有機硅改性破乳-絮凝劑在含油污水處理中的應用

嚴 良，楊敬一，徐心茹

（華東理工大學 化工學院石油加工研究所，上海 200237）

有機硅改性破乳-絮凝劑在含油污水處理中的應用

嚴 良，楊敬一，徐心茹

（華東理工大學 化工學院石油加工研究所，上海 200237）

采用破乳-絮凝法結合有機硅表面活性劑處理塔里木油田含油污水，以水樣的油含量、Zeta電位、顯微照片、界面張力為考察參數，得到一種新型水處理劑NP-22。NP-22為有機硅改性破乳-絮凝劑，其配方為破乳-絮凝劑YL-7和有機硅表面活性劑321的質量比95∶15。在NP-22加入量90 mg/L、反應溫度45 ℃、沉降時間90 min的優(yōu)化條件下處理含油污水，水樣的油含量由728.8 mg/L降至34.3 mg/L，除油率達95.3%。有機硅表面活性劑321可有效降低油水界面張力，與YL-7復合使用，可取得更好的除油效果。

破乳；絮凝；有機硅表面活性劑；含油污水；除油；Zeta電位；界面張力

當前，石油開采已進入高含水階段，含油污水量不斷增加。若含油污水處理不當或不充分，不僅會造成資源的浪費，還會造成嚴重的環(huán)境污染，影響人們的日常生活。因此，有效處理含油污水，已成為油田開發(fā)中亟待解決的問題。

含油污水多采用重力沉降法［1］、混凝法［2-3］、浮選法［4-5］、破乳法［6-7］、膜分離法［8-10］和絮凝法［11-15］進行處理。絮凝法作為最有效的油田污水處理方法，具有絮凝劑用量少、除油效果好、對設備腐蝕少等優(yōu)點［16-18］。

近年來，有機硅表面活性劑在國內的應用研究有較大進展。有機硅結構中既含有有機基團，又含有元素硅，因而不但具有一般烴類表面活性劑較高的表面活性，而且具有無機物二氧化硅的耐高低溫、耐氣候老化、無毒無腐蝕和生理惰性等優(yōu)異性能。在石油開采和生產過程中，使用有機硅表面活性劑對原油進行破乳和脫水，用量少，效率高［19］。

本工作采用破乳-絮凝法結合有機硅表面活性劑處理塔里木油田含油污水，以水樣的油含量、Zeta電位、顯微照片、界面張力為考察參數，得到一種新型水處理劑NP-22。

1 實驗部分

1.1 試劑、材料和儀器

陽離子破乳劑LY：乙二胺、四乙烯五胺與環(huán)氧氯丙烷聚合物，工業(yè)級，上海四達石油化工科技有限公司；聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）：工業(yè)級，海寧市黃山化工有限公司；聚合氯化鋁（PAC）：工業(yè)級，天津市津達正通環(huán)?？萍加邢薰荆挥袡C硅表面活性劑：工業(yè)級，邁圖高新材料集團。

破乳-絮凝劑YL-7［20］：按LY，PDMDAAC，PAC的質量比為10∶3∶3配制，對Zeta電位帶負電的含油污水有顯著凈化效果。

含油污水、原油：取自塔里木油田，試樣性質見表1。

表1 試樣性質

UV751-GD型紫外分光光度計：上海欣益儀器儀表有限公司；JS94H2型微電泳儀：上海中晨有限公司；XSP-8c型生物雙目顯微鏡：上海精密儀器有限公司；JK99B型全自動界面張力儀：上海中晨有限公司。

1.2 實驗方法

按照SY/T 5281—2000《原油破乳劑使用性能檢測方法（瓶試法）》［21］，取50 mL水樣于刻度瓶中，加入一定量的YL-7和有機硅表面活性劑，在一定溫度下反應一段時間，取樣測定。

