PDMDAAC/PAC/CPAM復(fù)配處理油田采出水

趙一帆，李子旺，邢傳勝，鄧海發(fā)

PDMDAAC/PAC/CPAM復(fù)配處理油田采出水

趙一帆，李子旺，邢傳勝，鄧海發(fā)

（中海油節(jié)能環(huán)保服務(wù)有限公司，天津 300457）

針對含油污水開展了聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）、聚合氯化鋁（PAC）、陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）3種藥劑復(fù)配實驗，考察了復(fù)配組合、加藥順序、加藥比例對絮凝效果的影響。結(jié)果表明：在試劑加量相同的條件下，PDMDAAC、PAC、CPAM三者復(fù)配絮凝效果要優(yōu)于PDMDAAC和PAC復(fù)配以及PAC和CPAM復(fù)配，且絮體緊實；通過對比實驗，PDMDAAC在PAC之前加入水樣的絮凝效果較好；在有機試劑總量一定的條件下，當PDMDAAC加量4 mg·L-1、PAC加量 30 mg·L-1、CPAM加量2 mg·L-1時，絮凝效果最好，水中懸浮物質(zhì)量濃度為18.7 mg·L-1mg·L-1，含油量為6.15 mg·L-1。

聚二甲基二烯丙基氯化銨；絮凝劑；復(fù)配；含油污水

目前，隨著我國油田的不斷開發(fā)，大部分油田已經(jīng)進入了開采的中后期，油層壓力逐漸下降，通過注水采油則是一種重要的開采方式，這使得油田采出液含水率不斷上升，油田采出液含水率一般在70%～80%，有的油田采出液含水率高達90%以 上[1-2]，這給下游水處理單元帶來了很大的壓力。采出液經(jīng)過電脫和破乳處理后會產(chǎn)生大量的含油污水，污水中通常含有原油、機械雜質(zhì)、可溶性有機物、無機鹽、微生物等，如不處理就直接外排或處理不達標會對環(huán)境造成很大的影響。另外，在油田開發(fā)中經(jīng)常使用酸化、壓裂等措施來提高油田的采收率，增產(chǎn)的同時也產(chǎn)生了大量的廢液混入油田采出水中。隨著國家對環(huán)境保護要求的日益嚴格，采出水的外排標準和作為回注水的標準也日趨嚴 格[3]，不同地區(qū)對處理后水質(zhì)的要求不同，但要求處理后的水中含油量和懸浮物含量都比較低。比較嚴格的回注標準要求處理后的污水中油質(zhì)量濃度為5 mg·L-1，懸浮物質(zhì)量濃度為1 mg·L-1，水中的懸浮物粒徑中值為1 μm，能夠?qū)⒉沙鏊幚淼胶细裰笜艘恢笔歉鞔笥吞锏闹匾ぷ?。常?guī)的采出水處理方法主要有物理法（重力沉降、過濾、粗粒化、機械分離、膜分離等）、化學(xué)法（絮凝、氧化、電解、鹽析等）、物理化學(xué)法（浮選、吸附、離子交換等）、生物法（活性污泥、生物濾池、氧化塘等）以及多種方法的耦合（旋流氣浮、聚結(jié)與重力沉降一體化、聚結(jié)氣浮等）[4-5]，其中混凝沉淀法由于工藝成熟、易于操作、效果明顯的特點而被水處理企業(yè)青睞。常規(guī)的絮凝劑主要分為4種：一種是無機高分子絮凝劑，其具有用量少、除濁高、污泥少等特點，如聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸鋁鐵等；另一種為有機絮凝劑，其具有投加量少、絮凝速度快的特點，主要有聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺等；第三種為天然高分子絮凝劑，其具有環(huán)境友好、可再生、來源廣泛的特點，如殼聚糖、藻酸鈉、改性淀粉 等[6-8]，第四種絮凝劑為微生物絮凝劑，這種絮凝劑具有高效、無毒、安全、無二次污染等特點，主要有霉菌、放線菌、細菌、酵母菌等[9]。在實際使用過程中，為了達到規(guī)定的處理指標，需要投加試劑量較大，這給企業(yè)帶來了較大的成本壓力。為了保證處理達標的同時又最大限度地減少化學(xué)藥劑的使用量，大多采用兩種或多種藥劑復(fù)配使用。

聚二甲基二烯丙基氯化銨是一種水溶性的陽離子聚季銨鹽，具有正電荷密度高、水溶性好、高效無毒、pH適用范圍廣等特點，在石油開采、造紙、采礦等行業(yè)應(yīng)用廣泛[10-11]。由于其帶有正電性和具有一定的相對分子質(zhì)量，其在絮凝過程中兼有電中和與架橋作用[12-13]。本文以某聯(lián)合站一次沉降罐出口含油污水為處理對象，以聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）、聚合氯化鋁（PAC）、陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）為絮凝藥劑，研究三者復(fù)配對含油污水的處理效果。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

