后,从停止搅拌起到水中无明显絮体上浮为止的时间;絮体相对尺寸的表征参考SY/T 5796—1993《絮凝剂评定方法》[29];絮体黏度的测定采用美国Brookfield公司DV-II+型旋转黏度计(椎板式),测试温度为60 ℃,测试前先将絮体层水溶液用定性滤纸去除水分;絮体流动性的考察采用金属表面冲刷法,具体操作流程如下:先将不锈钢材质的金属板及絮体层水溶液分别置于60 ℃烘箱中预热30 min,然后将絮体层水溶液沿呈30º角斜放的金属板上部倾倒,并用60 ℃清水连续冲刷(流速30 m L/min),观察絮体随清水的流动性和对金属板的黏附性。
2 结果与讨论
2.1 清水剂加入量对清水效果的影响
在处理温度65 ℃、搅拌转速300 r/min、搅拌时间5 min的条件下,清水剂加入量对污水含油量的影响见图2。
由图2可见:3类清水剂随着加入量的增大,污水含油量均显著降低,但降低趋势有所不同,AQS-08的降幅最大,CWC-14次之,NQS-01降幅最缓;在同等加入量条件下,AQS-08的除油效果最好,污水含油量明显低于另外两种清水剂,CWC-14较高,NQS-01最高;在清水剂加入量为350 mg/L时,CWC-14、NQS-01和AQS-08的除油率分别为98.8%,98.0%,99.4%。本实验选择清水剂加入量为350 mg/L。
2.2 处理温度对清水效果的影响
在清水剂加入量350 mg/L、搅拌转速300 r/min、搅拌时间5 min的条件下,处理温度对污水含油量的影响见图3。由图3可见:CWC-14和AQS-08在不同处理温度下均表现出良好的清水除油效果,随着处理温度的升高,污水含油量呈小幅降低趋势,80 ℃处理后污水含油量分别为49 mg/L和28mg/L,较40 ℃时分别降低了38 mg/L和23 mg/L,这主要是由于处理温度的升高有利于提升药剂的分散和作用速度,加快絮体的聚集和上浮;相比之下,NQS-01的清水效果受处理温度的影响很大,处理温度40 ℃时,污水含油量高达324 mg/L;处理温度升高至80 ℃,污水含油量显著降低至76 mg/L,二者相差4倍多。实验同时发现,NQS-01存在明显的温度拐点(50 ℃),处理温度低于拐点温度时,除油效果较差,污水含油量受处理温度的影响很大;处理温度高于拐点温度时,除油效果明显改善,污水含油量随处理温度的变化幅度较小。这主要是由于非离子型清水剂结构中同时含有亲油基团和亲水基团,其胶束溶液存在浊点效应,即温度低于浊点时发生相分离,溶解性变差,进而影响清水除油效果。
由此看出,CWC-14和AQS-08受处理温度影响较小,可在较宽的温度范围内(40~80 ℃)处理含聚污水,而NQS-01受处理温度影响较大,只有在50 ℃及以上时有良好的清水除油效果。本实验选择处理温度为65 ℃。
2.3 搅拌转速和搅拌时间对清水效果的影响
在清水剂加入量为350 mg/L、处理温度65 ℃的条件下,搅拌转速和搅拌时间对污水含油量的影响见图4。由图4可见:搅拌转速相同时,随着搅拌时间的延长,3类清水剂处理后的污水含油量均相应降低,NQS-01的降幅最大,CWC-14次之,AQS-08最小;搅拌时间相同时,随着搅拌转速由100 r/min提高至300 r/min,3类清水剂处理后的污水含油量均明显下降,NQS-01的降幅最大,CWC-14次之,AQS-08最小;随着搅拌时间的延长,3类清水剂处理后污水的含油量在搅拌转速为100 r/min时的降低幅度要高于搅拌转速为300 r/min时。
搅拌转速和搅拌时间对NQS-01处理后污水浊度的影响见图5。由图5可见:与图4中污水含油量变化相似,随着搅拌时间和搅拌转速的增大,污水浊度均有大幅度降低;且在低搅拌转速下,随着搅拌时间的延长,污水浊度降幅更大。
由此可知,对于NQS-01,搅拌转速和搅拌时间均对污水含油量和浊度有明显影响,随着搅拌转速和搅拌时间的增大,污水含油量和浊度显著降低;在低搅拌转速下,搅拌时间对污水含油量和浊度的影响更明显。搅拌转速和搅拌时间对CWC-14影响较小,对AQS-08的影响最小。这主要是由于非离子型清水剂在污水中的溶解性能较差,搅拌时间和搅拌转速的增大均有利于提升药剂的溶解分散性,从而提高清水除油速率。相比而言,CWC-14和AQS-08的溶解性能良好,因而受搅拌条件的影响较小。此外,实验中也发现,继续增大搅拌转速和搅拌时间会使NQS-01和AQS-08生成的絮体被打碎破坏、影响聚集,处理效果反而变差,而CWC-14的絮体受影响较小。因此本实验选择搅拌转速为300 r/min、搅拌时间为5 min。
2.4 聚合物质量浓度对清水效果的影响
