電凝聚氣浮法處理采油廢水的研究

趙文博+劉浩

摘要：采用鋁陽電極對采油廢水進行了電凝聚氣浮的試驗研究，考察了電流強度、電解時間、極板間距對除油率的影響。結果表明：利用電凝聚氣浮法可有效去除采油廢水中的含油量；電流強度、電解時間和極板間距對處理效果有顯著的影響；在電流為0.3 A、鋁板間距為10 mm的條件下，對含油量50 mg/L、pH值7.1的油田廢水，電氣浮30 min，除油效率可達82.4%。

關鍵詞：電凝聚氣浮；采油廢水；除油率

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）20-0048-02

1 引言

現在國內多數油田都采用注水采油，而油田污水會對環境造成了巨大的污染[1，2]。油田采油廢水成分復雜、含油量較高、黏度大、乳化程度高，是一種難生物降解的有機廢水[3]，在排放或者回注前必須進行有效的處理使之達標。而原先采用的隔油-過濾-浮選-過濾組合工藝已不能達到回注標準[4]，所以迫切需要開發新的處理工藝和設備。電凝聚氣浮技術具有無污染、反應條件溫和，并且無需添加化學試劑、占地面積小、操作簡便、可與其它方法聯合使用等優點受到越來越多研究者的青睞[5，6]。油田廢水中有大量的電解質，可使得電凝聚氣浮裝置持續運行，又可有效地降低能耗；電解產生的微氣泡，可有效浮選采油廢水中的分散油、溶解油；電絮凝作用可有效去除其中的聚合物和乳化油。所以，電凝聚氣浮技術在采油廢水處理領域是一種很有前途的處理方法。采用電凝聚氣浮技術對油田廢水進行了試驗研究，為油田廢水的處理提供研究依據。

2 試驗部分

2.1 試驗裝置

電凝聚氣浮在自制的有機玻璃電解槽6.5 cm×5.5 cm×10.5 cm中進行，有效容積為300 mL。鋁極板的規格均為6.5 mm×11 mm×1 mm，間距可調，采用單極式連接。

2.2 儀器與材料

儀器：紅外分光測油儀（OIL480型），北京華夏科創儀器技術有限公司；筆式酸度計（PHB-1型），上海世諾物理光學儀器有限公司；高頻開關電源（GGDF-100A/24V型），中山市華星電源科技有限公司。

材料：極板采用鋁板（純度>97%），采油廢水取自南陽油田一采油廠，其他化學藥劑均為分析純。

2.3 試驗方法

先將極板放入丙酮溶液中，浸泡10 min去除表面油脂，再在稀鹽酸中浸泡10 min去除表面氧化層，清理完畢后按一定的間距排列置于電解槽中，將水樣倒入電解槽中。通電開始計反應時問，反應一定時間后，用吸管在離水面5 cm處取樣，采用《水質 石油類和動植物油的測定 紅外光度法》（GB/T 16488-1996）中規定的方法測定含油量。

3 結果與討論

3.1 電流強度對除油率的影響

選取電流強度分別為0.1、0.2、0.3、0.4 A，在pH值為7.1、極板間距為10 mm、進水含油量為50 mg/L的條件下，改變反應時間測定除油率，結果見圖1。

由圖1可知，隨著電流強度的增大除油率越高。在電解20 min以內，電流強度對除油率的影響較為明顯，原因是電流強度越大，單位時間內在單位極板表面上產生的Al3+越多，水解產生的多核羥基配合物也越多，絮凝越好。當電解30 min時，在電流分別為0.1、0.2 A的除油率較0.3 A的分別低了22.1%、11.5%。當電流為0.3、0.4 A時的除油率較接近，分別達到82.4%、83.3%。可能是因為電流過大，造成膠體表面的電荷發生逆轉，使膠體重新穩定；而且電流強度也會影響氣泡的有效性。在應用中電流強度為0.4 A的材耗和能耗過大，將更多的電能浪費在水體的加熱上。因此，選取電流強度為0.3 A進行后面的試驗。

3.2 電解時間對除油率的影響

電解時間對廢水除油率有較大的影響。在電解10 min內，除油率迅速增加，這是由于陽極析出的Al3+越多，絮凝效果越好；在電解時間為10～20 min時，除油率的提高較為緩慢。在電解時間20 min電流強度為0.3 A時，除油率為78.0%。當電解時間>20 min，除油率增長變緩，在30 min時，除油率達到82.4%。

3.3 極板間距對除油率的影響

較小的極板間距可減小反應器的能耗，并使得陽極產生絮體的傳質距離縮短，促進了反應的進行，加快了除油速度。在極板間距分別為10、20、40 mm，電流為0.3A、pH值為7.1、初始含油量為50 mg/L的條件下，檢測不同電解時間下的除油率，結果見圖2。

由圖2可知，極板間距越小，除油率越高。隨著時間的延長，在電解時間為30 min時，極板間距為10、20、40 mm時的除油率分別為82.4%、74.2%、64.5%，這是由于極距越小，電流越大，在相同電極面積中其電流密度越大，對廢水中油的去除率也就越高；并且極板間距小時，陰極區形成的氣泡的強大氣浮作用，使得陽極形成的氫氧化鋁復合物上浮到液面。從而鋁陽極進一步溶解，加速了鋁與溶液界面化合物的形成[7]。更小的極距雖然有利于得到較好的處理效果，但易導致堵塞及反應槽水流流動不好等問題。在能耗方面，隨著板間距增大，板間電阻增大，端電壓增大，能耗增加；反之，板間距減小，能耗降低。綜合考慮除油率、能耗和極板材料消耗，最終選定板間距為10 mm。

4 結論

（1）電凝聚氣浮法可有效去除油田廢水中的含油量，工藝設備簡單可用于工業實踐。

（2）電流和極板間距對廢水中的除油率有較大影響，電解時間對除油率有一定影響。

（3）在電流為0.3 A，電解時間為30 min，pH值為7.1，極板間距為10 mm的條件下，當進水含油量為50 mg/L、除油率最高可達82.4%。

參考文獻：

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[2]陳 雷，祁佩時.三元復合驅采石油廢水的處理與回用研究[J].中國給水排水，2001，17（6）：4～6.

[3]常化振，趙朝成，趙東風.電解法處理王家崗采油廢水研究[J].油氣田環境保護，2007，17（4）：19～22.

[4]董良飛，張志杰.采油廢水回注處理技術的現狀及展望[J].長安大學學報，2003，20（1）：43～48.

[5]王永廣，楊劍峰.電氣浮-接觸氧化處理油田含油污水的研究[J].工業用水與廢水，2004，35（5）：58～60.

[6]王永廣，楊劍峰，丁春梅.電解/UASB/SBR工藝處理農藥廢水[J].中國給水排水，2005，21（3）：83～85.

[7]魏平方，李凡修，許春田，等.雙極鋁電極電凝聚除氟研究[J].油氣田環境保護，2000，10（1）：20～23.