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改性滤料对油田污水除油效果的影响研究

北极星环保网来源:工业水处理 杨航2018/11/21 9:04:43我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:含油污水 改性滤料 污水处理

北极星环保网讯:对核桃壳滤料表面进行活性改性,并将其用于含聚含油污水的处理。结果表明,当滤料填充高度为350 mm时,较未改性滤料,其除油率可提高25%~28%,反冲洗除油效果提高91%;当滤料填充高度提高到1 450 mm时,较未改性滤料,其除油率可提高34%。在过滤-反冲洗3个循环中,改性滤料较未改性滤料的反洗除油效果由44.8%提高到66.9%。改性滤料截留油污后容易被反冲洗除去而再生。相比于未改性滤料,过滤处理相同量的含油污水其寿命延长2倍以上。

油田含油污水处理中,床层过滤除油是工艺流程中最后一个处理单元,其过滤介质通常为石英砂、核桃壳、纤维介质、微孔陶瓷、膜等。由于天然核桃壳具有来源广泛、吸附截污能力强、抗油浸、硬度高、耐磨性好、化学性质稳定、颗粒密度较低、容易产生水力反弹、反冲洗力度小、易再生重复使用等特点,成为油田污水处理中广泛采用的滤料。

过滤过程分为聚集迁移和滤料吸附,在此过程中,污水中的乳化油会受到各种力的作用。在聚集迁移过程中会受到自身的重力沉降、水力冲撞和布朗扩散作用,在滤料吸附过程中会受到接触凝聚、静电引力、吸附、分子引力和聚并作用。滤料的过滤效果受到这些力的制约。

天然核桃壳过滤使用一段时间后,由于其表面吸附原油,容易导致滤料床层板结,反冲洗效果快速下降,而使除油率大大降低。本研究通过引入亲水性的磺酸基团,对天然核桃壳表面进行改性处理,使其表面性能由亲油疏水变为亲水疏油。研究表明,改性后滤料除油率稳定提高,且反冲洗再生容易,使用寿命延长。

1实验部分

1实验原料与仪器

实验所用核桃壳滤料粒径为1.6~2.0 mm。使用前先用清水洗至澄清,然后于105 ℃下烘干。

实验用污水的配制:取某油田现场污水(矿化度9 374.13 mg/L),向其中加入现场注聚用聚合物AP-P4(相对分子质量1 000万,活性物质88.20%),使其含聚质量浓度为50 mg/L。升温至60 ℃,加入某油田标准原油,然后用高剪切乳化机在12 600 r/min的转速下乳化5~10 min,使水样表面无浮油。污水含油以实测值为准。水样含油量按照《油田污水中含油量测定方法分光光度法》(SY/T 0530—2011)测定。

仪器:JC2000D1型接触角测量仪,上海中晨数字技术设备有限公司;SU8010扫描电镜,Hitachi公司;TU-1810PC紫外分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;WAW-1000B万能压力试验机,济南天华设备检测设备有限公司;GF30高剪切乳化机,弗鲁克流体机械制造有限公司;CH-Ⅱ型微型连续污水处理装置和1号过滤器(D=40 mm,H=400 mm)、2号过滤器(D=60 mm,H=1 500 mm),自制。

2实验方法

(1)滤料改性

取经预处理的核桃壳滤料200 g加入到1 000 mL三颈反应瓶中,向其中加入去离子水至滤料全部浸入,然后加入一定量的工业Na2CO3(药剂1)、Na2SO3(药剂2)和NaHSO3(药剂3),混合均匀。将三颈反应瓶放置于温度为106 ℃的油浴锅中,连接好搅拌装置和冷凝装置,煮沸反应2 h。反应完成后,取出滤料,用清水冲洗至无色,然后于105 ℃干燥3 h,待用。

(2) 过滤及反冲洗操作

滤料填充方案一:1号过滤器填充滤料350 mm。滤料填充方案二:1只1号过滤器填充滤料350 mm,另1只1号过滤器填充滤料270 mm+石英砂垫层80 mm,二者串联使用,核桃壳滤料填充总高度620 mm。滤料填充方案三:2号过滤器填充滤料1 450 mm。核桃壳粒径d=1.2 mm。

用泵将水温55~60 ℃的污水输入过滤器中,保持在过滤过程中滤料完全被水样浸没。记录每次收集3 L过滤后水样所需时间,共5个收集时段,并分析过滤后水样含油量。每批次滤料过滤完成后,用2 L、60 ℃清水在同等强度下对滤料进行反冲洗,并取1 L反冲洗出水测定含油量。

2结果讨论

1滤料改性前后表面形貌与力学性能分析

(1)改性前后滤料表面接触角的测定

接触角(θ)是反映物质与液体润湿性关系的重要尺度,θ=90°可作为润湿与不润湿的界限。θ<90°时,可润湿;θ>90°时,不润湿。按照1.2.1的方法采用不同配比的药剂在反应温度96 ℃下对核桃壳进行表面亲水性改性,得到系列改性滤料a~f。测量水在其表面的接触角,结果如表1所示。

表 1 改性前后滤料表面接触角测量结果

QQ截图20181121085838.jpg

从表1可以看出,改性前滤料的表面接触角为95.0°,表明其表面疏水性强;改性后滤料的表面接触角降低为36.8°~66.3°,表明改性核桃壳表面亲水性显著提高,其中以改性滤料c亲水改性效果最优。后续均采用改性滤料c进行实验。

延伸阅读:

污水处理技术之滤料使用知识大全

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