水驅(qū)油中復(fù)配絮凝劑體系的優(yōu)選及性能研究

謝衛(wèi)紅，唐 龍，朱景義，高清河，李 冰

（1．中國(guó)石油規(guī)劃總院，北京 100083；2．大慶師范學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江省普通高等學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163712）

為了降低石油開采成本，大慶油田選用污水處理回注工藝[1-3]。油田污水成分較復(fù)雜，除含有少量原油外，還含有大量無(wú)機(jī)物和原油生產(chǎn)初加工中加入的各類化學(xué)藥劑。單一的污水處理技術(shù)有局限性，對(duì)污水處理效果不佳。因此，實(shí)際處理采用幾種方法并用，根據(jù)各方法的處理效果及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ)組合，從而達(dá)到最佳的污水處理效果。在污水處理時(shí)，需要加入絮凝劑、混凝劑等化學(xué)藥劑[4-5]。目前，利用絮凝劑和混凝劑處理油井采出污水是最常用的方法之一，該方法操作工藝簡(jiǎn)單，處理速度快[6]， 但絮凝劑和混凝劑的用量大、成本高。因此，本文選取5種混凝劑和6種絮凝劑，分別優(yōu)選出最佳藥劑，然后對(duì)其進(jìn)行配伍性分析，在確定處理污水效果較好的組合后，調(diào)整絮凝劑與混凝劑的濃度，對(duì)絮凝劑混凝劑組合進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用污水為大慶油田采油九廠龍一聯(lián)合站污水，濁度約60.0 mg/L，含油濃度約120.0 mg/L。混凝劑：聚硅鋁鐵GLT、聚硅鋁JC、聚鋁HNLQ、聚鐵KP、聚鋁鐵GYT，由鞏義市東方凈化材料公司提供；絮凝劑：陽(yáng)離子聚丙烯酰胺KP、JC、MT、HNLQ和YLZ，陰離子聚丙烯酰胺YLZ-2，由大慶騰輝有限公司提供。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

ME104E電子天平，HH-8恒溫水浴鍋，HJ-2A數(shù)顯恒溫磁力加熱攪拌器，PHS-3CPH，奧林巴斯電子顯微鏡，D1202粒度及ZeTa電位分析儀，TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(jì)，濁度儀，DR6000分光光度計(jì)，MTXY-ⅠⅠ 懸浮固體測(cè)試儀，HG-1混凝試驗(yàn)儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）實(shí)驗(yàn)介質(zhì)取樣要求。檢驗(yàn)所用的實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為取自采出水處理站絮凝劑加藥點(diǎn)前端的水樣，水樣的保存期不超過(guò)12 h。

（2）藥劑溶液配制。稱取1 g藥品溶于蒸餾水，使用攪拌器攪拌至樣品完全溶解，形成穩(wěn)定的懸浮液。樣品完全溶解后，將稀釋后的樣品移到具塞容器中，密封并貼好標(biāo)簽，藥劑溶液和懸濁液的保存期不超過(guò)24 h。

（3）水樣靜置沉降。稱取水樣加入到燒杯中，將燒杯置于恒溫水浴中預(yù)熱。將兩個(gè)預(yù)熱好的水樣用混凝測(cè)試儀攪拌。將未加藥劑水樣和加絮凝劑藥劑溶液的水樣同時(shí)用混凝測(cè)試儀攪拌。攪拌結(jié)束后，在40 ℃的恒溫水浴箱中靜置，靜置4 h后，抽取中層清液放至1個(gè)燒杯中作為空白靜沉水樣；從加藥水樣中抽取中層清液放至1個(gè)燒杯中作為加藥?kù)o沉水樣。將兩個(gè)燒杯靜置于水溫為40 ℃的水浴箱中，用玻璃棒將水樣攪拌均勻。

（4）采出污水濁度。將充分?jǐn)嚢韬蟮男跄齽w系的采出污水置于比色管中，放置30 min后用濁度儀測(cè)量污水濁度。

（5）采出污水懸浮物固體含量。從空白靜沉水樣中取出100 mL水樣，使用MTXY-ⅠⅠ 懸浮固體測(cè)試儀測(cè)定懸浮物固體含量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 藥劑篩選

以絮凝劑、混凝劑的除油率、去濁率及懸浮固體含量為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，借助實(shí)驗(yàn)材料及儀器，評(píng)價(jià)了油田常用的5種混凝劑和6種絮凝劑對(duì)九廠龍一聯(lián)污水站來(lái)水的絮凝效果。

