基于多孔烧结金属的油田污水悬浮物处理实验研究
Outline:
蒲美玲1
,
刘旭辉2
1. 中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院;
2. 上海应用技术学院机械工程学院
收稿日期：2011-04-29；修回日期：2011-07-13
基金项目：上海应用技术学院引进人才科研启动项目基金(YJ2011-05)及上海市教委科研创新项目、上海市联盟计划项目(LM-2011050)
作者简介：
蒲美玲：女，1980年生，汉族。2003年毕业于中国石油大学，获工学学士学位，现为中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院工程师，研究方向为工业水处理及油田规划。Email：
douhao1212@163.com;
刘旭辉：男，1978年生，汉族，博士，讲师。2010年毕业于上海大学机电与自动化工程学院，获工学博士学位，分别两次赴德国和香港城市大学进行访问研究，现为上海应用技术学院机械工程学院教师，研究方向：机械设计和工业水处理设备的开发.
摘要：针对目前含有悬浮物的油田污水处理现状，提取了处于油田开采后期的中国石化江汉油田污水中的固体悬浮物，对其参数进行了测试，主要包括粒径和含量等，采用多孔烧结金属作为过滤材料，搭建了测试装置，测试了重力作用下，该污水在通过多孔烧结金属后的变化，验证了采用多孔烧结金属作为过滤材料的油田污水固体悬浮物的处理效果。研究结果表明：该污水在通过多孔烧结金属后，大部分杂质附着在多孔烧结金属滤芯的表面，形成“滤饼”，显示了良好的过滤效果，为油田污水中固体悬浮物的处理提供了方法和实验依据。
关键词：油田污水 悬浮物 多孔金属
Experimental study of suspended solids treatment in the oilfield sewage based on porous sintering metals
Outline:
Pu Meiling1
,
Liu Xuhui2
1. Institute of Oil Production Technology, Sinopec Jianghan Oil Field, Wuhan 430025, Hubei, China;
2. School of Mechanical Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China
Abstract: In view of the current treating status of the oilfield sewage containing suspended solids (SS), the SS in the oilfield sewage of Jianghan oilfield of China petrochemical was extracted, the parameters including the particle sizes and contents are tested. A set of test equipment is built up and the porous sintering metals are adopted as the filter material. The performance of sewage after filtrating the porous sintering metal under the gravity is tested, the effect of the sintering porous metal as the filter material in the suspended solids treating is verified. The results show that there are a great deal of blocks and filter cakes after the sewage permeating the porous sintering metal, the filtering effect is good, which provides methods and experimental basis for the treatment of the suspended solids in oilfield sewage.
Key words:
oilfield sewage suspended solids porous metal
