Nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm xử lý nước thải nhiễm dầu trong công nghiệp khai thác dầu khí

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN
VĂN: VŨ DIỆU LINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Họ và tên tác giả luận văn: Vũ Diệu Linh

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT
HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ HÓA PHẨM XỬ LÝ
NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC DẦU KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÓA HỌC

KHOÁ: 2013B
Hà Nội – Năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Họ và tên tác giả luận văn: Vũ Diệu Linh

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ HÓA PHẨM XỬ LÝ
NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC DẦU KHÍ

Chuyên ngành :

Kỹ thuật hóa học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1.
Đào Quốc Tùy

Hà Nội – Năm 2014
PVN - PVI/CTAT

1


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn: “Nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm xử lý nước thải
nhiễm dầu trong công nghiệp khai thác Dầu khí” là công trình nghiên cứu của bản
thân. Tất cả những thông tin tham khảo dùng trong luận văn lấy từ các công trình nghiên
cứu có liên quan đều được nêu rõ nguồn gốc trong danh mục tài liệu tham khảo. Các kết
quả nghiên cứu đưa ra trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong
bất kỳ công trình khoa học nào khác.

Ngày

tháng

năm 2014

TÁC-GIẢ

Vũ Diệu Linh

2


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS.Đào Quốc Tùy đã tận tình chỉ bảo
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm thực nghiệm cũng như hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các anh chị cán bộ Phòng thí nghiệm Công nghệ
Lọc Hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ - Viện Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến bổ ích về mặt khoa
học để tôi hoàn thành luận văn này.

Ngày

tháng

năm 2014

Vũ Diệu Linh

3


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa.................................................................................................1
Lời cam đoan..................................................................................................2
Danh mục các bảng.........................................................................................5
Danh mục các hình vẽ đồ thị...........................................................................6
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... .9
Chương 1-TỔNG QUAN....................................................................................10
1.1.Nước thải nhiễm dầu..................................................................................10
1.2.Sự hình thành nhũ tương dầu mỏ ............................................................ .11
1.3.Các phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu trên thế giới………..….15
1.4. Tình hình xử lý nước thải ở Việt Nam ……………………………....22
1.5.Giới thiệu về Deoiler, tình hình sử dụng và các phương pháp tổng hợp
deoiler ................................................................................................... 28
Chương 2- THỰC NGHIỆM ............................................................................. 35
2.1.Chuẩn bị mẫu nước nhiễm dầu ................................................................ 35
2.1.1. Xác định thành phần nước nhiễm dầu .............................................. 35
2.2.2. Pha mẫu nước nhiễm dầu ................................................................. 36
2.2. Nghiên cứu tổng hợp oligome................................................................ 38
2.2. 1.Nghiên cứu lựa chọn monome............................................................38
2.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm phản ứng trùng ngưng

.............................................................................................................. 40
2.2.3. ......Nghiên cứu đặc tính hoá lý của sản phẩm………………………41
2.3. Nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm phá nhũ .............................................. 41
2.3.1. Lựa chọn dung môi hoa tan. ............................................................. 42
2.3.2. Lựa chọn phụ gia keo tụ đa điện ly................................................... 43
2.3.3. Phụ gia ổn định pH .......................................................................... 43
2.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất phá nhũ đến khả năng xử lý ............... 44
2.3.5. Đánh giá khả năng phá nhũ của hệ hóa phẩm .................................. .44
2.4. Đánh giá khả năng tương tác của hệ hóa phẩm ....................................... 44
2.4.1. Xác định khả năng phân rã sinh học của hệ hoá phẩm phá nhũ
.............................................................................................................. 44

4


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

2.4.2. Đánh giá khả năng tương tác của hệ hóa phẩm với Demulsifier
.............................................................................................................. 45
Chương 3-KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................46
3.1. Xác định thành phần nước nhiễm dầu.......................................................46
3.2. Xác định kích thước nhũ tương...........................................................47
3.3. Kiểm tra độ bền nhũ tương…………………………………………....50
3.4. Đánh giá hiệu quả tách nhũ của sản phẩm thu được…………..…….…..51
3.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm phản ứng trùng ngưng…..52
3.6. Nghiên cứu đặc tính hoá lý của sản phẩm……………….……………55
3.7. Nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm phá nhũ…………………………….58
3.7.1. Lựa chọn dung môi hoa tan…………………………….………….58

3.7.2. Lựa chọn phụ gia keo tụ đa điện ly…………………….………….59
3.7.3. Phụ gia ổn định pH…………………….…………………………..61
3.7.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất phá nhũ đến khả năng xử lý………62
3.7.5. Đánh giá khả năng phá nhũ của hệ hóa phẩm…………………....64
3.8. Đánh giá khả năng tương tác của hệ hóa phẩm……………….……...69
3.8.1. Xác định khả năng phân rã sinh học của hệ hoá phẩm phá nhũ...69
3.8.2. Đánh giá khả năng tương tác của hệ hóa phẩm với Demulsifier....69
3.9. Đề xuất quy trình tổng hợp hệ hóa phẩm phá nhũ trong phòng thí nghiệm
………………………………………………………………………..……....72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... …74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... ..75

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng I.1.1 Một số công nghệ loại bỏ dầu mỡ theo kích thước hạt dầu. ...................... 14
Bảng I.1.2 Bảng so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp đang được
sử dụng để tách dầu khỏi nước thải nhiễm dầu....................................................... 20
Bảng I.1.3. Các công nghệ và thiết bị tách được sử dụng để xử lý nước khai thác 23
Bảng 1.1. Thành phần nước nhiễm dầu các giàn CPP, CTP2, CTP3. ........................ 46
Bảng 1.2. Kết quả đo độ bền nhũ hoá của các mẫu nước thải nhiễm dầu
và mẫu chế tạo ............................................................................................................ 50
Bảng 2.1. Tính chất lý học và kết quả đánh giá sơ bộ hiệu quả tách nhũ của sản
phẩm phản ứn g trùng ngưng thu được .................................................................. 51
Bảng 2.2. Ảnh hưởng nhiệt độ đến khối lượng phân tử trung bình của sản
phẩm .......................................................................................................................... 52
Bảng 2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác đến sản phẩm phản ứng ............................... 53
Bảng 2.4. Thành phần các chất trong hỗn hợp sản phẩm phản ứng ......................... 54
Bảng 2.5. Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử đến khả năng phá nhũ ..................... 55

