基于陽(yáng)離子型除油劑處理含聚采油污水的性能研究

趙偉，黃雪琪,王秀軍，靖波，尹先清

(1.長(zhǎng)江大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023；2.海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中海油研究總院，北京 100028)

聚合物驅(qū)是海上油田高效開(kāi)采的有效技術(shù)手段,聚驅(qū)采出液含油量高、乳化嚴(yán)重、油水分離難度大等[1]。含聚污水中殘留的陰離子聚合物吸附在油水界面膜上，導(dǎo)致油珠在水中的穩(wěn)定性增加，難以聚并[2-4]。陽(yáng)離子除油劑對(duì)帶有負(fù)電荷膠體溶液的含聚污水顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性，但陽(yáng)離子型除油劑使用量大、析出的污泥量多，用陰離子型和非離子型除油劑處理含聚采油污水受到廣泛關(guān)注[5-9]。本文探究陽(yáng)離子除油劑、非離子除油劑及其組合加藥體系處理含聚污水的除油效果，實(shí)現(xiàn)了含聚污水的除油劑優(yōu)化改善。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

含聚采油污水為模擬SZ36-1油田現(xiàn)場(chǎng)污水，礦化度9 436.56 mg/L，配制AP-P4聚合物200 mg/L，加入現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)油樣1 000～2 000 mg/L，Zeta電位值-25.30 mV；除油劑BF-1(是一種多枝型的非離子型表面活性劑，分子結(jié)構(gòu)D(PO)x(EO)y(PO)zH。式中，EO為聚氧乙烯，PO為聚氧丙烯，R為脂肪醇，D為多乙烯多胺，x、y、z為聚合度)、BF-2(主要組分為聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚)、BY-1(聚二甲基二烯丙基氯化銨)、BY-2和BY-3(均為陽(yáng)離子聚丙烯酰胺類，分子量分別為900萬(wàn)及1 400萬(wàn))均由西南石油大學(xué)提供。

除油分離器(L380 mm×B180 mm×H200 mm)按照現(xiàn)場(chǎng)斜管除油器的結(jié)構(gòu)自制，包括緩沖室(1.10 L)、沉降室(3.25 L)、集油室(0.672 L)；JC-OIL-6紅外測(cè)油儀；JS94H-ζ電位儀；FA30高剪切乳化機(jī)；BILON-HW-10T恒溫水槽；BT100L流量型智能蠕動(dòng)泵。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

見(jiàn)圖1，將模擬含聚含油污水加熱60 ℃，設(shè)置好污水泵和加藥泵的排量，啟動(dòng)污水泵，輸入含油污水，同時(shí)啟動(dòng)加藥泵，通過(guò)添加不同的污水處理劑以及調(diào)節(jié)處理劑的加量，檢測(cè)處理后污水含油量。污水含油量測(cè)定執(zhí)行HJ 637—2018《水質(zhì) 石油類和動(dòng)植物油類的測(cè)定 紅外分光光度法》。

圖1 污水處理實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Experimental process of wastewater treatment

2 結(jié)果與討論

2.1 單一藥劑除油實(shí)驗(yàn)

分別用5種除油劑非離子型除油劑BF-1和BF-2、陽(yáng)離子型除油劑BY-1、BY-2和BY-3處理含聚采油污水(污水含油量實(shí)測(cè)值1 078～1 650 mg/L),反應(yīng)時(shí)間均為40 min，除油劑加量與含油污水處理效果關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 單一除油劑加量對(duì)污水除油率的影響Fig.2 Effect of single deoiling agent dosage on oil removal rate of wastewater

由圖2可知，BY-3的除油率波動(dòng)較大，除油效果相對(duì)較差；除油劑BY-2的除油效果最優(yōu)，用量250 mg/L時(shí)，除油率達(dá)到95%以上，產(chǎn)生較多蓬松的絮體,導(dǎo)致后續(xù)分離處理難度加大；BF-1用量250～500 mg/L，除油率呈先增大后減小的趨勢(shì)，除油率在70%～80%，用量400 mg/L時(shí)，除油率可達(dá)78.69%，且加量越大，產(chǎn)生的絮體越少；BF-2隨著除油劑加量增大，除油率上升趨勢(shì)提高較快，用量500 mg/L時(shí)，除油率達(dá)89.86%，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中無(wú)明顯絮體產(chǎn)生；隨著加藥量增加，BY-1的除油率呈先增大后減小的趨勢(shì)，與BF-1趨勢(shì)基本一致，用量400 mg/L時(shí)除油率可達(dá)91.35%，除油效果較好。

出現(xiàn)上述結(jié)果可能是加入陽(yáng)離子除油劑后，處于水包油油滴界面處的陰離子聚合物和除油劑產(chǎn)生電中和作用，破壞了陰離子聚合物對(duì)油水界面的穩(wěn)定作用，使得乳化油快速聚集為油珠，進(jìn)而通過(guò)除油劑的架橋作用而團(tuán)聚、絮凝析出[10-12]。隨著除油劑加量的增加，陽(yáng)離子總數(shù)變多，正電荷與聚合物中負(fù)電荷碰撞機(jī)會(huì)增加，有利于對(duì)乳化油珠及污水中膠體顆粒的捕集和橋接。當(dāng)加量過(guò)多或分子量過(guò)大時(shí)，陽(yáng)離子除油劑鏈節(jié)數(shù)過(guò)長(zhǎng)，不易和污水混合均勻，污水粘度的增加，同時(shí)陽(yáng)離子除油劑中的正電荷和污水的負(fù)電荷作用面積變長(zhǎng)，不利于成網(wǎng)[13]，導(dǎo)致除油效果變差。所以，BY-1除油率呈先增大后減小趨勢(shì)，BY-3由于分子量過(guò)大，除油效果較差。

