高分子絮凝剂在油田生化污水处理中的应用研究
高分子絮凝剂在油田生化污水处理中的应用研究
渤海油田某终端处理厂的采出水经污水站处理后悬浮物、COD指标达不到回注要求,无法进行回注。合成3种高分子絮凝剂,在不同浓度下对该污水进行处理,并与市售同类产品进行对比。实验结果表明,CPAM的离子度对絮凝效果有较大影响,且高离子度的CPAM与PAC复配使用时对污水处理效果更佳。
按照设计,渤海油田某终端处理厂联合站污水经污水处理站处理后回注。污水站的处理工艺流程为调节池→澄清沉降池→双滤料过滤器→酸化水解池→MBR池→活性炭过滤器。工艺中投加复合絮凝剂PAC+CPAM进行絮凝处理。实际运行发现该污水站存在以下问题:
(1)处理出水中悬浮物和COD脱除率低,水质达标率在90%左右;
(2)絮凝效果差,产生许多碎的小絮体,絮团沉降速度慢,水质不澄清;
(3)由于产生絮体较小,絮团残留在过滤膜上,导致装置反洗频繁,增加操作成本,降低工作效率。
有鉴于此,我们对原工艺中使用的高分子阳离子絮凝剂进行优化。通过实验合成了3种不同阳离子度的高分子絮凝剂,考察了它们的处理效果,并采用优化后的CPAM代替市售CPAM,处理效果达到了设计要求。
注水技术要求及污水站现有处理效果
污水站现有出水水质及技术要求见表1。
表1 污水站出水水质及技术要求
项目 | 出水水质 | 技术要求 |
悬浮物/(mg·L-1) | 9~15 | <10 |
水中含油/(mg·L-1) | 1.5 | <10 |
COD/(mg·L-1) | 35~50 | <40 |
pH | 7.4 | 6~9 |
实验部分
1试剂与仪器
采用分散聚合法制备了离子度分别为82%、54%、26%的聚丙烯酰胺(CPAM,相对分子质量600万~800万)。
市售阳离子聚丙烯酰胺(离子度35%,相对分子质量为600万~800万)。
CARY50BIO紫外分光光度计,美国瓦里安公司;全玻璃微孔滤膜过滤器。
2实验用水
实验用水为污水站来水经生化处理出水,放置1 d进行实验,其水质情况为:悬浮物95 mg/L、油1.5 mg/L、pH 8.3、COD 135 mg/L。
3絮凝剂评价方法
取250 mL实验水样,分别加入56 mg/L PAC和不同浓度CPAM进行絮凝实验。搅拌3 min后静置沉降5 min,观察实验现象。按SY/T 0530—1993《油田污水中含油量测定方法分光光度法》测定含油量。按GB 11901—1989测定悬浮物。取絮凝后的上清液,于600 nm波长处测定吸光度,计算透光率。
絮凝效果与分析
1絮团状态
针对水质特点,PAC用量取56 mg/L,考察自制的不同离子度CPAM的絮凝性能,并与市售CPAM对比,结果见表 2。
表 2 自制不同离子度CPAM与市售CPAM的协同絮凝效果
投加量/(mg·L-1) | 絮凝剂 | 实验现象 |
8 | CPAM(低离子度) | 絮体小、碎,絮体不沉降 |
CPAM(中离子度) | 絮体小、上浮,水较清 | |
CPAM(髙离子度) | 絮体小,下沉,水清 | |
CPAM (市售) | 絮体小,大部分不沉降,少量上浮 | |
16 | CPAM(低离子度) | 絮体碎,不沉降,水较清 |
CPAM(中离子度) | 絮体较多,上浮 | |
CPAM(髙离子度) | 产生大量絮体,絮体沉降,水清 | |
CPAM(市售) | 絮体碎、不沉降,水清 | |
24 | CPAM(低离子度) | 絮体碎,部分沉降,水较清 |
CPAM(中离子度) | 絮体较多,上浮 | |
CPAM(髙离子度) | 产生大量絮体,絮体沉降,水清 | |
CPAM(市售) | 絮体较多,上浮,水清 | |
32 | CPAM(髙离子度) | 大量絮体、碎,部分上浮 |
