污水處理技術(shù)之氣浮法處理含油污水詳解
目前含油污水處理工藝有：沉降法、氣浮處理法、微生物處理法等，其中氣浮處理技術(shù)是一種固液分離或液液分離的技術(shù)，作為一種高效快速的分離技術(shù)，必將得到大力發(fā)展而氣浮工藝復(fù)雜，影響因素較多，控制每個(gè)影響因素處于最佳狀態(tài)將可更好的利用氣浮工藝。因此，開發(fā)化學(xué)氣浮法藥劑體系及綜合處理工藝，必將給油田采油污水處理領(lǐng)域帶來希望和生機(jī)，對(duì)于油田的經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)具有重要的意義。
一、含油污水的性質(zhì)、特點(diǎn)及危害
普通的陸地油田污水主要是指在石油的開發(fā)中，通過鉆井、采油等生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量污水。一般包括采油污水、鉆井污水、洗井污水等。其中含有可溶性的鹽類和重金屬，懸浮的或乳化的原油，固體顆粒，硫化氫，有些甚至?xí)形⒘康奶烊环派湫晕镔|(zhì)：除了這些天然雜質(zhì)外，還含有一些用來改變采出水性質(zhì)的化學(xué)添加劑，以及注入地層的酸類、除氧劑、表面活性劑、潤(rùn)滑劑、殺菌劑、防垢劑等。
采油污水的性質(zhì)不僅與原油性質(zhì)有關(guān)，而且受到油田注入水的性質(zhì)和轉(zhuǎn)油脫水的運(yùn)行條件等諸多因素的影響，一般而言，常規(guī)的水驅(qū)采油污水主要具有以下特點(diǎn)：水溫高；礦化度高：pH較高；殘存一定數(shù)量的破乳劑：成分復(fù)雜，非均相：除含油量高外，還有其他雜質(zhì)，如所溶氣體、懸浮物、泥沙等；化學(xué)需氧量COD指標(biāo)高。
含油污水含有大量的油類、懸浮物、重金屬等物質(zhì)，如果不加以處理就任意排放或回注，對(duì)土壤、水生生物、人體健康和農(nóng)作物生長(zhǎng)危害極大。
二、氣浮技術(shù)
氣浮技術(shù)是在待處理水中通入大量的、高度分散的微氣泡，使之作為載體與雜質(zhì)絮粒相互粘附，形成整體密度小于水的浮體而上浮到水面，以完成水中固體與固體、固體與液體、液體與液體分離的凈水方法。
1氣浮法的分類
氣浮法的分類不統(tǒng)一，根據(jù)不同的分類方法分類也不一樣，一般根據(jù)不同的氣泡產(chǎn)生方式，可以把氣浮過程分為：溶氣氣浮、布?xì)鈿飧》ā㈦娊鈿飧》ā?/span>
溶氣氣浮工作原理：利用水在不同的壓力下溶解度的不同，在加壓或者負(fù)壓的條件下使氣體在水中產(chǎn)生微氣泡的氣浮工藝。根據(jù)氣泡析出于水時(shí)所處的壓力情況，溶氣氣浮法又分壓力溶氣氣浮法和溶氣真空氣浮法兩種，其中的部分回流式壓力溶氣氣浮是水處理中常用的工藝。
布?xì)鈿飧》ǎ涸摲ɡ脵C(jī)械剪切刀，將混合于水中的空氣粉碎成細(xì)小氣泡，通常采用微孔、擴(kuò)散板或微孔竹直接向氣浮池通入壓縮空氣或采用水泵吸水管吸氣、水力噴射器、心速葉輪等向水中充氣，可分為擴(kuò)散板曝氣氣浮、水泵吸水管吸氣氣浮、射流氣浮、葉輪氣浮。
電解氣浮法：該法在水中設(shè)置正負(fù)電極，當(dāng)加上一定電流后，廢水則被電解出H2，O2等微小氣泡，這些微小氣泡浮栽能力大，它將吸附在水中微小懸浮物并上浮加以去除，以達(dá)到凈水的目的。
2氣浮法的特點(diǎn)
雖然氣浮法具有工藝稍復(fù)雜、操作耍求高，但其特有的優(yōu)點(diǎn)使其得到廣泛推廣。