在清水剂加入量350 mg/L、处理温度65 ℃、搅拌转速300 r/min、搅拌时间5 min的条件下,聚合物质量浓度对污水含油量的影响见图6。由图6可见:随着聚合物质量浓度的增大,3类清水剂处理后污水的含油量均有不同程度的增大;聚合物质量浓度为126 mg/L时,CWC-14、NQS-01和AQS-08处理后污水的含油量分别为56,94,29 mg/L;聚合物质量浓度为300 mg/L时,3类清水剂对应的污水含油量分别为81,121,37 mg/L,较聚合物质量浓度为126 mg/L时分别提高了44.6%,28.7%,27.5%。
由此可知,污水中聚合物质量浓度越高,清水剂的除油效果越差,CWC-14的效果受影响最大。这主要是由于阳离子型清水剂的作用机理主要为电性中和,药剂与残留的阴离子聚合物有较强的电性相互作用,聚合物浓度越高,则药剂的消耗量越多,从而导致污水除油效果变差。
2.5 不同类型清水剂的絮凝速率的比较
清水剂的絮凝作用过程可大致地分为初期、中期和末期3个阶段。每个阶段的污水透光率有不同的特点:初期,透光率较低,随时间变化较小;中期,透光率随时间延长快速增大;末期,透光率达到最高,并趋于平稳。不同类型清水剂在絮凝中期的表现有较大区别,根据絮凝中期透光率突增所对应的拐点时间(即絮凝起效时间)以及透光率快速增大所对应的絮凝速率,可比较清水剂的絮凝性能。
在清水剂加入量为350 mg/L、处理温度65 ℃、搅拌转速300 r/min、搅拌时间5 min的条件下,3类清水剂的絮凝起效时间及絮凝速率对比见表1。
由表1可见:CWC-14、NQS-01和AQS-08的絮凝起效时间分别为46,123,68 s,NQS-01的絮凝起效时间最长、CWC-14的最短,前者是后者的2.7倍;三者的絮凝速率依次为0.446,0.075,0.215 %/s,CWC-14的絮凝速率最快、NQS-01的最慢,前者是后者近6倍;由此可知,阳离子型清水剂的絮凝速率最快,起效时间最短;非离子型清水剂的絮凝速率最慢,起效时间也最长;阴离子型清水剂的絮凝起效时间和絮凝速率适中,均介于其他二者之间。
2.6 不同类型清水剂的絮体性能的比较
为更直观地对比3类清水剂的处理效果差异,将清水剂加入量降至300 mg/L。在处理温度65 ℃、搅拌转速300 r/min、搅拌时间5 min的条件下,3类清水剂处理后油田含聚污水的照片见图7,絮体性能的对比见表2。由图7和表2可见:对于絮体相对尺寸,CWC-14的絮体呈黏性大块状,体积较大、絮体层较厚;NQS-01的絮体呈浮油状,体积较小,絮体层较薄;AQS-08的絮体呈松散漂浮状,体积较小,絮体层较厚。
由表2还可见:CWC-14的絮体上浮速率最快,是AQS-08的2.5倍、NQS-01的近9倍;CWC-14的絮体黏度最大,NQS-01的最小,前者为后者的4倍多;CWC-14的絮体流动性较差,在金属表面的黏附性较强,而NQS-01、AQS-08的絮体流动性均较好,在金属表面黏附性均较弱。
由此可以看出,3类清水剂的絮体特点因清水剂作用机理的不同而有显著差别。阳离子型清水剂的作用机理主要为电性中和、吸附架桥,药剂与聚合物、污油等的分子间作用较强,生成的絮体为致密大块状、黏附性强,内部包裹有较大量的水分,因而絮体体积大、上浮速率较快;非离子型清水剂的作用机理主要为对油-水界面膜的破坏、促进油滴的破坏聚并,因而絮体以片状浮油为主,絮体厚度较薄、上浮速率较慢,黏附性弱;阴离子型清水剂兼具油滴聚集和聚并功能,作用机理上避免了与残留聚合物的电性相互作用,因而絮体松散、不黏,流动性好。
3 结论
a)阳离子型清水剂C W C - 14 对油田含聚污水的除油率较高,加入量350 mg/L时的除油率为98.8%;受处理温度、搅拌时间和搅拌转速的影响较小,但受污水中聚合物浓度的影响最大;其絮凝速率最快,起效时间最短,生成的絮体呈黏性大块状,流动性差、黏附性强。
b)非离子型清水剂NQS-01对油田含聚污水的除油率最低,加入量350 mg/L时的除油率为98.0%;受处理温度、搅拌时间和搅拌转速的影响最大,受污水中聚合物浓度的影响较大;其絮凝速率最慢,起效时间最长,生成的絮体呈浮油状,流动性较好、黏附性弱。
c)阴离子型清水剂AQS-08对油田含聚污水的除油率最高,加入量350 mg/L时的除油率为99.4%;受处理温度、搅拌时间和搅拌转速的影响较小,受污水中聚合物浓度的影响较小;其絮凝速率较快,起效时间较短,生成的絮体呈松散状,流动性好、黏附性弱。
含聚污水 篇5