由于油田污水种类多，地层差异及钻井工艺不同等原因，各油田污水处理站不仅水质差异大，而且油田污水的水质变化大，这为油田污水的处理带来困难。目前，国内外比较常见的方法主要包括化学方法和物理方法，化学方法主要用于处理废水中不能单独用物理法或生物法去除的一部分胶体和溶解性物质，特别是含油废水中的乳化油。但是针对还有泥沙等固体颗粒的含油污水，仅仅采用化学方法是不够的，而深床过滤作为一种常见的物理方法，也较为常用，即污水流经多孔过滤材料时，杂质被留在这些介质的孔隙里或表面，从而使水得到进一步净化。该方法不但能够去除水中的悬浮物和胶体物质，而且还可以去除细菌、藻类、病毒、油类、铁和锰的化合物、重金属、以及预处理中加入的化学药品等很多物质。
本文以江汉油田中经过初步处理后的污水为研究对象，提取了其中的固体悬浮物成分，对其物理特性，包括粒径和含量等进行了测试分析，采用多孔烧结金属作为过滤材料，搭建了测试装置，初步测试了重力作用下，该污水在通过多孔烧结金属后的变化，并对过滤后的烧结金属表面进行了观察研究，验证了采用多孔烧结金属作为过滤材料的油田污水固体悬浮物的处理效果。
1 实验方法
以多孔烧结金属材料为代表的微孔过滤材料由于具有孔隙率高、透气阻力小、可控孔径、清洗再生方便以及耐高温、高压、耐化学介质腐蚀等特点，在许多领域具有较大的应用市场[1]。以该材料作为过滤介质，不仅解决了高温、高压、强酸碱和化学溶剂介质等难过滤问题，而且由于本身具有过滤精度高、洁净状态好以及容易清洗、使用寿命长等特点，目前已在石油、化工、制药、食品、环保和水处理等领域得到广泛应用[2]。
1.1 实验材料
实验中，所用的实验材料是某油田通过初步处理以后的油田污水，其固体悬浮物密度约为2.26 g/cm3，其直径大小通过SEM实验进行观察，如图 1所示。
图 1表明，该油田污水的悬浮物中，粒径的平均直径是3.3 μm，其在污水中的体积分数为20%。
选择作为实验测试的多孔烧结金属为常见的烧结滤芯，实物如图 2所示，微观观察如图 3所示。
通过图 3发现，该烧结金属的球粒粒径大小约为100 μm，其中的球粒采用高压压制而成，在不影响实际测试结果的情况下，选择片状的烧结金属作为实验材料，图 2所示为过滤器中的部件。
1.2 实验仪器
根据实验设计，油田污水在通过多孔烧结金属材料时，遵守达西(Darcy)关系规律[3]，得到式(1)。
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(1) |
式中：Q为流体的流量，m3/s；A为流体通过的截面积，m2；B为多孔烧结金属材料的透过系数，m2；Δ p为流体在多孔材料两端的压力差，Pa；η为流体的粘度，Pa·s；δ为多孔材料的厚度，m；Δ p/δ为压力梯度，Pa/m。
据此，设计的实验示意图如图 4所示。
玻璃管的直径为15.20 mm；含杂质污水初始密度为ρ0 = 1.12 g/cm3。
1.3 实验步骤
实验前，用胶水将多孔烧结金属片贴在玻璃管的一端，按照原理图固定好玻璃管，让玻璃管的中心线尽量和量筒的中心线靠近，保证过滤后的污水都能流到量筒中。
实验过程中，由于含有固体悬浮物的杂质污水直接通过目测难以知道内部液面下降的高度，本实验中利用量筒测得了其下降的体积，转化为玻璃管内部的液面下降，由于部分漏出多孔烧结金属而没有到达量筒内的污水主要采用目测估算，可能会造成误差。
2 实验结果及分析
根据实验结果，污水在通过多孔烧结金属后，其水质得到了明显的改进。悬浮物颗粒的含量有明显的减少，由处理前的35.77 mg/L减小到了12 mg/L，同时对污水通过后的多孔烧结金属进行了微观观察。图 5为利用SEM观察到的多孔烧结金属在污水透过后的效果。
图 5为多孔烧结金属滤芯的扫描电镜图，图 3则为污水通过之前的多孔烧结金属滤芯，对比通过前后材料的微观图像，发现污水在多孔烧结滤芯内部流动的过程中，大部分的杂质都附着在多孔烧结金属滤芯的表面，产生了明显的过滤效果，从微观和对过滤后的水质进行分析的结果均表明，该种烧结金属用于处理该油田污水中的悬浮物较为适合。
由于污水中的固体悬浮物不断地在多孔烧结金属表面形成滤饼，因此使得过滤效果会进一步提高，但是经过长期使用后，多孔烧结金属的过滤效率会下降，因此需要清洗再生。滤饼可以在原位有效地清洗和反冲洗，一般采用气压水脉冲，也就是在未作为过滤表面处，进行气体反吹，这也是烧结多孔金属自动排污过滤器最有效的清洗方法。
3 结论
本文针对江汉油田污水中的固体悬浮物成分，包括粒径等进行了测试分析，采用多孔烧结金属作为过滤材料，测试了该污水在通过多孔烧结金属后的变化，并对过滤后的烧结金属表面进行了观察，发现该污水在通过多孔烧结金属后，产生了大量的“滤饼”，显示过滤效果良好，为油田污水中固体悬浮物的处理提供了实验依据，同时给具备相似性质的油田污水的处理提供了方法。
2012, Vol. 41