聚合物驱采油污水深度净化技术的研究

论文摘要

聚合物驱采油污水（ORWPF）是伴随油田聚合物驱油技术的应用而出现的一种新型采油污水。它除含有石油烃类、固体颗粒、无机盐等常规采油污水含有的物质外,还含有大量残余的聚丙烯酰胺（PAM）,其相对分子质量为4×1065×106。ORWPF是一种乳化程度较高、难以生物降解的有机废水。经油田现有工艺（沉降或浮选-过滤）处理后,ORWPF达不到油田回注水质标准的要求,无法回注,外排又严重污染环境。针对这个问题,根据处理后污水去向的不同,本文在保留油田现有处理工艺的基础上,采用不同工艺对ORWPF进行了深度处理研究。针对处理后ORWPF用于回注的要求,在保留油田现有处理工艺的基础上,本文采用“改性纤维球过滤-O3/UV/H2O2氧化-超滤”工艺对其进行深度处理。在回注深度处理工艺中,改性纤维球过滤单元的功能主要是去除ORWFP中的油和悬浮物。研究结果表明,改性纤维球过滤单元可以在较高的过滤速度下稳定运行。过滤出水中油浓度不超过7.27mg/L,油的去除率可以达到77.56%;改性纤维球过滤可以显著减低ORWPF中悬浮物的浓度,其出水中悬浮物浓度≤6.81mg/L,悬浮物去除率为84.17%;改性纤维球过滤出水中颗粒粒径中值为3.11μm,较处理前减小了59.53%。但改性纤维球过滤对ORWPF中大量存在的PAM没有去除作用。采用气水联合反冲洗可以实现滤料的清洗再生,反冲洗气体和水流强度分别为16.72L/m2·s和5.22 L/m2·s,反冲洗时间为1520min。虽然改性纤维球过滤对油和悬浮物的去除效果明显,但其出水中悬浮物浓度和颗粒粒径中值仍然没有达到油田注水标准的要求。在回注深度处理工艺中,采用O3/UV/H2O2处理单元对改性纤维球过滤出水进行进一步处理,主要去除ORWPF中的PAM和部分石油烃类有机物。研究发现,H2O2和O3投加量、PAM初始浓度、紫外辐照强度和pH是影响PAM氧化降解的重要因素。通过对O3/UV/H2O2氧化PAM反应的动力学分析,发现该反应符合准一级动力学规律,计算得到该反应的表观速率常数与主要影响因素之间的关系,确定了O3/UV/H2O2体系氧化PAM的反应宏观动力学方程。实验结果表明,在PAM初始浓度为103.18mg/L、H2O2和O3投加量分别是165mg/h和230.2mg/h、紫外辐照强度为2.2 mw/cm2、pH7的条件下,反应60min后,PAM的转化率可以达到62.60%,其相对分子质量可以降至10000