目前,大庆油田每年注聚合物干粉的规模已达到6×104 t的水平[1],聚合物驱工业化应用每年都需要补充的清水,而油田产出污水又不能平衡回注到油层,多余部分只能外排。这样做一方面会造成水资源的浪费,增加油田操作成本,另一方面会造成环境污染。因此,利用油田产出污水配制聚合物的问题就显得越来越重要。
针对影响含聚污水的黏度因素的实验测试[2,3],通过改变污水中的矿化度、菌类、还原性物质、含油量等单一因素,研究影响聚合物黏度变化关系。并根据各种影响因素的影响程度的不同,确定影响聚合物黏度的主要因素,从而确定含聚污水配注聚合物的可行性。主要从聚污、深污、普污三种不同水质特性着手,对影响聚合物黏度因素(矿化度、菌类、还原性物质、含油量、悬浮固体量)进行对比分析。
1 矿化度的影响[4]
水矿化度是指1升水中含有各种盐分的总克数,水中化学组分含量的总和称为总矿化度。在实验室中对井口采出的不同水质的污水(含聚污水,普通污水,深度污水)进行实验测试,实验结果显示三种污水矿化度差别不大,均在5 000 mg/L左右。为了检测污水配注聚合物的可行性,通过实验采用电渗析技术降低污水中的矿化度,随着污水矿化度的降低,黏度均明显提升(如图1所示),当矿化度降到7 00 mg/L左右时,配聚黏度接近清水指标。从实验结果可以看出,有效降低污水中的矿化度可以提高配制聚合物与的黏度,从而提升配注聚合物的驱油效果。
2 菌类的影响[5]
污水中的菌类对聚合物有一定的降解作用,会影响聚合物的黏度从而影响到其驱油效果。在实验室内对三种污水采用物理杀菌方式进行杀菌,污水经过杀菌后,菌类总数均达到个位数,配注聚合物黏度提升幅度分别在(4.8～6.5) mPa·s (如图2所示)。从实验结果可以看出,降低污水中的菌类数量可以在一定程度上提升污水配注聚合物黏度,所以在含聚污水回收配注聚合物之前进行杀菌处理也是一项有效的措施。
3 还原性物质的影响[6]
在实验室内对三种采出污水采取空气压缩机曝氧方法提高水中含氧量,减少还原性物质,经充分曝氧后,三种水质的配聚黏度有(4.8～7.4) mPa·s的上升(如图3所示)。 从实验结果的分析来看,污水中还原性物质越多,其配聚黏度将越低,所以通过减少含聚污水中的还原性物质(对其污水进行氧化之后),可以有效地提高其配聚黏度从而提高聚合物驱油效果。
4 含油量和悬浮固体的影响[7]
针对污水中残余的含油量以及固体悬浮物进行实验,分别配制聚合物测试其黏度的变化关系。
在实验室中配制三种不同浓度的聚合物(中分子聚合物,高分子聚合物以及抗盐聚合物),调整污水中含油量从3 mg/L增加到23 mg/L,聚合物黏度变化在2 mPa·s以内(如图4所示),说明含油量对配聚黏度影响较小。
在实验室内用含聚污水配制中分子聚合物以及抗盐聚合物,调整污水中悬浮固体含量由5 mg/L增至20 mg/L左右,实验结果显示其配聚黏度值变化值在3 mPa·s左右(如图5所示),呈现出悬浮固体含量越高其配聚黏度越低,所以悬浮固体含量对配注聚合物浓度还是有一定的影响,可以通过降低污水中的悬浮固体含量来提高配注聚合物的驱油效果。
5 配注聚合物的浓度对黏度的影响
在实验室分别利用清水、含聚污水、深度污水稀释配制不同浓度的聚合物(如图6所示),含聚污水和深度污水配制相同浓度聚合物的黏度基本相当,配制浓度在2 000 mg/L 时,含聚污水体系的黏度能达到140 mPa·s左右。从实验结果可知,含聚污水配注聚合物可以达到污水配注聚合物的驱油效果,具有切实可行性。
6 结论[8]
(1)通过一系列室内研究表明,污水中的矿化度、菌类及还原性物质是导致污水配聚黏损过大的主要因素,含油量、悬浮物含量虽然对黏度有一定的影响,但不是主要因素。可以通过降低矿化度,杀菌以及爆氧的措施来减小这些因素对配注聚合物黏度的影响,从而提高聚合物黏度,达到降低成本提高驱油效果的目的。
(2)聚污、深污上述三种因素差别不大,可以通过改善含聚污水水质,减少含聚污水中影响因素的含量,利用含聚污水配注聚合物。
参考文献
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[7]卢祥国.聚合物驱产出水配制聚合物溶液的粘度损失及影响因素研究.油气采收率技术,1997,4(1)∶28—32
含聚污水 篇6
旭日QC小组共有成员10人, 由质量管理、副队长、技术员及岗位操作员工等组成, 形成了管理、技术、操作3个层面的优化构成。为控制好联合站油、气、水、电的各项质量指标, 旭日QC小组充分利用各层面成员的技术及经验积极开展质量管理活动, 为解决生产中存在的问题做了大量的工作。小组的基本情况见表1。
2 选题理由
选题的过程如图1。
3 设定目标
