高級(jí)氧化工藝處理聚合物驅(qū)采油污水的研究

曾 卉* 田 偉 譚奇穎

（中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710077）

聚合物驅(qū)是一種新的提高原油采收率的工藝方法，目前，典型的含聚合物污水處理方法為沉降過(guò)濾，此方法一方面將增加沉降時(shí)間、降低過(guò)濾器濾速，從而增大構(gòu)筑物規(guī)模及投資；另一方面聚合物對(duì)傳統(tǒng)沉降過(guò)濾處理工藝有很大影響，聚合物的存在將增大含油污水的粘度，粘度增加會(huì)使污水中膠體顆粒的穩(wěn)定性增強(qiáng)，干擾絮凝劑的使用效果，使處理后的水質(zhì)達(dá)不到回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，油含量、懸浮固體含量超標(biāo)[1-3]。

目前針對(duì)聚合物驅(qū)采油污水中的油類(lèi)去除的研究較多，針對(duì)聚合物驅(qū)采油污水中的聚合物去除的研究尚少，且多基于除油效果的提高，而聚合物驅(qū)采油污水中的聚合物降解效果直接影響此類(lèi)污水的處理效果，因此，急需研究適合處理聚合物驅(qū)含油污水的設(shè)備和工藝。

1 處理工藝及實(shí)驗(yàn)部分

1.1 工藝原理

在酸性條件下，高鐵酸鹽[7]都具有極強(qiáng)的氧化性，可以廣泛用于水和廢水的氧化、消毒、殺菌。本實(shí)驗(yàn)所用氧化劑為更具性?xún)r(jià)優(yōu)勢(shì)的高鐵酸鈉[8]，是含有FeO42-的一種化合物，其中心原子Fe以六價(jià)存在，在酸性條件下的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為E0FeO42-/Fe3+=2.20 V，它可能與聚合物發(fā)生強(qiáng)烈的非均相氧化還原反應(yīng)，破壞乳化膜，有利于油污類(lèi)和聚合物分解，達(dá)到降解和降粘作用。降解的聚合物在PAC和PAM的作用下，絮凝成大顆粒物質(zhì)，在斜板沉淀區(qū)的作用下，絮狀物沉淀，上清液進(jìn)入氣浮池。

氣浮除油工藝是在氣浮池前段加入破乳劑，破解廢水中的乳化油，隨后加入PAC和PAM，在含油污水中通入空氣，水中產(chǎn)生微氣泡，使污水中粒徑為0.25 ～25μm的浮化油、分散油或水中懸浮顆粒附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面并加以回收。

1.2 工藝流程簡(jiǎn)介

此系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為0.5 m3/h，處理后水質(zhì)可達(dá)油田回注水標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)水水質(zhì)如表1。

污水進(jìn)入氧化池后先加酸，pH值調(diào)整到酸性，調(diào)節(jié)反應(yīng)池內(nèi)溫度至45°C左右，后加入高鐵酸鈉，反應(yīng)時(shí)間15min，出水進(jìn)入絮凝沉淀池，用氫氧化鈉溶液調(diào)整廢水pH值至8左右，加入PAC和PAM使廢水中降解的聚驅(qū)物絮凝，隨后進(jìn)入沉淀區(qū)，在斜板沉淀區(qū)的作用下，使絮狀物沉淀，上清液進(jìn)入氣浮池，在氣浮池前段加入破乳劑，破解廢水中的乳化油，隨后加入PAC和PAM，在含微小氣泡的溶氣水的作用下，懸浮物被帶到氣浮池頂部，清水進(jìn)入石英砂過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾器，截留殘余的懸浮物、膠體物質(zhì)、去除異色、異味等，過(guò)濾后出水達(dá)標(biāo)排放或暫存再利用。工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

化學(xué)氧化池，1個(gè)，尺寸：1.0 m×1.0 m×1.5 m，池子內(nèi)安裝有攪拌器、電加熱器、溫度計(jì)及pH計(jì)；絮凝沉淀池1個(gè)，尺寸：2.0 m×1m×1.5 m，池子內(nèi)分為絮凝區(qū)與沉淀區(qū)。氣浮池，1個(gè)，Φ1.0 m×1.5 m，Q=0.5 m3/h，池頂設(shè)有收油槽。石英砂過(guò)濾器，1個(gè)，Φ270×900mm?；钚蕴歼^(guò)濾器，1個(gè)，Φ270×900mm。

