采油廢水處理中果殼核桃殼濾料再生方法技術(shù)研究
摘要:通過分析討論了解果殼核桃殼濾料的性能及其在油田采油廢水處理中的截污過程與特點(diǎn);通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出了污染核桃殼濾料的再生藥劑與配方,確定出了污染果殼核桃殼濾料藥劑再生的適宜周期為5—10天,藥劑再生周期內(nèi)濾料的水力反洗周期不宜超過24小時(shí);廢棄的污染核桃殼濾料,經(jīng)適當(dāng)?shù)乃巹┣逑丛偕?其過濾性能基本能夠得以恢復(fù),使用壽命將大大延長。
目前我國各大油田的采油廢水處理中,以核桃殼過濾工藝應(yīng)用最為廣泛.核桃殼濾料的反沖洗一般是利用濾后水在常溫下進(jìn)行.水力反洗方法往往只能清洗掉濾料空隙間截留的雜質(zhì)或少量濾料表面附著不牢的油污,很難從根本上恢復(fù)濾料表面的吸附截污性能.如何才能提高核桃殼濾料的清洗效果,延長核桃殼濾料的使用壽命,降低生產(chǎn)成本,成為目前油田采油廢水處理中亟待研究解決的問題。
一、果殼核桃殼濾料的特點(diǎn)及其截污性能：
1.1果殼核桃殼濾料的性能及截污特點(diǎn)
果殼桃殼濾料具有親水性好、抗油浸、吸附截污能力強(qiáng)(吸附率27-59%)、除油率高(85-90%)、耐磨性好、硬度高、抗壓能力強(qiáng)等良好性能,因此對采油廢水可實(shí)現(xiàn)高速(20-30m/h)的過濾處理,而較低的顆粒密度,易于進(jìn)行水力反沖,且所需的反沖洗強(qiáng)度較低;核桃殼濾料在進(jìn)行必要的脫脂處理和化學(xué)處理后,可具有相當(dāng)好的化學(xué)穩(wěn)定性(不易在酸堿溶液中溶解、耐腐蝕)。
果殼核桃殼濾料一方面具有普通濾料的截污能力,可以直接截留廢水中的懸浮顆粒;另一方面,它能夠依靠其特有的表面物理化學(xué)性能,通過粘附作用將采油廢水中乳化油粒吸附于濾料表面或?yàn)V料表面的凝聚物上加以去除。
1.2果殼核桃殼濾料截污過程與污垢性質(zhì)：
核桃殼濾料的截污過程以及截留污垢的性質(zhì)主要包括以下幾個(gè)方面:
(1)重力作用下懸浮顆粒沉積在濾料表面形成的沉降污垢:采油廢水中密度較大的的懸浮雜質(zhì)在重力的作用下,不斷地沉積在濾料表面,由此形成的污垢,在物體表面上的附著力很弱,易于從濾料表面去除,采用水力反洗方法去除的主要是此類污垢。
(2)濾料表面物理吸附或粘附作用下附著在濾料表面的污垢:這類污垢主要以油污為主,由于其疏水性,易于附著于濾料顆粒的表面.在核桃殼過濾器中,油粒與細(xì)小的懸浮物顆粒粘附在一起,與濾料表面產(chǎn)生吸附形成污垢,該種形式附著的污垢由于其疏水性往往難于由水力清洗除掉。
(3)靜電引力作用下附著在濾料表面的污垢:當(dāng)廢水中懸浮顆粒與濾料表面帶有相反電荷時(shí),它就會在靜電引力作用下吸附到濾料表面;帶負(fù)電的污垢粒子與同帶負(fù)電的濾料表面也可在帶正電荷的高濃度的金屬陽離子的作用下凝結(jié)在濾料表面形成污垢。在水力反沖條件下,該類污垢視其與濾料表面的作用強(qiáng)度或結(jié)合強(qiáng)度,能在一定程度上被去除掉。
(4)擴(kuò)散作用下滲入濾料內(nèi)部孔道的污垢:核桃殼濾料具有一定的孔道結(jié)構(gòu),由于擴(kuò)散作用,水中的污染物及雜質(zhì)會向?yàn)V料孔道內(nèi)部遷移.由電鏡掃描結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),濾料截污后原有孔道明顯被堵塞,若僅通過水力清洗,無法將孔道內(nèi)的污垢除掉,核桃殼濾料由于其多孔性能形成這部分截污能力也就無法恢復(fù),導(dǎo)致截污能力降低.而經(jīng)過藥劑清洗后,無論是濾料表面,還是濾料孔道基本上都能夠恢復(fù)到截污前的狀態(tài)。
如上所述,果殼核桃殼濾料對采油廢水進(jìn)行過濾處理后,僅靠水力反洗往往很難達(dá)到濾料清洗的要求,需要尋求新的清洗技術(shù).表面活性劑,由于其具有去污效果好、副作用小等特點(diǎn),成為應(yīng)用最為普遍的清洗劑。本文重點(diǎn)對表面活性劑清洗果殼核桃殼濾料進(jìn)行靜態(tài)條件下和動態(tài)條件下的試驗(yàn)研究,以期篩選出適宜的藥劑。
1、果殼核桃殼濾料靜態(tài)實(shí)驗(yàn)：
靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的目的就是在實(shí)驗(yàn)室條件下,通過對不同清洗藥劑(配比)的去污效果對比,初步篩選出表面活性劑與其它化學(xué)清洗藥劑適宜的配比方案,為動態(tài)實(shí)驗(yàn)提供依據(jù)。
根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料,確定選用十二烷基苯磺酸鈉為主要清洗劑,并對它與氫氧化鈉、碳酸鈉、三聚磷酸鈉三種輔助清洗劑不同比例、相同總濃度(1%)的配比方案進(jìn)行對比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