从污水系统症结中可以看出, 目前深度污水处理站外输含油量平均为12mg/L, 而Q/SY DQ0605-2006《大庆油田油藏水驱注水水质指标及分析方法》中要求含聚深度污水处理站外输含油量小于5mg/L, 因此, 我们设定目标为含聚深度污水处理站外输含油量小于5mg/L。
4 可行性分析
4.1 污水处理站流程简介
杏十联脱水站2007年改造后, 三元驱来液与水驱来液在一段分开处理, 二段混合处理。由于三元污水处理工艺不完善, 尚处于试验阶段, 三元驱见聚合物后水质很难保证, 因此2010年5月以来深度污水处理站开始同时处理水驱与三元驱含油污水。处理站的基本流程如图2。
4.2 污水外输含油量曾经达标
据2010年杏十联深度污水站外输污水含油量统计, 2010年1～5月份污水含油量稳定在5mg/L以内, 6月以后才逐渐升高 (图3) 。
4.3 污水含聚浓度逐渐升高
对2010年5～12月杏十联深度污水站来液含聚合物浓度进行统计 (图4) , 可看出随着污水中聚合物浓度明显提高, 深度污水站污水处理工艺不适应性凸显, 处理负荷及难度都增加了, 导致水驱污水处理工艺对含聚污水处理的适应性较差。主要体现在:污水油水沉降时间增长;药剂用量加大;反冲洗周期缩短;滤料污染严重;污水收油频繁;水质化验工作量大等。
制图人:王颖制图时间:2011年1月11日
制图人:王颖制图时间:2011年1月11日
4.4 污水含油量不合格问题
经调查, 影响污水处理后含油量不合格的问题有沉降罐含油量超标、过滤罐含油量超标、污油回收不及时、油水分离剂浓度低、含油量化验操作失误等。对2010年5～12月的90个不合格样本进行了分类统计 (表2) 。
由表2可得出含油量不合格的频次结果如下 (表3) 。
由表3可看出, 污油回收不及时和过滤罐含油量超标是造成外输含油量不合格的症结问题, 也就是说只要解决这2个问题, 就可以将含聚深度污水处理站外输含油量降低到5mg/L以下。
5 原因分析
针对污油回收不及时和过滤罐含油量超标的症结问题, 召集QC小组成员, 寻找原因并绘制关联图, 找到7条末端因素 (图5) 。
制图人:王颖制图时间:2011年2月10日
6 确定主要原因
7个末端因素确定后, 小组成员分工回到生产现场, 调查分析验证, 并逐一确认主要原因。
确认一:员工技术水平低
2011年2月, 通过到现场及利用早会提问方式随机对岗位员工进行污水收油制度及过滤流程相关知识的提问, 岗位员工回答准确;我们于2011年3月5日和3月16日2次进行岗位员工污水知识考试, 成绩都在90分以上;日常管理中进行现场抽查, 发现岗位员工能严格执行污水岗各项操作制度, 定期进行收油及按时反冲洗, 现场管理深入到位。
结论:不是要因。
确认二:来液含油超标
小组成员查阅了2010年与2011年同一时期的一沉来液含油量情况 (图6) , 从对比图中可以看出, 随着2011年含聚合物浓度的增加, 一沉来水含油量确实比2010年同期增加了很多, 但其含油量仍然在Q/SY DQ0605-2006《大庆油田油藏水驱注水水质指标及分析方法》中规定的低于300mg/L范围内。
制图人:王颖制图时间:2011年2月10日
确认人:毛鸿辉;
确认方法:分析验证;
确认时间:2011年2月;
结论:不是要因。
确认三:老化油罐放水工艺不完善
小组成员现场调查, 深度污水岗污油回收至输油岗老化油单独处理工艺进行处理, 此工艺放水管线仅与三元污水罐相连, 而目前该罐因故障已经停运, 放水不能进三元沉降罐, 老化油工艺无法运行, 使污水岗污油不能及时回收, 沉降罐油厚曾达到0.5m, 超过Q/SY 1187-2008《油田含油污水处理站收油、排泥及清淤管理规范》规定的小于0.3m, 造成污水含油量严重超标。
确认人:焦树景;
确认方法:现场调查;
确认时间:2011年3月;
结论:是要因。
确认四:收油管线没有伴热
杏十联合站深度污水岗的收油管线没有伴热管线, 由于所收污油均已老化, 黏度很大 (40℃时225mPa·s) , 特别当气温较低收油时, 管线凝堵频繁, 收油泵回压高 (由0.6MPa很快上升到1.8MPa) , 造成机泵超压暂停, 影响了正常的收油工作, 沉降系统每天增加3～5m3的污油, 污水含油量严重超标。
确认人:王学军;
确认方法:现场调查;
确认时间:2011年4月;
结论:是要因。
确认五:反冲洗参数不合理
反冲洗参数配置是否合理直接影响到过滤罐的过滤效果, 进而影响到污水处理质量。
反冲洗方式为核桃壳过滤罐每24h反冲洗一次, 每次反冲洗35min;二次、三次过滤罐分单双号每48h反冲洗一次, 每次反冲洗15min。对反冲洗效果进行跟踪测试 (表4) 。
