Plate and frame chamber diaphragm filter presses
introductory
元 壩 氣 田 作 為 國 內(nèi) 第 二 大 高 含 硫 氣 田，氣 藏 已 進入 開 發(fā) 中 期，氣 井 產(chǎn) 水 特 征 表 現(xiàn) 日 益 明 顯，加 大 了 污 水處 理 負 荷，增 加 了 污 泥 處 理 成 本，特別是高含硫污水處理 形 勢 嚴 峻。目 前，污水處理工藝主要有沉淀法以及氧 化 法。沉淀法會在污泥中引入新的離子，造 成 二次 污 染；氧化法中的氧化劑選型又是制約產(chǎn)泥量的重要 因 素。因 此，有必要針對性地開展氣田污水處理方式 及 污 泥 減 量 化 開 展 對 策 研 究。本 研 究 以 元 壩 氣田 污 水 為 對 象，深入分析元壩氣田污水種類，結(jié) 合 目 前污 水 處 理 技 術(shù) 難 點，以降低產(chǎn)泥量為出發(fā)點，分 別 針 對不 同 類 型 污 水 優(yōu) 選 藥 劑 配 方 與 反 應 條 件，優(yōu) 化 藥 劑 配比，得到含硫污水與批處理殘液兩種污水處理方式，并結(jié) 合 工 藝 手 段，優(yōu) 選 壓濾Plate and frame filter press，合理配比普通污泥 與 含 油 污 泥，最大程度降低壓濾后污泥含水率，達 到污 泥 減 量 化 效 果，以 期 降 低 污 泥 處 理 成 本，高 效 開 發(fā) 元壩 氣 田。１元壩氣田污水處理現(xiàn)狀元 壩 氣 田 污 水 種 類 主 要 包 括４種：返 排 殘 酸、凝 析水、地 層 水 及 批 處 理 殘 液?？?慮 到 元 壩 氣 田 投 產(chǎn) 近５年，氣井返排殘酸階段基本已經(jīng)結(jié)束，氣 井 產(chǎn) 水 以 凝 析水 或 地 層 水 為 主，兩者均以含硫污水的形式通過地面集輸系統(tǒng)進入污水處理站，同時隨著地面集輸管線緩蝕劑連續(xù)加注以及批處理作業(yè)，周 期 性 地 產(chǎn) 生 乳 狀 油性 批 處 理 殘 液，通過車拉的方式進入污水處理站單獨進 行 處 理。因 此，含硫污水以及批處理殘液已成為目前元壩氣田污水處理的主要對象。
１．１含硫污水處理現(xiàn)狀元壩氣田含硫污水的主要水質(zhì)分析。含 硫 污 水 除 硫 工 藝 采 用“汽 提＋氯 化 鋅 沉 淀”方法，初期通過汽提塔汽提的方式初步降低含硫污水中硫化物質(zhì)量濃度至５００～８００ｍｇ／Ｌ，減 輕 污 水 處 理 負荷，汽 提 前、后水質(zhì)變化所 列。含硫污水經(jīng)汽提初步降低硫含量后，在 混 凝 沉 降池 中 投 加 氯 化 鋅 作 為 除 硫 劑，將 污 水 中Ｈ２Ｓ轉(zhuǎn) 化 為 硫化 鋅 沉 淀，通 過 絮 凝 沉 降 手 段，實 現(xiàn) 固 液 分 離，液 相 通過泵輸或車拉方式回注地層或經(jīng)低溫蒸餾回收利用，固 相 污 泥（以 下 統(tǒng) 稱“普 通 污 泥”）經(jīng)壓濾后作為危廢處理，其 反 應 原 理 如 式（I）：Ｈ２Ｓ（溶 液）＋ＺｎＣｌ２→ＺｎＳ↓＋ＨＣｌ（溶 液）（I）但 是，實 際 運 行 過 程 中，利 用 氯 化 鋅 作 為 除 硫 劑，產(chǎn) 生 污 泥 量 較 大，主要表現(xiàn)為噸水產(chǎn)泥量較高，且 污 泥含 水 率 較 高，增 加 污 泥 處 理 成 本，同時將二價鋅離子帶入 污 泥 中，容 易 引 起 二 次 污 染。
