華北油田山西煤層氣分公司建有集氣站11座、煤層氣處理中心1座，集氣管道共計8條。其中，煤層氣處理中心擔負著(zhù)沁南盆地各排采井采出煤層氣收集、脫水、過(guò)濾、分離及增壓外輸的任務(wù)?，F有2臺50×10⁴m3/d和4臺150×10⁴m3/d往復式增壓機組，在壓縮過(guò)程中高溫高壓環(huán)境下潤滑油改性，并與煤層氣中水份、粉煤灰混合排出而形成乳化油。每年消耗大量的潤滑油，隨污水進(jìn)入生產(chǎn)廢水處理系統。乳化油與管線(xiàn)中粉煤灰混合后形成了“水+乳化油+煤粉”的高乳化混合濁液，廠(chǎng)區原有斜板沉降法工藝及設備無(wú)法實(shí)現達標污水就地外排。

　　隨著(zhù)聚結纖維材質(zhì)的改性與進(jìn)步，聚結分離方法成為一種高效率、低成本的油水分離技術(shù)，并得到了廣泛的研究和應用。由于聚結技術(shù)采用物理破乳方式，對于后續油品回收、廢油再生不產(chǎn)生任何影響而廣泛應用于油水分離領(lǐng)域，聚結除油技術(shù)因設備結構簡(jiǎn)單、易操作、污染少、除油效率高等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。

　　1、聚結技術(shù)簡(jiǎn)介

　　1.1 聚結分離原理

　　所謂聚結又稱(chēng)粗?；?，就是有針對性的對材料表面進(jìn)行改性，使水中分散、乳化油滴在流經(jīng)材料表面時(shí)直徑變大(粗?；?，根據Stock’s定律上浮從而達到油水分離目的。大多數觀(guān)點(diǎn)認為，油滴的聚結有兩種不同的機理存在：一是“潤濕聚結”;二是“碰撞聚結”。

　　碰撞聚結是通過(guò)油滴的物理碰撞，產(chǎn)生更大的油滴。例如將含油的水加熱使油分子熱運動(dòng)加快，發(fā)生碰撞而聚結長(cháng)大。

　　潤濕聚結是當含油污水流經(jīng)由親油性材料組成的粗?；矔r(shí)，分散油珠便在材料表面潤濕附著(zhù)，這樣材料表面幾乎全被油包住，再流來(lái)的油珠也更容易潤濕附著(zhù)在上面，因而附著(zhù)的油珠不斷聚結擴大并形成油膜。由于浮力和反向水流沖擊作用，油膜開(kāi)始脫落，于是材料表面得到一定更新。脫落的油膜到水相中仍形成油珠，該油珠粒徑比聚結前的油珠粒徑要大，從而達到粗?；哪康?，原理如圖1所示。

　　根據兩相液體在固體材料的潤濕角不同理論，兩相在接觸面體現出不同的潤濕角，當液體中的兩相在同一表面潤濕角之差大于70°時(shí)(α-β>70°)，兩相可以分離。親油疏水改性材料表面使得油水兩相潤濕角大于70°，水相穿過(guò)材料表面而油相在材料表面大量聚集，最終得以粗?；?。

　　1.2 改性聚結材料

　　通過(guò)纖維材料的分子改性技術(shù)，使纖維經(jīng)過(guò)改性之后具有親油疏水的表面特性。

　　可通過(guò)觀(guān)察改性前與改性后纖維在不同進(jìn)水情況下表面的變化情況來(lái)說(shuō)明纖維的吸油性能(應用OLYMPUSBX41光學(xué)纖維鏡觀(guān)察纖維表面的變化情況)。圖2為改性前纖維與改性后纖維原狀的比較。