三次过滤罐的污油去除率都较低, 污水出水含油量较高, 小组成员分析, 近年来, 随着污水普遍见聚合物, 采用原来的水驱反冲洗参数已经不合理, 不能适应含聚污水处理的现状, 亟待优化反冲洗参数。
确认人:楚殿庆;
确认方法:现场调查;
确认时间:2011年5月;
结论:是要因。
确认六:过滤罐筛管堵塞
杏十联深度污水岗为三级过滤处理工艺, 一级核桃壳过滤罐的处理效果对整个系统至关重要。小组成员于2011年6月12日调查了核桃壳过滤罐进出口压力, 数据见表5。
从表5可以看出一级核桃壳过滤罐进出口压差较大, 远超过正常运行规定的压差0.05MPa, 可见滤料板结堵塞现象严重。
小组成员查阅过滤罐结构图纸发现, 布水筛管呈水平布置, 出口筛管与罐顶部有0.5m左右的布水死角, 经6月份开罐检查发现, 筛管孔隙已被严重堵塞, 污油长期滞留在过滤罐内, 滤料污染严重, 滤料再生困难, 污油出水含油量高。
确认人:姜志强;
确认方法:现场调查;
确认时间:2011年6月;
结论:是要因。
确认七:来液温度低
根据表6、表7 2010年与2011年同期调查表数据对比中可以看出, 2010年7月份来液平均温度39℃, 污水外输含油12.7mg/L, 2011年同期来液平均温度为40℃, 污水外输含油13.1mg/L。由此, 可以看出温度对污水外输含油量并没有什么影响, 同时查阅相关资料可知, 污水处理平均温度为40℃左右, 目前可以达到此温度, 因此来液温度低不是要因。
确认人:楚殿庆;
确认方法:现场调查;
确认时间:2011年7月;
结论:不是要因。
最终找到了4条主要原因, 分别是:老化油罐放水工艺不完善、收油管线没有伴热、反冲洗参数不合理和过滤罐筛管堵塞。
7 制定对策
针对确定的4条要因, 小组制定了如下措施 (表8) 。
8 实施对策
实施一:完善老化油罐放水工艺
为了使老化油罐正常运行, 确保污水站收油系统正常运行, 2011年7月11日, 小组成员将老化油罐放水管线与污水沉降罐的进口相连接, 这样就能够保障老化油罐的正常投用, 有效地降低了污水岗的含油量。具体改造流程如图7。
实施效果检查:通过该项措施的实施, 实现了单独收油工艺正常运行的分目标, 该对策有效。
实施二:收油管线加装伴热管线
为了解决污水岗的收油管线没有伴热, 冬季污油凝堵无法收油的难题, 2011年8月18日, 小组成员对污水站的收油系统进行了部分的工艺改进, 在污油罐伴热管线上接出一段管线到污油罐出口汇管上, 同时我们将收油泵进出口管线进行连接, 当泵压较高时可适当打开连通阀门降低泵压, 同时方便伴热管线对收油泵进出口管线进行伴热。
实施效果检查:2011年8月20～31日, 小组成员将上述改造后操作程序编制成《污油回收操作办法》, 并严格操作。通过这2项措施的实施, 污油泵的回压由1.8MPa降到了0.6MPa, 小于1MPa, 沉降罐油厚小于0.3m。2011年冬季确保了沉降罐污油连续回收, 分目标实现了, 该对策有效。
实施三:优化反冲洗参数
(1) 缩短二、三次过滤罐的反冲洗周期。由于含聚污水会缩短过滤罐反冲洗周期, 将二次、三次过滤罐的反冲洗周期缩短为每24h反冲洗一次, 效果跟踪情况见表9。
通过与表9对比可以看出:二次、三次过滤罐反洗周期从48h缩短到24h。二次滤后含油从25.5mg/L下降到20.8mg/L;三次滤后含油从15.1mg/L下降到7.6mg/L。可见, 二次、三次过滤罐随着反洗周期的缩短, 二、三次过滤罐的含油去除率分别由表9中的45%和41%提高到54%和64%。但同样也可以看到一次过滤罐含油去除率依然很低, 导致即使二、三次过滤罐虽然含油去除率得到了很大的提高, 但是污水滤后含油量依然没有达到低于5mg/L的指标, 说明核桃壳过滤罐反冲洗参数也需要进行优化。
(2) 应用正交试验法, 优化核桃壳过滤罐反冲洗参数。为了获得优化的核桃壳过滤罐反冲洗参数, 小组于2011年8月29日～9月7日进行了为期10d的核桃壳过滤罐正交试验。
小组成员分析影响核桃壳过滤罐反冲洗效果的的工艺参数主要有:反冲洗强度 (A) 、反冲洗时间 (B) 、反冲洗周期 (C) 和搅拌机桨叶的搅拌时间 (D) , 每个因素取3个水平, 制定因素水平表 (表10) 。
确定试验方案:用正交表L9 (34) 来完成, 得到了试验表 (表11) 。
分析与结论:各个因素对指标影响的程度为RC>RA>RD>RB。即反冲洗周期对指标影响最大, 反冲洗强度对指标影响其次, 搅拌时间对指标影响第三, 反冲洗时间对指标影响最小。
因素最好水平: (1) 直接看:反冲洗效果最好的试验组合为A2B3C2D2; (2) 算一算:比较各列位级和, 最好方案为A2B3C2D3; (3) “看一看”不等于“算一算”。
