基于改性赤泥质多孔陶瓷滤料的混凝-聚结过滤耦合处理油田采出水及作用机制研究

赤泥的安全处置和高效的油田采出水处理对解决我国铝行业和石油开采行业的可持续性发展具有关键作用。本项目拟采用过滤和聚结理论，针对以赤泥为主要原料制备密度和气孔率可调的多孔陶瓷滤料、并对其亲油和疏油改性的问题进行研究，分析混凝、过滤和聚结对油田采出水中污染物质（油和悬浮物）去除的影响，特别是小油滴的聚结行为，建立小油滴聚结效率与相关因素（滤速、滤层高度、滤料粒径、沉降室高度）的模型，设计一套高效低廉除去粒径小于30μm的分散油和乳化油的工艺，并应用该工艺对油田采出水进行动态连续试验，使出水指标达到SY/ T5329 - 94中A1标准。通过本项目研究，可望在理论上揭示油滴的聚结行为，阐明多孔陶瓷滤料密度和气孔率可调的机制，建立油滴聚结、多孔陶瓷密度和气孔率的调控模型，在应用上为赤泥的安全处置和油田采出水的高效低廉处理开辟新的途径。

赤泥的安全资源化处置和油田采出水的高效处理使其达标排放对我国原铝行业和石油开采行业的可持续性发展具有关键作用。本项目围绕这两个问题进行了实验研究和理论分析，取得了以下一系列有特色的创新性成果：.（1）成功制备以赤泥为主要原料的多孔陶瓷滤料，建立了多孔陶瓷滤料的强度、密度、气孔率等的调控模型，为赤泥的安全资源化处置提供了一种新的途径。.（2）分别研究了PAFC与CPAM、PDMDAAC和的合成并优化其合成工艺参数，最终确定PAFC-CPAM复合混凝剂具有一次投加量少、除油除浊性能强、产生的矾花大而密实及沉降效果好、pH适用范围广，从而弥补了常见无机和有机混凝剂的局限性。.（3）建立了基于BP神经网络的混凝剂投加预测模型，通过Matlab实现其训练、仿真和预测，结果表明此模型能很好地映射原水水质、出水水质与混凝剂投加量的内在联系，具有一定的泛化能力，预测精度较高。训练样本预测值和测试样本预测值的平均相对误差分别为2.607%和2.627%。此模型的建立有助于实现混凝剂的加入量与原水水质水量变化同步，提高处理效果和降低处理成本。.（4）分别用铝酸酯偶联剂和聚乙二醇对多孔陶瓷滤料进行表面改性并用正交实验优化了改性工艺，经测试手段表明亲油和疏油改性滤料对水的接触角分别为大于90度和0度，用其处理油田采出水对油的去除率分别比原始滤料提高45.97%和28.41%，并与表面改性的聚苯乙烯阳离子树脂的处理效果进行了对比，后者的处理效果低、处理成本高且不易反洗再生。同时采用磁分离技术与聚结过滤相结合的工艺进一步提高了处理效果并延长了处理装置的运行时间。.（5）自制混凝聚结过滤与磁分离相结合的处理装置，处理油浓度为10~150 mg/L、浊度为40~160 NTU的模拟油田采出水，当滤速为15~27.5 m/h时，连续4 h的运行时间，最终出水的油浓度为为4.91mg/L，总铁含量为0.2112mg/L，满足A1标准，而浊度基本达标；在连续运行10 h的时间内，去油率和去浊率基本上都在80%~90%；滤料经多次反洗再生，其处理含油废水的效果差别不大，滤料可多次重复使用，反洗耗水率为1.06%，总的制水成本为0.68元/m3，可以满足实际应用的要求。并对比研究了电凝取动态处理油田采出水，后者出水水质的含油浓度满足A1标准，但浊度较高，达30NTU。