電絮凝法處理渭北油田污水的研究

郭慶行，曾浩見，陳　武，梅　平

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452；2.長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023)

電絮凝法處理渭北油田污水的研究

郭慶行1，曾浩見2，陳武2，梅平2

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452；2.長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023)

摘要：采用電絮凝法對渭北油田污水進(jìn)行處理，用鋁極板作為組合電極，考察了電流強(qiáng)度、極板間距以及電解時(shí)間等因素對濁度去除效果的影響。結(jié)果表明，在電流強(qiáng)度為1.5 A、電解時(shí)間為10 min、極板間距為6 cm時(shí)，油田污水的濁度顯著降低，去濁率達(dá)到95%，除油率為97%，并且具有較好的殺菌效果。

關(guān)鍵詞：電絮凝法；油田污水；濁度；除油率

油田開采過程中會產(chǎn)生大量的油田污水，污水的排放會對環(huán)境造成嚴(yán)重的影響和不可挽回的損失，油田污水經(jīng)過處理后回注地層已成為當(dāng)前各大油田節(jié)約成本、減少對環(huán)境污染的一種行之有效的方法[1]。絮凝技術(shù)是油田污水處理中比較成熟、常用的處理手段，常見的有化學(xué)藥劑絮凝法、電絮凝法等，其中電絮凝法是一種綠色、高效、環(huán)境友好型方法[2]。

作者以中國石化渭北油田污水作為研究對象，采用鋁極板作為組合電極，考察電流強(qiáng)度、極板間距、電解時(shí)間等因素對渭北油田污水濁度的去除效果，優(yōu)化電絮凝工藝條件，在最優(yōu)條件下考察電絮凝法對渭北油田污水的除油效果和殺菌效果[3]。

1實(shí)驗(yàn)

1.1　材料與儀器

水樣：渭北油田采出水，污水水質(zhì)情況見表1。

表1　渭北油田污水水質(zhì)情況Tab.1　Quality situation of Weibei Oilfield sewage

WYJ型直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，上海穩(wěn)凱電源設(shè)備有限公司；塑料電解槽(2 L)，德州宇昂塑膠制品有限公司；鋁極板，東莞凱迪金屬材料有限公司；OrionAQ 4500型濁度計(jì)，上海必發(fā)生化科技有限公司；UV2450型紫外分光光度計(jì)，日本島津；細(xì)菌測試瓶，北京北信科儀分析儀器有限公司。

1.2　方法

先通過單因素實(shí)驗(yàn)考察電絮凝法的電流強(qiáng)度、極板間距、電解時(shí)間等因素對污水濁度的去除效果，確定正交實(shí)驗(yàn)的因素和水平。再通過正交實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)條件，最后在最優(yōu)條件下對污水進(jìn)行處理。

2結(jié)果與討論

2.1　電流強(qiáng)度對濁度去除效果的影響

在電解時(shí)間為5 min、極板間距為2 cm、水樣1 L、靜置30 min的條件下，分別選取電流強(qiáng)度為 0.5 A、0.75 A、1.0 A、1.25 A、1.5 A、2.0 A，考察電流強(qiáng)度對濁度去除效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，在電流強(qiáng)度為0.5~2.0 A時(shí),隨著電流強(qiáng)度的增大，濁度逐漸減小，當(dāng)電流強(qiáng)度達(dá)到1.0 A時(shí)，濁度基本保持在10 NTU左右后達(dá)到穩(wěn)定，考慮到能耗，將1.0 A、1.25 A、1.5 A作為電流強(qiáng)度的3個(gè)水平。

圖1　電流強(qiáng)度對濁度去除效果的影響Fig.1　Effect of current intensity on turbidity removal efficiency

2.2　極板間距對濁度去除效果的影響

在電解時(shí)間為5 min、電流強(qiáng)度為1.0 A、水樣1 L、靜置30 min的條件下，分別選取極板間距為 2 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm、12 cm，考察極板間距對濁度去除效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2　極板間距對濁度去除效果的影響Fig.2　Effect of plate spacing on turbidity removal efficiency

由圖2可知，在極板間距為2~12 cm時(shí)，隨著極板間距的增大，濁度明顯增大，在極板間距為2 cm時(shí)，水樣的濁度最小，將2 cm、4 cm、6 cm作為極板間距的3個(gè)水平。

2.3　電解時(shí)間對濁度去除效果的影響

在極板間距為2 cm、電流強(qiáng)度為1.0 A、水樣1 L、靜置30 min的條件下，分別選取電解時(shí)間為 1 min、2.5 min、5 min、7.5 min、10 min、12.5 min、15 min，考察電解時(shí)間對濁度去除效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，在電解時(shí)間為1~10 min時(shí)，隨著電解時(shí)間的延長，濁度逐漸減小，在電解時(shí)間為10~15 min時(shí)，濁度逐漸增大。這可能是因?yàn)?，隨著電解時(shí)間的延長，金屬極板容易發(fā)生鈍化形成一層疏松保護(hù)膜，影響鋁電極溶解和自由基的產(chǎn)生，導(dǎo)致絮凝劑鋁離子產(chǎn)生量減少和氧化效果減弱，繼續(xù)延長電解時(shí)間對去濁效果影響不大；并且隨著電解時(shí)間的延長電能消耗增加，處理成本隨之增加[4]。因此，將5 min、7.5 min、10 min作為電解時(shí)間的3個(gè)水平。