进一步试验:由于“看一看”与“算一算”结果有差别, 虽然本批实验效果已经达标, 但为了减少搅拌机的使用频率, 找出最短的搅拌时间, 我们决定在这次试验的基础上, 于2011年9月9日～12日进行了第二批正交试验。
挑因素:由于反冲洗周期为24h对指标影响最大, 为最佳的反冲洗周期, 因此此次正交试验都是在该设定的条件下进行。最终, 选择的指标为搅拌时间 (A) 、反冲洗强度 (B) 和反冲洗时间 (C) 。
选水平 (位级) :小组成员决定搅拌时间在0～10min之间选取5min和8min两个位级, 反冲洗强度选先3后5和先3后7两个位级, 反冲洗时间选30min和35min两个位级。综合成因素水平 (表12) 。
确定试验方案:用正交表L4 (23) 来完成, 得到了试验表 (表13) 。
因素最好水平: (1) 直接看:反冲洗效果最好的试验组合为A1B2C2; (2) 算一算:比较各列位级和, 最好方案为A1B2C2; (3) “看一看”等于“算一算”; (4) 按照R的大小, 把因素的大致主次顺序以及选用的位级进行排列B2A1C2。
这样通过正交试验确定的最佳组合为:反冲洗强度先3后7、反冲洗时间35min、反冲洗周期24h和搅拌时间5min。
实施效果检查:通过优化过滤罐的反冲洗参数, 二、三次过滤罐反冲洗周期缩短为24h;一次过滤罐反冲洗强度达到了7L/ (s·m2) 以下、搅拌时间10min以内, 分目标实现, 该对策有效。
实施四:解决核桃壳过滤罐筛管堵塞
(1) 过滤罐放空管线改造成排油管线。小组成员根据2011年6月开罐检查情况与容器图纸进行分析研究, 决定对原核桃壳过滤罐污水进口放空管线改进成收油装置。
改进后, 可随时回收罐顶部污油, 降低了污水处理负荷和处理难度, 减轻了核桃壳滤料油浸板结程度, 延长了滤料使用寿命。
(2) 确定合理的过滤罐排油时间与排油周期。小组成员于2011年8月10～13日进行现场试验, 初步选定3个不同的排油时间, 并对滤后水质含油量进行了跟踪测试, 测试数据见表14。
从表14中可以看出, 排油时间从15min延长到20min, 除油效果变化不大, 所以确定每次排油时间为15min;结合生产实际, 过滤罐排油时间选择在2次反冲洗之间较为合适, 因此我们规定核桃壳过滤罐排油时间定为每天20:00～21:00。
实施效果检查:2011年8月14日, 小组成员对核桃壳过滤罐进出口压力进行效果检查 (表15) , 1#～4#过滤罐进出口压差均小于0.05MPa。同时对此压差进行了长期跟踪, 压差均在合理范围内, 证明通过上述措施有效的解决了核桃壳过滤罐筛管堵塞现象的发生, 分目标实现, 该对策有效。
9 效果检查
9.1 课题目标完成情况
通过上述各项含聚污水措施的实施, 杏十联合站的深度污水外输含油量得到很大程度上的改善, 外输含油量由原来的平均12mg/L降低到平均4.4mg/L (水质含油量化验数据见表16) , 圆满地完成了平均外输含油量≤5mg/L的目标。
9.2 直接经济效益
本成果在效果检查阶段取得直接经济效益如下:
(1) 节约清洗剂 (5 833元/t) 费用:每座1.17万元, 共有20个过滤罐, 即可节约1.17×20=23.4 (万元) 。
(2) 及时回收污油进脱水系统, 共计收油315 t, 按原油纯经济利润0.24万元/t计算, 可创经济效益0.24×315=75.6 (万元) 。
(3) 可实现核桃壳过滤罐顶部收油, 降低了污水处理负荷和处理难度, 减轻了核桃壳过滤罐滤料的油浸板结程度, 延长了滤料使用寿命1～2年。每座核桃壳过滤罐所需滤料7t, 滤料0.35万元/t, 即节约材料费用2.45万元, 另外节约人工费、车辆费0.25万元, 共有4座核桃壳过滤罐, 即可获总经济效益 (2.45+0.25) ×4=10.8 (万元) 。
综上所述, 在效果检查阶段, 合计创造经济效益23.4+75.6+10.8=109.8 (万元) 。
9.3 社会效益
有效地保证了含聚污水的出水含油量合格, 有效地降低了员工的劳动强度, 提升了岗位的生产管理水平, 同时为现有水驱污水处理装置怎样进行改造优化以适应含聚污水处理进行了有意义的探索和尝试。
1 0 巩固措施
为了巩固小组活动取得的成果, 制定了以下巩固措施。
小组成员编制了《污油回收操作办法》、《沉降罐操作办法》、《含油污水过滤器操作办法》, 要求员工按照办法进行检查操作。