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu quả phá nhũ của sản phẩm ............... 58
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của phụ gia đến khả năng phá nhũ (theo nồng độ) ................ 59
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của phụ gia đến khả năng phá nhũ (theo thời gian) ................ 60
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả phá nhũ .................................................. 62
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ oligome tới khả năng phá nhũ ............................. 63
Bảng 3.6: Hàm lượng dầu sau xử lý bằng hệ hoá phẩm phá nhũ O4 và O6 .............. 64
Bảng 3.7. Kết quả thử nghiệm hiệu quả xử lý nước thải nhiễm dầu với 7ppm
hệ hoá phẩm phá nhũ – Deoiler O4 và hoá phẩm phá nhũ của Vietsovpetro
đang sử dụng ............................................................................................................. 65
Bảng 4.1. Kết quả thử nghiệm đánh giá khả năng tương thích của Deoiler với
Demulsifier ................................................................................................................ 69
Bảng 5.1. Đặc tính của sản phẩm Deoiler .................................................................... 72

PVN - PVI/CTAT

1


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Phân loại trạng thái của dầu trong nước theo kích thước giọt dầu ............. 10
Hình 1.2 Nhũ tương nước/dầu và nhũ tương dầu/nước .............................................. 13
Hình 1.3 Bể lắng trọng lực API .................................................................................... 15
Hình 1.4 Thiết bị tách dạng tấm gợn sóng ................................................................... 16
Hình 1.5.a Thiết bị tuyển nổi hòa tan khí .................................................................... 17
Hình 1.5.b Thiết bị tuyển nổi phát sinh khí ................................................................. 17
Hình 1.6 Các giọt dầu đông tụ trên bề mặt .................................................................. 17
Hình 1.7 Sơ đồ công nghệ của phân xưởng ETP ......................................................... 25
Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhiễm dầu tại giàn CTP2
của Vietsovpetro ....................................................................................................... 27
Hình 1.9 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhiễm dầu tại giàn CTP3

của Vietsovpetro ....................................................................................................... 27
Hình 1.10 Cơ chế tác động của Deoiler lên nhũ tương O/W ....................................... 29
Hình 1.11 Quá trình điều chế Polyvinylamin .............................................................. 32
Hình 1.12 Cấu trúc cơ bản của PEI ............................................................................. 32
Hình 1.13 Mô tả quá trình tổng hợp poly-DADMAC ................................................. 33
Hình 1.14 Quá trình tổng hợp chung của polyamin mạch thẳng
(poly-dimethylamin-co-epiclohydrin) ...................................................................... 34
Hình 1.15 Công thức cấu tạo của DEA, TEA .............................................................. 35
Hình 2.1 Nhũ tương trong mẫu nước CPP3 ................................................................ 47
Hình 2.2 Nhũ tương trong mẫu nước CTP2 ............................................................... 47
Hình 2.3 Nhũ tương trong mẫu nước CTP3 ................................................................ 47
Hình 2.4 Nhũ tương trong mẫu 400v/p (Có HĐBM) .................................................. 47
Hình 2.5 Nhũ tương trong mẫu 500v/p (Có HĐBM) .................................................. 48
Hình 2.6 Nhũ tương trong mẫu 600v/p (Có HĐBM) ................................................... 48
Hình 2.7 Nhũ tương trong mẫu 700v/p (Có HĐBM) ................................................... 48
Hình 2.8 Nhũ tương trong mẫu 800v/p (CóHĐBM) .................................................... 48
Hình 2.9 Nhũ tương trong mẫu 500v/p (không có HĐBM)......................................... 48
Hình 2.10 Nhũ tương trong mẫu 600v/p (không có HĐBM) ...................................... 48
Hình 2.11 Nhũ tương trong mẫu 700v/p (không có HĐBM) ...................................... 48
Hình 2.12 Nhũ tương trong mẫu 800v/p (Không có HĐBM) ..................................... 48
PVN - PVI/CTAT

1


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Hình 2.13 Độ bền nhũ hóa các mẫu nước thải nhiễm dầu .......................................... 50

Hình 2.14 Sơ đồ thiết bị phản ứng điều chế các oligome ............................................. 39
Hình 2.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng MTB của Oligome ..................... 52
Hình 2.16 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử đến khả năng phá nhũ .................... 55
Hình 2.17 Phổ IR của oligome O4 ................................................................................ 56
Hình 2.18 Phổ IR của oligome O6 ................................................................................ 56
Hình 2.19 Phổ LC-MS của O4 ...................................................................................... 57
Hình 2.20 Phổ LC-MS của O6 ...................................................................................... 57
Hình 2.21 Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu quả phá nhũ của sản phẩm ............... 58
Hình 2.22 Ảnh hưởng của phụ gia keo tụ - đa điện ly đến khả năng phá nhũ ........... 60
Hình 2.23 Ảnh hưởng của phụ gia keo tụ đa điện ly đến thời gian tách nhũ ............. 61
Hình 2.24 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả phá nhũ .................................................. 62
Hình 2.25 Ảnh hưởng của nồng độ chất phá nhũ tới khả năng phá nhũ .................. 63
Hình 2.26a Ảnh bình mẫu trước khi xử lý bằng hệ hoá phẩm phá nhũ O4 ............... 66
Hình 2.26b Ảnh bình mẫu sau khi xử lý với 5ppm deoiler O4 .................................. 67
Hình 2.26c Mẫu nước sau khi xử lý với 10ppm deoiler .............................................. 67
Hình 2.26d Mẫu nước sau khi được xử lý với 20ppm deoiler ..................................... 68
Hình 2.27 Tốc độ phân rã sinh học của hệ hóa phẩm Deoiler .................................... 69
Hình 2.28a Ảnh hưởng của Demulsifier TPS-86318 đến hiệu quả phá nhũ .............. 70
Hình 2.28b Ảnh hưởng của Demulsifier DMO-609 đến hiệu quả phá nhũ ................ 71
Hình 2.29 Quy trình tổng hợp hệ hoá phẩm Deoiler ................................................... 72

6


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn: “Nghiên cứu tổng hợp chất phá nhũ (deoiler) để
xử lý nước nhiễm dầu trong công nghiệp khai thác Dầu khí” là công trình nghiên
cứu của bản thân. Tất cả những thông tin tham khảo dùng trong luận văn lấy từ các
công trình nghiên cứu có liên quan đều được nêu rõ nguồn gốc trong danh mục tài liệu
tham khảo. Các kết quả nghiên cứu đưa ra trong luận văn là hoàn toàn trung thực và
chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.

Ngày

tháng

năm 2014

TÁC-GIẢ

Vũ Diệu Linh

7


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS.Đào Quốc Tùy đã tận tình chỉ
bảo giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm thực nghiệm cũng như hoàn thành luận văn
này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các anh chị cán bộ Phòng thí nghiệm Công

nghệ Lọc Hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ - Viện Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại
học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến bổ ích về
mặt khoa học để tôi hoàn thành luận văn này.

