采油廢水處理中核桃殼濾料再生技術(shù)研究

1、西 安科 技 大 學(xué) 學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第 35 卷 第 3 期2003 年 9 月V o l. 35 N o. 3Sep. 2003J 1X ian U n iv. of A rch. & T ech.(N atural Science Edit ion )采油廢水處理中核桃殼濾料再生技術(shù)研究黃廷林1 , 宋維營(yíng)2, 趙建偉1(11 西安, 陜西, 西安, 710055; 21 西寧市排水公司, 青海, 西寧, 810001)科技大學(xué)環(huán)境與市政摘 要: 分析討論了核桃殼濾料的性能及其在油田采油廢水處理中的截污過(guò)程與特點(diǎn); 通過(guò)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

2、核桃殼濾料藥劑再生的適宜周期為 510 天, 藥劑再生周期內(nèi)濾料的水力反洗周期不宜超過(guò) 24 小時(shí); 廢棄的污染核桃殼濾料, 經(jīng)適當(dāng)?shù)乃巹┰偕? 其過(guò)濾性能基本能夠得以恢復(fù), 使用: 核桃殼; 過(guò)濾;號(hào): X 74將大大延長(zhǎng).采油廢水; 表面活性劑; 再生文章編號(hào): 100627930 (2003) 0320238205文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: ARegenerat ion of con tam ina ted wa lnut as f iltra t ingm ed ium in o ily wa stewa ter trea tm en tH UA N G T ing 2lin1, SON G W e

3、i2y ing 2, ZH A O J ian 2w ei1(1. Schoo l of Environm ental &M unicip al Eng.,X ian U niversity. of A rch itecture & T echno logy,X ian 710055, Ch ina; 2. X in ing W astew ater Company, X in ing, 810001, Ch ina)Abstract: T he p roperty and in tercep t ing characteristics of w alnut filtratin

4、g m edium in filtrat ion p rocess of o ily w astew a2 ter treatm ent w ere analyzed and discussed. A n effective techno logy fo r the regenerat ion of contam inated w alnut filtrat2 ing m edium - a surfactant and its compounding fo rm ula w as put fo rw ard on the basis of experim ent s. A lso a rea

5、sonablesurfactant cleaning period o r regenerat ion in terval of the contam inated w alnut filtrating m edium w as suggested in the range of 5 to 10 days, and w ater backw ash ing cycle betw een the surfactant regenerating in tervals should be considered w ith in 24 hours. T he discarded w alnut fil

6、trating m edium in tradit iona l filtrat ion p rocess can be recovered by the com 2 pounding surfactant technique m ent ioned above, and its operating life can be greatly p ro longed.Key words:W alnu t; F iltra tion; O ily w astew ater; S u rf actant; R egeneration目前我國(guó)各大油田的采油廢水處理中, 以核桃殼過(guò)濾工藝應(yīng)用最為廣泛 1

7、. 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效果,延長(zhǎng)核桃殼濾料的使用, 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(wèn)題.1核桃殼濾料的特點(diǎn)及其截污性能111核桃殼濾料的性能及截污特點(diǎn)核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* 收稿日期: 2002204223基金項(xiàng)目:教育部高等學(xué)校優(yōu)秀青年教師教學(xué)科研計(jì)劃資助作者簡(jiǎn)介: 黃廷林(19622) , 男, 山東昌邑人,

8、 博士, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事水保護(hù)及環(huán)境污染方面的研究與教學(xué).239第 3 期黃廷林等: 采油廢水處理中核桃殼濾料再生技術(shù)研究30m ?h ) 的過(guò)濾處理, 而較低磨性好、硬度高、抗壓能力強(qiáng)等良能, 因此對(duì)采油廢水可實(shí)現(xiàn)高速(20-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 2, 3 (不易在酸堿溶液中溶解、耐腐蝕).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(guò)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

9、的凝聚物上加以去除.112 核桃殼濾料截污過(guò)程與污垢性質(zhì)核桃殼濾料的截污過(guò)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 4 .(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(guò)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

10、水性往往難于由水力除掉.(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(huì)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(yáng)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)(見圖 11a) , 由于擴(kuò)散作用, 水中的污染物及雜質(zhì)會(huì)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)(圖 11b) , 濾料截污后原有孔道明顯被堵塞, 若僅通過(guò)水力 , 無(wú)法