實驗藥品：聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC），固含量40%，相對分子質(zhì)量30萬，LYPW-3011型，山東魯岳化工有限公司；聚合氯化鋁（PAC），鹽基度55%，工業(yè)級，鞏義市富源凈水材料有限公司；陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），陽離子度50%，相對分子質(zhì)量800萬，工業(yè)級，鞏義市富源凈水材料有限公司。實驗用水樣取自某聯(lián)合站一沉出口，水質(zhì)化驗情況見表1。

實驗儀器：AL104分析天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；玻璃砂芯過濾裝置，如東東進玻璃儀器廠；722E分光光度計，上海光譜儀器有限公司；HH-4恒溫水浴鍋，常州中捷實驗儀器制造有限公司；JJ-1精密電動攪拌器，常州中捷實驗儀器制造有限公司。

表1 水樣檢測結(jié)果

1.2 實驗方法

1.2.1 水質(zhì)檢測

含油量和懸浮含量的測定參照《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標及分析方法》（SY/T5329—2012），水樣透光率的測定參考文獻[14]。

1.2.2 絮凝效果評價

采用燒杯絮凝實驗，向500 mL燒杯中加入 300 mL污水水樣，加入一定量的絮凝劑，快速 （300 r·min-1）攪拌1 min，再慢速（150 r·min-1）攪拌2 min，45 ℃水浴靜置一定時間，取水樣進行 測定。

2 結(jié)果討論

2.1 絮凝效果對比

為了克服單一絮凝劑的不足，無機絮凝劑與有機絮凝劑復(fù)配是水處理行業(yè)常用的處理方法，為了驗證PDMDAAC的絮凝效果，室內(nèi)開展了對比實驗。在PAC加量一定的條件下，做了3組對比實驗，分別為PDMDAAC+PAC絮凝實驗、PDMDAAC+CPAM +PAC絮凝實驗、CPAM+PAC絮凝實驗，實驗溫度為45 ℃，絮凝沉降1 h后取上清液檢測水質(zhì)情況。試劑加量情況及絮體形態(tài)情況見表2，水樣透光率隨有機試劑加量變化情況見圖1。

從圖1可以看出，PDMDAAC與PAC復(fù)配的絮凝效果要好于CPAM與PAC復(fù)配的絮凝效果，但通過觀察，PDMDAAC與PAC復(fù)配產(chǎn)生的絮體松散。PDMDAAC、CPAM、PAC復(fù)配具有較好絮凝效果，水樣的透光率隨著試劑加量增加而明顯的增加，且效果明顯優(yōu)于CPAM和PAC復(fù)配以及PDMDAAC與PAC復(fù)配，說明帶有高電位的PDMDAAC可以更好地中和水中的膠體，同時由于PDMDAAC具有一定的線性結(jié)構(gòu)，可以將絮體聚集，增強絮凝效果。從絮體形態(tài)來，水樣不加CPAM，絮體松散，加入CPAM后絮體緊實度增加，說明分子鏈較長的CPAM對絮體的緊實度起到?jīng)Q定的作用。因此，在后續(xù)的實驗過程中主要考察3種試劑的復(fù)配效果。

表2 試劑加量及絮體形態(tài)情況

圖1 透光率隨有機試劑加量變化情況

2.2 加藥順序考察

CPAM和PAC作為兩種不同類型的絮凝劑，二者的加藥順序一般為先加PAC產(chǎn)生絮體后再投入CPAM，通過其架橋和電中和等作用將水中的膠體、絮體等雜質(zhì)進一步聚集。PDMDAAC作為一種新型的絮凝劑，具有無機絮凝劑和有機絮凝劑的特性，因此在實際使用過程中，其加藥順序?qū)π跄Ч幸欢ǖ挠绊?。室?nèi)考察PDMDAAC與PAC加藥順序?qū)π跄Ч挠绊憽Ｔ贑PAM加量2 mg·L-1的條件下，分別改變PDMDAAC與PAC加藥順序，45 ℃水浴絮凝1 h后取上清液進行透光率檢測，加藥情況及檢測結(jié)果見表3。

從表3中水樣的透光率可以看出，當有機試劑加量為4 mg·L-1時，先加2 mg·L-1的PDMDAAC后再加30 mg·L-1的PAC，水樣的透光率為82.3%，先加30 mg·L-1的PAC后加2 mg·L-1的PDMDAAC，水樣透光率為79.4%；在有機試劑加量為5 mg·L-1時，先加3 mg·L-1的PDMDAAC后再加30 mg·L-1的PAC，水樣的透光率為88.9%，先加30 mg·L-1的PAC后加3 mg·L-1的PDMDAAC，水樣透光率為84.2%，說明先加PDMDAAC后加PAC絮凝效果較好。

2.3 加藥比例考察

針對聯(lián)合站一沉出口水樣，在PAC加量和有機絮凝劑總量一定的條件下，考察PDMDAAC、CPAM、PAC 3種藥劑復(fù)配絮凝效果，試劑加藥情況見表4，水樣的透光率變化情況見圖2。

