聚驅(qū)污水室內(nèi)沉降處理效果實(shí)驗(yàn)研究

張繼紅，劉冠男，陳喜玲，李哲鋒

（1.東北石油大學(xué) 提高采收率國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶163318；2.中國(guó)石油遼河油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，遼寧 盤(pán)錦124010；3.中國(guó)石油大慶油田 水務(wù)公司，黑龍江 大慶163712）

目前，F(xiàn)B油田DP-4區(qū)塊已經(jīng)進(jìn)入高含水階段，水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果逐漸變差，必須找到適合該油田的驅(qū)替方式才能有效提高原油采收率，采用聚合物驅(qū)油能夠很好地解決這一難題。但在聚驅(qū)采出液中含有大量的油、懸浮物顆粒及聚合物[1-3]，如果不能有效處理，聚驅(qū)污水中的含油量及懸浮物含量會(huì)嚴(yán)重超標(biāo)導(dǎo)致其無(wú)法進(jìn)行污水回注，水資源大量浪費(fèi)且容易造成環(huán)境污染。本文通過(guò)室內(nèi)沉降實(shí)驗(yàn)，針對(duì)不同含聚合物濃度的聚驅(qū)污水明確了合理的沉降時(shí)間及沉降溫度，聚驅(qū)污水沉降效果[4-6]達(dá)到最大化，使DP-4區(qū)塊的聚驅(qū)污水能夠更好地得到處理與再利用[7-10]，對(duì)自然環(huán)境保護(hù)和油田污水資源合理利用有著重要的實(shí)際意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

D8污水處理站的聚驅(qū)污水（礦化度為4.7g·L-1,pH值為8.2）；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93%的淀粉碘化鎘（CP江蘇普樂(lè)司生物科技有限公司）；分子量為294.1846的K2Cr2O7（基準(zhǔn)試劑 南充市高坪區(qū)格林實(shí)驗(yàn)室耗材經(jīng)銷中心）；蒸餾水（實(shí)驗(yàn)室自制）。

簡(jiǎn)易沉降裝置（圖1）；HX-T-60型恒溫箱（東莞昊盺儀器設(shè)備有限公司）；PT300型均化儀（北京卓川電子科技有限公司）；756PC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海菁華集團(tuán)公司）；恒溫水?。ㄗ灾疲?；Winner2000型激光粒度分析儀（濟(jì)南微納顆粒儀器股份有限公司）；400mL具塞刻度比色管；HM-KJ3型微孔薄膜過(guò)濾實(shí)驗(yàn)儀（北京麥科儀科技有限公司）；電子天平（梅特勒-托利多公司產(chǎn)品，型號(hào)為ME-T3）；500mL錐形分液漏斗。

圖1 室內(nèi)簡(jiǎn)易沉降裝置圖Fig.1 Indoor simple settlement device drawing

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

（1）沉降時(shí)間與沉降溫度對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果的影響 將取自D8污水處理站的含聚合物濃度為200mg·L-1的聚驅(qū)污水，倒入置于恒溫箱中的簡(jiǎn)易沉降裝置中。目前，F(xiàn)B油田處理聚驅(qū)污水時(shí)，總沉降時(shí)間一般不超過(guò)15h，沉降溫度不超過(guò)40℃，所以本次實(shí)驗(yàn)將沉降時(shí)間設(shè)為8、9、10、11、12、13、14，15h，沉降溫度分別設(shè)為32、35、38℃，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行取樣，分別測(cè)二次沉降后聚驅(qū)污水中的含油量4次，測(cè)沉降后聚驅(qū)污水中的懸浮物含量5次并取平均值。通過(guò)比較不同沉降時(shí)間，沉降溫度下聚驅(qū)污水含油量及懸浮物含量測(cè)量結(jié)果，分析沉降時(shí)間，沉降溫度對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果的影響。

（2）聚合物濃度對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果的影響 將上述實(shí)驗(yàn)所用污水加入相對(duì)分子質(zhì)量為1700萬(wàn)的聚合物，將其分別配制成含聚合物濃度為250、300、350、400、450mg·L-1的聚驅(qū)污水，將配置好的污水放入簡(jiǎn)易沉降裝置中，在溫度為38℃的條件下進(jìn)行室內(nèi)沉降實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)沉降時(shí)間分別為6、7、8、9、10和11h，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同沉降時(shí)間處進(jìn)行取樣，分別測(cè)出在不同沉降時(shí)間條件下沉降后的不同含聚濃度的聚驅(qū)污水中含油量與粘度，將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而研究聚合物濃度對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果的影響。

（3）絮凝劑濃度對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果的影響 在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上分別加入濃度為60、120、180和240mg·L-1的絮凝劑，進(jìn)行室內(nèi)沉降實(shí)驗(yàn)，分析不同濃度的絮凝劑對(duì)不同含聚濃度的聚驅(qū)污水含油量的影響效果，確定其所需加入絮凝劑的最佳濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉降時(shí)間與沉降溫度對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果的影響