BF-1出現(xiàn)除油率先增大后波動(dòng)下降趨勢(shì),原因是非離子除油劑具有兩親結(jié)構(gòu)，與污水中油滴產(chǎn)生范德華作用力，相互作用后，增強(qiáng)了界面分子的親水性，從而降低界面張力。隨著藥劑加量增加，降低界面張力的速率增加，除油率變大，但加量過(guò)大時(shí)，水相黏度變大，抵消其降低界面張力的作用，因而聚并速率下降，導(dǎo)致除油率反而下降。

2.2 藥劑組合加藥除油實(shí)驗(yàn)

2.2.1 不同除油劑組合加藥 以除油劑BF-1和BF-2、BY-1和BY-3作為組合藥劑，加量均為250 mg/L，實(shí)驗(yàn)?zāi)M污水含油為1 186.83 mg/L，將除油劑分別在泵1點(diǎn)和泵2點(diǎn)加入，進(jìn)行除油動(dòng)態(tài)流程實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間為40 min，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 藥劑組合處理污水除油效果Table 1 Oil removal effect of combined chemicals in sewage treatment

由表1可知，除油劑BF-1與BY-1、BY-3、BF-2組合作用效果較好，除油率≥90%，以BF-1與BY-1組合效果最佳，處理后水中含油量79.64 mg/L，除油率為93.29%，產(chǎn)生絮體少，水質(zhì)澄清，這是由于兩種藥劑產(chǎn)生協(xié)同作用，既包含非離子降低界面張力的作用又有陽(yáng)離子中和污水中低電位的優(yōu)勢(shì)。一方面，非離子除油劑的兩親結(jié)構(gòu)，與污水中油滴產(chǎn)生范德華作用力，相互作用后增強(qiáng)界面分子的親水性，進(jìn)而降低界面張力；另一方面，處于水包油油滴界面處的陰離子聚合物和陽(yáng)離子除油劑產(chǎn)生電中和作用，破壞了陰離子聚合物對(duì)油水界面的穩(wěn)定作用。組合5、6除油率顯著降低，BF-2對(duì)BY-1和BY-3有一定抑制作用。

2.2.2 除油劑BF-1與其他3種除油劑組合效果 除油劑BF-1與BY-1、BY-3、BF-2組合作用效果較好，為節(jié)省成本，保持BF-1加量250 mg/L，降低其他除油劑加量，反應(yīng)時(shí)間40 min，除油率見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 組合除油劑加量與除油率變化趨勢(shì)Fig.3 Change trend of combined degreasing agent addition and oil removal rate

圖4 組合除油劑加量與處理后污水含油量變化趨勢(shì)Fig.4 Combined deoiling agent dosage and oil content change trend of treated wastewater

由圖3、圖4可知，在保持除油劑BF-1加量250 mg/L時(shí)，除油劑BY-1加量增加除油率上升較快，加藥量250 mg/L時(shí)，除油率達(dá)到93.32%；隨著B(niǎo)Y-3加量增加，除油率呈先增加后減少趨勢(shì)，加量為150 mg/L時(shí)，除油率達(dá)98.92%，除油效果最好，處理后污水含油量16.09 mg/L；BF-2加量為60 mg/L時(shí)，除油率快速達(dá)到≥97%，提高加藥量，除油率呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。除油率出現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)是由于隨著非離子除油劑加量增加，降低界面張力的速率增加，除油率變大，但加量過(guò)大時(shí)，水相黏度會(huì)變大，抵消其降低界面張力的作用，因而聚并速率下降，導(dǎo)致除油率反而下降。

2.2.3 除油劑BF-1加量200 mg/L的藥劑組合 當(dāng)除油劑BF-1加量250 mg/L時(shí)，與BF-2、BY-3組合之后除油率均取得較好的效果，現(xiàn)降低除油劑BF-1加量為200 mg/L，改變BF-2、BY-3加量，反應(yīng)時(shí)間40 min，除油效果見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 優(yōu)化組合除油劑加量與除油率變化趨勢(shì)Fig.5 Variation trend of optimized combination deoiling agent dosage and oil removal rate

由圖5、圖6可知，除油劑BF-1加量為200 mg/L，BY-3和BF-2加量60～150 mg/L，除油率即可≥97%，兩種藥劑均在較小的藥量下有較高除油率，再提高藥劑量除油率變化較小，BF-1(200 mg/L)+ BF-2(100 mg/L)和BF-1(200 mg/L)+ BY-3(100 mg/L)的組合藥劑處理含聚采油污水效果最優(yōu)，組合藥劑協(xié)同作用達(dá)到最佳效果。

3 結(jié)論

(1)非離子型除油劑BF-1、BF-2、陽(yáng)離子型除油劑BY-1、BY-2和BY-3 5種除油劑中，BY-2的除油效果最優(yōu)，加量220 mg/L時(shí)除油率≥91%，但產(chǎn)生較多蓬松的絮體；除油劑BY-1加量為400 mg/L時(shí)，除油效果最優(yōu)，除油率≥91.35%。

(2)藥劑組合可有效降低藥劑加量，提高除油率；BF-1加量為200 mg/L，BY-3和BF-2加量60～150 mg/L，除油率即可≥97%。

(3)組合除油劑效果優(yōu)于單一除油劑處理效果，BF-1(200 mg/L)+ BF-2(100 mg/L)和BF-1(200 mg/L)+ BY-3(100 mg/L)的藥劑組合處理含聚采油污水效果最優(yōu)。