11、將孔道內(nèi)的污垢除掉(圖 11c) , 核桃殼濾料由于其多孔性能形成這部分截污能力也就無(wú)法恢復(fù), 導(dǎo)致截污能力降低. 而經(jīng)過(guò)藥劑料孔道基本上都能夠恢復(fù)到截污前的狀態(tài)(圖 11d).后, 無(wú)論是濾料表面, 還是濾圖 1核桃殼濾料的電鏡掃描圖2表面活性劑實(shí)驗(yàn)研究如上所述, 核桃殼濾料對(duì)采油廢水進(jìn)行過(guò)濾處理后, 僅靠水力反洗往往很難達(dá)到濾料的要求,需要尋求新的技術(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(duì)表面活性劑宜的藥劑.211靜態(tài)實(shí)驗(yàn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的目的就是在核桃殼濾料進(jìn)行靜態(tài)條件下和動(dòng)態(tài)條件下的試驗(yàn)研究, 以期篩選出適條件下, 通過(guò)對(duì)不同藥劑(配比

12、) 的去污效果對(duì)比, 初步篩選出表面活性劑與其它化學(xué)藥劑適宜的配比方案, 為動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)提供依據(jù).根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果 4 和現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料 5, 6 , 確定選用十二烷基苯磺酸鈉為主要?jiǎng)? 并對(duì)它與240技 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)(自然科學(xué)版)第 35 卷西 安科氫氧化鈉、碳酸鈉、三聚磷酸鈉三種輔助試驗(yàn)結(jié)果如表 1 所示.劑不同比例、相同總濃度(1% ) 的配比方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),根據(jù)上述不同藥劑的單獨(dú)和復(fù)配實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 十二烷基苯磺酸鈉與三聚磷酸鈉以 31 比例配成濃度為 1% 的劑除油效率最高, 因此, 以下的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)主要是據(jù)此藥劑配比來(lái)進(jìn)行的.表 1 不同配比的藥劑對(duì)污染核桃殼濾料的除油效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

13、A + N aOH41 31 21 11 A + N a2CO 341 31 21 11 A + N a2P 3O 1041 31 21 11藥劑濃度(1% )A前核桃殼吸附油量(m g?g)31495319213175331570后核桃殼殘余油量(m g?g)0170501645 01601 01563 0171801572 01494 01611 0179901434 01316 01464 01619791883168 4178 5178 1178 4188 6188 3177 8178 7199 11187108217平均洗凈率(% )注: 表中A 代表十二烷基苯磺酸鈉; 表中后核桃殼

14、中殘余油量為多組平行實(shí)驗(yàn)的平均值.212動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)是在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)成果基礎(chǔ)上,動(dòng)態(tài)條件下, 核桃殼濾料過(guò)濾性能的變化與恢復(fù)過(guò)程, 確定最佳的反洗方式和操作條件. 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)是在隴東油田中集站污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的, 其裝置系統(tǒng)示意圖如圖 2 所示.實(shí)驗(yàn)過(guò)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(chǎng)核桃殼過(guò)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(guò)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、水圖 2動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)示意圖5 分鐘, 然后單獨(dú)通水繼

15、續(xù)漂洗 10 分鐘.動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中選用了新舊兩種核桃殼濾料進(jìn)行對(duì)比, 其中舊核桃殼濾料為過(guò)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(guò)濾器的濾前水. 現(xiàn)場(chǎng)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(guò)濾性能和過(guò)濾效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.21211 新舊濾料水洗過(guò)濾對(duì)比實(shí)驗(yàn)新舊濾料在水洗條件下的過(guò)濾對(duì)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 27 m g?L. 1# 、2# 柱中分別裝填 150cm 高的新舊濾料(新濾料已經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的過(guò)濾) , 經(jīng)水洗后在相同條件下進(jìn)行過(guò)濾實(shí)驗(yàn), 測(cè)定不同時(shí)刻濾后水的含油量. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

16、如圖 3 所示.從圖 3 可以看出, 舊核桃殼濾料比新濾料的過(guò)濾效果明顯要差. 不過(guò)總的來(lái)看, 在過(guò)濾 24 小時(shí)后, 舊核桃殼濾柱的出水含油量基本都在 15 m g?L 以內(nèi), 這比核桃殼過(guò)濾器中濾料完全失效時(shí)的過(guò)濾效果有了明顯的這說(shuō)明, 廢棄濾料在露天存放條件下, 經(jīng)長(zhǎng)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(guò)適當(dāng)?shù)钠魍獾靡栽偕? 基本或完全恢復(fù)其過(guò)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

