對(duì)油井注水的處理主要是以去除油含量以及懸浮物為主,現(xiàn)常采用的是常規(guī)處理工藝、膜處理等技術(shù)。近年來,電絮凝技術(shù)被廣泛應(yīng)用在水處理中,主要是在外加電源的作用下,陽極電極板生成氫氧化物和羥基絡(luò)合物,這些物質(zhì)對(duì)水中的有機(jī)物質(zhì)以及懸浮物具有吸附、絮凝作用;陰極上聚集形成氣泡,對(duì)水中的懸浮物具有氣浮作用,進(jìn)而對(duì)水樣凈化。該技術(shù)不需要添加絮凝劑,工藝操作快捷、簡(jiǎn)單。本文將電絮凝技術(shù)應(yīng)用于油田注水處理中,對(duì)電極材料、電解時(shí)間、電極密度、pH、電極板間距等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,處理油田注水時(shí)可達(dá)到企業(yè)油井注水的標(biāo)準(zhǔn),具有良好的效果。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 材料與儀器
陜西某油井注水樣,具體水質(zhì)見表1。
0IL460型紅外油分光光度計(jì);L5紫外可見分光光度計(jì);SD-9011色度儀;電絮凝裝置,自制。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
電絮凝裝置見圖1。
電絮凝裝置為實(shí)驗(yàn)室自制,電極板采用鋁/鐵極板,電極板尺寸150mm×100mm×3mm電極板排列置于反應(yīng)槽中,其間距可調(diào)節(jié),最小間距為10mm,電絮凝反應(yīng)槽尺寸為400mm×200mm×200mm。實(shí)驗(yàn)用水體積最大為8L,水樣通過磁力泵進(jìn)行循環(huán),通電后調(diào)整電流并開始計(jì)時(shí),電解一段時(shí)間后取樣100mL,靜置15min。取上清液,測(cè)定水中油含量。
2、結(jié)果與討論
2.1 電極材料的影響
分別采用鋁電極板、鐵電極板進(jìn)行實(shí)驗(yàn),控制電極板間距為20mm,電流密度為5mA/cm2,調(diào)節(jié)水樣pH為7,分別在電解時(shí)間2,5,8,10min時(shí)取水樣,靜置15min后進(jìn)行測(cè)定。比較兩種電極板電絮凝的處理效果,結(jié)果見表2。
由表2可知:(1)采用鋁作電極板時(shí),水中油含量較低,即其水中油去除率較高;(2)使用鐵作電極板時(shí),雖然水中油含量隨著電解時(shí)間的增加也同步降低,但其水樣的色度有所增加,電解2min時(shí)水樣呈現(xiàn)黃棕色,且隨著電解時(shí)間的增長(zhǎng),其色度值在增加。這是由于在使用鐵電極板時(shí),電解溶液不斷電解出鐵離子,隨著電解時(shí)間的增長(zhǎng),其鐵離子含量越高,其溶液的色度也隨之增加。而使用鋁電極板進(jìn)行電絮凝時(shí),不存在溶液色度增加的現(xiàn)象。因此,選擇鋁電極板進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
2.2 電解時(shí)間的影響
實(shí)驗(yàn)固定電極板為鋁電極板,間距為20mm,電流密度為5mA/cm2,調(diào)節(jié)水樣pH為7。分別在電解時(shí)間為2,5,8,10,12min時(shí)取水樣,取出的水樣靜置15min后,對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。電極時(shí)間對(duì)油田注水電絮凝處理效果的影響見圖2。
由圖2可知,電解時(shí)間越長(zhǎng),水樣中油含量越低;當(dāng)電解時(shí)間為8min時(shí),水中油含量趨于穩(wěn)定。隨著時(shí)間的增長(zhǎng),水中油含量降低,此時(shí)能耗增加。因此,實(shí)驗(yàn)選擇電解時(shí)間為8min。
2.3 電流密度的影響
電流密度的大小直接影響著溶液中金屬離子的濃度、電極生成的氣泡量,從而進(jìn)一步影響水中油的去除效果。固定水樣的pH為7.00,電極板間距為20mm,分別在電流密度為2,3,4,5,6mA/cm2時(shí)進(jìn)行電絮凝處理水樣8min,考察電流密度對(duì)油田注水去除水中油含量的影響,結(jié)果見表3。