Ngày

tháng

năm 2014

Vũ Diệu Linh

8


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

MỞ ĐẦU
Quá trình khai thác dầu khí sẽ tách, thải ra môi trường một lượng nước có thể
chiếm tới 80% sản lượng khai thác. Lượng nước thải này cần phải được xử lý đạt tiêu
chuẩn môi trường, theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước khai thác từ các công
trình dầu khí trên biển (QCVN 35: 2010/BTNMT) thì giá trị tối đa cho phép của hàm
lượng dầu trong nước khai thác khi thải xuống biển là 10mg/l đối với công trình cách
bờ nhỏ hơn 3 hải lý, 15mg/l đối với công trình cách bờ từ 3-12 hải lý và 40mg/l dầu
trong nước đối với các công trình cách bờ trên 12 hải lý.
Hiện nay, một số phương pháp xử lý nước thải nhũ tương dầu nước đã được áp
dụng như lắng đọng trọng lực, tuyển nổi và phương pháp hóa học. Các phương pháp
lắng trọng lực và tuyển nổi đơn giản, rẻ tiền xong cho năng suất thấp và ít hiệu quả,

phù hợp với quy trình tách dầu ở dạng tự do, dầu phân tán và sơ bộ nguồn nước nhiễm
dầu hàm lượng cao lên đến trên 1000mg/l. Nhũ tương dầu/nước chứa trong nước tách
từ quá trình khai thác có chứa một lượng chất tạo nhũ. Các chất tạo nhũ này làm giảm
sức căng bề mặt và ngăn sự hợp nhất của các giọt dầu. Kết quả là nhũ tương dầu/nước
trong nước thải nhiễm dầu có kích thước nhỏ hơn và bền. Do vây, để tách nhũ trong
nước thải nhiễm dầu nói chung và các đối tượng nước tách từ quá trình khai thác được
triệt để trong thời gian ngắn, cần phải được xử lý kết hợp của các phương pháp cơ học
và hoá học.
Trên thế giới, một số công ty hóa chất đã nghiên cứu và sản xuất ứng dụng các loại
chất phá nhũ dạng polyme cation mạnh làm sạch nước đã cải thiện chất lượng phá vỡ
nhũ dầu nước như DE-161 của Imperial Oilfiel Chemicals Pvt.Ltd, EC-6024A và EC6489A của Nalco, CAS-1851 của Tarakchemicals Pvt. Ltd và một số các công ty khác.
Hiện nay, chúng ta vẫn đang sử dụng chủ yếu các hoá phẩm nhập ngoại, giá thành khá
cao mà vẫn chưa xử lý được triệt để chất tạo nhũ có trong nước thải nhiễm dầu.
Việt Nam hiện chưa có công trình nghiên cứu nào về chất phá nhũ dạng polyme
cho các công trình dầu khí. Chỉ có một số nghiên cứu sản xuất polyme để xử lý nước
thải nhiễm dầu ở khu công nghiệp, hoặc sử dụng các phương pháp vi sinh để xử lý
nhưng cũng mới ứng dụng cho nước thải nhiễm dầu trên đất liền, thời gian xử lý khá
lâu và chưa thực hiện nghiên cứu nào trên giàn khai thác. Vì vậy, việc nghiên cứu tổng
hợp chất phá nhũ dạng polyme mang lại hiệu quả tách nhũ và khả năng phân hủy sinh
học cao sẽ đáp ứng nhu cầu sử dụng cho ngành công nghiệp Dầu khí trong nước và
đảm bảo đầu ra của nước thải khai thác sau khi xử lý đạt quy định của Nhà nước trong
Quy chuẩn QCVN 35:2010/BTNMT ban hành ngày 29/12/2010.

9


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Chương I: TỔNG QUAN
1.1. NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU
Nước thải từ các hoạt động khác nhau của con người (sinh hoạt, công nghiệp, nông
nghiệp) không còn được thải trực tiếp ra môi trường mà phải qua xử lý. Việc xử lý
nước thải nói chung và nước thải nhiễm dầu nói riêng ngày càng được quan tâm do
yêu cầu khắt khe của các quy định về chống ô nhiễm môi trường cũng như tiết kiệm
năng lượng. Để xử lý nước thải, cần thực hiện nhiều công đoạn, bao gồm một chuỗi
các quá trình lý học, hóa học và sinh học. Các quá trình này nhằm thúc đẩy, cải thiện
chất lượng nước thải sau xử lý để có thể sử dụng lại chúng hoặc thải ra môi trường với
các ảnh hưởng nhỏ nhất.
Trong công nghiệp dầu khí (bao gồm các quá trình tìm kiếm thăm dò, khai thác và
chế biến dầu khí) một lượng lớn chất thải nói chung và nước thải nhiễm dầu nói riêng
được tạo ra và sẽ gia tăng theo sản lượng dầu thô khai thác.
Các nguồn gây ô nhiễm nước chính từ hoạt động thăm dò, khai thác và chế biến
dầu khí bao gồm:
- Nước sản xuất (bao gồm nước vỉa, nước bơm ép, nước ngưng, nước từ quá trình
xử lý hóa học).
- Dung dịch khoan, mùn khoan và các hóa chất xử lý giếng.
- Nước xử lý, nước rửa và nước dẫn lưu.
- Rãnh thoát nước, nước thải sinh hoạt.
- Sự cố tràn và rò rỉ.
- Nước làm mát.
Trong đó, nước sản xuất là chất thải có thể tích lớn nhất được tạo ra gắn liền với
các hoạt động sản xuất dầu và khí.
Trong thực tế, dầu hiện diện trong nước thải ở nhiều trạng thái khác nhau, tùy
thuộc vào đường kính của các giọt mà chúng được chia ra thành một trong các loại sau
đây:

Hình 1.1: Phân loại trạng thái của dầu trong nước theo kích thước giọt dầu

10


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Dạng tự do: ở dạng này dầu sẽ nổi lên thành các màng dầu. Dầu tồn tại dưới dạng
các hạt dầu tự do hoặc lẫn với một ít nước, dầu tự do sẽ nổi lên trên bề mặt do trọng
lượng riêng của dầu thấp hơn so với trọng lượng riêng của nước.
Dạng nhũ tương cơ học (dầu phân tán): có 2 loại tuỳ theo đường kính của giọt dầu:
Loại có độ ổn định thấp: kích thước vài chục micromet và loại độ ổn định cao, tương
tự hạt keo: kích thước nhỏ hơn dưới 20 micromet.
Dạng nhũ tương hoá học: là dạng tạo thành do các tác nhân hoá học (xà phòng, xút
ăn da, chất tẩy rửa, Natri) hoặc các hợp chất nhựa, asphalten có trong dầu thô làm thay
đổi sức căng bề mặt và làm ổn định hóa học dầu phân tán.
Dạng hoà tan: phân tử hoà tan như các chất thơm.
2. SỰ HÌNH THÀNH NHŨ TƯƠNG DẦU MỎ
2.1. Sự hình thành nhũ [6, 9, 17, 18, 19, 21, 28]
Nhũ tương dầu/nước được tạo ra từ kết quả của sự tiếp xúc giữa pha dầu và pha
nước trong các quá trình khác nhau. Dầu không tan hoặc là dầu tự do có trong pha
nước cao hơn nồng độ hòa tan của pha dầu trong nước là điều kiện để hình thành nhũ
tương.
Nhũ tương dầu/nước được tạo thành theo hai cách: tạo thành bằng cơ học hay hoá
học.
Nhũ tương được hình thành cơ học: Dầu trộn lẫn nước được di chuyển cùng với
dòng nước thải trong máy bơm nước li tâm, van bướm, máy khuấy, khúc ngoặt dòng
chảy…ở tốc độ chảy cao, nhiệt độ nước thải thay đổi, áp suất thay đổi. Ngoài ra, dầu
có mặt trong dòng nước thải chứa các chất phân tán thô cũng là nguyên nhân cơ học
tạo thành nhũ tương. Phần lớn giọt dầu tạo thành từ nguồn gốc cơ học trong vùng phân

tán có kích thước dưới 60m .
Nhũ tương dầu/nước tạo thành bằng phương pháp hóa học: Do sự tham gia của
chất hoạt động bề mặt trên bề mặt giới hạn phân chia pha. Nhũ tương dầu/nước được
tạo thành do có sự tham gia của các chất hoạt động bề mặt thường có độ ổn định cao
hơn, trong đó độ phân tán của các giọt nhũ được giữ ổn định trong khoảng thời gian
dài.
Sự hình thành nhũ tương dầu/nước trong quá trình cung cấp nước hoặc hơi nước
trong các khu mỏ dầu: để tăng năng suất trong quá trình sản xuất, phải tăng tốc độ
dòng chảy cùng với sự tham gia của các chất polime, chất hoạt động bề mặt hình thành
nên nhũ tương dầu/nước ổn định khá mạnh.

11


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Trên thực tế nhũ dầu/nước có độ bền rất lớn. Có hai yếu tố cơ bản xác định độ bền
của nhũ dầu mỏ, đó là do thế của lớp điện tích trên bề mặt hạt nhũ và sự có mặt của
lớp Solvat hấp phụ trên bề mặt giọt nước phân tán. Khi hạt nhũ ở trạng thái bền vững
nhất thì nó có điện tích thấp nhất. Hạt nhũ bền còn do sự kết hợp của các hạt nhũ với
các chất có hoạt tính bề mặt tự nhiên có trong dầu mỏ và trong thành phần nước biển.
Theo viện sỹ P.A Rebindo, sự hình thành lớp hấp phụ là do có chất ổn định nhũ trong
thành phần dầu như sau [9]:
-

Chất có hoạt tính bề mặt (axit naptennic, axit béo, nhựa thấp) làm hệ phân tán
mạnh và tạo lớp phân tử không cấu trúc trên bề mặt phân cách pha.

-

Các chất có hoạt tính bề mặt không cao (Asphanten, axit và andehit
asspantogennic) tạo lớp cấu trúc ổn định nhũ cao.

- Các chất khoáng và hữu cơ rắn nhờ tính thấm ướt chọn lọc bám dính vào hạt nước
tạo lớp vỏ bọc “bền vững”.
Tùy thuộc vào tính chất nước vỉa, sự có mặt của các chất phân tán (tạp chất cơ học,
tinh thể muối) và hoà tan (ion kim loại) trong nước vỉa cũng hình thành lớp hấp phụ. Như
vậy, độ bền nhũ phụ thuộc vào bản chất của dầu thô, nước tạo nhũ và nhiều yếu tố khác.
2.2. Phân loại nhũ dầu mỏ [20, 21]
Theo cách phân loại hệ phân tán dị thể, nhũ dầu mỏ được chia thành 3 loại chính:
Nhóm 1: Nhũ nghịch: nước trong dầu mỏ (W/O)
Đây là loại nhũ chính, thường gặp trong quá trình khai thác dầu mỏ. Hàm lượng
pha phân tán (nước) trong môi trường phân tán (dầu mỏ) có thể thay đổi từ vết đến
90  95%.
Nhóm 2: Nhũ thuận dầu mỏ trong nước (O/W)
Nhũ này tạo thành trong quá trình phá nhũ nghịch (quá trình phá nhũ dầu mỏ),
trong quá trình tác động nhiệt hơi nước lên vỉa và trong quá trình xử lý nước thải.
Nhũ tương dầu nước có nhóm ưa nước quay ra ngoài và nhóm kị nước quay vào trong.
Do đó, để xử lý nhũ thuận cần sử dụng hệ chất có tính ưa nước, có tác dụng kết hợp lôi
kéo phần ưa nước khỏi bề mặt hạt nhũ tương thuận tạo điều kiện kết cụm dầu lại thành
khối lớn để nổi lên.
Nhóm 3: Nhũ hỗn hợp.
Nhũ này có thể là nhũ thuận hoặc nhũ nghịch, trong đó pha phân tán cũng là nhũ
chứa các hạt nhỏ của môi trường phân tán. Nhũ này có thể xuất hiện khi đồng thời có
trong hệ hai chất tạo nhũ có tác động trái ngược nhau. Nhũ này đặc trưng bởi hàm
12

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

lượng tạp chất cơ học cao và rất khó phá. Nhũ này tích tụ trên ranh giới phân pha trong
các thiết bị xử lý dầu thô và nước, và là nguyên nhân làm gián đoạn công nghệ. Trong
thực tế người ta làm sạch định kỳ thiết bị, loại bỏ lớp nhũ này tích tụ vào các bể chứa
hay bể dầu. Nhũ hỗn hợp được xử lý trong chế độ công nghệ khắt khe hoặc đem đốt.
Hình thái nhũ tương O/W và W/O