１．２批處理殘液處理現(xiàn)狀元壩氣田集輸管線批處理作業(yè)頻繁，呈 現(xiàn) 出 周 期性，批處理殘液每月近１００ｍ３。目 前，采 取 先 沉 淀 的 方式，實現(xiàn)殘液固液初步分離，上 部 液 相 作 為 含 硫 污 水 處理，下 部“批 處 理 油 泥”通 過 與“普 通 污 泥”一 定 體 積 比例 混 合 壓 濾。但是在實施過程中，由 于 批 處 理 殘 液 中，通 過 沉 淀 的 方 式 僅 能 保 證 總 體 積２０％～３０％水 相 分離，剩 余７０％～８０％均 為“批 處 理 油 泥”，且 含 水 率 較高，黏 度 較 大。同 時，“普 通 污 泥”量 有 限，無 法 達 到 充分 的 混 合，壓 濾 工 藝 無 法 有 效 實 施，同體積混合 壓 濾 后污泥含水率達到６５％，增加處理成本。
２元壩氣田污泥減量對策研究
２．１含硫污水處理優(yōu)化含 硫 污 水 處 理 后，形 成 上 部 清 液 以 及 下 部 污 泥 兩部 分，為了保證含硫污水處理后有較低的產(chǎn)泥量，需 要在 污 水 處 理 環(huán) 節(jié) 開 展 藥 劑 選 型 優(yōu) 化、藥劑用量優(yōu)化及反 應 條 件 優(yōu) 化，得到含水率較低的下部污泥，為 后 續(xù) 污泥 進 一 步 減 量 化 創(chuàng) 造 條 件。
２．１．１除 硫 劑 選 型 優(yōu) 化為 了 避 免 二 次 污 染 風 險，優(yōu)先考慮從優(yōu)選藥劑出發(fā)，將“沉 淀 型”除 硫 劑 更 換 為“氧 化 型”除 硫 劑。分 別選 擇 臭 氧、次 氯 酸 鈉、雙 氧 水、高錳酸鉀以及三氯異晴尿 酸 等５種強氧化劑與汽提后污水做氧化脫硫?qū)嶒?。?實 驗 標 準 用 量 氣 田 水（體 積１００ｍＬ，硫 化 物 質(zhì) 量 濃度６６４ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值 為６．５，懸浮物質(zhì)量濃度３８２ｍｇ／Ｌ），分 別 與 以 上５種 氧 化 劑 反 應２０ｍｉｎ，并 調(diào) 節(jié)ｐＨ值 至６～８，加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ與０．２％（ｗ）ＰＡＭ，投 加 比 例 分 別 為２ｍＬ／Ｌ與１ｍＬ／Ｌ，攪 拌１ｍｉｎ，絮 凝沉 淀５ｍｉｎ。測 定 處 理 后 水 中 懸 浮 物 以 及Ｓ２－含 量。采 用 氯 化 鋅、臭 氧、雙 氧 水 以 及三 氯 異 晴 尿 酸 能 夠 大 幅 度 降 低 含 硫 污 水 中Ｈ２Ｓ含 量，去 除 率 達 到９６．５％以 上，但 從 污 泥 產(chǎn) 生 量 上 來 看，沉淀 型 除 硫 劑 氯 化 鋅 產(chǎn) 生 污 泥 量 較 大，氧化型除硫劑產(chǎn)泥 量 較 小，且 三 氯 異 晴 尿 酸 產(chǎn) 泥 量 最 少，從 成 本 以 及 制取 工 藝 來 講，三氯異晴尿酸以及臭氧不適合作為除硫劑；從絮凝沉降后懸浮物以及水質(zhì)外觀來講，沉 淀 型 除硫劑對懸浮物的去除率更高，氧化型除硫劑無法保證較高的懸浮物去除率，這是因為沉淀型除硫劑自身二價金屬離子對絮凝起到一定的積極作用。為了進一步提高除硫效果，降 低 污 泥 量，考 慮 采 取氧 化 除 硫＋沉淀除硫相結(jié)合的方式。因 此，將 選 擇 等量不同類型氧化劑與沉淀型除硫劑混合，進 行 污 水 除硫 方 式 的 進 一 步 摸 索。