由表3可知,隨著電流密度增加,水中油含量在同步降低。這是由于隨著電流密度的增加,電極板電解產(chǎn)生的AP+含量增加,與陰極產(chǎn)生的OH二生成了Al(OH)3,其通過吸附和共沉淀作用去除水中油;同時(shí),電極上生成的氣泡產(chǎn)生了氣浮作用,降低了水中油的含量。當(dāng)電流密度≥5mA/cm2時(shí),水中油含量達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。這是由于當(dāng)電極板電極出的離子含量增加到一定程度時(shí),由于溶液中產(chǎn)生了過量的Al(OH)3,從而使得絮體膨脹,電極表面存在一定程度的鈍化現(xiàn)象,從而使得電極活性降低,進(jìn)一步降低了水中油去除率。因此,最佳電流密度為5mA/cm2。
2.4 pH的影響
pH的高低直接影響著水溶液中OH-的濃度,OH-是Al(OH),的重要組成部分,其含量的高低對(duì)Al(OH),的形成有重要影響。實(shí)驗(yàn)中,固定電極板間距為20mm,電流密度為5mA/cm2,電解時(shí)間為8min,考察pH對(duì)電絮凝效果的影響,結(jié)果見圖3。
由圖3可知,隨著pH的增加,水中油含量的去除率越來越高,pH=8時(shí),水中油去除率達(dá)到了最大值。這是由于pH<4時(shí),電極板生成的金屬離子A以離子形式存在于溶液中,不具有絮凝作用,即不會(huì)對(duì)水中油含量進(jìn)行有效的去除;當(dāng)pH>5時(shí),電極板陽離子生成的金屬離子AP+與OH-形成了吸附性較好的AI(0H)3,增強(qiáng)了絮凝劑的吸附作用;同時(shí),AI(OH),電離出的金屬離子AP+將擴(kuò)散層中反離子吸附的電荷排斥到吸附層,降低了膠體的帶電量,促進(jìn)溶液中膠體更容易凝聚,從而提高了去油效果。當(dāng)pH>8時(shí),AI(OH),溶于溶液中,過量的OH-與AI(OH);形成了羥基配合物AI(OH)4而失去了絮凝作用,降低了去油效果,同時(shí)溶液中OH二過多,電極板會(huì)形成鈍化膜,電極板析出金屬離子受阻。因此,選擇pH為7~8。
2.5 電極板間距的影響
電極板間距較小時(shí),有利于電極板之間電子的傳遞,增加了羥基配合物Al(OH)與水中油含量的碰撞,使得電極板工作表面利用較充分,能夠起到很好的絮凝沉降作用。但油含量太高而電極板間距較小造成了中間通道的堵塞,進(jìn)而導(dǎo)致了電場(chǎng)分布不均勻,不利于水中油含量的去除。實(shí)驗(yàn)固定電流密度為5mA/cm2,水樣pH為7??疾炝穗姌O板間距分別為10,20,30mm時(shí),進(jìn)行電絮凝處理水樣8min時(shí),測(cè)定對(duì)水中油含量的影響,結(jié)果見圖4。
由圖4可知,隨著電極板間距的增大,水中油含量的去除率是先增加后降低,最佳的電極板間距為20mm。這是由于隨著電極板間距的增大,使得電極板之間電子的流通性增強(qiáng),提高了粒子之間相互碰撞的幾率,增加了水中油含量的去除率。電極板間距>20mm時(shí),粒子之間的碰撞幾率減小,從而使得水中油含量的去除率降低。因此,選擇電極板間距為20mm。
2.6 電絮凝處理后水樣測(cè)定
固定電極板間距為20mm,電流密度為5mA/cm2,電解時(shí)間為8min,調(diào)節(jié)水樣pH處于7~8之間,對(duì)陜西某油井注水進(jìn)行電絮凝處理,處理后水中油含量、懸浮物含量、濁度、粒徑中值、鐵含量等項(xiàng)目,測(cè)定結(jié)果見表4。
由表4可知,電絮凝處理后水樣結(jié)果達(dá)到了企業(yè)油井注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),可用于處理油井注水。
3、結(jié)論
(1)針對(duì)油田注水的高水中油含量、高懸浮物的特點(diǎn),采用電絮凝法處理油井注水。結(jié)果表明,電絮凝法可通過絮凝沉降的作用使水中油沉降,達(dá)到了凈化水質(zhì)的作用。電絮凝法對(duì)油井注水的水中油含量處理效果良好,該方法可以提高油井注水的處理效果和縮短處理時(shí)間。
(2)在使用鋁電極板,電解時(shí)間為8min,電極板間距為20mm,電流密度為5mA/cm2時(shí),處理油田注水時(shí)可達(dá)到企業(yè)油井注水的標(biāo)準(zhǔn)。
(3)電絮凝技術(shù)在處理油田注水時(shí)能耗低,反應(yīng)時(shí)間僅需要8min,處理效率高,且使用的鋁電極板成本較低。在油井注水處理中有較好的應(yīng)用前景。