17、污染. 21212舊濾料水洗和藥洗后過(guò)濾對(duì)比實(shí)驗(yàn)舊濾料在水洗、藥洗條件下的過(guò)濾對(duì)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241第 3 期黃廷林等: 采油廢水處理中核桃殼濾料再生技術(shù)研究的舊濾料, 分別進(jìn)行水洗和藥洗條件下的過(guò)濾對(duì)比實(shí)驗(yàn). 污染濾料經(jīng)水洗、藥洗后的過(guò)濾效果見圖 4.圖 3新舊濾料水洗后過(guò)濾出水含油量時(shí)間過(guò)程線圖 4舊濾料水洗和藥洗后過(guò)濾出水含油量時(shí)間過(guò)程線從圖 4 可以看出, 藥液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 5 m g?L 左右, 與圖 3 清潔濾料的過(guò)濾過(guò)程線已基本一致. 這進(jìn)一步說(shuō)明, 水洗難以清除掉的吸附在核桃殼上的油垢

18、, 是導(dǎo)致濾料截污效果和濾層納污能力下降的主要因素. 而藥液表面的截污性能.則能去除這層油垢, 恢復(fù)舊濾料另外還可看出, 水洗濾柱過(guò)濾出水的含油量不夠穩(wěn)定, 隨進(jìn)水含油量的變化波動(dòng)較大, 由此說(shuō)明水洗濾料吸附油污的性能并未得到根本, 油污在濾料表面的附著力較小, 因此對(duì)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(dòng), 過(guò)濾出水的效果就難以得到保證. 21213 水洗和藥洗組合過(guò)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(guò)濾水洗過(guò)濾的重復(fù)對(duì)比實(shí)驗(yàn), 測(cè)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

19、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(guò)濾效果能夠加以比較, 采用過(guò)濾處理的除油率隨時(shí)間的變化過(guò)程線來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 5.圖 5 除油效率隨過(guò)濾時(shí)間的變化圖(線性趨勢(shì)線)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 舊濾料經(jīng)藥洗后過(guò)濾性能穩(wěn)定, 在經(jīng)過(guò) 30 小時(shí)的過(guò)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(guò)濾, 在同一過(guò)濾周期內(nèi), 除油效率隨過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)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(guò)五次水洗后過(guò)濾平均除油率已降至 60% 以下, 24 小時(shí)過(guò)濾后

20、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, 濾料的過(guò)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(guò)濾性能,出水水質(zhì). 再次藥洗過(guò)濾的結(jié)果表明(直線) , 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(dòng)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 510 天較為適宜.可根據(jù)過(guò)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242科 技 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)(自然科學(xué)版)第 35 卷西 安后的濾料在連續(xù)過(guò)濾超過(guò)

21、24 小時(shí)后, 即便在出水水質(zhì)還沒有的情況下, 為了避免濾料的過(guò)度污染,也應(yīng)該終止過(guò)濾, 對(duì)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(guò) 24 小時(shí)為宜.3結(jié)論1) 以十二烷基苯磺酸鈉與三聚磷酸鈉按 31 比例配成 1% 濃度的混合藥劑作為污染核桃殼濾料的劑, 再生成本低、效果好; 露天存放的廢棄濾料經(jīng)過(guò)自然條件下的日曬揮發(fā)、雨水浸洗等作用后, 過(guò)濾性能在很大程度能得以恢復(fù); 若輔以適當(dāng)?shù)乃巹? 廢棄濾料可以重復(fù)使用.2) 藥液后濾料的過(guò)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) 舊濾料經(jīng)藥洗后過(guò)濾性能較穩(wěn)定, 而在藥洗周期內(nèi)進(jìn)行的水洗過(guò)濾, 在同一水洗周期內(nèi)除油率隨過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)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. 污染核桃殼濾料藥劑再生的適宜周期為 510 天, 藥劑再生周期內(nèi)濾料的水力反洗周期不宜超過(guò) 24 小時(shí).參考文獻(xiàn):張瑞成等. 核桃殼過(guò)濾器設(shè)計(jì)參數(shù)試驗(yàn)研究J . 石油機(jī)械, 2001, 29 (7) : 33234. 1 2 3 4 5 6 油氣田地面工程, 2001, 20 (6) : 98299.袁彬等.田軍等.核桃殼過(guò)濾器技術(shù)要求探討J .油氣田地面工程, 1998, 17 (6) : 28229.油氣田采出水深度