1.3 分析方法

采用紫外分光光度法，由油樣得到最佳吸收波長261 nm及標準曲線，進而得到水樣的油含量［22］。

采用微電泳儀測定Zeta電位；采用生物雙目顯微鏡觀察顯微界面的液滴分布；采用全自動界面張力儀測定油水界面張力。

2 結果與討論

2.1 有機硅表面活性劑的篩選

在YL-7加入量為90 mg/L、有機硅表面活性劑加入量為20 mg/L、反應溫度50 ℃、沉降時間120 min的條件下，對有機硅表面活性劑進行篩選，實驗結果見表2。由表2可見，YL-7與有機硅表面活性劑321（以下簡稱有機硅321）復合使用，水樣的油含量降至最低，為33.4 mg/L，除油率達95.4%。因此，選擇有機硅321為實驗用表面活性劑。

表2 有機硅表面活性劑的篩選實驗結果

2.2 YL-7和有機硅321的配比優(yōu)化

在YL-7和有機硅321的總加入量為110 mg/L、反應溫度50 ℃、沉降時間120 min的條件下，YL-7和有機硅321的質量比對除油效果的影響見表3。由表3可見：隨有機硅321加入量的增加，除油率逐漸增大；當YL-7和有機硅321的質量比為95∶15時，除油率已達95.3%；再增加有機硅321，除油率增幅不明顯。因此，選擇YL-7和有機硅321的質量比為95∶15較適宜。將YL-7和有機硅321按該比例組合成有機硅改性破乳-絮凝劑，從而得到一種新型含油污水處理劑NP-22。

表3 YL-7和有機硅321的質量比對除油效果的影響

2.3 加入量的優(yōu)化

在反應溫度50 ℃、沉降時間120 min的條件下，NP-22加入量對油含量和Zeta電位的影響見圖1。Zeta電位是表征乳狀液穩(wěn)定性的一個重要參數，與乳狀液的穩(wěn)定性密切相關，其大小反應油珠帶電情況。由圖1可見：隨NP-22加入量的增加，水樣的油含量不斷降低，Zeta電位不斷升高；當NP-22加入量為90 mg/L時，油含量降至33.4 mg/ L，Zeta電位升至-8.5 mV；再增加加入量，油含量和Zeta電位均變化較小。因此，選擇NP-22加入量為90 mg/L較適宜。

圖1 NP-22加入量對油含量和Zeta電位的影響● 油含量；■ Zeta電位

2.4 反應溫度的優(yōu)化

在NP-22加入量90 mg/L、沉降時間120 min的條件下，反應溫度對油含量的影響見圖2。由圖2可見：隨溫度的升高，水樣的油含量先逐漸降低；在達到45 ℃后，油含量趨于穩(wěn)定。因此，選擇反應溫度為45 ℃較適宜。

2.5 沉降時間的優(yōu)化

在NP-22加入量90 mg/L、反應溫度45 ℃的條件下，沉降時間對油含量的影響見圖3。由圖3可見：隨沉降時間的延長，水樣的油含量先不斷下降；當沉降時間達到90 min后，油含量趨于穩(wěn)定。因此，選擇沉降時間為90 min較適宜。