圖3　電解時(shí)間對濁度去除效果的影響Fig.3　Effect of electrolysis time on turbidity removal efficiency

2.4　正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

以電流強(qiáng)度、極板間距和電解時(shí)間為考察因素，以濁度為考核指標(biāo)，采用L9(33) 正交實(shí)驗(yàn)確定最佳反應(yīng)條件，靜置時(shí)間為30 min，處理水樣為1 L。正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平如表2所示，正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析如表3所示。

表2　正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平Tab.2　The factors and levels of orthogonal experiment

表3　正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析Tab.3　The results and analysis of orthogonal experiment

由表3可知，各因素對電絮凝法污水濁度去除效果的影響主次順序?yàn)椋弘娏鲝?qiáng)度>極板間距>電解時(shí)間，其中電流強(qiáng)度為主要影響因素，極板間距和電解時(shí)間次之。確定最優(yōu)條件為：電流強(qiáng)度1.5 A、極板間距6 cm、電解時(shí)間10 min。

2.5　最優(yōu)條件下電絮凝法對油田污水的處理效果

在電流強(qiáng)度1.5 A、極板間距6 cm、電解時(shí)間10 min的最優(yōu)條件下處理1 L水樣，靜置30 min，測定濁度、含油量、細(xì)菌含量，結(jié)果見表4。

表4　渭北油田污水處理后水質(zhì)情況Tab.4　Quality situation of Weibei Oilfield sewage after treatment

由表4可知，在最優(yōu)條件下，對渭北油田污水進(jìn)行電絮凝處理后，污水濁度和含油量顯著降低，去濁率達(dá)到95%，除油率達(dá)到97%，同時(shí)具有較好的殺菌效果[5]。

3結(jié)論

采用電絮凝法對渭北油田污水進(jìn)行處理，用鋁極板作為組合電極，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)處理?xiàng)l件為：電流強(qiáng)度1.5 A、極板間距6 cm、電解時(shí)間10 min。在最優(yōu)條件下，對渭北油田污水進(jìn)行電絮凝處理后，其濁度為5.4 NTU，去濁率達(dá)到95%，含油量為1.865 mg·L-1，除油率達(dá)到97%，同時(shí)具有較好的殺菌效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊,楊敬一，徐心茹.電絮凝技術(shù)處理油田含油污水的研究[J].現(xiàn)代化工,2013,(1):52-54，56.

[2]張峰振,楊波,張鴻,等.電絮凝法進(jìn)行廢水處理的研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理,2012,32(12):11-16.

[3]陳武.三維電極處理幾種模擬有機(jī)廢水研究[D].武漢：華中科技大學(xué),2007.

[4]衣麗霞,董景崗,項(xiàng)軍.電絮凝法處理采油污水試驗(yàn)研究[J].鹽業(yè)與化工,2011,40(1):34-37.

[5]李靜波,趙璇,解明曙.雙鋁電極電絮凝-微濾法去除飲用水中細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)研究[J].內(nèi)蒙古環(huán)境保護(hù),2006,18(3):9-13.

Study on Treatment of Weibei Oilfield Sewage by Electro-Coagulation Method

GUO Qing-hang1，ZENG Hao-jian2，CHEN Wu2，MEI Ping2

(1.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.，Tianjin300452，China；

2.CollegeofChemistryandEnvironmentalEngineering，YangtzeUniversity，Jingzhou434023,China)

Abstract：The electro-coagulation method was applied to treat Weibei Oilfield sewage.Aluminum plate was used as composite electrode,the effects of current intensity,electrode spacing and electrolysis time on turbidity removal efficiency were studied respectively.Results showed that,the turbidity of oilfield sewage was significantly decreased under the following conditions:current intensity of 1.5 A,electrolysis time of 10 min,electrode spacing of 6 cm.The removal rate of turbidity was 95%.The oil removal rate was 97%.This method had good sterilization effect.

Keywords：electro-coagulation method;oilfield sewage;turbidity;oil removal rate

中圖分類號：X 740.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-5425(2015)05-0061-03

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.05.016

通訊作者：

作者簡介：郭慶行(1987-)，男，山東泰安人，工程師，主要從事海上油田生產(chǎn)管理工作；梅平，教授，E-mail：meipinghb@126.com。

收稿日期：2015-03-05

基金項(xiàng)目：中國石化華北分公司科研項(xiàng)目(2014-ZC0613-0039)