新疆油田百重7井區(qū)稠油污水處理藥劑的研究

唐麗

新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油化學(xué)工程系

新疆油田百重7井區(qū)稠油污水處理藥劑的研究

唐麗

新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油化學(xué)工程系

針對新疆油田百重7井區(qū)稠油污水中油、懸浮物含量高，波動大，含油乳化程度高，懸浮物分散程度高的特點，通過室內(nèi)研究，從水處理藥劑篩選入手，研制開發(fā)了以有機聚合物為主劑的新型耐溫混凝劑KL－401及其配套助凝劑，并將篩選的藥劑應(yīng)用于百重7井區(qū)稠油污水水處理系統(tǒng)，有效地提高了該區(qū)塊含油污水的凈化效率。處理后的含油污水水質(zhì)全面達標(biāo)，達到了回注稀油油田和回注鍋爐的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

稠油污水 混凝劑 篩選 達標(biāo)

新疆油田百重7井區(qū)稠油污水處理站處理的采出污水主要特點是水溫高（65～75℃，油田采出水一般≤35℃）；污水含油乳化程度高（≤20μm的油珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69.3%）；懸浮物分散程度高；污水中油、懸浮物含量波動劇烈。同時，該污水中含泥質(zhì)砂，易與水形成亞穩(wěn)定狀態(tài)；污水中含油黏度大，密度與水接近，乳化油水化膜厚，且以W／O和O／W各種形式存在于水中，這樣就增加了污水處理藥劑篩選的難度。本文針對百重7井區(qū)的水質(zhì)特點，對污水處理藥劑進行了篩選和研制。

1 百重7井區(qū)稠油污水水質(zhì)概況

1.1 水質(zhì)全分析

百重7井區(qū)稠油污水水質(zhì)全分析結(jié)果見表1。

由表1分析結(jié)果可知，百重7井區(qū)稠油污水礦化度為2 000mg／L左右，屬中低礦化度水，低鈣、鎂，碳酸氫鈉型，pH值＝7～8，水溫較高，為60～80℃。

表1 百重7井區(qū)稠油污水水質(zhì)全分析結(jié)果Table 1 Characteristics of the heavy oil sewage in Baizhong 7 well block

1.2 來水指標(biāo)分析

百重7井區(qū)稠油污水處理系統(tǒng)來水的10項指標(biāo)部分監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

表2 百重7井區(qū)稠油污水處理系統(tǒng)來水10項指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果Table 2 Monitoring results of the 10indicators of the water from heavy oil sewage treatment system in Baizhong 7 well block

從表2可以看出，百重7井區(qū)稠油污水中油、懸浮物含量超標(biāo)，溶解氧、侵蝕性CO2、細(xì)菌含量不超標(biāo)，總鐵、硫化物含量總體達標(biāo)，但偶然有超標(biāo)現(xiàn)象；失鈣率22%；腐蝕率在0.2%以下。

1.3 水質(zhì)特點

1.3.1 油、懸浮物含量波動大

百重7井區(qū)含油污水中油、懸浮物含量波動非常大，從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，ρ（油）變化范圍為5.2～2 201 mg／L，ρ（懸浮物）變化范圍為14.0～2 711.0mg／L，甚至更大。ρ（油）、ρ（懸浮物）的波動常常超出工藝設(shè)計中重力除油罐進口ρ（油）≤1 000mg／L、ρ（懸浮物）≤500mg／L的要求，對工藝系統(tǒng)的正常要求造成很大的沖擊，增加了污水處理難度。

1.3.2 含油乳化程度高

粒徑＜10μm的油珠占總含油的76.61%，且稠油與水的密度差小，這部分含油很難靠重力沉降去除，給污水處理帶來很大的困難。

1.3.3 懸浮物分散程度高

百重7井區(qū)稠油污水懸浮物含量較高，波動范圍大，懸浮物分散程度很高，沉降20天后僅有56%的懸浮物、58%的含油可依靠重力沉降被去除，其余部分仍然存留在污水中。懸浮物的高分散性，直接對混凝劑的凈水作用產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2 水處理藥劑的篩選

由水質(zhì)分析得知，百重7井區(qū)稠油污水處理最主要的問題是：①去除含油和懸浮物；②抑制細(xì)菌繁殖、腐蝕和結(jié)垢。

所以，對緩蝕阻垢劑、凈水藥劑、浮選劑等進行了室內(nèi)篩選。

2.1 緩蝕阻垢劑及殺菌劑的篩選［1］

油田含油污水中含有溶解氧、H2S、CO2等腐蝕性氣體，它們對污水處理系統(tǒng)及回注污水系統(tǒng)的鋼管線及設(shè)施普遍存在著腐蝕現(xiàn)象。通過水質(zhì)分析得知，百重7井區(qū)稠油污水的腐蝕性不是很強，平均腐蝕速率0.182 2mm／a，結(jié)垢也不是很嚴(yán)重，因此腐蝕結(jié)垢的控制相對容易。通過篩選實驗，選出了使用效果較好的KL－0308緩蝕阻垢劑，實驗結(jié)果見表3。