Hình 1.2: Nhũ tương nước/dầu và nhũ tương dầu/nước
2.3. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự ổn định và phá vỡ của nhũ tương
a. Ổn định bằng lực đẩy tĩnh điện
Nhũ tương ổn định do lớp màng ở bề mặt phân chia giữa hai pha tích điện. Lớp
điện tích của các giọt nhũ có thể được tạo thành từ 3 cách: do quá trình ion hóa, quá
trình hấp phụ hoặc do sự tiếp xúc giữa giọt với các ion tự do. Khi các chất hấp phụ
trên bề mặt các giọt, các nhóm có khả năng hoà tan trong nước bị ion hóa thành lớp
điện tích kép bao bọc quanh hạt nhũ, tạo nên một hàng rào ngăn cản không cho các
giọt tiếp cận và liên kết với nhau dưới tác dụng của lực hút phân tử. Lớp điện tích kép
gồm hai phần:
- Phần thứ nhất nằm sát trên bề mặt của giọt nhũ tương.
- Phần thứ hai nằm trong dung dịch và có điện tích trái dấu. Gần sát bề mặt phân
chia thì lớp điện tích có mật độ điện tích lớn và có độ dày bằng một lớp ion đơn lớp cố
định tại bề mặt (lớp Helmholtz), càng ra xa thì mật độ điện càng giảm gọi là lớp
khuếch tán Gouy. Mật độ điện tích của lớp khuếch tán giảm theo qui luật của hàm số
mũ. Cả hai lớp điện tích Helmholtz và Gouy tạo thành lớp điện tích kép Stern [14].
b. Ổn định bằng lớp vỏ solvat
Ở bề mặt phân chia pha giữa hạt nhũ O/W với pha liên tục là nước có các hợp chất
cao phân tử, các chất rắn không hoà tan bám dính ở mặt phân chia pha dầu/nước. Các
chất cao phân tử này thường là axit naphtennic, axit béo, nhựa thấp phân tử. Chúng có

tính đa bội của các nhóm kị nước và các nhóm ưa nước, mỗi phân tử gắn với rất nhiều
điểm theo chiều dài phân tử của nó. Các tính chất này làm cho các hạt nhũ O/W ngày
13


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

càng trở nên bền vững và ổn định hơn. Asphanten, các tạp chất cơ học, tinh thể muối và
các ion kim loại có trong thành phần nước, các tác nhân tạo nhũ thuộc nhóm này là các
chất rắn không tan có độ phân tán cao, có khả năng thấm ướt chọn lọc đối với chất
lỏng phân cực hoặc chất lỏng không phân cực đã tạo nên nhũ tương
Vì vậy, muốn phá vỡ sự ổn định của nhũ tương cần:
- Tác động cơ học vào pha phân tán hạt nhũ (khuấy trộn): vì các giọt chất lỏng
chuyển động gần nhau, do ở mỗi giọt tổng các điện tích âm bằng tổng các điện
tích dương, cho nên không có một tương tác điện nào xảy ra cho đến khi lớp ion
hai hạt tiếp xúc với nhau. Khi tiến gần đến nhau hơn nữa, tương tác sẽ thay đổi
đột ngột. Do các lớp vỏ ion lồng vào nhau, lực đẩy sẽ xuất hiện giữa các ion
nghịch của bề mặt tiếp xúc tạo nên sự sắp xếp lại các ion đó trong không gian.
- Bổ sung chất điện ly làm tăng nồng độ ion ngược dấu và nén điện tích kép lại dẫn
đến hiện tượng bán kính lớp khuếch tán giảm làm cho giọt nhũ mất ổn định.
- Bổ sung chất hoạt động bề mặt vào cho lớp màng solvat bị yếu đi làm giảm sức
căng bề mặt hạt nhũ giảm xuống.
3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU TRÊN
THẾ GIỚI [20, 22, 23, 24].
Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu, lựa chọn phương pháp
công nghệ nào để sử dụng để loại bỏ dầu mỡ khỏi nước thải nhiễm dầu tùy thuộc vào
yêu cầu kỹ thuật của nước sau xử lý. Bảng I.1.1 cho biết một số phương pháp điển hình
để xử lý dầu dựa theo kích thước hạt dầu.

Bảng I.1.1. Một số công nghệ loại bỏ dầu mỡ dựa theo kích thước hạt dầu
TT

Công nghệ loại bỏ dầu

Kích thước nhỏ nhất của các
hạt bị loại bỏ (µm)

1

Bể lắng trọng lực API

2

Thiết bị tách dạng tấm gợn sóng

3

Thiết bị tuyển nổi

4

Hydrocyclon

5

Môi trường kết tụ

5

6

Thiết bị lọc

5

7

Thiết bị ly tâm

2

8

Thiết bị hấp thụ

150
40
25 (nếu không sử dụng hóa phẩm)
3-5 (nếu sử dụng hóa phẩm)
10 – 15

0,01

14


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

3.1. Bể lắng trọng lực API
Hình 1.3 là bể lắng trọng lực API, loại thiết bị tách dầu nước đơn giản nhất. Bể này
có thể tách các giọt dầu có kích thước > 150micromet và nồng độ dầu trong nước sau
xử lý đạt 50-100ppm.
Tấm
kiểm tra

Vách ngăn
Cửa xả

Đường
nước vào

Màng dầu

Bùn đặc,
căn dầu

Hình 1.3: Bể lắng trọng lực API
- Thiết kế, vận hành đơn giản nhưng hiệu quả không cao và tốn diện tích. Sau khi
sử dụng bể API bắt buộc phải xử lý tiếp theo bằng các công trình sinh học hoặc
tuyển nổi không khí.
- Hỗn hợp nước thải được đưa vào bể, qua ngăn thứ nhất những lớp dầu sẽ được giữ
lại, hỗn hợp nước bùn chảy qua khe, tại đây bùn được giữ lại bởi hệ thống đập.
Sau đó nước tiếp tục chảy qua ngăn thứ 2 để loại tiếp những lớp dầu còn lại. Cuối
cùng nước sạch qua khe hở của ngăn thứ 2 và được thu ra ngoài.
Công nghệ tách bằng trọng lực phụ thuộc nhiều vào thời gian lưu, thiết kế bể, đặc
tính dầu, các điều kiện vận hành và ảnh hưởng của hóa chất tuyển nổi hoặc chất làm
đông tụ được thêm vào. Thiết bị tách bằng trọng lực không hiệu quả đối với nước chứa

các hạt dầu nhỏ hoặc nhũ tương dầu. Khi kích thước giọt dầu giảm, thời gian lưu buộc
phải tăng để có được hiệu quả tách. Quá trình tách nhờ trọng lực của các giọt nhỏ cũng
đòi hỏi nhiều vốn, chi phí bảo dưỡng và làm sạch cao.
3.2. Thiết bị tách dạng tấm gợn sóng
Thiết bị tách dạng tấm gợn sóng (Hình 1.4) là loại phổ biến nhất trong các loại thiết
bị tách dầu bằng trọng lực. Thiết bị có lắp những mâm tách song song có nếp gấp cách
nhau 20-40mm, đặt nghiêng góc 450 so với dòng vào.