小组成员完善了《第三油矿联合站污水处理双节点管理办法》中的4.6.2条“杏十联合站进行含聚污水处理, 反冲洗参数调整为:核桃壳过滤罐每24h反冲洗一次, 反冲洗强度先3后7、反冲洗时间35min、反冲洗周期24h, 搅拌机搅拌时间为5min。二次、三次过滤罐每24h反冲洗一次, 每次反冲洗15min。”和4.6.3条“杏十联合站定期对核桃壳过滤罐顶部进行排污:排污时进行正常过滤, 将要排污的过滤罐室内的排污阀打开, 随时控制, 每次排油15min;结合生产实际, 过滤罐排油时间选择在该罐二次反冲洗之间。
成果跟踪:该成果应用后, 2012年1～5月, 杏十联深度污水处理站外输含油量平均为4.5mg/L, 没有超标现象。
1 1 总结和下一步打算
通过本轮PDCA循环, 小组的成果达到并超过了预期制定的目标。通过活动, 小组成员的团队意识、个人能力、质量意识及QC知识等方面都有了很大的提高, 小组成员能够正确地运用QC方法进行技术攻关, 有效地解决了生产管理中的质量问题, 为岗位安全生产提供了有力的保障。
含聚污水 篇7
目前, 大庆油田处理含聚污水采用的处理工艺技术主要是采取沉降、过滤的常规处理工艺流程。一般的分两个处理阶段, 第一阶段为沉降分离除油段, 主要处理工艺设备有混凝沉降罐、横向流聚结除油器、粗粒化罐、压力斜板除油罐、气浮选除油及旋流器分离除油等, 第二段为压力过滤段, 主要处理工艺设备是单阀滤罐、石英砂、核桃壳滤罐等, 是将沉降分离段不能截留的微粒杂质、絮凝物、乳化油分离出来。随着含聚污水成份日益复杂, 处理难度增大, 现有含聚污水处理工艺难以满足油田注入水质的需要。
杏十三-1含聚污水站于2000年11月建成投产, 设计处理能力为5000m3/d, 全站原有1000m3沉降罐一座, 横向流聚结除油器三台, 一、二次压力式滤罐各三座, 2005年新建2000m3沉降罐一座, 已于同年11月份投入使用, 新建横向流聚结除油器一台, 已于2006年8月投入使用。含聚污水处理工艺为:聚输岗实验区三相分离器放水及脱水站脱水器放水进入沉降罐沉降后, 由提升泵增压至反应罐, 然后进入横向流聚结除油器过滤, 再进入一次、二次过滤罐过滤, 最后进入注水站注水大罐经注水泵回注。
含聚污水处理站投产第一年水质情况较好, 各项水质指标均能达到合格。自2001年12月份起, 含聚污水滤后水质开始出现超标现象, 水中出现少量黑色物质, 到2002年水质进一步恶化, 黑色物质大量增加。2005年, 2月份下旬, 含聚污水水质更加急剧恶化, 尽管站内在处理环节上进一步做了大量工作, 但仍没有使水质得到改善。
2 微生物技术基本原理及工艺流程
2.1 微生物技术基本原理。
在有氧的条件及适宜的环境中, 含油污水中的溶解性有机物透过细菌的细胞壁被细菌所吸收, 固体和胶体等不溶性有机物先是附着在细菌体外, 由细菌所分泌的一种特殊酶分解成可溶性物质, 再渗入细胞体内, 从而细菌通过自身的生命过程———氧化、还原、合成等把复杂的有机物降解成简单的无机物 (H2O和CO2等) , 放出的能量一部分作为自身生存与繁殖的生命之源。在适宜的条件 (15℃~40℃) 下微生物便以有机物为营养, 实现生命的新陈代谢, 达到净化废水的目的, 对环境没有二次污染。2.2微生物技术工艺流程。流程说明:来水首先进入缓冲隔油池, 调节水质水量, 并回收部分原油后由污水提升泵打入微生物反应池。微生物反应池内装有半软性填料, 风机通过安装在微生物反应池底部的曝气器为微生物供气。在运行的初期以及日常运行中, 需定期向反应池内投加“倍加清”专性联合菌群, 对水中的有机物及油进行生物降解, 同时投加与专性菌匹配的专性营养剂, 以保持专性菌的优势和活性, 提高废水的可生化性能及去除效率。含油污水在微生物反应池停留8h~10h, 经生化处理后的废水自流至沉淀池, 同时投加少量的生物聚凝剂辅助沉淀。沉淀池污泥一部分回流至微生物反应池, 一部分通过污泥输送泵打入污泥池;上清液自流至中间水池, 经紫外线杀菌后经提升泵升压进入现有污水处理系统, 考虑到处理水质效果, 分别与一级过滤前后汇管连接。
3 微生物技术在新疆吐哈油田的应用效果