取實驗標準用量氣田水，分 別加 入 雙 氧 水、雙 氧 水（過 量）＋氯 化 鋅、氯 化 鋅 反 應２０ｍｉｎ，并 調(diào) 節(jié)ｐＨ值 至６～８，加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ與０．２％（ｗ）ＰＡＭ，投 加 比 例 分 別 為２ｍＬ／Ｌ與１ｍＬ／Ｌ，攪 拌１ｍｉｎ，絮 凝 沉 淀５ｍｉｎ，測定處理后水中懸浮物以 及Ｓ２－含 量。根據(jù)以上實驗結(jié)果，結(jié) 合 目 前 污 水 處 理 工 藝，綜 合考 慮 除 硫 效 果、產(chǎn) 泥 量 以 及 懸 浮 物 去 除 率，可 以 采 取 雙氧 水 氧 化 預 除 硫＋氯化鋅沉淀除硫相結(jié)合的方式，降低 硫 化 物 含 量，保 證 懸 浮 物 去 除 率 更 高。
２．１．２藥劑加注量及反應條件優(yōu)化為了選擇合理反應條件，優(yōu) 化 藥 劑 加 注 量，取 實 驗標 準 用 量 氣 田 水，分 別 加 入 質(zhì) 量 濃 度 為２７．５％的 雙 氧２ｍＬ、４ｍＬ、５ｍＬ、６ｍＬ以 及７ｍＬ，調(diào) 整ｐＨ值 至７～８，分析不同反應時間條件下上清液硫化物含量，繪制 不 同 雙 氧 水 加 注 量 條 件 下，脫硫率隨時間變化的關系 曲 線，如 圖２所 示。同 時，待 反 應 穩(wěn) 定 以 后，重 新 調(diào)整ｐＨ值 至６～８，以 投 加 比 例２ｍＬ／Ｌ、１ｍＬ／Ｌ加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ與０．２％（ｗ）ＰＡＭ，攪 拌１ｍｉｎ，絮 凝 沉降 一 定 時 間 后 觀 察 沉 降 效 果?？?知，硫化物的去除率受雙氧水加注量以及 反 應 時 間 的 影 響 較 大。隨 著 反 應 時 間 的 增 加，脫 硫率逐 漸 增 大，在 反 應１２ｍｉｎ以 后 基 本 趨 于 穩(wěn) 定。為 保證 單 位 時 間 內(nèi) 水 處 理 量 最 大 化 以 及 反 應 完 全，確 定 最佳 反 應 時 間 為１５ｍｉｎ。根 據(jù) 實 驗 現(xiàn) 象 來 看，單純使用雙氧水作為脫硫劑，由 于 雙 氧 水 能 夠 自 動 分 解 為 氧 氣，導致整個絮凝沉降的 效 果 不 佳，大 量 的 懸 浮 物 懸 浮 在 水 體 中，且 過 量 加 注雙 氧 水 還 會 導 致 污 泥 上 浮。因 此，采用雙氧水氧化預除硫＋氯化鋅沉淀除硫以及絮凝沉降手段進一步開展實驗 驗 證，探索最佳藥劑加注量。取 實 驗 標 準 用 量 氣田 水，制 得５份 樣 品，設 計 表５所 列 實 驗 方 案，并 調(diào) 節(jié)ｐＨ值７～８，以 投 加 比 例２ｍＬ／Ｌ、１ｍＬ／Ｌ加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ與０．２％（ｗ）ＰＡＭ，攪 拌１ｍｉｎ，絮 凝 沉 降５ｍｉｎ后 觀 察 沉 降 效 果。
２．２批處理殘液處理優(yōu)化結(jié) 合 元 壩 氣 田 集 輸 工 藝 特 征，批 處 理 殘 液 的 主 要成 分 為 老 化 油、油 基 類 緩 蝕 劑、地 層 返 排 物 以 及 硫 單 質(zhì)等，其 構(gòu) 成 復 雜，形成了油包水的懸浮乳狀體系，水 在內(nèi) 部，油 泥 在 外 部，普通方法破乳效果較差，直 接 壓 濾無 法 實 施。因 此，需 要 優(yōu) 選 破 乳 劑，實 現(xiàn) 水 和 油 泥 分離，降 低 壓 濾 難 度。
