電絮凝法去除油田回注水中油含量技術(shù)

對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，對水中的懸浮物具有氣浮作用，進(jìn)而對水樣凈化。該技術(shù)不需要添加絮凝劑，工藝操作快捷、簡單。本文將電絮凝技術(shù)應(yīng)用于油田注水處理中，對電極材料、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，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，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，對其進(jìn)行測定。電極時(shí)間對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，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，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)，測定對水中油含量的影響，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。（來源：陜西省工業(yè)水處理工程技術(shù)研究中心，陜西化工研究院有限公司）