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污泥脱水的电渗透技术研究

北极星水处理网  来源:防护工程  作者:王玲玲 吴倩  2019/11/12 16:51:15  我要投稿  

北极星水处理网讯:摘要:深度脱水已经成为含油污泥无公害处理的重要瓶颈问题,本文以电渗透技术作为突破口,分析其在含油污泥脱水工艺的应用。本文首先含油污泥的种类,然后简述电渗透污泥脱水技术的优势应用原理,最后以试验的方法详细检验电渗透污泥脱水工艺。

关键词:污泥脱水;电渗透技术;含水率

引言

含油污泥是在石油开采、运输、炼制及含油污水处理过程中产生的含油固体废物,其中含有大量的烃类、苯系物、酚类、蒽类等物质,若不加以处理,不仅对污染环境,而且也是资源的一种浪费。目前含油污泥还在以每年3%的速度增长,而且油泥尚未有效处理办法。根据工作实践,含油污泥无公害处理的关键是脱水,降低含油污泥含水率不仅可以有效降低污泥的体积,而且还可以降低污泥对环境的污染程度,实现污泥处理的成本化、无公害化处理。

一、含油污泥的种类

含油污泥是化工企业生产中产生的固体废物,根据污泥来源及组成部分,含油污泥主要分为以下两种:(1)含水率高的含油污泥。含水率高的污泥主要集中在油田油区和水区罐底部、含油水处理设备的排污以及罐内和设备定期清理产生的废物等,其主要是在原油处理过程中产生的。含水率高的污泥具有流动性强、成分复杂(见表1)以及储存量比较大的特点;(2)含水率低的含油污泥。含水率低的含油污泥虽然其含水率不高,但是其含固率高、含药剂成分比较复杂。其产生的原因主要是原油储罐底部泥沙、分离器底泥、干化池、废液池液面浮渣、底泥、采油压裂返排液、井下作业含油泥土及突发情况油气管线刺漏污染土壤产生的含油污泥。(来源于采油过程和原油处理过程)。第二种油泥来源比第一种来源更复杂,第二种油泥是所有油田油泥危险废物转移至堆放池,待集中处理,不仅泥沙含量高、药剂种类多、流动性差,而且在作业和转移中油泥中有大量的编织袋、手套和杂草等杂物。

1.jpg

二、电渗透污泥脱水技术的原理及优势

电渗透污泥脱水技术的工作原理主要是借助复杂的点动力学现象将污泥中的水分消除。具体的处理流程为(1)电渗析。电渗析的作用是污泥颗粒的双电子层中,电场力和毛细管力作用动态平衡的结果。在电场作用下,污泥颗粒表面的双电层会发生滑移,这样可以实现对污泥颗粒水分的脱离;(2)电泳。电泳的作用主要是在污泥脱水现象增多时,当污泥介质固体含量越来越大时,并且不能移动后,电泳的作用就开始显现出来,具体就是在电场的作用下,污泥颗粒缓慢的由阴极向阳极方向移动,并且挤压水分向反方向移动;(3)电迁移。电迁移可以看成是电泳现象中颗粒的大小趋近于零的特殊情况;(4)电化学反应。在电场的作用下,电极附近会出现氧化还原反应、腐蚀作用等等,电化学反应则是通过氧化作用等将污泥中的水分氧化,以此实现对污泥的脱水。因此在上述步骤的影响下,污泥中的水分会逐步的去除,实现脱水。

电渗透污泥脱水技术是在传统的脱水工艺上发展而来的,实践证明应用电渗透污泥脱水技术具有巨大的优势:首先电渗透污泥脱水技术提高了污泥脱水效果。根据以往的数据表明使用电渗透污泥脱水技术可以去除60%左右的水分,具有明显的经济效益;其次降低了成本支出,有效地提高了污泥的处理效率。含油污泥不仅污染环境,而且还增加企业的运输成本。通过脱水可以降低污泥的体积,这样可以减少运输的次数,进而减少企业污泥处理的成本。更为重要的是通过电渗透脱水技术实现了无公害处理,避免了对周围环境的污染,实现了资源的优化利用。

三、电渗透含油污泥脱水工艺试验

为了检验电渗透技术的含油污泥脱水效果,以高含水率含油污泥作为实验对象进行相关的试验,具体实验操作如下:

1.试验材料及装置

以某石油企业的含油污泥作为实验材料,含油污泥的含水率为83%,干污泥中挥发固体含量为51.2%,污泥密度为1.02g/cm3。电渗透脱水试验装置主要由脱水设备主体、空压机、电源和超声发生器组成。具体试验装置见图1:

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图1:试验装置图

2.试验方法

选取145g污泥,保证污泥的厚度为18cm,然后将其放在钢制脱水桶内,通过调压阀调节压力至恒定目标值,在试验前为了保证通电后电流的稳定性,需要对污泥介质进行一定时间的机械预压,具体预压时间为0.5min,以此保证污泥的密实。开始后,按照试验安排分别开启空压机、电源和超声发生器,并分别记录了运行时间。试验过程中,渗滤液逐滴滴下,收集在天平上的容器中。每0.5min记录一次电流数据和渗滤液质量,直至试验终止,分别关闭空压机、电源和超声发生器。

3.试验结果

3.1电场作用对含有污泥脱水性能的影响。根据试验数据表明电场作用对于含有污泥脱水性能的影响是不同的。电场作用可以降低污泥的含水率,尤其是电场作用减缓了电流衰减的速率,增加了电渗流量上升速率,增加了污泥内部电流的连通性,使水分能够更快速的脱出。但是其需要满足以下条件:20kHz,声强0.255W/cm 2 (功率20W),作用时间3.5min,此时污泥最终含水率为72.90%。

3.2污泥性质对电渗透污泥脱水效果的影响。含油污泥的成分不同,因此其含水率也就不同,对此其对于电渗透脱水的效果影响也就不同:(1)初始含水率的影响。当含有污泥的初始含水率为74.5%的时候,通过电渗透技术含油污泥的含水率降低为43.65%,而当初始含水量小于74.5%时,电渗透脱水的效果随着初始含水率的增加而减小。如果初始值大于74.5%,那么电渗透脱水后的含水率会随着初始值的增加而增大,因此在电渗透脱水技术在含油污泥初始含水率不太高的情况应用比较好(2)电导率的影响。含油污泥中的Zeta电位对于脱水效果的影响很大,而电导率对于污泥的Zeta电位同样影响很大,例如当Zeta电位增大时,污泥电渗透脱水效果就高。本次的试验表明如果在电渗透脱水的过程中投入Na2SO4增大污泥中的离子浓度,这样就会压缩污泥胶体颗粒的双电层,有效地降低了Zeta电位的绝对值,缓慢了颗粒的迁移速率,但是其效果并不明显。

3.3初始污泥厚度对电渗透作用的影响。试验表明:在电渗透开始阶段污泥厚度为1cm 脱水较快,当脱水到75%左右时,污泥几乎已经不在进行脱水。污泥厚度为2cm,2.5 cm 时,最终可以使污泥的含水率降低到60%,符合国家规定的要求。在相同初始电压梯度下,电渗透污泥脱水效果随着污泥厚度的增加先增加后减小,在污泥厚度为2cm 时,污泥的脱水效果最好。

总之,基于我国能源无公害处理技术的不断发展,降低含油污泥含水率是降低环境污染、提高污泥处理企业经济效益的重要举措,因此基于电渗透技术的不断发展,石油生产企业要不断创新电渗透污泥脱水工艺,以此实现石油生产的无公害、低碳化发展。

原标题:污泥脱水的电渗透技术研究

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