在不同沉降時(shí)間及沉降溫度下，聚驅(qū)污水經(jīng)過(guò)室內(nèi)沉降實(shí)驗(yàn)后其含油量及懸浮物含量的變化規(guī)律見(jiàn)圖2。

圖2 不同沉降時(shí)間與溫度下聚驅(qū)污水含油量與懸浮物含量變化規(guī)律圖Fig.2 Variation of oil content and suspended solids content in polymer flooding wastewater under different settling time and temperature

由圖2可知，在整個(gè)沉降實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不同沉降溫度下的聚驅(qū)污水隨著沉降時(shí)間的增加其沉降后含油量及懸浮物含量逐漸下降：當(dāng)沉降時(shí)間為8~10h時(shí)，含油量及懸浮物含量曲線有明顯的下降趨勢(shì)，曲線變化陡峭；當(dāng)沉降時(shí)間為10~12h時(shí)，含油量與懸浮物含量仍然下降但下降幅度較?。划?dāng)沉降時(shí)間為12~15h時(shí)，含油量與懸浮物含量無(wú)明顯變化，曲線均趨于平緩。從結(jié)果上看，沉降時(shí)間的增加對(duì)聚驅(qū)污水的沉降效果有促進(jìn)作用，但超過(guò)12h后，沉降效果不明顯，因此，沉降時(shí)間應(yīng)＜12h?？紤]到該油田對(duì)污水回注有一定標(biāo)準(zhǔn)即含油量≤100mg·L-1，懸浮物含量≤50mg·L-1，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

當(dāng)沉降時(shí)間相同時(shí)，隨著沉降溫度的增加聚驅(qū)污水中含油量與懸浮物含量的值均逐漸下降。這是由于聚驅(qū)污水中殘留的聚丙烯酰胺的性能受溫度影響，其分解在污水中，隨著沉降溫度的升高，油水混合物穩(wěn)定性降低，懸浮物顆粒沉降速度增加，因此，污水中含油量及懸浮物含量減少。當(dāng)沉降時(shí)間超過(guò)11h時(shí)，在所有沉降溫度下，沉降后聚驅(qū)污水中懸浮物含量均能達(dá)到污水回注標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)沉降溫度為32℃時(shí)，測(cè)量聚驅(qū)污水經(jīng)過(guò)11h沉降后的含油量沒(méi)有達(dá)到污水回注標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)沉降溫度為35和38℃時(shí)，測(cè)量其含油量分別為95.72和80.72mg·L-1，均達(dá)到污水回注標(biāo)準(zhǔn)。

為了更好的研究沉降時(shí)間與沉降溫度對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果的影響，結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算得出不同沉降時(shí)間下聚驅(qū)污水中油滴去除率和懸浮物去除率，其結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同沉降時(shí)間與溫度下聚驅(qū)污水油滴去除率及懸浮物去除率變化規(guī)律圖Fig.3 Oil drop removal rate and suspended solids removal rate of polymer flooding wastewater under different settling time and temperature

由圖3可知，隨著沉降溫度的增加，不同沉降時(shí)間下的污水中油滴與懸浮物去除率均有所增加。當(dāng)沉降時(shí)間為8~11h時(shí)，油滴與懸浮物的去除效果逐漸增加。當(dāng)沉降時(shí)間為11~15h時(shí)，油滴與懸浮物曲線變化逐漸趨近于平穩(wěn)。當(dāng)沉降時(shí)間為11h，沉降溫度為32，35，38℃時(shí)，其對(duì)應(yīng)的油滴去除率分別為79.89%，83.93%，88.18%；懸浮物去除率分別為32.87%，34.75%，36.26%；去除效果顯著，但繼續(xù)增加沉降時(shí)間，沉降效果變化不大。結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及油田實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益等因素可得出結(jié)論：該區(qū)塊聚驅(qū)污水在進(jìn)行沉降處理時(shí)，總沉降時(shí)間應(yīng)為11h，沉降溫度應(yīng)保持在35~38℃之間。

2.2 聚合物濃度對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果的影響

為了研究不同含聚合物濃度的聚驅(qū)污水的沉降效果，本次實(shí)驗(yàn)配制了5種不同含聚濃度的聚驅(qū)污水進(jìn)行室內(nèi)沉降實(shí)驗(yàn)后，測(cè)得其粘度值的變化規(guī)律見(jiàn)表1。

表1 不同含聚濃度的聚驅(qū)污水沉降后的粘度值Tab.1 Viscosity of polymer flooding wastewater with different polymer concentration after sedimentation

由表1可知，當(dāng)沉降時(shí)間相同時(shí)，聚驅(qū)污水中聚合物濃度越大，其經(jīng)過(guò)室內(nèi)沉降實(shí)驗(yàn)后所測(cè)出的粘度值也越大。當(dāng)聚驅(qū)污水中聚合物濃度相同時(shí)，隨著沉降時(shí)間的逐漸增加，沉降后聚驅(qū)污水的粘度值逐漸減小。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相鄰沉降時(shí)間和聚合物濃度下的聚驅(qū)污水的粘度值差別不大，這是由于在沉降過(guò)程中，聚合物受到剪切作用的影響，其粘彈性逐漸降低。