根據(jù)上述不同藥劑的單獨(dú)清洗和復(fù)配清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果,十二烷基苯磺酸鈉與三聚磷酸鈉以3∶1比例配成濃度為1%的清洗劑除油效率最高,因此,以下的動態(tài)實(shí)驗(yàn)主要是據(jù)此藥劑配比來進(jìn)行的。
表1不同配比的清洗藥劑對污染果殼核桃殼濾料的除油效果對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果
清洗藥劑濃度1%
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A
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A+NaOH
4:13:12:11:1
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A+Na2CO3
4:13:12:11:1
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A+Na2P3O10
4:13:12:11:1
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清洗前果殼核桃殼吸附油量(mg/g)
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3.495
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3.921
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3.753
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3.570
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清洗后果殼核桃殼殘余油量(mg/g)
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0.705、0.645、0.601、0.563、0.718、0.572、0.494、0.611、0.799、0.434、0.316、0.464、0.619
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平均洗凈率(%)
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79.88、3.68、4.78、5.78、1.78、4.88、6.88、3.77、8.78、7.99、1.18、7.08、2.7
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注:①表中A代表十二烷基苯磺酸鈉;②表中清洗后果殼核桃殼中殘余油量為多組平行實(shí)驗(yàn)的平均值。
2.果殼核桃殼濾料動態(tài)再生實(shí)驗(yàn)研究：
動態(tài)實(shí)驗(yàn)是在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)成果基礎(chǔ)上,考察動態(tài)條件下,核桃殼濾料過濾性能的變化與恢復(fù)過程,確定最佳的反洗方式和操作條件.動態(tài)實(shí)驗(yàn)是在隴東油田中集站污水處理廠現(xiàn)場進(jìn)行的,其裝置系統(tǒng)。
實(shí)驗(yàn)過程中,水洗方式采用濾后水反洗的同時(shí)用壓縮空氣進(jìn)行攪拌,濾速按現(xiàn)場核桃殼過濾器的濾速定為20m/h,反洗強(qiáng)度為18m/h,反洗時(shí)間為15分鐘.藥洗采用完全混合間歇操作方式,先將藥液通過反洗泵注入濾柱中,利用壓縮空氣擦洗5分鐘后,自上而下同時(shí)向?yàn)V柱中進(jìn)氣、水清洗5分鐘,然后單獨(dú)通水繼續(xù)漂洗10分鐘動態(tài)實(shí)驗(yàn)中選用了新舊兩種核桃殼濾料進(jìn)行對比,其中舊核桃殼濾料為過濾器失效更換出的廢棄濾料(棄用時(shí)間為1年);原水為廢水處理站核桃殼過濾器的濾前水.現(xiàn)場分別就新舊濾料水洗、舊濾料的藥洗與水洗以及兩種反洗方式組合情況下的核桃殼濾料過濾性能和過濾效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
2.1新舊果殼核桃殼濾料水洗過濾對比實(shí)驗(yàn)：
新舊濾料在水洗條件下的過濾對比實(shí)驗(yàn)是在1#、2#兩個(gè)濾柱中進(jìn)行的,進(jìn)水含油量均為27mg/L.1#、2#柱中分別裝填150cm高的新舊濾料(新濾料已經(jīng)過一個(gè)周期的過濾),經(jīng)水洗后在相同條件下進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn),測定不同時(shí)刻濾后水的含油量。
舊果殼核桃殼濾料比新濾料的過濾效果明顯要差.不過總的來看,在過濾24小時(shí)后,舊核桃殼濾柱的出水含油量基本都在15mgL以內(nèi),這比核桃殼過濾器中濾料完全失效時(shí)的過濾效果有了明顯的改善.這說明,廢棄濾料在露天存放條件下,經(jīng)長達(dá)1年的日曬、風(fēng)吹、雨淋,濾料表面及孔道內(nèi)的大部分油污已經(jīng)揮發(fā)或被清洗掉,濾料表面的物化性能在很大程度上得以恢復(fù).由此可見,采用水力反洗的核桃殼濾料失效后,完全可以在自然條件下或者通過適當(dāng)?shù)钠魍馇逑吹靡栽偕?基本或完全恢復(fù)其過濾性能,實(shí)現(xiàn)核桃殼濾料的重復(fù)利用,既能避免頻繁更換新濾料,又能降低生產(chǎn)成本,減少環(huán)境污染。
