超聲強(qiáng)化工藝處理三元驅(qū)采油污水和含油污泥效能的研究

【摘要】：伴隨著三元驅(qū)采油技術(shù)應(yīng)用而產(chǎn)生的三元復(fù)合驅(qū)采油污水既保持了常規(guī)油田污水特性,由于聚合物、表面活性劑以及堿的加入又促其顯示出了其獨(dú)有的性質(zhì)。堿對地層粘土礦物溶蝕作用導(dǎo)致水中以硅為首的懸浮固體含量高;水中大分子聚合物溶解導(dǎo)致水體粘度高,沉降過濾處理難度大;表面活性劑存在導(dǎo)致水體Zeta電位絕對值高,破乳絮凝困難。上述污水特性導(dǎo)致傳統(tǒng)三元驅(qū)污水處理工藝中各設(shè)備均出現(xiàn)不適應(yīng),絮凝劑作用效果差,聚結(jié)除油器破乳聚結(jié)除油效率低,石英砂過濾器濾料板結(jié)流失,懸浮固體去除效果差,導(dǎo)致工藝出水水質(zhì)難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。污水處理過程投加大量的絮凝劑,形成大量含有絮凝劑含油污泥,油泥處理難度大。通過室內(nèi)試驗(yàn)篩選確定無機(jī)聚合硫酸鐵和有機(jī)UT6-4絮凝劑,復(fù)配質(zhì)量比例500:40處理三元驅(qū)采油污水用絮凝效果最佳。利用室內(nèi)模擬裝置研究了超聲強(qiáng)化降解聚合物降低水體粘度效果,在(40k Hz+28k Hz+20k Hz)正交三場作用下,控制聲強(qiáng)1.5W·cm-2,臭氧投加量7.5mg/L,作用時(shí)間15min,降解聚合物后粘度變化率可達(dá)到86.1%。臭氧氧化降解聚合物過程中引入超聲,強(qiáng)化了臭氧傳質(zhì)效果,促進(jìn)臭氧分解產(chǎn)生更大量的22OH和?OH,比單獨(dú)臭氧氧化效率提高3倍以上。降解過程中污水中油與聚合物存在降解競爭效應(yīng),采用超聲強(qiáng)化臭氧氧化降解聚合物污水含油量不宜高于100mg/L?；谑覂?nèi)試驗(yàn)結(jié)果,提出了混凝沉降—雙向聚結(jié)除油—超聲強(qiáng)化降解聚合物—兩級(jí)過濾工藝,針對除油器和過濾器存在問題,優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu),開發(fā)新型除油器和過濾器。依據(jù)聚結(jié)除油理論,利用顆粒狀聚結(jié)材料具有高效碰撞聚結(jié)作用,同時(shí)強(qiáng)化其潤濕聚結(jié)作用,理論計(jì)算聚結(jié)除油參數(shù),優(yōu)選聚結(jié)材料,優(yōu)化除油器內(nèi)部結(jié)構(gòu),設(shè)置反沖洗系統(tǒng),開發(fā)了雙向聚結(jié)除油器。利用超聲強(qiáng)化臭氧氧化降粘同時(shí)輔以攪拌式過濾器形成的湍流流場破壞濾料板結(jié)層,優(yōu)化濾層級(jí)配,開發(fā)攪拌式雙層濾料過濾器?；谝陨涎芯苛嘶炷两?雙向流除油器+超聲強(qiáng)化臭氧氧化降粘+兩級(jí)過濾工藝處理三元驅(qū)采油污水效能,確定超聲強(qiáng)化臭氧氧化裝置是工藝核心,其運(yùn)行狀態(tài)下出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。在來水含油平均847.24mg/L,懸浮固體159.06mg/L條件下,出水油僅為5.01mg/L,懸浮固體僅為9.93mg/L,油和懸浮固體去除率分別達(dá)到了99.39%和93.21%,出水穩(wěn)定達(dá)到回注水油和懸浮固體≤20mg/L標(biāo)準(zhǔn),采用該工藝處理污水其成本較現(xiàn)有工藝減少1/3。三元驅(qū)采油污水處理過程中形成的沉降罐底泥含油量高,具有回收價(jià)值。同時(shí)重質(zhì)油含量高,以微小無機(jī)顆粒為中心形成穩(wěn)定乳化油,從污泥中脫出回收油難度大。為達(dá)到大慶油田規(guī)定污泥含油污泥資源化再利用含油量低于2%要求這一標(biāo)準(zhǔn),采用超聲破乳氣浮強(qiáng)化除油這一關(guān)鍵技術(shù)處理經(jīng)過高溫?zé)峄瘜W(xué)清洗后含油污泥,利用超聲空化作用降低乳化界面膜強(qiáng)度,促進(jìn)“水粒子”聚合實(shí)現(xiàn)破乳除油。開發(fā)含油污泥處理工藝控制高溫?zé)峄瘜W(xué)清洗時(shí)間40min,清洗劑加藥量1%,熱水溫度60℃,在超聲作用20min,破乳劑投加量10mg/L,實(shí)現(xiàn)污泥中油的去除,投加2%復(fù)配聚合硫酸鐵和UN6-4絮凝劑,離心機(jī)轉(zhuǎn)速2500r/min脫水,脫水后污泥含水≤80%,含油≤2%。將離心脫水后污泥殘?jiān)c水泥,粉煤灰,膨潤土,離子添加劑按照質(zhì)量比1:0.2:0.3:0.3:0.005條件混合進(jìn)行固化試驗(yàn),制做路面磚。