含汞氣田水的絮凝-吸附脫汞

匡春燕 蔣洪 徐菁 李延娜 張艷麗

摘? ? ? 要：隨著含汞天然氣的生產(chǎn)和開發(fā)，氣田水中常含有油、懸浮物及各種形態(tài)的汞。含汞氣田水直接排放會造成生態(tài)環(huán)境的破壞，危害操作人員健康，影響氣田生產(chǎn)的正常進行。絮凝-吸附脫汞是將絮凝和吸附兩種技術(shù)組合用于含汞氣田水的處理，絮凝作為預處理方法，可將高含汞污水處理為低含汞污水，再通過吸附深度脫汞，該技術(shù)可有效脫除污水中絕大部分的單質(zhì)汞、無機汞、有機汞及含汞的懸浮顆粒，處理后的凈化水可達到汞含量低于0.05 mg/L的排放標準。

關(guān)? 鍵? 詞：汞;氣田水;絮凝-吸附;水處理劑;脫汞

中圖分類號：TQ 085? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2019）09-1995-04

Abstract： With the production and development of mercury-containing gas fields， gas field wastewater always contains oil， suspended solids and various forms of mercury. Gas field mercury-containing wastewater may pollute the ecological environment， damage to the health of the operator and affect the normal production. Flocculation-adsorption is a combined method of flocculation and adsorption to treat gas field mercury-containing wastewater. It can remove elemental mercury， inorganic mercury， organic mercury and mercury suspended particles. By this way， mercury levels in the wastewater can be less than 0.05 mg/L which accords with effluent standards.

Key words： Mercury; Gas field wastewater; Flocculation - adsorption; Water treatment agents; Mercury removal

隨著含汞天然氣的生產(chǎn)和開發(fā)，氣田水中常含有油、懸浮物及各種形態(tài)的汞。汞及其化合物具有高毒性和腐蝕性，同時汞具有揮發(fā)及遷移性：含汞氣田水中的汞以Hg2+、CH3Hg+、CH3Hg（OH）、CH3HgCl、C6H5Hg+等離子形態(tài)為主要存在形態(tài)，能在常溫常壓下?lián)]發(fā)到空氣中，導致環(huán)境污染[1]。絮凝-吸附脫汞是將絮凝和吸附兩種技術(shù)組合用于含汞氣田水的處理[2]。絮凝作為預處理方法，適用于處理初始汞含量較高的污水，在脫除油、懸浮物的同時，將水中的單質(zhì)汞及含汞懸浮物一并裹挾脫除，可將高含汞污水處理為低含汞污水，再通過吸附法深度脫汞，可脫除污水中的單質(zhì)汞、無機汞和有機汞，經(jīng)該組合工藝處理后的凈化水符合我國氣田含汞污水的排放標準—《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的規(guī)定：含汞氣田排放水中不得檢出烷基汞，總汞含量不得高于0.05 mg/L;含油量不高于5 mg/L[3]。絮凝-吸附工藝具有脫汞效果好、投資成本低，操作簡單、吸附劑可再生重復使用等優(yōu)點，因此，可以采用這種脫汞工藝脫除氣田水中各種形態(tài)的汞。

1? 脫汞機理

絮凝法是一種有效且成本較低的氣田水預處理方法。通過向含汞氣田水中投加適量的水處理絮凝劑，在氫鍵力、范德華力和靜電力等的共同作用下，使氣田水中的懸浮顆粒和膠體絮凝成較大的懸浮顆粒，在脫除油、懸浮物的同時，將水中的單質(zhì)汞和含汞懸浮物一并裹挾去除，從而將其從水中分離出來達到凈化水質(zhì)的目的。

吸附作為低含汞污水的深度處理方法，可以用于脫除污水中的單質(zhì)汞、無機汞和有機汞，適用于處理濃度低且排放量大的含汞污水。吸附法對污水的水質(zhì)情況很敏感，針對不同的水質(zhì)和水處理工藝條件，選擇合適的水處理汞吸附劑很關(guān)鍵。目前使用最多的水處理汞吸附劑為改性活性炭（最常用的為載硫/載銀活性炭）。載硫/載銀活性炭是通過活性炭上負載的功能基團（單質(zhì)硫/銀）對單質(zhì)汞、有機汞、含汞懸浮物進行吸附，從而達到深度處理含汞污水的目的。