1.4 實(shí)驗(yàn)組實(shí)施過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)中氧化劑的添加量、反應(yīng)pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件采用曾卉[8]等在高鐵酸鈉處理某聚合物驅(qū)采油污水的反應(yīng)條件的研究中所得出的最佳反應(yīng)條件。

取某油田聚合驅(qū)采油污水0.5 m3置于高級(jí)氧化池內(nèi)，緩慢加入50%分析純硫酸稀釋溶液，開(kāi)啟攪拌器，調(diào)節(jié)污水pH值至3.5，為強(qiáng)氧化提供酸性環(huán)境。開(kāi)啟電加熱器，調(diào)節(jié)氧化池內(nèi)污水溫度至45°C。加入高鐵酸鈉40g，攪拌反應(yīng)15min。開(kāi)啟高級(jí)氧化池與絮凝沉淀池中間的連通閥，污水流入絮凝沉淀池的絮凝區(qū)。開(kāi)啟絮凝沉淀池?cái)嚢杵?，緩慢加?0%NaOH溶液，調(diào)節(jié)污水pH值至7左右，為后續(xù)的絮凝沉淀提供最佳的酸堿環(huán)境。取15g PAC配制成10%的溶液，加入污水中快速攪拌1min，取2.5 g PAM配制成0.1 %的溶液，待PAC加入污水中反應(yīng)1min后，加入配制好的PAM溶液，低速攪拌反應(yīng)2min，使污水中降解的聚驅(qū)物和部分浮油類(lèi)物質(zhì)發(fā)生絮凝反應(yīng)形成大顆粒物，便于沉降，沉淀區(qū)停留時(shí)間1.5 h。

沉淀區(qū)上清液自流進(jìn)入氣浮池，加入10g破乳劑，攪拌反應(yīng)10min，隨后加入PAC和PAM。PAC干粉投加量為15g，反應(yīng)1min，PAM干粉投加量為2.5 g，反應(yīng)2min，進(jìn)行除油處理，降低污水中含油量。氣浮池出水由泵送入石英砂過(guò)濾器和活性碳過(guò)濾器，截留殘余的懸浮物、膠體物質(zhì)等，過(guò)濾后出水達(dá)標(biāo)排放或暫存再利用。對(duì)出水進(jìn)行pH、CODcr、BOD5、石油類(lèi)、懸浮物含量檢測(cè)。

1.5 對(duì)照組實(shí)施過(guò)程

將氣浮作為第一步處理，主要探討除油及除聚合物的先后問(wèn)題以及污水中難降解聚合物的存在對(duì)油類(lèi)及懸浮物去除率的影響。

實(shí)施步驟如下：取同樣某油田聚合驅(qū)采油污水0.5 m3置于氣浮池，氣浮反應(yīng)步驟與實(shí)驗(yàn)組相同。出水進(jìn)入高級(jí)氧化池，氧化反應(yīng)步驟與實(shí)驗(yàn)組相同。氧化后依次進(jìn)行絮凝沉淀、石英砂過(guò)濾和活性碳過(guò)濾。對(duì)出水進(jìn)行pH、CODcr、BOD5、石油類(lèi)、懸浮物含量檢測(cè)。

2 結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)組及對(duì)照組的各項(xiàng)出水指標(biāo)檢測(cè)，得出以下結(jié)果：