固化后產(chǎn)品強(qiáng)度達(dá)到3.89MPa,達(dá)到混凝土路面磚設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對固化后產(chǎn)品進(jìn)行浸出試驗(yàn)評價(jià)其毒性,浸出時(shí)間120h,浸出液的含油量3mg/L以下,低于國家污水排放一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn),有毒有害金屬離子未檢出,路面磚產(chǎn)品安全。通過上述工藝處理含油污泥實(shí)現(xiàn)油回收同時(shí)控制污泥二次污染,實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用。利用超聲強(qiáng)化臭氧氧化降解聚合物技術(shù)輔以雙向聚結(jié)除油器和攪拌式多介質(zhì)過濾器開發(fā)的三元驅(qū)采油污水工藝實(shí)現(xiàn)三元驅(qū)采油污水達(dá)標(biāo)處理回注。采用高溫?zé)嵯闯晱?qiáng)化除油技術(shù)去除污泥中油,在污泥含油2%以下采用固化技術(shù)制做路面磚,回收油泥中油同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥資源化。有效解決三元驅(qū)采油處理過程中污水和污泥處理系統(tǒng)存在問題,促進(jìn)三元驅(qū)采油技術(shù)推廣應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：三元驅(qū)采油污水 含油污泥 超聲波 固化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X741
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-15
• 第1章 緒論15-38
• 1.1 三元驅(qū)采油污水處理技術(shù)及研究進(jìn)展15-21
• 1.1.1 三元驅(qū)采油技術(shù)15-16
• 1.1.2 三元驅(qū)采油污水及水質(zhì)特點(diǎn)16
• 1.1.3 三元驅(qū)采油污水處理意義16-17
• 1.1.4 三元驅(qū)采油污水處理回注標(biāo)準(zhǔn)17
• 1.1.5 三元驅(qū)采油污水處理技術(shù)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2 含油污泥處理技術(shù)及研究進(jìn)展21-26
• 1.2.1 油田含油污泥來源及特性22
• 1.2.2 三元驅(qū)采油污水處理產(chǎn)生含油污泥的特性22
• 1.2.3 含油污泥處理技術(shù)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-25
• 1.2.4 含油污泥的處理標(biāo)準(zhǔn)25-26
• 1.3 三元驅(qū)采油污水和含油污泥處理存在問題及發(fā)展方向26-29
• 1.3.1 三元驅(qū)采油污水和含油污泥處理存在問題26-27
• 1.3.2 三元驅(qū)采油污水處理技術(shù)發(fā)展方向27-28
• 1.3.3 三元驅(qū)含油污泥處理技術(shù)發(fā)展方向28-29
• 1.4 超聲強(qiáng)化技術(shù)及其在污水污泥處理中應(yīng)用29-34
• 1.4.1 超聲作用原理及其在含油污水污泥處理中應(yīng)用29-31
• 1.4.2 超聲技術(shù)的局限性及其發(fā)展方向31-32
• 1.4.3 臭氧氧化降解聚合物研究進(jìn)展32-33
• 1.4.4 超聲強(qiáng)化臭氧氧化降解技術(shù)研究進(jìn)展33-34
• 1.5 課題的提出及研究內(nèi)容34-38
• 1.5.1 研究提出及研究內(nèi)容34-37
• 1.5.2 技術(shù)路線圖37-38
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及方法38-51
• 2.1 三元驅(qū)采油污水特性分析及預(yù)處理試驗(yàn)38-39
• 2.1.1 三元驅(qū)采油污水特性分析及藥劑篩選試驗(yàn)38
• 2.1.2 超聲強(qiáng)化臭氧氧化降解聚合物降粘試驗(yàn)38-39
• 2.2 三元驅(qū)采油污水處理工藝及試驗(yàn)39-42
• 2.3 含油污泥特性分析及改性試驗(yàn)42-43
• 2.3.1 含油污泥特性分析及藥劑篩選42-43
• 2.3.2 超聲強(qiáng)化破乳除油試驗(yàn)43
• 2.4 含油污泥處理工藝及試驗(yàn)43-47
• 2.5 實(shí)驗(yàn)藥品及分析方法47-51
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)藥品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 含油污泥掃描電鏡49