2? 脫汞工藝流程

絮凝-吸附組合工藝處理含汞氣田水的工藝流程如圖1所示。

含汞氣田水經(jīng)進水緩沖罐緩沖后，進入油水分離器，脫除大部分油，同時去除部分單質(zhì)汞及含汞懸浮物;然后在氣浮緩沖罐的上游加入適量的絮凝劑，在氣浮緩沖罐的下游加入適量的助凝劑，使污水中的油與吸附有汞的顆粒絮凝在一起，使單質(zhì)汞沉降下來;預處理后的污水進入誘導氣浮裝置內(nèi)，在氣浮裝置中，污水中的懸浮物被氣泡攜帶到污水表面，被收集起來，浮渣通過氣浮裝置底部排出。氣浮單元的排出水進汞吸附裝置進行深度處理，脫除污水中殘余的油、汞及汞化物。處理合格的凈化水進入凈水罐再排放。

采用絮凝-吸附工藝處理含汞氣田所用到的設備主要包括緩沖罐、油水分離器、誘導氣浮裝置，汞吸附裝置，其作用如表1所示。

3? 脫汞效果

絮凝-吸附兩種方法組合使用，可脫除污水中絕大部分的單質(zhì)汞、無機汞、有機汞及含汞的懸浮顆粒，處理后的凈化水可達到汞含量低于0.05 mg/L的排放標準。

泰國國家石油管理局勘探生產(chǎn)公司（PTTEP）曾采用絮凝-吸附組合工藝處理Bongkot氣田天然氣開采過程中排出的含汞、含油氣田水，該公司成功地處理了4 200 m3氣田污水，處理后的凈化水中油含量和汞含量符合泰國政府的排放標準：含油量小于5 mg/L，總汞含量小于5 ?g/L，處理合格后的凈化水可以直接排入海水中。該方法的工藝流程如圖2所示。

首先向氣田水中加入適量的硫化鈉和硫酸鐵等絮凝劑，使污水中的凝析油和吸附有汞的顆粒絮凝在一起，使單質(zhì)汞沉降出來;污水再流經(jīng)氣浮單元，在氣浮裝置中，污水中的懸浮物都被氣泡帶到污水表面，然后被收集起來，使用活性粘土和過濾的方法處理收集在一起的含污染物的泡沫;氣浮單元的排出水，流經(jīng)活性炭過濾器，再次脫除污水中殘留的凝析油、汞及汞化物;然后，檢測凈化水的汞含量和油含量是否達標，若達標則將處理后的凈化水直接排入海里，若不達標則將其引入活性炭過濾裝置，進行再次過濾，直到凈化水中的汞含量和油含量達標再外排[4]。

經(jīng)水質(zhì)檢測分析，我國KL 氣田含汞污水中總汞質(zhì)量濃度為160～415 μg/L，現(xiàn)場試驗選用高效分離、絮凝、氣浮和吸附等組合工藝，高含汞氣田水經(jīng)該組合工藝處理后，凈化水中汞的質(zhì)量濃度為2.5～9.8 μg/L[5]，符合我國氣田含汞污水排放標準的規(guī)定。

4? 水處理劑的選擇

絮凝法具有使用簡便、高效、投資成本低等優(yōu)點，使用該法的關(guān)鍵是選擇合適的水處理劑。絮凝劑的研究和發(fā)展方向逐漸由無機化向有機化、低分子向高分子化、單一型向復合型、合成型向天然微生物型轉(zhuǎn)化，絮凝劑產(chǎn)品也逐漸環(huán)?；⒍鄻踊痆6]。目前，國內(nèi)外常用于氣田污水處理的水處理劑如表2所示。