分析檢測(cè)結(jié)果可得：實(shí)驗(yàn)組對(duì)某油田聚合物驅(qū)采油污水中CODcr去除率93.6 %，聚合物去除率90.3 %，石油類(lèi)去除率97.6 %，懸浮物去除率90.4 %，出水污染物含量達(dá)到油田回注水標(biāo)準(zhǔn)。高鐵酸鈉在酸性環(huán)境具有強(qiáng)氧化性，其氧化能力明顯高于普通的氧化劑，兼具絮凝、殺菌等作用，其與污水中聚合物等反應(yīng)后無(wú)二次污染，主要反應(yīng)機(jī)理為：在酸性條件下，F(xiàn)eO42-將聚合物逐步氧化降解成小分子。如FeO42-+H++[CH2-(CH2CONH2)]n→[CH2-(CH2CONH2)]n-m+FeO43-→C2H2=C2H2CONH2+C2H2=C2H2COOH+HFeO43-→CO2↑+H2O+Fe3++NO3-+N2↑，聚合物先斷鏈，生成更小的聚合物，繼而氧化，最終生成CO2和H2O等無(wú)機(jī)物，其Fe3+水解生成的Fe(OH)3也具有絮凝作用，可減少后續(xù)絮凝過(guò)程中絮凝藥劑的使用量，并且將在后續(xù)的絮凝沉淀過(guò)程中通過(guò)沉淀過(guò)程而去除。與目前環(huán)保方面通用的氧化劑高錳酸鉀、重鉻酸鉀相比，不會(huì)產(chǎn)生重金屬污染。與采用臭氧氧化相比，雖然臭氧氧化速度快、無(wú)二次污染，但單純臭氧氧化方式處理廢水的主要問(wèn)題是臭氧濃度低、氧化能力不足等缺陷，往往需要和紫外光、雙氧水等結(jié)合使用。將氧化池內(nèi)的污水pH值調(diào)整至3-3.5 時(shí)，高鐵酸鈉可與污水中以自由形式和乳化方式存在的聚合物發(fā)生強(qiáng)烈的非均相氧化還原反應(yīng)，爆破油-水乳化膜，可快速氧化聚合物驅(qū)采油污水中的大分子聚合物及COD。

沉淀池上清液在氣浮池中完成破乳、除油、進(jìn)一步去除COD的過(guò)程，在氣浮池前段加入破乳劑，破解污水體系中的乳化油，再加入混凝劑和助凝劑，在含微小氣泡的溶氣水作用下，污水中小粒徑浮化油、分散油及懸浮顆粒絮凝粘結(jié)并隨氣泡上浮到水面并加以回收。由于氧化反應(yīng)段已將污水中難降解大分子聚合物氧化降解，使污水的粘度降低，降低了破乳難度，提高了油類(lèi)及懸浮物的去除效率。氣浮池清水先后進(jìn)入石英砂過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾器，進(jìn)一步去除殘留懸浮物和部分非溶解性的COD，最終完成全部反應(yīng)過(guò)程。

而對(duì)照組的各項(xiàng)處理率都有下降，其中石油類(lèi)去除率僅70%，懸浮物去除率僅79.7%，可見(jiàn)，氣浮除油放在第一步，污水中難降解聚合物的存在對(duì)油類(lèi)及懸浮物去除率產(chǎn)生了不利影響，這與文獻(xiàn)資料一致。

3 結(jié)論

高級(jí)氧化+絮凝沉淀+氣浮+過(guò)濾工藝中，高級(jí)氧化所采用的氧化劑——高鐵酸鈉為新型、高效、無(wú)毒的多功能水處理劑，可快速、有效降解大分子聚合物。采用高級(jí)氧化法先降解聚合物，可大幅提高石油類(lèi)及懸浮物的去除率，石油類(lèi)處理效率提高28.2 %，懸浮物去除率提高11.8 %。此工藝對(duì)聚合物去除率可達(dá)90.3 %，石油類(lèi)去除率達(dá)97.6 %，懸浮物去除率達(dá)90.4 %，COD去除率達(dá)93.6%。本實(shí)驗(yàn)中高鐵酸鈉處理噸水的藥劑成本約為0.9 元。處理費(fèi)用合理，反應(yīng)時(shí)間短，可大大節(jié)省設(shè)備容量或建（構(gòu)）筑物處理規(guī)模?；瘜W(xué)氧化配合絮凝沉淀、氣浮工藝，可有效地將聚合物驅(qū)采油污水中的大分子聚合物與油類(lèi)物質(zhì)分離出來(lái)，工藝簡(jiǎn)單可行，出水水質(zhì)可達(dá)油田回注水標(biāo)準(zhǔn)。