２．２．１破 乳 劑 優(yōu) 選為了實現(xiàn)將油泥中水剝離的目的，先 后 采 用 強 酸、強 堿 進 行 破 乳，將 強 酸、強 堿 與 油 泥 以 相 同 的 比 例 混合，攪 拌，反應初期較為劇烈，部 分 油 類 物 質(zhì) 發(fā) 生 反 應。但 是，油泥整體破乳效果較差，沒 有 實 現(xiàn) 油 泥 與 水 分離，僅 剪 切 力 相 對 降 低，油 泥 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 未 發(fā) 生 實 質(zhì)性 變 化，通 過 分 析 油 泥 的 成 分，氣田水乳化物在乳化劑作用 下，形 成 了 界 面 膜，在 膜 表 面，水 相 穩(wěn) 定 分 散 在 油 相中，破 乳 的 過 程 即 為 破 壞 該 界 面 膜，實 現(xiàn) 油、水、泥 再 次分 離 的 過 程。因 此，為 了 提 高 破 乳 效 果，破 乳 劑 應 該 具有 親 水 性，羥 基（－ＯＨ）中的氧原子電負性較強，且 孤對 電 子 易 與 水 分 子 形 成 穩(wěn) 定 的 氫 鍵，考 慮 到 羥 基（－ＯＨ）特 殊 結(jié) 構(gòu)，并 且 破 乳 劑 必 須 在 與 油、水 互 溶 的低 毒 有 機 物 中 選 擇，同時小分子更加容易吸附重新形成 小 液 滴，且 布 朗 運 動 明 顯，增加了液滴之間的有效碰撞 概 率，破 乳 效 果 更 好。通 過 篩 選，小 分 子 復 合 破 乳 劑ＥＥＡ滿 足 以 上 條件，設 定 如 下 實 驗，將ＥＥＡ與 油 泥 按 體 積 比１∶１混合，通 過 攪 拌、靜 置 及 過 濾 后，觀察其破乳效果。從 實 驗 結(jié) 果（見 表６）可 以 看 出，采 用 小 分 子 復 合破 乳 劑ＥＥＡ作 為 破 乳 劑，成功實現(xiàn)了油泥的油、水、泥 三 相 自 然 沉 降 和 分 離，底部沉降的固相體積小于油泥 初 始 體 積 的１／２，達 到 壓 濾 條 件。通 過 中 試 實 驗，處理 油 泥６００Ｌ，使 用ＥＥＡ共 計４００Ｌ，破 乳 澄 清 后，底部 油 泥５～８ｃｍ，約１００Ｌ破 乳 后 的 油 泥，８０％以 上 油泥 被 破 乳，實 現(xiàn) 油、水、泥 三 相 分 離。
２．２．２藥 劑 配 比 優(yōu) 化通 過 對 比，說明堿性環(huán)境更有利于破乳。為 了 降低 藥 劑 使 用 成 本，尋找最佳的反應條件以及藥劑用量，分別設計不同堿液濃度條件下，復 合 破 乳 劑ＥＥＡ、水以 及 油 泥 不 同 配 比 的 破 乳 效 果，如 表７所 列。由 表７可 以 得 到，在 堿 性 環(huán) 境 中，使用復合破乳劑ＥＥＡ與 水 的 最 佳 體 積 比 為１∶１，反 應 環(huán) 境ｐＨ值 應 保持 為９～１０，能夠保證最大的油泥處理體積為同等藥劑 的 體 積。為了更進一步優(yōu)化加堿量以及反應時間，采 取 復 合 破 乳 劑 與 水 的 體 積 比 為１∶１，藥 劑 與 油 泥 的體 積 比 為１∶１，研 究 不 同 的 反 應 環(huán) 境 與 加 堿 量 對 實 驗效 果 的 影 響。