2.1.1 混凝劑篩選

表1為油田常用的5種不同類型混凝劑單劑的絮凝效果。從表中可以看出，在相同濃度（20 mg/L）下，混凝劑 GLT、JC、HNLQ、KP、GYT的除油率和去濁率都較高，對(duì)油田污水的絮凝效果較好，達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)施工標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)比混凝劑單劑的絮凝效果，HNLQ濃度為20 mg/L時(shí)，出水濁度為7.18 NTU，出水油量為4.77 mg/L，除油率為93.18%，去濁率為86.07%，懸浮物固體含量為 20 mg/L，絮凝效果為最佳。按照絮凝效果高低來(lái)排序，依次為 HNLQ、GYT、KP、GLT、JC。油田現(xiàn)用混凝劑的絮凝效果偏差，用量較高，需對(duì)混凝劑進(jìn)行復(fù)配，充分發(fā)揮不同類型混凝劑的協(xié)同作用。因此，復(fù)配體系選用混凝劑絮凝效果較好的HNLQ、GYT、KP等作為基礎(chǔ)體系。

表1 油田常用混凝劑單劑的絮凝效果

2.1.2 絮凝劑篩選

表2為油田常用的6種不同類型絮凝劑單劑的絮凝效果。從表中可以看出，在相同濃度（1.0 mg/L）下，絮凝劑 KP、JC、MT、HNLQ、YLZ、YLZ-2的除油率和去濁率都較高，對(duì)油田污水的絮凝效果較好，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)施工標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)比絮凝劑單劑絮凝效果，HNLQ濃度為1.0 mg/L時(shí)，出水濁度為14.6 NTU，出水油量為7.8 mg/L，除油率為93.5%，去濁率為75.67%，懸浮物固體含量為 23 mg/L，絮凝效果最佳。按照絮凝效果高低排序，依次為HNLQ、MT、YLZ、YLZ-2、JC、KP。油田現(xiàn)用絮凝劑的絮凝效果偏差，用量較大，需進(jìn)行復(fù)配，充分發(fā)揮不同類型絮凝劑的協(xié)同作用。因此，復(fù)配體系選用絮凝劑絮凝效果較好的 HNLQ、MT、YLZ等作為基礎(chǔ)體系。

表2 油田常用絮凝劑單劑的絮凝效果

2.2 藥劑復(fù)配

2.2.1 混凝劑復(fù)配

將常用的混凝劑單劑HNLQ、GYT、KP、GLT、JC進(jìn)行不同濃度的測(cè)定，觀察混凝劑單劑在加藥濃度不同時(shí)對(duì)油田污水來(lái)水的絮凝效果。

從圖 1、圖 2中可以看出，混凝劑單劑濃度為1～50 mg/L時(shí)，隨著加藥濃度的逐漸增大，污水來(lái)水的去濁率和除油率都逐漸增大，懸浮固體含量逐漸降低，絮凝效果逐漸變好，變化較為明顯?；炷齽﹩蝿?HNLQ、GYT的去濁率、除油率較好，懸浮固體含量較低，絮凝效果較好。

圖1 混凝劑單劑不同濃度下去濁率變化曲線

圖2 混凝劑單劑不同濃度下除油率變化曲線

2.2.2 絮凝劑

將常用的絮凝劑單劑 HNLQ、MT、YLZ、YLZ-2、JC、KP進(jìn)行不同濃度的測(cè)定，觀察絮凝劑單劑在加藥濃度不同時(shí)對(duì)油田污水來(lái)水的絮凝效果。

從圖 3、圖 4中可以看出，絮凝劑單劑濃度為0.1～4.0 mg/L時(shí)，隨著加藥濃度的逐漸增大，油田污水來(lái)水的去濁率和除油率都逐漸增大，懸浮固體含量逐漸降低，絮凝效果逐漸變好，變化較為明顯。絮凝劑單劑MT、HNLQ的去濁率、除油率較好，懸浮固體含量較低，絮凝效果較好。

圖3 油田污水去濁率隨絮凝劑濃度的變化

圖4 油田污水除油率隨絮凝劑濃度的變化

2.3 藥劑復(fù)配評(píng)價(jià)