15


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy
Váng dầu

Vách
ngăn
chất
thải rắn

Dòng
vào thiết
bị xử lý

Buồng
hút

Mâm
tách dầu

Nước
đã
xử lý

Cửa xả
sau
xử lý

Bùn
Bùn

Hình 1.4: Thiết bị tách dạng tấm gợn sóng
Thiết bị này có khả năng tách những giọt dầu có kích thước > 60micromet và nồng
độ dầu sau khi đã xử lý đạt từ 10-50ppm. Dãy mâm theo tiêu chuẩn có kích thước
1mx2m có thể xử lý được 30m3 nước thải/giờ.
Hỗn hợp nước dầu được đưa vào hệ thống đi qua bộ mâm tách, tại đây dầu được
giữ lại và các váng dầu sẽ được hớt váng, sau khi ra khỏi bộ mâm tách nước đã được
làm sạch và chảy ra ngoài, hỗn hợp bùn đặc lắng ở phía dưới thiết bị và được đưa ra
ngoài.
Các tấm tôn được sắp xếp lại với nhau nhằm tăng cường hiệu suất của quá trình
tách trọng lực. Các giọt dầu kết hợp lại và tạo thành các giọt lớn hơn do các tấm tôn
cung cấp sắp xếp lại khiến cho đoạn đường để các hạt dầu đi lên tới đỉnh thiết bị tăng
lên. Đây là một công nghệ đơn giản, thiết bị nhỏ gọn, tuy nhiên hiệu quả loại bỏ dầu bị
hạn chế do chỉ loại được những hạt dầu có kích thước từ 40 micromet trở lên. Việc loại
bỏ các hạt dầu có kích thước nhỏ là tương đối khó với thiết bị đơn giản, chị là dạng
tấm gợn sóng.
3.3. Thiết bị tuyển nổi
Thiết bị tuyển nổi khí sử dụng không khí/khí khiến cho tốc độ nổi lên của các dầu
trở nên nhanh hơn. Tỷ trọng của các hạt dầu giảm khi chúng được đính kèm với bọt

khí. Sự giảm tỷ trọng này làm tăng tốc độ nổi lên bề mặt của các giọt dầu. Các mảng
dầu nổi lên trên bề mặt được thu gom.
Có 2 loại hệ tuyển nổi: tuyển nổi hòa tan khí (Hình 1.5.a) và tuyển nổi phát sinh
khí (Hình 1.5.b). Quá trình tuyển nổi hòa tan khí sử dụng một máy nén khí để bơm và
hòa tan không khí vào dòng nước sản xuất. Hệ tuyển nổi phát sinh khí tạo ra các bong
bóng khí nhỏ nhờ hệ thống cơ học, thể lực hoặc tưới. Các bong bóng khí bám chặt vào
các giọt dầu khi chúng di chuyển lên bề mặt. Hiệu quả loại bỏ dầu tăng khi lưu lượng
16


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

lớn hơn hoặc thời gian lưu nhỏ hơn với cùng một tốc độ. Hiệu quả loại bỏ dầu bị hạn
chế khi kích thước giọt dầu > 25µm. Công nghệ đạt được hiệu quả cao nếu có tồn tại
các giọt kích thước nhỏ, hoặc có thêm chất keo tụ và chất đông tụ được đưa vào.
Dòng nước
thải vào

Dòng
chảy
tràn
tuần
hoàn

Đường
nước
xả ra
sau

xử lý

Phao

Không khí

Đường xả
váng dầu
Đường xả
dầu bùn
dầu
và chất rắn

Dòng tái tuần hoàn

Hình 1.5.a: Thiết bị tuyển nổi hòa tan khí

Hình 1.5.b: Thiết bị tuyển nổi phát sinh khí

Hình 1.6: Các giọt dầu đông tụ trên bề mặt
Hệ thống xử lý nước thải nhiễm dầu dựa trên hệ thống tuyển nổi vi bong bóng đã
được phát triển với việc tạo ra các bong bóng có kích thước 5-50µm nhờ thiết bị tạo
bong bóng. Các bong bóng có kích thước nhỏ hơn thì hiệu quả tách dầu từ nước thải
lớn hơn với thể tích bọt thấp hơn.
Các thiết bị tuyển nổi này nếu được sử dụng kết hợp với các hóa chất kết bông và
keo tụ có thể xử lý hàm lượng dầu xuống dưới 10ppm.
3.4. Thiết bị hydrocyclon
Các hydrocyclon tạo ra chuyển động quay của dòng chất lỏng do đó tạo ra lực ly
tâm để đẩy nước nặng hơn ra ngoài và dầu nhẹ hơn vào trung tâm của chóp nón. Nước
tiếp tục đi xuống và ra ngoài. Hiệu ứng trọng lực tăng dẫn đến tốc độ tách tăng. Hiệu

quả tách dầu cao hơn đối với modul nhiều chóp nón.
Các thiết bị loại này dễ sử dụng, hiệu quả thậm chí cả khi nước thải nhiễm nồng độ
dầu cao. Hạn chế khi vận hành thiết bị này là áp suất giảm dọc theo thiết bị lớn, không
loại bỏ được các chất rắn, chi phí bảo dưỡng cao, nhạy cảm với tắc nghẽn do các chất
rắn gây nên.
17


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

3.5. Thiết bị tạo môi trường kết tụ
Thiết bị tạo môi trường kết tụ ưa dầu và kỵ nước ngày càng được sử dụng rộng rãi
để tăng hiệu quả tách dầu nước và cho phép loại bỏ các hạt dầu nhỏ hơn 150µm. Thiết
bị này có khả năng loại bỏ dầu đến nồng độ dầu dưới 5ppm trong nước xử lý khi nồng
độ dầu trong nước đầu vào là 1500ppm.
Quá trình kết tụ cho phép loại bỏ các giọt dầu nhỏ hơn các phương pháp tách nhờ
trọng lực khác. Hiệu quả tách dầu phụ thuộc vào hình dạng của dụng cụ tạo môi
trường, diện tích bề mặt, tỷ trọng nước và dầu, vận tốc và hướng dòng chảy của chất
lỏng. Loại thiết bị này cũng thuận lợi cho việc loại bỏ chất rắn lơ lửng và bùn.
Bằng cách đặt một vật liệu ưa dầu (thu hút dầu) trong dòng nước thải nhiễm dầu,
giọt dầu bị thu hút và tác động lên bề mặt của vật liệu tạo môi trường. Các giọt kết hợp
lại hoặc tích tụ lại thành các giọt lớn hơn. Các giọt tiếp tục phát triển kích thước cho
đến khi đủ lớn và đủ độ nổi để tách ra và đi lên bề mặt nơi chúng sẽ được hớt hoặc
gạn. Chất rắn đi vào thiết bị tạo môi trường kết tụ gặp góc nghiêng 60 o là góc tối ưu để
thúc đẩy sự tích tụ của các hạt nhỏ và chất rắn. Các chất rắn kết khối trượt xuống bề
mặt nghiêng của thiết bị tạo môi trường kết tụ và đọng lại trong bể đựng bùn. Bể đựng
bùn có độ dốc 45o để đảm bảo loại bỏ dễ dàng hoàn toàn lượng bùn tụ lại.
Loại thiết bị này có hạn chế là nhạy cảm với chất rắn. Công nghệ này đòi hỏi phải