２．３污 泥 壓 濾 工 藝 優(yōu) 化含硫污水以及批處理殘液經(jīng)藥劑預處理以及破乳處理 后，均 會 產(chǎn) 生 大 量 的 沉 淀 物。經(jīng)過污水處理站脫硫 處 理 后 的 沉 淀 物 由 硫 化 物、藥劑以及懸浮雜質(zhì)組成，其 中 包 含 鋇、鍶 等 重 金 屬，對環(huán)境存在較大的威脅。因此，為 了 達 到 對 污 泥 無 害 化 處 理，采用的污泥處理工藝流 程 為：污 泥→濃 縮→藥 劑 絮 凝→機 械 脫 水→無 害 化處 理。但 由 于 污 泥 主 要 成 分 為 硫 化 鋅 沉 淀，易 吸 附 水分 子，普 通 疊 螺 機 無 法 滿 足 工 藝 要 求，且壓濾后含水率超 過７０％，總 的 污 泥 產(chǎn) 量 仍 較 高。為 了 摸 索 不 同 除 硫 劑、不同壓濾設備以及不同壓濾 工 藝 條 件 下 的“普 通 污 泥”壓 濾 效 果，分 別 測 試 板 框式 壓 濾 機 單 獨 壓 濾、疊 螺 機 單 獨 壓 濾、特種壓榨設備以及 疊 螺 機 初 次 壓 濾＋特種壓榨設備二次壓濾后的污泥含 水 率，結(jié) 果 如 表８所 列。
根據(jù)不同壓濾設備以及壓濾條件中試實驗結(jié)果對比，雖然采用板框式壓濾工藝與采用疊螺式壓濾機初次 壓 濾＋特 種 壓 榨 設 備 二 次 壓 榨 工 藝 對“普 通 污 泥”處理 效 果 較 為 接 近，但是考慮元壩氣田生產(chǎn)實際以及“含油 污 泥”處 理 現(xiàn) 狀，“普 通 污 泥”均采用Plate and frame filter presses單獨 壓 濾 方 式。對 于“含 油 污 泥”的 處 理 方 式，根 據(jù) 前 期實 驗 結(jié) 果，將 采 用 優(yōu) 化“普 通 污 泥”與“含 油 污 泥”比 例，聯(lián) 合 壓 濾 方 式 開 展。
元 壩２９污水處理站使用板框污泥壓濾機進行壓濾后污泥含水率平均值為５２％～５３％，大 坪 污 水 處 理站壓濾后污泥平均含水率為４８％，與 中 試 實 驗 效 果 一致。但 元 壩２９污水處理站污泥中含有油性污泥，壓 濾過程中容易沾粘濾布，堵 塞 濾 布，增 加 濾 布 清 洗 頻 率。
４結(jié) 論（１）元 壩 氣 田 污 水 種 類 包 含４種，即 返 排 殘 酸、凝析水、地 層 水 以 及 批 處 理 殘 液。污泥來源主要包括含硫污水處理后產(chǎn)生的普通污泥以及批處理殘液處理后產(chǎn) 生 的 含 油 污 泥。（２）通 過 小 試 與 中 試 試 驗 研 究，含 硫 污 水 采 用 汽提 初 步 脫 硫，雙 氧 水＋氯 化 鋅 深 度 脫 硫，脫 硫 率 達 到９６．５％以 上，最 佳 反 應 時 間 為１５ｍｉｎ，優(yōu) 選 板 框 式 壓濾 機 壓 濾“普 通 污 泥”，含 水 率 可 達 到５０％以 下。（３）優(yōu) 選 出 的 復 合 破 乳 劑ＥＥＡ與 水 以 體 積 比１∶１混 合 后，在 加 堿 量 為１．５％，ｐＨ值 為１０～１１的 條件 下，完 全 反 應２０ｍｉｎ，破乳劑對同比例油泥能夠達到 較 好 的 破 乳 效 果，且“含 油 污 泥”與“普 通 污 泥”在 混合 比 例 小 于１∶２，壓 濾 時 間 大 于７．５ｈ，泵 壓 大 于０．４６ＭＰａ條 件 下，能 夠 實 現(xiàn) 壓 濾 后 含 水 率 為５０％～５５％。（４）現(xiàn) 場 跟 蹤 表 明，污泥壓濾效果與中試效果基本 保 持 一 致，僅 油 泥 壓 濾 過 程 中，容 易 堵 塞 濾 布，清 洗頻 次 需 進 一 步 提 高。
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