由上述實(shí)驗(yàn)可知，聚驅(qū)污水的含油量與懸浮物含量有著相似的變化規(guī)律，因此，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中只考慮含油量的影響。

圖4 為在不同沉降時(shí)間下，不同含聚濃度的聚驅(qū)污水經(jīng)過(guò)室內(nèi)沉降實(shí)驗(yàn)后其含油量的變化規(guī)律。

圖4 不同含聚濃度的聚驅(qū)污水在不同沉降時(shí)間下含油量與懸浮物含量變化規(guī)律圖Fig.4 Variation of oil content and suspended solids content of polymer flooding wastewater with different polymer concentration at different settling time

由圖4可知，不同含聚濃度的聚驅(qū)污水經(jīng)過(guò)沉降后其含油量的變化有著相似的規(guī)律，即聚驅(qū)污水中聚合物濃度越大，沉降后聚驅(qū)污水中的含油量及懸浮物含量越多，這說(shuō)明聚合物濃度增加并不利于去除聚驅(qū)污水中的油和懸浮物，沉降實(shí)驗(yàn)達(dá)不到理想效果。

當(dāng)含聚濃度為250mg·L-1，沉降時(shí)間為8~11h時(shí)，含油量大幅度下降，當(dāng)沉降時(shí)間為11~14h時(shí)，含油量曲線趨于平穩(wěn)。沉降時(shí)間為11h時(shí)，測(cè)得聚驅(qū)污水中含油量為100.97mg·L-1，此時(shí)含油量稍高于污水回注標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)含聚濃度為300mg·L-1，沉降時(shí)間為12h時(shí)，測(cè)得含油量為85.63mg·L-1，這說(shuō)明沉降時(shí)間12h后，含油量均可達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)含聚濃度為350、400和450mg·L-1時(shí)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的沉降時(shí)間范圍內(nèi)含油量均無(wú)法達(dá)到污水回注標(biāo)準(zhǔn)。因此，針對(duì)含聚合物濃度較高的聚驅(qū)污水，為了提高沉降效果，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。

2.3 絮凝劑濃度對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果的影響

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，當(dāng)聚驅(qū)污水中含聚合物濃度較高時(shí)，沉降效果并不理想，因此需要加入一定濃度的絮凝劑改善沉降效果。

由表2可知，隨著絮凝劑濃度的增加，相同含聚濃度的聚驅(qū)污水含油量逐漸下降，說(shuō)明絮凝劑可以改善聚驅(qū)污水的沉降效果。當(dāng)絮凝劑濃度為60mg·L-1時(shí)，含聚濃度為250mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量達(dá)到污水回注標(biāo)準(zhǔn)，但含聚濃度大于250mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量均無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)絮凝劑濃度為120mg·L-1時(shí)，含聚濃度為300mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量達(dá)到污水回注標(biāo)準(zhǔn)，但含聚濃度大于300mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)絮凝劑濃度為180mg·L-1時(shí)，含聚濃度為350和400mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量達(dá)到污水回注標(biāo)準(zhǔn)，但含聚濃度450mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量仍無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)絮凝劑濃度為240mg·L-1時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的所有含聚濃度的污水含油量可達(dá)標(biāo)。由此可知，當(dāng)聚驅(qū)污水含聚濃度較高時(shí)，需要加大絮凝劑濃度才能達(dá)到理想的沉降效果。

表2 不同絮凝劑含量下不同含聚濃度聚驅(qū)污水沉降11h后的含油量Tab.2 Oil content of polymer flooding wastewater with different concentration and different flocculant content after settling for 11h

3 結(jié)論

通過(guò)沉降時(shí)間、沉降溫度、聚合物濃度和絮凝劑濃度對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果影響實(shí)驗(yàn)并對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

（1）隨著沉降時(shí)間和溫度的增加，沉降后聚驅(qū)污水中的含油量及懸浮物含量均下降，聚驅(qū)污水沉降效果比較明顯，但當(dāng)沉降時(shí)間達(dá)到11h后，含油量及懸浮物含量均無(wú)明顯變化，對(duì)聚驅(qū)污水沉降效果影響不大，因此，總沉降時(shí)間應(yīng)為11h，沉降溫度應(yīng)保持在35~38℃范圍之間。

（2）隨著聚驅(qū)污水中含聚合物濃度越大，沉降后聚驅(qū)污水中的粘度、含油量及懸浮物含量均有所上升，但為了使沉降效果更好，應(yīng)加入適量濃度的絮凝劑。當(dāng)聚合物濃度為200~250mg·L-1時(shí)，絮凝劑濃度應(yīng)為60mg·L-1；當(dāng)聚合物濃度為250~300mg·L-1時(shí)，絮凝劑濃度應(yīng)為120mg·L-1；當(dāng)聚合物濃度為300~400mg·L-1時(shí)，絮凝劑濃度應(yīng)為180mg·L-1；當(dāng)聚合物濃度為400~450mg·L-1時(shí)，絮凝劑濃度應(yīng)為240mg·L-1。