綜合混凝劑和絮凝劑的絮凝效果及經(jīng)濟(jì)成本，以采油九廠龍一聯(lián)合站采出污水為研究對(duì)象，研究了混凝劑HNLQ、GYT和絮凝劑MT、HNLQ在混凝劑濃度為20 mg/L，絮凝劑濃度分別為0.2 mg/L，0.5 mg/L，1.0 mg/L下復(fù)配體系的絮凝效果。結(jié)果表明，在混凝劑加藥濃度為20 mg/L，絮凝劑加藥濃度分別為0.2 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L時(shí)，不同復(fù)配藥劑處理污水的絮凝效果各不相同。當(dāng)混凝劑濃度不變時(shí)，隨著絮凝劑加藥濃度的增加，油田污水的去濁率和除油率逐漸增大，懸浮物固體含量逐漸降低。由混凝劑和絮凝劑組成的復(fù)配體系的最佳配方為混凝劑GYT 20 mg/L和絮凝劑MT1.0 mg/L，除油率和去濁率分別為97.4%和91.3%，懸浮物固體含量為12 mg/L。

混凝劑的作用是增強(qiáng)復(fù)配體系的吸附架橋和電性中和作用，當(dāng)混凝劑濃度較小時(shí)，吸附架橋性能和電性中和作用較弱，絮凝效果有限。隨著絮凝劑濃度的增加，絮凝劑復(fù)配體系的吸附架橋性能和電性中和作用增強(qiáng)，絮體易發(fā)生凝聚現(xiàn)象，絮體顆粒逐漸變大，從而會(huì)凝聚成大顆粒絮體，快速下沉[7-8]；當(dāng)絮凝劑濃度增加到1.0 mg/L時(shí)，去濁率達(dá)到最大，除油率也達(dá)到最大，絮凝效果最好。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究和不斷篩選，得到最佳復(fù)配體系為混凝劑GYT和絮凝劑MT?；炷齽〨YT主要成分為聚合氯化鋁鐵，由氯化鋁和氯化鐵共聚合而成，兼具鋁鹽和鐵鹽的絮凝特性。鋁鹽和鐵鹽在水處理過(guò)程中發(fā)生水解和聚合反應(yīng)，水中的膠體顆粒能強(qiáng)烈吸附水解和聚合反應(yīng)中出現(xiàn)的各種產(chǎn)物，即各種Al3+和Fe3+的化合物和多種多核羥基絡(luò)離子。被吸附的帶正電的多核羥基絡(luò)離子能夠壓縮雙電層，降低動(dòng)電位，同時(shí)進(jìn)行著架橋作用；多核聚合物為兩個(gè)以上的膠體顆粒所共同吸附，將兩個(gè)或多個(gè)膠體顆粒架橋連接，從而逐步形成絮凝體，最終形成聚合度很大的Al（OH）3或Fe（OH）3，使絮凝過(guò)程加速，絮凝體由小變大，從而達(dá)到很好的絮凝效果。絮凝劑 MT主要成分為陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，在聚丙烯酰胺的分子鏈內(nèi)和分子鏈間，酰胺側(cè)基間能形成氫鍵。氫鍵具有最強(qiáng)的分子間作用力，高分子量聚丙烯酰胺的分子鏈上存在大量的氫鍵；同時(shí)，高分子量的聚丙烯酰胺的分子鏈很長(zhǎng)，長(zhǎng)的分子鏈發(fā)生卷曲，聚集在一起時(shí)發(fā)生纏結(jié)［9］，從而達(dá)到很好的絮凝效果。

3 結(jié)論

（1）不同混凝劑單劑隨著濃度的增大，絮凝效果變化較明顯，去濁率和除油率逐漸增大，懸浮物固體含量降低；對(duì)油田污水來(lái)水絮凝效果較好的混凝劑單劑為 HNLQ、GYT。不同絮凝劑單劑隨著濃度的增大，絮凝效果變化較明顯，去濁率和除油率逐漸增大，懸浮物固體含量降低，對(duì)油田污水來(lái)水中絮凝效果較好的絮凝劑為HNLQ、MT。

（2）從油田常用的5種混凝劑單劑和6種絮凝劑單劑中選取復(fù)配體系藥劑，復(fù)配體系選用絮凝效果較好的混凝劑HNLQ、GYT和絮凝劑HNLQ、MT作為基礎(chǔ)體系。

（3）通過(guò)復(fù)配實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，確定絮凝效果最佳的復(fù)配體系為混凝劑 GYT 20 mg/L和絮凝劑MT1.0 mg/L，除油率和去濁率分別為97.4%和91.3%，懸浮物固體含量為12 mg/L。