表4 3種藥劑加量情況

圖2 水樣透光率隨試劑加量變化情況

從圖2水樣透光率隨試劑加量變化趨勢看，PDMDAAC與CPAM不同加藥比例下，水樣的透光率不同，在有機藥劑總量6 mg·L-1不變的條件下，水樣的透光率隨著PDMDAAC加量的增加有增大的趨勢，當PDMDAAC加量4 mg·L-1、PAC加量 30 mg·L-1、CPAM加量2 mg·L-1時，水樣的透光率最高為95.6%，經(jīng)過檢測，水中的懸浮物質(zhì)量濃度為18.7 mg·L-1，含油量為6.15 mg·L-1，滿足現(xiàn)場對水質(zhì)指標的控制要求。

3 結(jié) 論

1）在試劑當量相同的條件下，PDMDAAC與PAC和CPAM 3種藥劑復(fù)配的絮凝效果要優(yōu)于PAC和CPAM復(fù)配以及PDMDAAC與PAC復(fù)配的絮凝效果。

2）針對現(xiàn)場所取水樣進行對比實驗，3種藥劑的加藥順序為PDMDAAC、PAC、CPAM。

3）在有機加藥量一定的條件下，當PDMDAAC加量4 mg·L-1、PAC加量30 mg·L-1、CPAM加量 2 mg·L-1時，水樣的絮凝效果最好，透光率最高為95.6%。

[1] 權(quán)紅旗，孫杰，楊晏泉.采出水處理回用高通量膜法技術(shù)[J].化工環(huán)保，2021，41（1）：27-32.

[2] 丁鵬元，黨偉，王莉莉，等.油田采出水回注處理技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].現(xiàn)代化工，2019，39（3）：21-25.

[3] 郭強之，李強，沈忱，等.油田采出水成分及處理技術(shù)分析[J].化工設(shè)計通訊，2021，47（11）：33-35.

[4] 張榮榮，閆蒲根，周桂紅.氧化-混凝技術(shù)對含油污水的處理研究[J].當代化工，2019，48（10）：2297-2300.

[5] 姜勇，李子旺，李海燕，等. 一種穩(wěn)流筒可調(diào)節(jié)的單罐雙級旋流氣浮裝置： CN207227056U[P]. 2018-04-13.

[6] 毛艷麗，張延風(fēng)，羅世田，等.水處理用絮凝劑絮凝機理及研究進展[J].華中科技大學(xué)學(xué)報（城市科學(xué)版），2008，25（2）：78-82.

[7] 余偉，黃牧，李愛民，等.多功能型天然高分子水處理劑的研究[J].環(huán)境化學(xué)，2018，37（6）：1293-1310.

[8] 尤俊杰，吳志俊， MULENGA K T，等.聚合氯化鋁與有機高分子絮凝劑復(fù)合應(yīng)用進展[J].廣東化工，2018，45（20）：76-77.

[9] 張倩，周娟，姚健，等.延長油田水處理劑研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].遼寧化工，2022，51（1）：60-63.

[10] 張躍軍，余沛芝，賈旭，等.聚二甲基二烯丙基氯化銨的合成[J].精細化工，2007，24（1）：44-49.

[11] 李謝玲.PAC-PDMDAAC處理微污染水的絮凝特征研究[J].工業(yè)水處理，2019，39（9）：58-62.

[12] 王任芳，周珊珊，李克華，等.聚二甲基二烯丙基氯化銨的合成及絮凝性能研究[J].長江大學(xué)學(xué)報（自科版）理工卷，2006，03（3）：44-47.

[13] 李亞攀，胡君榮，陳涼一，等.聚二甲基二烯丙基氯化銨在污泥脫水中的應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計與研究，2018，39（6）：109-111.

[14] 蔡靖，王聰. 正交實驗法優(yōu)化納米二氧化硅與聚合硫酸鐵的復(fù)配絮凝實驗[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2014，43（8）：52-54.

Treatment of Oilfield Produced Water by PDMDAAC/PAC/CPAM

（CNOOC Energy Conservation and Environmental Protection Service Co., Ltd., Tianjin 300547, China）

The compounding experiment of PDMDAAC, PAC and CPAM was carried out for oily sewage, and the effects of compounding combination, dosing sequence and dosing ratio on flocculation effect were investigated. The results showed that the combination of PDMDAAC, PAC, CPAM was better than the combination of PAC and CPAM and the combination of PAC and PDMDAAC. At the same time, the flocs of the best combination was tight. It proved that the flocculating efficiency was better when adding PDMDAAC before adding PAC. When dosage of PDMDAAC was 4mg·L-1, the dosage of PAC was 30mg·L-1and dosage of CPAM was 2mg·L-1, the flocculation results was the best, the suspend solid content in water was 18.7mg·L-1, the oil content in water was 6.15 mg·L-1.

PDMDAAC; Flocculants; Compound; Oily water

2022-04-11

趙一帆（1982-），女，河北省肅寧縣人，工程師，碩士， 2010年6月畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）安全技術(shù)及工程專業(yè)，研究方向：石油化工環(huán)境保護。

X703

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1004-0935（2023）01-0031-04