红连污水处理站是在全国油田范围内第一个采用微生物工艺技术处理油田污水的污水处理站。红连污水处理站通过一年多时间的运行, 无论在处理后出水水质、耐冲击程度、稳定性、污水处理成本等各方面都取得比较满意的结果。3.1试验情况。红连油田微生物污水处理站自2005年8月开始运行, 经过40天的微生物培植, 装置调试到10月初正式投运。初期按设计处理水量300m3/d, 后期由于方案调整, 处理水量提高到1000m3/d, 设备运行正常, 完全满足设计要求, 水处理结果优于设计要求。出水水质在来水含油55.3~462mg/l情况下, 处理后含油全部合格, 含量0.21mg/l;悬浮物在17.6~19.7mg/l情况下, 处理后悬浮物含量为2.22mg/l, 基本达到了工艺技术要求, 取得了较好的处理效果。3.2处理结果对比。通过对红连油田微生物污水处理现场检测结果的整理并和国家二级排放标准及常规物化法处理结果对比, 很明显, 微生物污水处理效果不仅完全达到国家二级排放标准, 而且要远远优于常规物化处理效果。注:微生物法处理结果是根据吐哈石油红连站几个月运行检测结果的平均值。3.3污水站投资及运行费用比较。常规法药剂费3.9元/m3是参照鄯善采油厂污水站药剂费, 去掉杀菌剂2元/m3计算。污水站管理费按鄯善采油厂污水站管理人员工资核算。微生物技术处理费用由承包污水运行价2.82元/m3核算。
4 微生物技术污水处理现场试验
由于高一联含油污水中也见聚 (聚合物浓度11mg/l) , 根据微生物专性菌群适用于富含有机质的各种污水的特性, 因此先从高一联回收污水做小型现场试验, 试验规模5m3/d, 通过利用微生物技术处理反冲洗污水, 达到提高污水系统处理效果的目的。
开始进行现场试验, 试验连续运行近两个月, 每天对试验效果进行现场化验, 试验运行平稳, 为确保试验效果的可靠性, 我们对水质进行了监测。4.1微生物除油技术在高一联合站污水岗处理回收含油污水的使用效果。从化验数据看出, 来水最高含油为331mg/l, 最低含油为45.4mg/l, 平均含油127.09mg/l;微生物处理后, 原油去除率为99.22%。说明含油污水中原油及有机质大量被微生物有效降解, 达到了很好的除油效果, 经砂滤 (石英砂、磁铁矿双层滤料) 后含油基本为痕迹, 含油达标率为100%。来水悬浮物最高含量为228mg/l, 悬浮物最低含量为54mg/l, 悬浮物平均含量121.91mg/l;微生物处理后悬浮物平均含量28.64mg/l;悬浮物去除率为76.5%。经过砂滤固体悬浮物达标率为100%。砂滤后粒径中值最高为1.537μm, 最低为0.843μm, 粒径中值平均为1.0892μm, 达标率为100%。4.2微生物除油技术在杏十三-1联合站含聚污水岗处理含聚污水的使用效果。由于聚驱各阶段水质经常不达标, 滤前与滤后的含油、含悬浮物均超出指标要求, 在高一联微生物技术处理含油污水的基础上, 还探索了微生物技术对含聚污水处理的适应性, 在杏十三-1联合站利用微生物技术处理含聚污水, 为含聚污水处理提供一条新的技术途径。通过在沉降罐出口取样, 用微生物技术进行处理, 水质有了明显的改善。从化验数据看出, 来水最高含油为1327mg/l, 最低含油为557mg/l, 平均含油869.5mg/l, 经砂滤 (石英砂、磁铁矿双层滤料) 后含油基本为痕迹, 含油达标率为100%, 说明含聚污水中原油及有机质大量被微生物有效降解, 达到了很好的除油效果。
5 微生物技术处理含聚污水的运行费用及社会效益
5.1 运行费用。
5.1.1微生物运行费用:包括微生物药剂费用0.18元/m3, 生物絮凝剂0.4元/m3, 电费E1=0.5473×55.65×24/1500=0.49元/m3, 合计运行费用1.07元/m3, 扣除生物絮凝剂的费用后为0.67元/m3。5.1.2原有工艺条件下的运行费用。包括生物絮凝剂 (40ppm) 0.151元/m3, 杀菌剂 (50ppm) 0.38元/m3, 合计原有工艺条件下的运行费用0.531元/m3。5.1.3原有工艺条件下投加净水剂的运行费用。当加药浓度为160mg/l时 (每天800kg净水剂) , 滤后水含油为10mg/l, 达到了水质指标要求, 计算吨水处理成本6.98元。通过对比分析, 原有工艺条件下的运行费用虽然较低, 但是水质不达标, 投加净水剂后虽然达到了水质指标要求, 但是处理成本较高。利用微生物技术处理含油污水, 虽然运行成本相对较高, 但是达到了水质指标要求, 潜在的经济效益巨大。5.2社会效益。运用微生物处理技术可使含聚污水进行有效的生物降解, 达到去除原油和部分悬浮物的目的, 砂滤后达到注入水质标准, 并避免了这部分污水在污水处理系统的不良循环。剩余污泥量少, 污泥中不含油泥成份, 对环境无二次污染。
6 认识及结论
6.1 取得的认识。
一是通过开展小型试验, 应用微生物高效联合菌群可以有效地去除含聚污水中的含油、悬浮物, 后续处理满足注水水质指标, 为目前含聚污水水质处理提供了一条新的途径。二是该技术具有运行成本较低的优势, 同时维护工作量小, 管理方便。6.2结论。通过应用微生物技术处理含聚污水, 可以有效地降低污水中的含油及悬浮物, 满足后续处理注水水质指标, 但由于存在一定的资源浪费问题, 其应用方式还有待于进一步探讨。