2.2舊果殼核桃殼濾料水洗和藥洗后過濾對比實(shí)驗(yàn)：
舊濾料在水洗、藥洗條件下的過濾對比實(shí)驗(yàn)也是在1#、2#濾柱中進(jìn)行的,將兩柱中裝填150cm高的舊濾料,分別進(jìn)行水洗和藥洗條件下的過濾對比實(shí)驗(yàn).污染濾料經(jīng)水洗、藥洗后的過濾效果。
可以看出,藥液清洗濾料的除油效果明顯優(yōu)于水洗濾料,出水含油量同比降低5mg/L左右,與圖3清潔濾料的過濾過程線已基本一致.這進(jìn)一步說明,水洗難以清除掉的吸附在核桃殼上的油垢,是導(dǎo)致濾料截污效果和濾層納污能力下降的主要因素.而藥液清洗則能去除這層油垢,恢復(fù)舊濾料表面的截污性能。
另外還可看出,水洗濾柱過濾出水的含油量不夠穩(wěn)定,隨進(jìn)水含油量的變化波動較大,由此說明水洗濾料吸附油污的性能并未得到根本改善,油污在濾料表面的附著力較小,因此對進(jìn)水沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力差,一旦進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生波動,過濾出水的效果就難以得到保證。
2.3水洗和藥洗組合過濾實(shí)驗(yàn)：
該實(shí)驗(yàn)的目的主要是確定藥洗和水洗組合條件下的濾料再生周期.在兩個(gè)濾柱中均裝填150cm高的舊濾料,進(jìn)行濾料藥洗后的過濾—水洗—過濾的重復(fù)對比實(shí)驗(yàn),測定不同時(shí)刻濾后水的含油量,由于出水含油量受進(jìn)水水質(zhì)影響較大,所以不同周期內(nèi)的出水含油量之間沒有可比性,為了使不同進(jìn)水水質(zhì)和不同周期之間的過濾效果能夠加以比較,采用過濾處理的除油率隨時(shí)間的變化過程線來進(jìn)行對比分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,舊濾料經(jīng)藥洗后過濾性能穩(wěn)定,在經(jīng)過30小時(shí)的過濾后,除油效率變化不大,基本保持在78～72%之間,平均除油效率在75%以上;而在兩次藥洗之間進(jìn)行的水洗過濾,在同一過濾周期內(nèi),除油效率隨過濾時(shí)間延長明顯降低;核桃殼濾料的平均除油率隨水洗次數(shù)的增加也逐次降低,經(jīng)過五次水洗后過濾平均除油率已降至60%以下,24小時(shí)過濾后的除油率已低于50%,這表明此時(shí)的核桃殼已嚴(yán)重污染,再進(jìn)行水力反洗,果殼核桃殼濾料的過濾效果也很難保證,必須進(jìn)行藥洗再生才能有效地恢復(fù)濾料的過濾性能,改善出水水質(zhì).再次藥洗過濾的結(jié)果表明,舊濾料的平均除油率又提高到75%左右。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明了藥洗再生的優(yōu)越性和必要性.根據(jù)動態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)際,可以初步確定核桃殼藥劑再生的周期定為5—10天較為適宜.現(xiàn)場操作人員可根據(jù)過濾器進(jìn)出水水質(zhì),在此范圍內(nèi)調(diào)整藥劑再生的周期:若進(jìn)水水質(zhì)較好可取其上限,反之則要適當(dāng)縮短藥洗周期.筆者還認(rèn)為,經(jīng)藥劑再生后的濾料在連續(xù)過濾超過24小時(shí)后,即便在出水水質(zhì)還沒有惡化的情況下,為了避免濾料的過度污染,也應(yīng)該終止過濾,對濾料進(jìn)行水力反洗,據(jù)此初步確定在藥洗的一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行濾后水力反洗的周期以不超過24小時(shí)為宜。
三、果殼核桃殼濾料再生清洗方法實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
（1）以十二烷基苯磺酸鈉與三聚磷酸鈉按3∶1比例配成1%濃度的混合藥劑作為污染核桃殼濾料。
的清洗劑,再生成本低、清洗效果好;露天存放的廢棄濾料經(jīng)過自然條件下的日曬揮發(fā)、雨水浸洗等作用后,過濾性能在很大程度能得以恢復(fù);若輔以適當(dāng)?shù)乃巹┣逑?廢棄濾料可以重復(fù)使用。
（2）藥液清洗后果殼核桃殼濾料的過濾性能明顯優(yōu)于水洗濾料,出水水質(zhì)穩(wěn)定,含油量顯著降低。
（3）舊果殼核桃殼濾料經(jīng)藥洗后過濾性能較穩(wěn)定,而在藥洗周期內(nèi)進(jìn)行的水洗過濾,在同一水洗周期內(nèi)除油率隨過濾時(shí)間延長明顯降低;濾料隨水洗次數(shù)的增加平均除油率迅速降低,再次藥洗后污染濾料的平均除油效率又可恢復(fù)到75%左右。污染果殼核桃殼藥劑再生的適宜周期為5—10天,藥劑再生周期內(nèi)濾料的水力反洗周期不宜超過24小時(shí)。