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究目的与意义
• 1.2 聚合物驱采油污水处理的研究现状
• 1.2.1 物理方法除油和悬浮物
• 1.2.2 生物法降解聚丙烯酰胺的研究
• 1.2.3 化学法降解聚丙烯酰胺的研究
• 1.3 聚合物驱采油污水的水质特点和水质标准
• 1.3.1 聚合物驱采油污水的水质特点
• 1.3.2 处理后聚合物驱采油污水的水质标准
• 1.3.3 现有聚合物驱采油污水处理技术的局限性
• 1.4 采油污水中油的去除
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 移动床生物膜技术
• 1.5 采油污水中悬浮物的去除
• 1.5.1 纤维过滤
• 1.5.2 膜分离技术
• 1.6 采油污水中聚合物的去除
• 1.6.1 概述
• 1.6.2 高级氧化技术
• 1.7 课题的来源和主要研究内容
• 1.7.1 课题的来源
• 1.7.2 主要研究内容
• 第2章 实验设备、材料与分析方法
• 2.1 实验设备
• 2.1.1 高级氧化反应器
• 2.1.2 纤维过滤器
• 2.1.3 移动床生物膜反应器
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 纤维滤料
• 2.2.2 移动床生物膜反应器填料
• 2.2.3 膜
• 2.3 实验分析方法
• 2.3.1 聚合物驱采油污水中污染物质的分析
• 2.3.2 高效液相色谱分析
• 2.3.3 岩芯渗透率伤害程度的检测
• 第3章 聚合物驱采油污水回注深度处理工艺研究
• 3.1 回注深度处理工艺的提出与可行性分析
• 3.1.1 工艺的提出
• 3.1.2 可行性分析
• 3.2 改性纤维球处理聚合物驱采油污水的研究
• 3.2.1 实验方法与装置
• 3.2.2 过滤速度的影响
• 3.2.3 进水油浓度的影响
• 3.2.4 进水悬浮物浓度的影响
• 3.2.5 改性纤维球对PAM的去除效果
• 3.2.6 改性纤维球过滤精度的研究
• 3.2.7 改性纤维球过滤阻力的研究
• 3.2.8 改性纤维球滤料的过滤性能
• 3.2.9 改性纤维球滤料的清洗效果研究
• 3/UV/H₂O₂体系处理聚合物驱采油污水的研究'>3.3 O₃/UV/H₂O₂体系处理聚合物驱采油污水的研究
• 3.3.1 聚合物驱采油污水水质
• 3.3.2 实验装置与方法
• 3.3.3 不同高级氧化体系处理PAM的效果比较
• 3/UV/H₂O₂ 体系处理PAM的影响因素研究'>3.3.4 O₃/UV/H₂O₂体系处理PAM的影响因素研究
• 3 尾气的处理'>3.3.5 O₃尾气的处理
• 3.4 超滤单元处理聚合物驱采油污水的研究
• 3.4.1 实验装置与方法
• 3.4.2 操作参数对膜通量的影响
• 3.4.3 超滤膜去除悬浮物和PAM的效果研究
• 3.4.4 超滤膜的清洗
• 3.5 人造岩芯模拟实验
• 3.6 本章小结
• 第4章 聚合物驱采油污水回注深度处理工艺的中试研究
• 4.1 单元设备运行参数的确定
• 4.1.1 纤维过滤单元运行参数的确定
• 3/H₂O₂ /UV氧化单元运行参数的确定'>4.1.2 O₃/H₂O₂/UV氧化单元运行参数的确定
• 4.1.3 超滤单元运行参数的确定
• 4.2 单元除污效果
• 4.2.1 纤维过滤单元的除污效果
• 3/H₂O₂ /UV氧化单元的除污效果'>4.2.2 O₃/H₂O₂/UV氧化单元的除污效果
• 4.2.3 超滤单元的除污效果
• 4.3 聚合物驱采油污水回注工艺的除污效果
• 4.4 人造岩芯模拟实验
• 4.5 技术经济分析
• 4.5.1 技术分析
• 4.5.2 经济分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 聚合物驱采油污水外排深度处理工艺研究
• 5.1 外排深度处理工艺的提出及可行性分析
• 5.1.1 工艺的提出
• 5.1.2 工艺的可行性分析
• 5.2 移动床生物膜反应器处理聚合物驱采油污水的研究
• 5.2.1 M BBR进水水质情况
• 5.2.2 移动床生物膜反应器实验装置
• 5.2.3 M BBR的启动
• 5.2.4 M BBR去除污染物的效能研究
• 5.2.5 M BBR出水水质分析
• 5.3 高级氧化技术处理MBBR出水的研究
• 5.3.1 不同高级氧化体系处理MBBR出水的效果比较
• 2O₂ 投加量的确定'>5.3.2 H₂O₂投加量的确定
• 3 投加量的确定'>5.3.3 O₃投加量的确定
• 3/UV/H₂O₂ 体系除污效果的影响'>5.3.4 pH对O₃/UV/H₂O₂体系除污效果的影响
• 3 /UV /H₂O₂ 体系除污效果的影响'>5.3.5 反应时间对O₃ /UV /H₂O₂体系除污效果的影响
• 5.4 丙烯酰胺单体的检测
• 5.4.1 概述
• 5.4.2 丙烯酰胺单体的检测
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历