　　圖3是將改性纖維做成聚結芯用于50mg/L含油廢水處理，觀(guān)察一級過(guò)濾后的聚結芯。

　　圖4為處理濃度為100mg/L含油廢水，運行2.5h后穩定，取聚結芯進(jìn)行觀(guān)察。

　　由圖4可看出，纖維先捕獲油珠(圖4-左、4-中)，然后油珠在纖維表面聚結，聚結到一定程度，在纖維表面形成一層油膜(圖4-右)。

　　由此得到以下結論：

　　(1)改性后的聚結材料具有親油疏水的表面特性。

　　(2)油膜優(yōu)先潤濕在纖維表面，當遇到兩個(gè)纖維交叉時(shí)，油膜上的油粒長(cháng)大脫離纖維表面上浮。

　　2、聚結法污水處理系統

　　2.1 水質(zhì)分析

　　煤層氣處理中心含油污水主要來(lái)自F4、F5、F9等各條集氣管線(xiàn)清管作業(yè)接收污水，水質(zhì)分析結果如表1。

　　從表1中的分析結果可以看出，處理中心含油污水屬于低礦化度、高鐵含量、高潤滑油含量的清洗工業(yè)污水。

　　綜上所述，處理中心水樣懸浮物與潤滑油為污水處理的重點(diǎn)，其中潤滑油絕大部分以懸浮狀態(tài)與乳化狀態(tài)形式存在。

　　2.2 實(shí)驗室測試

　　通過(guò)研究分析圖5和圖6電鏡拍照含油污水中油、懸浮物存在狀態(tài)后，采用室內小型聚結設備對含油污水進(jìn)行除油實(shí)驗(試驗機由二級聚結式高精度油水分離器組成，流速120L/h)。小試結果表明：實(shí)驗設備除油、除懸效果顯著(zhù)，出水石油類(lèi)0.6mg/L、懸浮物7.2mg/L為工業(yè)化裝置設計提供基礎數據，實(shí)驗結果詳見(jiàn)表2。

　　由檢測結果可以看出，油水分離試驗機除油和懸浮物效果明顯，設計采用將原水去浮油后過(guò)快速過(guò)濾裝置(減輕油水分離機負荷保證除油效率)，然后過(guò)油水分離裝置后進(jìn)入下一步處理。

　　2.3 工藝路線(xiàn)

　　根據以上對廢水的分析及其自身的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)認真分析，本著(zhù)投資少、占地小、運行費用低、處理效果好、管理方便、自動(dòng)化程度高的宗旨，對煤層氣處理中心污水處理系統工藝進(jìn)行優(yōu)化設計，工程設計的主體工藝流程見(jiàn)圖7。

　　2.4 工業(yè)裝置

　　以實(shí)驗室實(shí)驗處理效果為基礎設計制造，并于煤層氣處理中心安裝了工業(yè)化裝置，整個(gè)聚結系統由一個(gè)快速過(guò)濾器、二級聚結高精度油水分離器、活性炭過(guò)濾器和清水儲罐組成。工作過(guò)程中PLC控制系統能實(shí)現全自動(dòng)及手動(dòng)控制，自動(dòng)化程度高。

　　聚結裝置設計額定處理量為5m3/h，工作壓力為0.3～0.4MPa，工作溫度：25～90℃，整體撬塊占地6000mm(L)×2300mm(W)×3300mm(H)，總功率5kW。安裝調試運行至今無(wú)運行故障，出水澄清透亮，達到《污水排放綜合標準》GB8978―1996中懸浮物、石油類(lèi)指標一級排放標準，且符合原生產(chǎn)廢水懸浮物設計處理出水≤70mg/L指標以及生活污水進(jìn)水≤170mg/L懸浮物指標要求，水質(zhì)送檢至當地環(huán)境保護監測站監測，并出具監測報告，檢測結果見(jiàn)表3。

　　從表3中可以看出，聚結裝置除油效果顯著(zhù)，出口石油類(lèi)指標大多在1mg/L之下，同時(shí)對水中的懸浮物去除也達到了排放標準。

　　3、應用效果評價(jià)

　　聚結除油裝置自運行之日起共計收集廢油20多桶，平均每月收集約2.5t廢潤滑油，設備出口水質(zhì)均達標，徹底解決困擾處理中心已久的環(huán)保問(wèn)題，物理除油所收集油品可回收，使油品資源合理化利用，得到廠(chǎng)家一致認可，概述其特點(diǎn)包括分離速度快、分離精度高、過(guò)濾阻力小、節能、分離油品使用范圍廣、設備體積小、結構簡(jiǎn)單、模塊化、占地小、分離效率高、自動(dòng)運行、操作簡(jiǎn)便、維護方便、運行可靠，無(wú)需動(dòng)力和添加化學(xué)助劑，利用材料為微表面的聚合原理，安全的物理分離，無(wú)任何有害副產(chǎn)品和衍生物。由于為物理分離原理，故改性材料使用壽命極長(cháng)。(來(lái)源：中國石油華北油田公司山西煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司，中國石油天然氣集團有限公司煤層氣開(kāi)采先導試驗基地)