(1)由于氣浮池的表面負(fù)荷有可能B達(dá)12m3/m2.h，固液分離時(shí)間一般小于30min，而且對(duì)混凝反應(yīng)要求低，故占地較少，節(jié)省基建投資。
(2)氣浮池具有預(yù)曝氣作用，出水和浮渣都含有定量的氧，有利于后續(xù)處理或再用，泥渣不易腐化。
(3)處理效果好，對(duì)于那些難以被沉淀分離的低濁藻水，氣浮法處理效果高，出水水質(zhì)好
(4)浮渣含水率低，一般在97%以下，且體積小，這對(duì)污泥的后續(xù)處理有利。
(5)氣浮法所需化學(xué)藥劑投加量比沉淀法省。
三、氣浮技術(shù)水處理的影響因素
氣浮法水處理的影響因素很多，包括溫度、絮凝體顆粒大小、微氣泡大小、攪拌強(qiáng)度、絮凝時(shí)間、空氣注入量、氣流速率、浮選劑等。
1溫度
溫度能影響氣浮體系的物化性質(zhì)，如溶解度、泡沫穩(wěn)定性、吸附等。溫度對(duì)氣浮的影響要看具體的氣浮種類，具體情況如下：
(1)在離子氣浮中，溫度的改變對(duì)不同的體系有不同的效果：當(dāng)物理吸附占優(yōu)勢(shì)時(shí)，因?yàn)槲竭^程放熱，故吸附隨溫度升高而減少；但當(dāng)化學(xué)吸附占優(yōu)勢(shì)時(shí)，分離效率隨溫度升高而升高。
(2)在溶劑氣浮中，吸附是放熱過程，一般情況下分離效率隨溫度升高而降低，當(dāng)溫度降低時(shí)，浮選物在氣泡上的吸附增加，分離效率提高。
(3)在沉淀氣浮中，溫度的升高利于粒子的長(zhǎng)大，但另一方面卻增加沉淀的溶解度，降低泡沫的穩(wěn)定性，不利于沉淀氣浮過程。
2絮凝體顆粒大小
長(zhǎng)久以來，人們一直認(rèn)為氣浮技術(shù)和沉淀工藝對(duì)絮體的要求一樣需要數(shù)百微米或更大的顆粒，一些學(xué)者認(rèn)為絮體顆粒粒為400~1000um時(shí)氣浮效果最佳。但近期的研究發(fā)現(xiàn)，氣浮工藝不需要如此大的絮體顆粒，氣浮技術(shù)也能取得滿意的效果。
最新的研宄結(jié)果表明，當(dāng)絮體顆粒尺寸與微氣泡的尺寸接近時(shí)二者的粘附效率最大，而氣浮工藝中氣泡直徑一般在10?100um的范圍內(nèi)，故絮體顆粒只需在10?lOOum范圍內(nèi)就足夠了。
3微氣泡大小
許多研究者認(rèn)為，氣浮技術(shù)中的氣泡尺寸越小越好，氣泡個(gè)數(shù)越多越好。但是，事實(shí)并非如此，太小的氣泡對(duì)氣浮不利。當(dāng)水中的懸浮物一定時(shí)，一方面氣泡越小，則水中絮體上浮所需要的氣泡數(shù)量越多，氣泡跟絮體粘結(jié)的難度就増加了。
另一方面，氣泡越小，則需要供氣系統(tǒng)提供的壓力越大，能耗也就越高。當(dāng)浮渣含有過多的微氣泡時(shí)，浮渣的處理難度加大，浮渣的處理一直是氣浮工藝中比較難解決的問題并且成本很高。研究表明，氣浮工藝中微氣泡大小應(yīng)適當(dāng)，氣浮需要的氣泡大小在40um左右效果較好，一般把氣泡控制在10?100um就能取得滿意的凈水效
4攪拌強(qiáng)度
研究表明氣浮工藝不需要較大尺寸的絮體顆粒，所以可以適當(dāng)提高反應(yīng)的攪拌強(qiáng)度(提高G值)，這一點(diǎn)己被許多學(xué)者的試驗(yàn)證實(shí)。
5絮凝時(shí)間
氣浮工藝的明顯特點(diǎn)就是停留的時(shí)間比較短，北歐和英國(guó)等在早期對(duì)氣浮絮凝采用的時(shí)間跟沉淀工藝相同，都采用了45分鐘。然而一些學(xué)者研究認(rèn)為15-20分鐘絮凝時(shí)間足夠了，并且很多水廠采用的分級(jí)絮凝時(shí)間約20分鐘。
