非離子/陰離子復(fù)配清水劑處理含聚采油污水研究

王玉

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452)

隨著聚驅(qū)采油的擴(kuò)大，采出污水中有殘余聚合物返出，污水含聚增大了油水界面膜穩(wěn)定性，使采油污水處理難度加大。清水劑除油是處理采油污水的主要方法之一[1-5]。處理含聚采油污水清水劑類型包括陽離子型[6-7]、陰離子型[8-9]和非離子型等[10-13]。陽離子型清水劑加量大、析出的污泥量多，影響工藝設(shè)備的正常運(yùn)行[6-7]；因而陰離子型、非離子型清水劑以及其復(fù)配體系處理含聚含油污水已受到廣泛關(guān)注[8-10]。本文建立了一種清水劑性能動態(tài)實驗評價方法，研究了陰離子、非離子型清水劑處理含聚采油污水的除油效果，優(yōu)化的組合清水劑能高效處理含聚采油污水，除油率達(dá)99.9%。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

含聚采油污水(模擬現(xiàn)場污水，礦化度9 581.62 mg/L，聚合物含量180.0 mg/L，油含量800.0～4 300.0 mg/L，ζ電位值-23.17 mV)；非離子清水劑DPEO和RPEO(分子式分別為D(PO)x(EO)y(PO)z-H及R(PO)x(EO)y(PO)z-H，式中EO聚氧乙烯，PO聚氧丙烯，R脂肪醇，D多乙烯多胺，分子量分別為300～500萬及600～1 000萬)實驗室自行合成；陰離子清水劑CH-1(有效成分ZnCl2，含量60%)、陰離子清水劑CH-2和CH-3(均為陰離子聚丙烯酰胺，分子量分別為500～1 000萬及1 000～1 500萬)均由四川光亞科技公司提供。

模擬現(xiàn)場污水處理流程設(shè)計了一套含聚采油污水處理動態(tài)裝置及實驗流程：包括污水緩沖罐(18 L)、 斜板除油器(斜角45°，L485 mm×B165 mm×H185 mm)、氣浮選器(L300 mm×B150 mm×H200 mm)、雙介質(zhì)過濾器(填充核桃殼和石英砂)；FM25高剪切分散乳化機(jī)；UV2450紫外可見分光光度計。

1.2 實驗方法及流程

實驗流程見圖1。首先將配制好的含聚采油污水加熱至60 ℃后輸入攪拌配液罐，設(shè)置好污水泵排量，啟動污水泵輸入含聚采油污水，同時在加藥點(diǎn)加入清水劑，待含聚采油污水流動平穩(wěn)后，同時在流程中的4個取樣點(diǎn)取樣檢測含油量，污水含油量檢測方法參考SY/T 0530—2011《油田采出水中含油量測定方法》。流程動態(tài)參數(shù)設(shè)置如下：污水泵排量290 mL/min，斜板除油器停留時間20 min；氣浮器進(jìn)氣量為330 mL/min，氣浮器污水停留時間為13 min。 上述流程控制參數(shù)可以改變泵排量進(jìn)行相應(yīng)的圖調(diào)整。

圖1 清水劑處理采油污水動態(tài)評價實驗流程Fig.1 Dynamic evaluation experiment process of oil production wastewater with water clarifiers

2 結(jié)果與討論

2.1 非離子清水劑的加藥位置

以圖1流程中取樣點(diǎn)d(污水出口)為采樣點(diǎn)，非離子清水劑DPEO和RPEO加藥位置與含聚采油污水處理效果關(guān)系見圖2。

圖2 非離子清水劑加入位置與污水除油率變化趨勢Fig.2 Trend of non-ionic water addition position and oil removal rate of sewage

由圖2可知，當(dāng)藥劑加量為150 mg/L時，清水劑DPEO和RPEO選擇不同的加藥位置對含聚采油污水的處理效果具有一定影響。在加藥位置1、加藥位置2和加藥位置3加入時，清水劑DPEO和RPEO處理含聚采油污水的除油率分別在92.5%～93.7%和96.8%～96.9%范圍內(nèi)，可見在加藥位置1、加藥位置2和加藥位置3加入時，清水劑DPEO和RPEO的除油效果較理想且變化小。清水劑DPEO和RPEO在加藥位置4加入時，污水的除油率僅為87.2%和91.7%，明顯低于加藥位置1、加藥位置2和加藥位置3處加入時的處理效果。加藥位置1加入清水劑時操作簡單易行，加藥點(diǎn)以加藥位置1為優(yōu)。

2.2 非離子清水劑的除油效果

加藥位置選定為流程圖中加藥位置1，清水劑DPEO和RPEO處理含聚采油污水沿流程除油率變化趨勢見圖3。

圖3 非離子清水劑處理采油污水的除油效果Fig.3 Effect of non-ionic water clarifiers be treatment on oil-producing sewage

由圖3可知，清水劑DPEO和RPEO都能顯著降低含聚采油污水的含油量，其加量為150 mg/L時，出口污水(取樣點(diǎn)d)的含油量分別為49.8，37.0 mg/L。 在圖1的處理流程中，斜板除油器的除油效果最明顯，當(dāng)DPEO和RPEO的加量為150 mg/L時，斜板除油器出口污水(取樣點(diǎn)b)含油量分別為87.2，81.6 mg/L，除油率分別達(dá)94.7%和93.4%。其加量為100 mg/L時，DPEO和RPEO處理含聚采油污水的除油率分別為87.0%和97.0%(取樣點(diǎn)d)，可見RPEO的除油效果更優(yōu)；將RPEO加量由100 mg/L提高到150 mg/L時，其除油率由97.0%變化至97.1%，基本不變，可見RPEO加量為100 mg/L即可達(dá)到較高的除油率。RPEO是一種聚醚類高分子清水劑，主要是通過改變油水界面性質(zhì)，促進(jìn)油珠的相互聚并，在除油過程中還可除去部分吸附在油珠表面的細(xì)小固體微粒[5，11]。