表3 緩蝕劑篩選實驗結(jié)果Table 3 Experimental results of corrosion inhibitor screening

由表3實驗結(jié)果可知，KL－0308緩蝕阻垢劑緩蝕、阻垢使用效果均較好。鑒于百重7井區(qū)稠油污水鈣含量較低，通過實驗，KL－0308的阻垢率也達到了62.3%。因此，現(xiàn)場只投加KL－0308即可。

2.2 殺菌劑的篩選

油田污水中危害最大的細(xì)菌是硫酸鹽還原菌和黏泥形成菌（也稱腐生菌或細(xì)菌總數(shù)）。這些細(xì)菌在油田水系統(tǒng)中存在的主要部位為：①水管線的滯留點如彎頭、閘門、水表等處，也存在于垢下或管底沉積物中能夠局部形成厭氧的環(huán)境中；②各種水罐罐壁垢下及罐底淤泥中；③濾罐濾料及墊層中；④回注污水的注水井油管和套管環(huán)形空間中。

由于硫酸鹽還原菌生長和繁殖范圍pH值為7.0～7.5，適宜的生長溫度為中溫25～35℃，高溫55～60℃。所以，殺菌劑使用時除了必須考慮pH值、溫度對殺菌劑的影響外，還要考慮殺菌劑與混凝劑、阻垢劑、緩蝕劑等其他助劑的配伍性和使用一段時間后的抗藥性等因素。

雖然，百重7井區(qū)稠油污水細(xì)菌含量較低，但為確保處理后水質(zhì)全面達標(biāo)，對系列殺菌劑（30℃，放置4天后）進行了評價，從篩選結(jié)果看，KL－204殺菌效果比較突出。但由于百重7井區(qū)稠油污水水溫較高，細(xì)菌含量較少，是否投加殺菌劑控制細(xì)菌含量需待工藝正常運行后才能確定。

2.3 混凝劑的篩選和研制

2.3.1 混凝劑的篩選

2.3.1.1 國內(nèi)常用的混凝劑

常用的混凝劑（又稱凈水劑和絮凝劑）分為無機混凝劑和有機混凝劑［2－3］。按照電荷不同，有機混凝劑又分為3類，即陰離子型高分子混凝劑、陽離子型高分子混凝劑、非離子型高分子混凝劑。

特別是陽離子高分子混凝劑近幾年在現(xiàn)場應(yīng)用較廣泛。例如，陽離子聚丙烯酰胺類混凝劑CPAM，該混凝劑可與水中的微粒同時起到電中和吸附架橋作用，從而使污水中的微粒脫穩(wěn)、絮凝而達到良好的處理效果。還有聚二甲基二烯丙基氯化銨類混凝劑［4－5］，該類混凝劑包括二甲基二烯丙基氯化銨的均聚物（PDM）和P（DM－AM）即DM與AM的共聚物。它們具有很高的電荷密度，極易溶于水并具有優(yōu)良的破乳絮凝性能，為季銨鹽型強陽離子型聚合物，該混凝劑主要通過帶強陽離子電荷的大分子鏈進行中和、吸附、架橋來完成絮凝過程。通常，PDM平均分子量為（3～5）×104，其正電荷密度高，壓縮雙電層、中和顆粒表面電荷能力強，但分子量較低，絮體體積相對較小，沉降慢，滿足不了快速沉降的要求。但P（DM－AM）共聚物的特點是分子中陽離子聚合度可根據(jù)需要調(diào)整，分子量也可根據(jù)需要來控制。它既能滿足PAM分子量高、“橋聯(lián)”能力強、形成絮體大的要求，也能兼?zhèn)銹DM中和膠體粒子表面電荷、壓縮雙電層的要求。另外，改性淀粉類混凝劑是對淀粉進行陽離子改性后，其活性基團數(shù)目大大增加，聚合物呈枝化結(jié)構(gòu)，分散的絮凝基團對懸浮體系中顆粒物有較強的捕捉與促沉作用。

2.3.1.2 混凝劑的作用機理及影響因素

重力沉降除油后污水中的一般浮油全部除去，10 μm以上的分散油也全部除去，水中主要含有乳化油及小顆粒的懸浮物。這就需要通過投加混凝劑（凈水劑）去除?；炷齽┠艹ニ械哪z體主要是通過以下作用機理：吸附作用、中和作用、表面接觸作用、過濾作用。

為提高混凝效果往往還需要投加助凝劑，其作用是：加速混凝過程，加大絮凝顆粒的密度和重量，使其更迅速沉淀。并加強黏結(jié)和架橋作用，使絮凝顆粒粗大且有較大表面，可充分發(fā)揮吸附卷帶作用，提高澄清效果。