vận hành cẩn thận và chi phí vận hành cao do phải thay thế hộp tạo môi trường kết tụ.
Nếu chọn đúng môi trường, các hạt dầu có kích thước 2 µm hoặc lớn hơn có thể được
loại bỏ.
3.6. Thiết bị lọc
Hiện nay có nhiều loại bộ lọc thương mại có khả năng tách dầu từ nước. Loại phổ
biến nhất để loại dầu là cát (Upflow và Downflow), bộ lọc đa môi trường, bộ lọc bằng
vỏ quả óc chó màu đen và bộ trộn Walnut Pecan của Anh.
Bộ lọc vỏ quả óc chó thường được sử dụng làm bộ lọc là vì đây là loại vật liệu rất
kỵ nước và ưa dầu, nghĩa là mặc dù nó thực hiện công việc là kéo dầu ra nhưng nó
không kết hợp hoặc giữ dầu. Do đó, việc làm sạch hệ thống rất dễ dàng.
Bộ lọc đa môi trường ngoài chức năng lọc dầu còn có thể loại bỏ các chất rắn lơ
lửng trong nước. Do thực tế dầu có xu hướng bọc lấy các hạt tạo môi trường giống như
đối với cát do vậy bộ lọc vỏ quả óc chó được sử dụng rộng rãi hơn cả. Thông thường,
loại bộ lọc này có thể loại bỏ 95% các hạt kích thước 5µm và 90% các hạt kích thước
2µm trong dòng nước thải nhiễm dầu.

18


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Tuy nhiên, hầu hết tất cả các bộ lọc (trừ upflow) có một điểm chung là nếu lượng
dầu đưa vào lớn thì bộ lọc sẽ bị tắc một cách nhanh chóng, có thể gây ra sự nứt gãy bộ
lọc và đòi hỏi công sức lớn để làm sạch. Do đó, các dòng thải lớn sẽ đòi hỏi phí xử lý
cao.
3.7. Thiết bị ly tâm
Các thiết bị ly tâm hoạt động trên nguyên tắc vật lý tương tự như hydrocyclon
nhưng khác ở chỗ tiếp tuyến với đầu vào có thể sinh lực ly tâm, các phần chuyển động

tạo ra chuyển động quay. Các thiết bị này có khả năng loại bỏ được cả các chất rắn lơ
lửng. Có thể xử lý được các hạt rắn có kích thước cỡ 2µm. Nhược điểm của loại thiết
bị này là dòng nguyên liệu đầu vào ít và chi phí bảo dưỡng cao.
3.8. Thiết bị hấp phụ
Thông thường loại công nghệ hấp phụ thường dành cho dòng nước thải có nồng độ
dầu thấp (<10ppm) và tốc độ dòng thấp. Loại công nghệ này có rất nhiều kiểu, phổ
biến như hộp lọc, túi lọc, lớp đệm hoặc hộp đựng chất hấp phụ dầu. Các chất hấp phụ
có thể là nhựa, polyme hoặc đất sét, là những chất rất có hiệu quả cho việc loại bỏ dầu,
mỡ và các chất hữu cơ khỏi nước thải. Xử lý hấp phụ bằng các polyme mao quản lớn
(macroporous) sử dụng một cột nhồi có chứa các hạt polyme có kích thước mao quản
từ 0,1 đến 10µm. Các hạt polyme được điền đầy dung môi chiết đặc biệt. Dung môi
này sẽ chiết dầu phân tán và các hợp chất thơm đa vòng từ dòng nước thải nhiễm dầu.
Dòng nước sau xử lý của công nghệ này có thể có nồng độ dầu và chất rắn lơ lửng
(TSS) rất thấp (<2ppm). Tùy thuộc nồng độ dầu và đặc tính của nước thải, lớp chất
hấp phụ phải được thay thế thường xuyên để duy trì điều kiện làm việc tốt nhất. Chi
phí khi sử dụng loại thiết bị này có thể rất cao do việc phải sử dụng nhân công để thay
thế và xử lý lớp hấp thụ. Ngoài ra chất thải chiết ra sau khi sử dụng công nghệ này rất
độc hại cho môi trường. Sự phát sinh tại chỗ của chất lỏng chiết ra được thực hiện
bằng cách tách định kỳ các hydrocacbon chiết ra với dòng hơi nước áp suất thấp.
Theo bảng I.1.2 có thể thấy rằng các phương pháp công nghệ thường được sử dụng
để tách loại dầu khỏi nước thải nhiễm dầu đều có ưu điểm và nhược điểm riêng.
Như vậy, để xử lý (phá vỡ) nhũ tương đạt hiệu quả cao cần phải được thực hiện kết
hợp bởi cả phương pháp công nghệ và hóa phẩm. Do đó, các phương pháp công nghệ
như đã nói ở trên phải được sử dụng kết hợp các hệ chất hóa học, còn gọi là chất phá
nhũ (deoiler).
3.9. So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu

19

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Bảng I.1.2. Bảng so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp đang được sử dụng để tách dầu khỏi nước thải nhiễm dầu
Công nghệ
xử lý
Thiết bị
tách bằng
tấm gợn
sóng

Mô tả

Ưu điểm

Nhược điểm

Chất thải

Quá trình tách dầu tự Không cần năng lượng, Không hiệu quả đối
do từ nước nhờ hiệu rẻ tiền, hiệu quả để loại bỏ với các phần tử dầu
ứng trọng lực được khối dầu và loại các chất nhỏ, đòi hỏi thời
tăng cường bởi quá rắn lơ lửng, không cần các gian lưu và bảo
trình keo tụ trên bề chi tiết động, công nghệ dưỡng lớn
mặt các tấm lượn này mạnh mẽ và có khả
sóng
năng chống lại những sự
cố tại hiện trường

Các hạt bùn
lơ lửng ở đáy
thiết bị tách

Thiết bị ly Quá trình tách dầu tự Hiệu quả thải loại các hạt Đòi hỏi năng lượng
tâm
do từ nước nhờ lực ly dầu nhỏ và chất rắn lơ quay, phí bảo dưỡng
tâm sinh ra do lửng, thời gian lưu ít hơn, cao
chuyển động quay công suất cao hơn
của xy lanh ly tâm

