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(jìn)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(yù)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(dá)到汞含量低于0.05 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。

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(xiàn)標(biāo)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(dǎo)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(yù)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(biāo)準(zhǔn)—《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（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(fù)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(yù)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(dá)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(fù)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(jìn)行吸附，從而達(dá)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(jìn)水緩沖罐緩沖后，進(jìn)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(yù)處理后的污水進(jìn)入誘導(dǎo)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(jìn)汞吸附裝置進(jìn)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(jìn)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(shè)備主要包括緩沖罐、油水分離器、誘導(dǎo)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(dá)到汞含量低于0.05 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。

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(biāo)準(zhǔn)：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(dá)標(biāo)，若達(dá)標(biāo)則將處理后的凈化水直接排入海里，若不達(dá)標(biāo)則將其引入活性炭過濾裝置，進(jìn)行再次過濾，直到凈化水中的汞含量和油含量達(dá)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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)保化、多樣化[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(fù)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(fù)配使用，應(yīng)用結(jié)果表明：兩種藥劑復(fù)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(dá)到了石油企業(yè)廢水回注指標(biāo)[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(fù)配處理，經(jīng)斜管沉淀去除油類、懸浮物，污水再進(jìn)入氣浮器并加入浮選劑進(jìn)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(jìn)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(xué)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(dāng)PEX投加量為6.6 mg/L時，Hg2+的去除率可達(dá)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(jìn)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(yīng)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(jìn)一步的研究和探討。

綜合各種水處理劑的應(yīng)用情況，介于無機絮凝劑和有機絮凝劑復(fù)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(yīng)將無機絮凝劑和有機絮凝劑復(fù)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(fù)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(fù)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(yán)格處理，達(dá)標(biāo)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(yán)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(yīng)用，處理后的凈化水中總汞含量均符合相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)一步探究。

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