在一些中試中采用54分鐘的絮凝時(shí)間也獲得了比較好的出水效果，并且經(jīng)過重復(fù)試驗(yàn)和中試驗(yàn)證5的絮凝時(shí)間是合理的研宄發(fā)現(xiàn)溶氣氣浮工藝的絮凝時(shí)間低于5分鐘便可得到較好的出水水質(zhì)。
6空氣注入量
對(duì)于溶氣的氣浮技術(shù)，高壓使空氣溶解于水中，通過減壓使溶解在水中的空氣釋放而產(chǎn)生氣泡。一般認(rèn)為氣浮的進(jìn)氣量稍大于空氣在水中的溶解度，剛好使空氣在水中處于過飽和狀態(tài)是比較合適的，氣體的進(jìn)氣量過小則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的氣泡量不夠而對(duì)氣浮不利。
如果在溶氣罐中有大量未溶解的氣體，當(dāng)通過降壓釋放時(shí)，這部分未溶解的氣體會(huì)產(chǎn)生大氣泡擾亂氣浮系統(tǒng)，影響氣浮效果；同時(shí)一些學(xué)者認(rèn)為，氣浮技術(shù)需要多少氣泡跟原水的濁度有關(guān)，濁度高時(shí)需要的氣泡多，此時(shí)進(jìn)氣量應(yīng)該相應(yīng)的増加。
7流速率
氣流速率是影響氣浮過程的重要因素，在離子氣浮和溶劑氣浮中，需要使用孔徑較小的布?xì)獍?。在較低的氣流速率下，分離效率隨著氣流速度的增加而増加：但是在較高的氣流速率下，分離效率與氣流速率并不成比例。
這是因?yàn)闅馀莸闹睆诫S著氣流速度的增加而增大，致使單位體積氣體的氣液界面面積降低，同時(shí)大氣泡因?yàn)橛辛烁叩纳细∷俾识鴾p少了氣泡在水中的停留時(shí)間，故在保證氣泡尺寸的情況下，提高氣流速率對(duì)氣浮是有利的。
8溶氣壓力
一般情況下，溶氣壓力越高，空氣在水中的溶解度也越大，形成的氣泡更小、更均勻、池的分散摶也越高、越均勻，他們與污染物粘附的機(jī)會(huì)也越多，有利于氣浮效果的提高。在氣浮工藝中，一般選擇壓力范圍在0.3~0.44MPa認(rèn)為比較合理。
9浮選劑
氣浮法處理含油污水的效果在很大程度上受投加藥劑的影響，且有時(shí)起決定性作用。采用氣浮助劑、混凝劑和發(fā)泡劑等可以大大提高氣浮法處理油田采出水的效率。一般來說，疏水性句質(zhì)易被氣泡黏附而容易氣浮，親水性物質(zhì)則不易被氣浮。
為使污水中的親水性懸浮物氣浮出來，在污水處理過程中投加浮選劑來改變懸浮物顆粒表面的潤(rùn)濕性，使其易于黏附在氣泡上浮選出來。為了提高氣浮的除油效率，氣浮之前還需加及混凝劑，破乳劑，以便于氣泡黏附絮體
結(jié)論與展望
隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)采油污水的處理和回注的要求將會(huì)日益增高。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)及工藝的不足，開發(fā)新型的處理方法及系統(tǒng)，利用幾種方法聯(lián)合分級(jí)使用，盡量避免各方法的局限性，發(fā)揮各處理單元的優(yōu)勢(shì)。
因此，在采油污水處理過程中，需進(jìn)一步改善處理工藝和優(yōu)化各個(gè)裝置，采用更為先進(jìn)的處理方法和高效的處理藥劑，采油污水會(huì)被更好的達(dá)標(biāo)處理和回注，這樣不僅解決了采油污水對(duì)環(huán)境的污染，而且為油田的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了條件，具有巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