Các hạt bùn
lơ lửng

Hydrocyclon

Ứng dụng với loại nước
nhiễm dầu
Thu hồi dầu từ nhũ tương hoặc nước
có hàm lượng dầu cao trước khi xả.
Nước sản xuất từ các vỉa dầu truyền
động bằng nước và quá trình bơm ép
nước hầu hết đều có thể là nguyên
liệu đầu vào. Nước có thể chứa
lượng dầu và mỡ tới hơn 1000 mg/L

Tách dầu tự do nhờ Các modun nhỏ gọn, hiệu Đòi hỏi năng lượng
lực ly tâm sinh ra do quả và công suất cao hơn để tạo áp, không
áp suất tiếp tuyến đầu nếu các hạt dầu nhỏ hơn tách chất rắn, dễ tắc
vào của dòng vào

nghẽn,
chi
phí
bảo dưỡng cao hơn

20


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Không cần các chi tiết Sinh ra một lượng
Tuyển nổi Các hạt dầu bám vào
động, hiệu quả hơn khi sử lớn không khí, thời
bằng bọt bọt khí và nổi lên bề
Bọt, mảng dầu
dụng chất đông tụ, dễ vận gian lưu để tách, thể
khí
mặt
hành, mạnh mẽ và bền
tích bọt
Thải dầu tự do hoặc
Không cần năng lượng, dễ Sử dụng dung môi,
Quá trình dầu hòa tan nhờ dung
vận hành, loại bỏ được xử lý chiết, tái sinh
chiết
môi hydrocacbon nhẹ
dầu hòa tan
dung môi

hơn
Cung cấp chất
Các chất oxi hóa
Dễ vận hành, hiệu quả cho hóa tại chỗ,
Ozon/H2O2 mạnh sẽ oxi hóa các
việ tiền xử lý các thành trình tách kết
/ O2
tạp chất hòa tan và
phần hòa tan
sản phẩm phụ
loại kết tủa tạo ra
CO2,

Dung môi

oxi
quá
Các chất kết tủa
tủa,
rắn ở dạng bùn
như

Các chất hấp thụ sẽ
Thời gian lưu lớn, ít Chất hấp thụ đã
Quá trình
Modun nhỏ gọn, rẻ, hiệu
hấp thụ các tạp chất
hiệu quả với nồng qua sử dụng, chất
hấp phụ
quả

từ dòng vào
độ đầu vào cao
thải chiết ra

Dầu được loại ra từ nước với hàm
lượng dầu mỡ nhỏ (< 1000 mg/L)
hoặc vết dầu mỡ trước khi đi vào
dòng công nghệ màng hấp phụ. Mỏ
dầu và mỏ khí tự nhiên có nguồn
gốc sinh nhiệt chứa lượng
hydrocacbon lỏng dạng vết. Khí tự
nhiên có nguồn gốc thực vật như
CBNG có thể không chứa chất lỏng
nhưng khi bơm lên bề mặt, nước
chiếm vị trí của chất bôi trơn từ bơm

21


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

4. TÌNH HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM
Để khai thác một thể tích dầu thô, trên thực tế phải tiếp nhận và xử lý 3 thể tích
nước thải nhiễm dầu (NTND) còn được gọi là nước khai thác. Với phép tính đơn giản
Việt Nam hiện nay hàng năm khai thác khoảng 21-23 triệu tấn dầu qui đổi, như vậy
lượng nước khai thác - NTND mà hàng năm chúng ta phải tiếp thu và xử lý là lớn tới
nhường nào? Vì vậy xử lý nước khai thác đã trở thành công việc xử lý NTND lớn nhất
trong ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam hiện nay. Ngoài ra hiện nay hàng loạt các

dự án thuộc khâu hạ nguồn của công nghiệp dầu khí Việt Nam cũng đang triển khai và
sẽ được đưa vào vận hành. Các dự án này cũng đang và sẽ sản sinh ra một lượng lớn
NTND cần xử lý. Ở phần tiếp theo chúng tôi đề cập tới việc xử lý các loại NTND của
một số đơn vị sản xuất của PetroVietnam nhằm xây dựng bức tranh về hiện trạng việc
xử lý NTND từ khâu thăm dò khai thác dầu khí, các dịch vụ kỹ thuật dầu khí và lọc dầu
ở tập đoàn kinh tế lớn nhất Việt Nam.
4.1. Xử lý nước khai thác tại mỏ Sư tử đen của liên doanh điều hành
Cửu Long JOC [4].
Như chúng ta đã biết, nước khai thác là nguồn NTND lớn nhất cần được xử lý của
công nghiệp dầu khí Việt Nam hiện nay. Đây là nguồn NTND trong quá trình thăm dò
và khai thác dầu khí. Công việc thăm dò và khai thác dầu khí ở Việt Nam hiện nay chủ
yếu thực hiện ngoài thềm lục địa nên dầu trong nước thải nhiễm dầu sẽ được xử lý đến
nồng độ 40ppm trước khi thải xuống biển theo tiêu chuẩn môi trường của Việt nam và
phù hợp với qui định của tổ chức hàng hải quốc tế IMO. Hiện tại các công nghệ và
thiết bị tham gia vào công việc thăm dò và khai thác dầu khí ở Việt Nam là công nghệ
và thiết bị nhập từ các vùng lãnh thổ khác nhau trên thế giới. Công nghệ xử lý và thu
hồi dầu từ nước khai thác không phải là một ngoại lệ. Vì vậy, công nghệ và thiết bị để
xử lý nước khai thác cho công đoạn thăm dò và khai thác dầu khí ở Việt Nam đều nằm
trong chuỗi công nghệ và thiết bị tách dầu được mô tả ở phần I, mục III ở trên. Các
công nghệ và thiết bị xử lý nước thải nhiễm dầu được dùng ở Việt Nam thay đổi tuỳ
thuộc vào từng nhà thầu và vào từng công đoạn sản xuất khác nhau mà họ thực hiện
như giai đoạn thăm dò hay giai đoạn khai thác mỏ… Tuy vậy, đều thống nhất một
điểm là các công nghệ và thiết bị xử lý thu hồi dầu từ nước vỉa đều có liên quan tới
kích thước giọt dầu tồn tại trong nước vỉa như được trình bày ở bảng sau đây [1].
Sau đây sẽ là mô tả kỹ hơn hệ thống xử lý nước khai thác được thực hiện ở mỏ dầu
Sư tử Đen, một trong những mỏ dầu lớn đang khai thác dầu ở bồn trũng Cửu Long
nằm ở trên thềm lục địa Nam Việt Nam.

22