高分子絮凝剂在油田生化污水处理中的应用研究

2020-10-07 10:50:48 rtchem 1

高分子絮凝剂在油田生化污水处理中的应用研究


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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

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。

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。

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

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

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。

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。

 

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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。

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。

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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。

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。

 

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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。

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/
(mg·L-1

水中含油/
(mg·L-1

COD/
(mg·L-1

pH

8.1

1.52

30.0

7.4

7.7

1.50

29.7

6.7

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。)

 

 


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