2.3 陰離子清水劑加藥位置

以圖1流程中取樣點(diǎn)d(污水出口)為采樣點(diǎn)，3種陰離子清水劑CH-1、CH-2和CH-3的加藥點(diǎn)與污水除油效果變化見圖4。

圖4 陰離子清水劑加藥位置與采油污水除油率變化趨勢Fig.4 Trend of anion water addition position and oil removal rate of oil-producing sewage

由圖4可知，當(dāng)加量為150 mg/L時，陰離子清水劑CH-1、CH-2和CH-3在加藥位置2加入時污水除油效果較優(yōu)，除油率分別達(dá)到91.7%，95.0%，91.3%。選擇加藥位置1、加藥位置3和加藥位置4加入時，陰離子清水劑CH-1、CH-2和CH-3處理效果相對較差，除油率分別為86.5%～91.5%，85.7%～93.9%和86.1%～91.0%。陰離子清水劑的加藥點(diǎn)在加藥位置2效果最優(yōu)。

2.4 陰離子清水劑處理污水除油效果

加藥位置選定為圖1流程中加藥位置2，陰離子清水劑CH-1、CH-2和CH-3處理含聚采油污水沿流程效果見圖5。

由圖5可知，清水劑CH-1、CH-2和CH-3可以明顯降低含聚采油污水的含油量，當(dāng)加量為150 mg/L時，清水劑CH-1、CH-2和CH-3處理含油污水的除油率(取樣點(diǎn)d)分別為91.7%，95.0%和91.3%，以清水劑CH-2除油率最優(yōu)。在圖1的處理流程中，加入陰離子清水劑CH-2后，含聚采油污水流經(jīng)取樣點(diǎn)a、取樣點(diǎn)b、取樣點(diǎn)c及取樣點(diǎn)d時，其含油量依次降低，除油率分別為66.4%，85.8%，93.8%和95.0%，可見斜板除油器(取樣點(diǎn)b)、氣浮選器(取樣點(diǎn)c)和雙介質(zhì)過濾器(取樣點(diǎn)d)諸處理單元對提高除油率均有一定作用。

圖5 陰離子清水劑處理采油污水的除油效果Fig.5 Effect of anionic water clarifiers on the treatment of oil-producing sewage

2.5 非離子清水劑和陰離子清水劑復(fù)配處理含聚采油污水效果

將效果最優(yōu)的非離子清水劑RPEO和陰離子清水劑CH-2按不同比例進(jìn)行復(fù)配，以復(fù)配清水劑加藥，不同比例復(fù)配清水劑的處理效果見圖6；非離子清水劑RPEO加藥位置選定為加藥位置1，陰離子清水劑CH-2加藥位置選定為加藥位置2。

圖6 復(fù)配清水劑處理采油污水的除油效果Fig.6 Effect of anionic water clarifiers on the treatment of oil-producing sewage

由圖6可知，非離子清水劑RPEO和陰離子清水劑CH-2經(jīng)復(fù)配后可以顯著提高含聚采油污水的處理效果。對比圖3和圖5結(jié)果可知，當(dāng)藥劑加量為150 mg/L時，單一非離子清水劑RPEO和單一陰離子清水劑CH-2處理含聚采油污水的除油率分別為97.1%和95.0%；對比圖6可知，當(dāng)復(fù)配清水劑總加量為150 mg/L時，采用“75 mg/L RPEO+75 mg/L CH-2”和“100 mg/L RPEO+50 mg/L CH-2”復(fù)配方式處理含聚采油污水的除油率分別達(dá)99.5%和99.9%，復(fù)配清水劑處理含聚采油污水的效率更優(yōu)，以“100 mg/L RPEO+50 mg/L CH-2”復(fù)配清水劑的處理效果最佳；在斜板除油器出口污水(取樣點(diǎn)b)的除油率達(dá)到99.8%，可有效減輕流程后續(xù)單元設(shè)備氣浮選器和雙介質(zhì)過濾器的處理負(fù)荷。

3 結(jié)論

(1)加藥位置對非離子清水劑DPEO和RPEO處理含聚采油污水的效果有影響，其最優(yōu)加藥位置為加藥位置1。非離子清水劑RPEO的除油效果優(yōu)于DPEO，藥劑加量為150 mg/L時，RPEO處理含聚采油污水的除油率達(dá)97.1%。

(2)陰離子清水劑CH-1、CH-2和CH-3的最優(yōu)加藥位置為加藥位置2；CH-2的除油效果優(yōu)于CH-1和CH-3，當(dāng)藥劑加量150 mg/L時，CH-2處理含聚采油污水的除油率達(dá)95.0%。

(3)非離子清水劑RPEO和陰離子清水劑CH-2復(fù)配后可以顯著提高含聚采油污水的處理效果；采用“100 mg/L RPEO+50 mg/L CH-2”復(fù)配清水劑處理含聚采油污水的除油率達(dá)99.9%。

(4) “100 mg/L RPEO+50 mg/L CH-2”復(fù)配清水劑處理含聚采油污水時，斜板除油器單元的除油效果極佳，出油率達(dá)到99.8%。