40 | CPAM(髙离子度) | 大量絮体、碎,部分上浮 |
由表 2可见,随着CPAM投加量的大,产生的絮体变大、水质变清,但不同离子度的CPAM絮凝效果不同。CPAM投加量相同时,随着离子度的大,产生的絮体变大,更易沉降,水质更清。与市售CPAM相比,投加量相同的情况下,自制的高阳离子度CPAM产生的絮体多,沉降速度快、水清,产生的絮团优于中、低离子度CPAM,也优于市售CPAM。
2对悬浮物的去除效果
不同离子度的自制CPAM及市售CPAM对SS的去除效果如图 2所示。
由图 2可以看出,随着自制CPAM投加量的大,水中的SS先减少后增加,原因主要是CPAM投加量较大时产生的絮体越多,且CPAM投加量过大会产生许多碎的小絮体并影响处理效果。CPAM在合理的投加范围内会降低水中的SS。投加量相同时,与中、低离子度的CPAM相比,高离子度CPAM处理后水样中的SS低。高离子度CPAM在较低的投加量下可使水中的SS降到30 mg/L以下,优于市售CPAM。
综上可知,高离子度CPAM对SS的去除效果优于中、低离子度CPAM及市售CPAM。
3对油的去除效果
不同离子度的自制CPAM及市售CPAM对油的去除效果见图 3。
图 3 各CPAM对油的去除效果
从图 3可以看出,随着CPAM投加量的增加,水中含油量逐渐降低。其中,中、高离子度的CPAM比低离子度的CPAM有更高的除油率。与市售CPAM相比,同等质量浓度下,中、高离子度的CPAM对污水的除油效果更好。
4透光率分析
加入不同离子度的自制CPAM及市售CPAM,水样透光率如图 4所示。
图 4 加入CPAM后水样的透光率变化
由图 4可见,除高离子度CPAM外,随着投加量的增加,CPAM处理后溶液的透光率上升;高离子度CPAM处理后,溶液的透光率先上升后下降,在15 mg/L左右达到较大值。原因可能是CPAM质量浓度较高时,溶液产生许多小絮体,引起溶液透光率下降,因此高离子度CPAM的投加质量浓度为10~25 mg/L。在投加范围区间,相同投加量下加入高离子度CPAM的水样透光率明显高于中、低离子度CPAM及市售CPAM的透光率。
综合考虑絮团状态、悬浮物去除能力、除油能力及透光率,实验合成的高离子度CPAM的絮凝效果好,明显优于市售CPAM。
5实际应用效果
采用自制高离子度CPAM,污水站的实际运行处理效果见表 3。
表 3 污水站采用自制高离子度CPAM处理后的出水水质
处理时间/d | 悬浮物/ | 水中含油/ | COD/ | pH |
1 | 8.1 | 1.52 | 30.0 | 7.4 |
3 | 7.7 | 1.50 | 29.7 | 6.7 |
5 | 7.9 | 1.48 | 27.5 | 7.3 |
10 | 8.3 | 1.50 | 30.5 | 7.4 |
15 | 7.5 | 1.51 | 27.8 | 7.5 |
20 | 7.9 | 1.49 | 29.6 | 7.4 |
30 | 8.0 | 1.50 | 28.7 | 7.4 |
成本分析
考虑人工成本、设备及折旧成本、动力成本、原料成本等,合成的高离子度絮凝剂成本为1.1万元/t。市售CPAM为1.4万元/t,因此合成的高离子度CPAM有一定的价格优势。此外,合成的高离子度CPAM性能优于市售CPAM,可在满足水质达标的前提下,降低加药量,进一步降低污水吨处理费用,提高市场竞争力。
结论
自制阳离子型CPAM与PAC复配使用处理该污水时具有良好的协同作用。在实验考察的质量浓度范围内,CPAM的离子度对污水的絮凝效果有较大影响。实际运行监测数据表明,与市售CPAM相比,自制高离子度CPAM更适于该水处理体系,出水水质达标且具有长周期稳定性。高离子度CPAM相比市售CPAM也有一定价格优势。
(来源:《工业水处理》2018年第8期,参考文献略。)