圖2 反應溫度對油含量的影響

圖3 沉降時間對油含量的影響

在上述優(yōu)化條件下處理含油污水，水樣的油含量降至34.3 mg/L，除油率達95.3%。

2.6 NP-22作用探討

在上述優(yōu)化條件下，改為單獨加入YL-7，YL-7加入量對油含量和Zeta電位的影響見圖4、對顯微界面液滴分布的影響見圖5。

圖4 YL-7加入量對油含量和Zeta電位的影響

圖5 YL-7加入量對顯微界面液滴分布的影響YL-7加入量/（mg·L-1）：a 0；b 320；c 750

由圖4和圖5可見：未加入YL-7時，顯微界面均勻密集；隨YL-7加入量的增加，油含量先迅速減小后緩慢增大，Zeta電位由負變正；當YL-7加入量增至320 mg/L時，油含量最低，為24.0 mg/L，Zeta電位接近于0，除油率達到96.7%，顯微界面液滴分散分布；繼續(xù)增加YL-7加入量，油含量和Zeta電位均升高，顯微界面液滴又變得密集，乳狀液以另一種穩(wěn)定狀態(tài)存在，難于油水分離。因此，單獨使用YL-7，最佳加入量為320 mg/L，此時可很好發(fā)揮電位中和作用，降低Zeta電位的絕對值。研究發(fā)現：YL-7中，陽離子破乳劑LY主要起到破乳除油作用［20，23］；廣泛應用于污水處理中的絮凝劑PDMDAAC和PAC，主要起到電位中和、架橋和網捕巻掃作用［20，24］。

在上述優(yōu)化條件下，改為單獨加入有機硅321，有機硅321加入量對油含量和Zeta電位的影響見圖6、對顯微界面液滴分布的影響見圖7。由圖6和圖7可見，隨有機硅321加入量的增加，油含量和Zeta電位變化均較小，顯微界面液滴未見減少，說明單獨加入有機硅321，并沒有起到電中和、降低Zeta電位絕對值的作用，因而對含油污水的處理效果不佳。

圖6 有機硅321加入量對油含量和Zeta電位的影響

圖7 有機硅321加入量對顯微界面液滴分布的影響有機硅321加入量/（mg·L-1）：a 0；b 50

在上述優(yōu)化處理條件下，不同試劑處理后水樣的油水界面張力見表4。由表4可見，有機硅321與YL-7復配使用時，界面張力由單獨使用YL-7時的62.00 mN/m降至59.87 mN/m，說明有機硅321有效降低了油水界面張力，從而減弱了油水界面膜強度，減少了YL-7的用量，且能更好地發(fā)揮YL-7的破乳絮凝效果。

表4 不同試劑處理后水樣的油水界面張力

3 結論

a）得到一種新型含油污水處理劑NP-22。NP-22為有機硅改性破乳-絮凝劑，其配方為破乳-絮凝劑YL-7和有機硅321的質量比95∶15。

b）在NP-22加入量90 mg/L、反應溫度45 ℃、沉降時間90 min的優(yōu)化條件下處理含油污水（油含量728.8 mg/L），水樣的油含量降至34.3 mg/L，除油率達95.3%。

c）有機硅321可有效降低油水界面張力，與YL-7復合使用，可取得更好的除油凈水效果。

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（編輯 魏京華）

Application of Organic Silicon Modified Demulsion-Flocculation Agent in Oily Wastewater Treatment

Yan Liang，Yang Jingyi，Xu Xinru
（Petroleum Processing Institute，School of Chemical Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China）

Combining with organic silicone surfactants，the emulsif cation-f occulation process was used for treatment of oily wastewater in Tarim oilfield. Basing on the parameters such as oil content，Zeta potential，microstructure and interfacial tension，a novel water treatment agent NP-22 was obtained. The NP-22 is a organic silicon modif ed demulsion-flocculation agent with 95∶15 of mass ratio of demulsion-flocculation agent YL-7 to organic silicon surfactant 321. After the oily wastewater was treated under the optimum conditions of NP-22 dosage 90 mg/L，reaction temperature 45 ℃ and settlement time 90 min，the oil content of the waster sample is decreased from 728.8 mg/L to 34.3 mg/L，and the oil removal rate reaches 95.3%. Organic silicon surfactants 321 can effectively reduce the oil-water interfacial tension，and when it is used with YL-7，the oil removal effect is better.

demulsif cation；f occulation；organic silicon surfactant；oily wastewater；oil removal；Zeta potential；interfacial tension

X741

A

1006-1878（2015）06-0656-06

2015 - 07 - 16；

2015 - 09 - 07。

嚴良（1989—），男，湖北省咸寧市人，碩士生，電話 13262902219，電郵 yanliangjl@hotmail.com。聯系人：楊敬一，電話 021 - 64252434，電郵 jyyang@ecust.edu.cn。