常用的助凝劑有兩類，即：①調(diào)節(jié)和改善混凝條件的助凝劑，如：CaO、Ca（OH）2、Na2CO3、NaHCO3；②改善絮凝體結(jié)構(gòu)的高分子助凝劑，如PAM、骨膠、海藻酸鈉、活性硅酸等。

另外，影響混凝效果的因素還有：①水溫，通?；炷罴褱囟葹?0～29℃；②水的pH值和堿度；③水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度；④污水處理工藝；⑤水流速度；⑥混凝劑、助凝劑投加時間間隔等。

表4列出的是油田常用的混凝劑對百重7井區(qū)含油污水的凈水效果。

由表4可知，要取得較好的凈水效果，混凝劑的加藥量至少要大于500mg／L，這遠(yuǎn)高于混凝劑的常規(guī)加藥量，無論從水處理工藝要求還是污水處理成本控制來說，都是不能接受的。

表4 百重7井區(qū)含油污水的混凝劑篩選結(jié)果Table 4 Coagulant screening results of oily wastewater in Baizhong 7 well block

2.3.2 水質(zhì)凈化難點

由于百重7井區(qū)稠油污水懸浮物分散程度高，含油乳化程度高，油、懸浮物以極細(xì)小的狀態(tài)存在于含油污水中，熱力學(xué)狀態(tài)十分穩(wěn)定。所以，常規(guī)無機混凝劑在極大加藥量時也無明顯的凈水效果。

若污水中的油、懸浮物不能有效去除，殺菌、緩蝕、防垢等藥劑就無法起到預(yù)期作用，過濾系統(tǒng)工作也無法保證，含油污水處理達標(biāo)根本不可能。為保證百重7井區(qū)稠油污水處理達標(biāo)回注工作正常進行，必須針對百重7井區(qū)稠油污水的水質(zhì)特點，研制、篩選適宜的混凝藥劑。

2.3.3 混凝劑的研制

根據(jù)百重7井區(qū)稠油污水的水質(zhì)特點，有針對性地研制出一種有機陽離子類高分子聚合物耐溫混凝劑KL－401，有效地解決了百重7井區(qū)污水處理的凈水難題。該有機陽離子聚合物的分子為鏈狀，帶有較多的陽離子基團，具有電性中和能力強、吸附聚結(jié)能力強的特點。由于其為鏈狀聚合物，因此具有比無機混凝劑耐溫性好的特點。

2.3.4 KL－401的評價及配套藥劑的篩選

KL－401混凝劑與常規(guī)無機混凝劑凈水效果見表5。對KL－401混凝劑與其他陽離子混凝劑凈水效果也進行了比較，結(jié)果見表6。

由表5、表6可知，KL－401混凝劑與其他藥劑相比，優(yōu)勢明顯，其加量少，凈化效果好。同時，篩選了與KL－401混凝劑配套的助凝劑，其結(jié)果見表7。

通過上述藥劑研制、篩選試驗，確定了百重7井區(qū)稠油污水處理所用的凈水藥劑，即：耐溫混凝劑KL－401與助凝劑KW－01（4＃）。

表5 KL－401混凝劑與常規(guī)無機混凝劑凈水效果比較Table 5 Comparison of KL－401 coagulant and conventional inorganic coagulant in water purification effects

表6 KL－401混凝劑與其他陽離子混凝劑凈水效果比較Table 6 Comparison between KL－401 coagulant and other cationic coagulant in water purification effects

表7 KL－401配套助凝劑篩選結(jié)果Table 7 Screening results of KL－401 coagulant aid

3 耐溫混凝劑KL－401和助凝劑KW－01的現(xiàn)場應(yīng)用效果

3.1 稠油污水處理化學(xué)藥劑投加方案

由于百重7井區(qū)污水水質(zhì)波動極大，為確保污水處理達標(biāo)，確定了幾個加藥點和投加方案。投加方案見表8。

表8 百重7井區(qū)稠油污水化學(xué)處理劑投加方案Table 8 Addition solution of chemical treatment agents for heavy oil sewage in Baizhong 7 well block

3.2 重力除油罐效果監(jiān)測

百重7井區(qū)稠油污水處理系統(tǒng)工藝流程如下：

稠油污水→2×2 000m3重力除油罐→2×2 000 m3混凝沉降罐→2×300m3污水緩沖罐→提升泵→核桃殼過濾器→雙濾料過濾器→注水罐。

重力除油灌主要依靠重力作用除油及懸浮物，其運行效果直接影響后續(xù)水處理工作。

表9所列為現(xiàn)場試驗中重力除油灌進、出口油、懸浮物含量部分監(jiān)測數(shù)據(jù)。

表9 重力除油灌進、出口油、懸浮物含量監(jiān)測結(jié)果表Table 9 Monitoring results of the oil and suspended solis content at the inlet and outlet of the gravity oil removal tank