• 2.5.5 污泥殘?jiān)腦RD分析49-50
• 2.5.6 柱層析分析浸出油族組成50
• 2.5.7 浸出油芳香分GC-MS分析50-51
• 第3章 三元驅(qū)采油污水特性及預(yù)處理方法研究51-72
• 3.1 引言51
• 3.2 三元驅(qū)采油污水特性及傳統(tǒng)工藝處理效果51-56
• 3.2.1 三元驅(qū)采油污水水質(zhì)特性51-54
• 3.2.2 三元驅(qū)采油污水處理工藝及效果54-56
• 3.3 絮凝劑篩選56-60
• 3.3.1 無機(jī)混凝劑的種類和加藥量確定57-58
• 3.3.2 有機(jī)高分子絮凝劑種類和加藥量確定58-59
• 3.3.3 無機(jī)和有機(jī)藥劑配比和加藥量確定59-60
• 3.4 超聲強(qiáng)化臭氧氧化降解三元驅(qū)采油污水中聚合物60-67
• 3.4.1 超聲模擬反應(yīng)器設(shè)計(jì)60-61
• 3.4.2 超聲聲場的選擇61-63
• 3.4.3 超聲聲強(qiáng)的選擇63-64
• 3.4.4 超聲強(qiáng)化臭氧氧化處理三元驅(qū)采油污水參數(shù)優(yōu)化64-67
• 3.5 超聲強(qiáng)化臭氧氧化降解三元驅(qū)采油污水中聚合物作用機(jī)制67-71
• 3.5.1 超聲強(qiáng)化臭氧氧化降解聚合物協(xié)同效應(yīng)評價(jià)67-68
• 3.5.2 超聲強(qiáng)化臭氧氧化降解聚合物作用機(jī)制68-71
• 3.6 本章小結(jié)71-72
• 第4章 超聲強(qiáng)化三元驅(qū)采油污水處理工藝及處理效能72-106
• 4.1 引言72
• 4.2 超聲強(qiáng)化三元驅(qū)采油污水處理工藝開發(fā)72-73
• 4.3 雙向聚結(jié)除油器開發(fā)及處理效能73-83
• 4.3.1 聚結(jié)除油器及其存在問題73-76
• 4.3.2 顆粒狀聚結(jié)材料聚結(jié)除油機(jī)制76-80
• 4.3.3 雙向聚結(jié)除油器開發(fā)80-81
• 4.3.4 雙向聚結(jié)除油器應(yīng)用效果81-83
• 4.4 攪拌式過濾器開發(fā)及其處理效能83-94
• 4.4.1 過濾器存在問題成因研究83-87
• 4.4.2 齒狀攪拌式過濾器結(jié)構(gòu)87-90
• 4.4.3 攪拌作用機(jī)制90-94
• 4.5 超聲強(qiáng)化三元驅(qū)采油污水處理工藝處理效能評價(jià)94-102
• 4.5.1 除油效能評價(jià)95-98
• 4.5.2 超聲強(qiáng)化臭氧氧化降解聚合物效能評價(jià)98
• 4.5.3 過濾效能評價(jià)98-101
• 4.5.4 系統(tǒng)處理效能評價(jià)101-102
• 4.6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析102-104
• 4.7 本章小結(jié)104-106
• 第5章 含油污泥處理及固化制作路面磚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 油泥電鏡分析108-109
• 5.2.3 灼燒殘?jiān)椒治?/span>109-110
• 5.3 含油污泥改性試驗(yàn)110-118
• 5.3.1 含油污泥處理藥劑篩選110-113
• 5.3.2 超聲強(qiáng)化油泥破乳機(jī)理研究113-118
• 5.4 含油污泥超聲強(qiáng)化處理工藝及處理效能118-127
• 5.4.1 油泥處理工藝118-119
• 5.4.2 高溫?zé)崴逑从湍鄥?shù)優(yōu)化及效能研究119-121
• 5.4.3 超聲破乳氣浮參數(shù)優(yōu)化及效能研究121-122
• 5.4.4 離心分離參數(shù)優(yōu)化及效能研究122-125
• 5.4.5 穩(wěn)定運(yùn)行處理效果125-127
• 5.5 油泥殘?jiān)袒谱雎访娲u研究127-134
• 5.5.1 油泥殘?jiān)袒谱雎访娲u方法127-131
• 5.5.2 油泥殘?jiān)袒谱雎访娲u原理131
• 5.5.3 路面磚安全性評價(jià)131-134
• 5.6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析134-136
• 5.7 本章小結(jié)136-138
• 結(jié)論138-140
• 參考文獻(xiàn)140-151
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果151-153
• 致謝153-154
• 個(gè)人簡歷154

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