無機絮凝劑與有機高分子絮凝劑復配使用是目前處理氣田水的常用方法[7]，可脫除污水中的油和懸浮物，同時也能將部分單質(zhì)汞和含汞懸浮物裹挾去除。重慶氣礦氣田水處理時，選擇聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺復配使用，應用結(jié)果表明：兩種藥劑復配使用處理含油污水效果較好，處理后凈化水中油含量小于10 mg/L，懸浮物含量小于30 mg/L，達到了石油企業(yè)廢水回注指標[8]。川西北氣礦中壩須二地層水采用三氯化鐵和聚丙烯酰胺復配處理，經(jīng)斜管沉淀去除油類、懸浮物，污水再進入氣浮器并加入浮選劑進一步除掉懸浮物，分離后污水經(jīng)轉(zhuǎn)水罐、壓濾器、精餾器處理進入清水池，處理后氣田水中油和懸浮物含量分別為5.3 mg/L和15 mg/L[9]。王剛等[10]為提高含汞污水的處理效率及簡化處理流程，用化學合成方法將二硫代羧基引入到聚乙烯亞胺中，制備出一種新型絮凝劑聚乙烯亞胺基黃原酸鈉（PEX）。該絮凝劑對Hg2+具有很好的捕集效果，當PEX投加量為6.6 mg/L時，Hg2+的去除率可達96.1%。泰國灣Arthit氣田北部的污水處理采用旋流-絮凝-氣浮組合處理工藝，含汞氣田污水經(jīng)水力旋流器初步處理后，在氣浮緩沖罐的上游加入絮凝劑氯化鐵，在氣浮緩沖罐下游加入助凝劑，污水再經(jīng)氣浮裝置進一步處理，凈化水的汞含量低于5 μg/L[11]。

隨著氣田污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，國外最新研發(fā)出的絮凝劑主要為具有固定結(jié)構(gòu)的氧化鋁微粒及木質(zhì)素衍生物。此類水處理劑能高效地去除污水中的單質(zhì)汞，使污水中的汞含量從25～2 000 μg/L降至10 μg/L[12]。美國CETCO公司的Crudesorb處理技術(shù)主要針對油氣田含汞污水的處理，研發(fā)的RM-10?水處理絮凝劑是鈉基膨潤土、礦物、聚合物、pH調(diào)節(jié)劑和其它組分的混合物，其應用十分廣泛，性價比高，只需一步即可去除污水中的乳化油、有機物、重金屬離子、懸浮固體等污染物，處理效果很好。

此外，國內(nèi)外學者還開始研究利用重金屬捕集劑來處理含汞污水，并取得了較好的效果。目前，在實際研究中，應用較多的重金屬捕集劑主要有兩類：二硫代胺基甲酸鹽類衍生物（DTC類）和黃原酸酯類，其中，DTC類是應用最廣泛的[13-14]。重金屬捕集劑具對重金屬離子具有良好的去除效果，但其藥劑價格高于常規(guī)的水處理劑，污水處理成本較高，限制了其使用的范圍[15]。大部分重金屬捕集劑的pH值適用范圍為偏堿性條件，若氣田污水偏酸性，需使用pH調(diào)節(jié)劑將污水的pH值調(diào)整到適宜的值，增大了處理成本。此外，重金屬捕集劑大多數(shù)都采用有機物合成，其在凈化水中殘留的濃度是否會造成凈化水的二次污染，還需作進一步的研究和探討。

綜合各種水處理劑的應用情況，介于無機絮凝劑和有機絮凝劑復配使用的技術(shù)較成熟，建議使用絮凝-吸附組合工藝處理含汞氣田水時，應將無機絮凝劑和有機絮凝劑復配使用，以取得較好的除油、除汞效果。針對不同氣田水的水質(zhì)差異，可采取現(xiàn)場小試實驗的方法，確定水處理劑的最佳復配方案及適宜的加劑量。

5? 結(jié)束語

氣田水中汞的形態(tài)比較復雜，主要包括含汞懸浮物、有機汞（甲基汞、乙基汞）、無機汞和單質(zhì)汞[16-18]。含汞氣田水必須嚴格處理，達標排放，否則會造成生態(tài)環(huán)境的破壞、影響操作人員的健康等嚴重后果。絮凝-吸附組合工藝用于含汞氣田污水的處理具有脫汞效果好、投資成本低、操作簡單等優(yōu)點，目前，該工藝已在泰國灣Bongkot氣田和我國KL氣田的含汞污水處理中成功應用，處理后的凈化水中總汞含量均符合相關(guān)的排放標準，該工藝能否適用于國內(nèi)其他氣田含汞污水的處理，值得進一步探究。

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