由于百重7井區(qū)稠油污水中油、懸浮物含量波動較大，表9列出了來水中油、懸浮物含量處于高、中、低時，重力除油灌進、出口的水質(zhì)情況。從表9可以看出，百重7井區(qū)稠油處理站來水符合百聯(lián)站稠油污水處理系統(tǒng)水質(zhì)要求（ρ（油）≤1 000mg／L、ρ（懸浮物）≤500mg／L），重力除油灌的出水完全可以滿足工藝設(shè)計的ρ（油）≤300mg／L、ρ（懸浮物）≤300mg／L的要求；當(dāng)來水中油和懸浮物含量超標(biāo)時，大多數(shù)情況下水質(zhì)也能達到設(shè)計要求。

3.3 混凝沉降罐效果監(jiān)測

結(jié)合重力除油－混凝沉降－過濾的3段處理工藝，在污水處理系統(tǒng)混凝沉降罐的進口設(shè)計了3個加藥點，投加混凝劑、助凝劑。并隨著百重7井區(qū)稠油污水水質(zhì)波動及時對配方進行調(diào)整。嚴(yán)格按室內(nèi)篩選結(jié)果投加藥劑，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表10。

表10 混凝沉降罐進、出口油、懸浮物含量監(jiān)測結(jié)果Table 10 Monitoring results of the oil and suspended solids contents at the inlet and outlet of the coagulation sedimentation tank

表10列舉的數(shù)據(jù)中，混凝沉降罐進口ρ（油）為1～605mg／L、ρ（懸浮物）為7～821mg／L。從監(jiān)測結(jié)果看，即使在ρ（油）遠(yuǎn)大于300mg／L，ρ（懸浮物）遠(yuǎn)大于300mg／L的進水水質(zhì)的情況下，通過凈水藥劑及混凝沉降罐的雙重作用，出水的水質(zhì)ρ（油）均能保持在＜10mg／L、ρ（懸浮物）也能保持在＜20mg／L，完全能夠滿足核桃殼過濾器進水ρ（油）≤100mg／L、ρ（懸浮物）≤50mg／L的要求。

3.4 過濾器出口注水指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果

結(jié)合百重7井區(qū)油田污水處理系統(tǒng)，耐溫混凝劑KL－401與混凝工藝結(jié)合良好，凈水效果好。精細(xì)過濾器出口注水指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果見表11。

從表11數(shù)據(jù)可知，處理后的百重7井區(qū)稠油污水各項指標(biāo)均達到了克拉瑪依注水指標(biāo)的要求。

表11 精細(xì)過濾器出口注水指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果Table 11 Monitoring results of the injection indices at the outlet of the fine filter

4 結(jié)語

（1）根據(jù)百重7井區(qū)稠油污水的水質(zhì)特點，選用有機陽離子聚合物KL－401混凝劑比無機混凝劑和其他有機混凝劑有更好的凈水效果。

（2）結(jié)合除油－混凝沉降－過濾的3段處理工藝，KL－401混凝劑與助凝劑KW－01配套，且與混凝工藝結(jié)合良好，再選用緩蝕阻垢劑KL－0308及殺菌劑KL－204，凈水效果極佳。

［1］李化民，蘇顯舉.油田含油污水處理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1992.

［2］盧琦敏.石油工業(yè)中腐蝕與防護［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［3］張?zhí)?，李龍，趙德銀，等.含硼多核無機有機高分子混凝劑的制備及表征［J］.石油與天然氣化工，2012，41（4）：445－447.

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Research on chemicals for heavy oil sewage treatment in Baizhong 7 well block of Xinjiang Oilfield

Tang Li
（Petroleum Chemical Engineering Department of Xinjiang Karamay Vocational and Technical College，Karamay834000，China）

In view of the characteristics of high heavy oil sewage and suspended solids contents，great fluctuation of water quality，high oil emulsification degree，and high dispersion degree of suspended solids in heavy oil sewage of Baizhong 7well block，the indoor research were carried out beginning with water treatment chemicals selection.During the process，a new heat－resistant organic polymer coagulant KL－401and its coagulant aid were developed and applied to the treatment system of heavy oil sewage in Baizhong 7well block.The results showed that purification efficiency of the oily sewage improved in the well block and the discharge reached the standard of reinjection thin oil fields and reinjection the boiler.

heavy oil wastewater，coagulant，screening，up to standard

X741

A

10.3969／j.issn.1007－3426.2015.05.022

唐麗（1965－），女，上海嘉定人，克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，化學(xué)工程碩士，主要從事油田應(yīng)用化學(xué)和鉆井液研究。E－mail：tl19901024＠163.com

2014－10－27；編輯：鐘國利