張洪，王迪，陳勇軍，王曼依，楊彬 (中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

清水劑是油田現(xiàn)場廣泛使用的一種水處理劑，在注聚油田采油污水的油水分離處理中起到至關(guān)重要的作用[1，2]。但隨著聚驅(qū)油田開采的不斷深入，采出污水返聚增加，污水性質(zhì)發(fā)生變化導(dǎo)致處理難度加大。研究發(fā)現(xiàn)，聚合物的存在使得含聚污水區(qū)別于水驅(qū)采油污水，具有黏度高、油水乳化嚴(yán)重、攜固能力強等特點[3～6]：一方面，污水中殘留的陰離子聚合物吸附在油水界面膜上，ζ電位負(fù)值變大，產(chǎn)生靜電斥力增強，油珠在水中穩(wěn)定性增加，難以聚并；另一方面，污水含聚增大了油水界面膜彈性，界面膜穩(wěn)定性增加，使得攜帶的懸浮固體顆粒不易沉降，油珠在水中的浮升速率變慢，油水分離難度加大[7～10]。相比于陰離子型和非離子型清水劑[11，12]，陽離子型清水劑對帶有負(fù)電荷膠體溶液的含聚污水顯示出獨特的優(yōu)越性[13～16]，同時也引發(fā)很多問題，如污水中陰離子聚合物發(fā)生脫穩(wěn)、析出，產(chǎn)生大量的黏性污泥，影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運行等[17～19]。海上某油田注聚開發(fā)已有十多年，目前返出污水大量含聚含油，達到100～300mg/L，現(xiàn)場使用的清水劑除油效率下降，亟待提升處理效果。為適應(yīng)污水變化帶來的新問題，提高處理效果，減少清水劑用量，筆者以某油田含聚含油污水為研究對象，開展陽離子型清水劑的除油性能試驗研究，通過模擬現(xiàn)場處理設(shè)備和流程，優(yōu)化處理工藝和清水劑配比，提高含聚污水處理的除油率。

1 試驗部分

1.1 藥劑和儀器

1)含聚含油污水。模擬現(xiàn)場污水，礦化度為9374.13mg/L，含聚150mg/L，含油100～3500mg/L(以實測為準(zhǔn))，ζ電位值-21.30mV。試驗清水劑為陽離子型清水劑PEQ-1、PEQ-2、PEQ-3、PEQ-4、PEQ-5，均為聚醚類化合物，相對分子質(zhì)量800萬～2000萬不等，分子鏈較長，是由聚氧化乙烯PEO與聚苯醚PPO嵌段而合成的不同化合物，實驗室自行合成。

2)試驗儀器。以某油田現(xiàn)場污水處理流程為基礎(chǔ)建立了一套可視化、拆卸方便的油水處理清水劑動態(tài)流程試驗裝置，包括污水加熱攪拌罐(體積20L)、斜板除油器(斜板傾斜角50°，495mm×160mm×200mm)、氣浮器(310mm×160mm×230mm)、核桃殼-石英砂雙介質(zhì)過濾器等，可以組合成不同的處理流程或單獨使用。污水進入斜板除油器一次除油后，進入氣浮選器浮選除去懸浮物和乳化油，最后進入核桃殼過濾器過濾。試驗流程、加藥點及各取樣點如圖1所示。斜板除油器停留時間可在20～30min調(diào)節(jié)，氣浮處理停留時間可在10～20min調(diào)節(jié)，全流程運行時間在30～50min可調(diào)節(jié)。

試驗儀器還包括FM30高剪切分散乳化機(Fluko)和UV2450紫外可見分光光度計(Shimadzu)。

圖1 污水處理清水劑性能動態(tài)試驗流程

1.2 含油測定方法

將配制好的含聚含油污水輸入流程中的攪拌配液罐，開啟攪拌使油水混合均勻并控制其恒溫在60℃。設(shè)置好泵排量，啟動泵輸入污水。在加藥點注入清水劑，待污水充滿全流程平穩(wěn)運行后，同時在流程不同位置的4個取樣點取樣并分析其含油量。各處理單元動態(tài)流程參數(shù)設(shè)置如下：斜板除油器停留時間20min，污水泵排量290mL/min；氣浮器進氣量為350mL/min，氣浮器污水停留時間為12min。

污水含油分析按照SY/T 0530—2011《油田采出水中含油量測定方法》進行，用標(biāo)準(zhǔn)原油測定的含油標(biāo)準(zhǔn)曲線公式為：

式中：m1為油含量，mg/L；A1為測定的吸光度值。

2 清水劑除油效果

圖2 PEQ-1處理污水沿流程含油量變化

分別在加藥點B(污水泵出口的管道上)加入不同質(zhì)量濃度的陽離子型清水劑PEQ-1、PEQ-2、PEQ-3、PEQ-4、PEQ-5，研究不同清水劑對污水除油的影響。

2.1 PEQ-1處理效果評價

加入PEQ-1后，污水反應(yīng)較迅速，斜板除油器進口處浮油較多，氣浮器中油和絮體少。從圖2中看出，增加清水劑質(zhì)量濃度含油量快速下降，除油效果提高，250mg/L時含油量降至24.16mg/L，總除油率達到98.67%，除油效果好。自取樣點2以后的含油量變化較小，說明除油過程主要發(fā)生在斜板除油器單元。這是因為PEQ-1是一種具有長分子鏈的水溶性高聚物，電離出大量的正電荷與含聚污水中帶有負(fù)電性的膠體微粒電性中和，快速集聚，對污水中的懸浮物和油珠具有吸附聚集作用，在斜板除油器中快速聚結(jié)沉降分離從而除去，使處理污水含油量迅速降低。

2.2 PEQ-2和PEQ-3處理效果評價

從圖3和圖4可以看出，清水劑質(zhì)量濃度的變化帶來的含油量變化趨勢基本一致，含油量降至84.45～91.99mg/L，總除油率94.49%～ 95.24%。提高加入清水劑質(zhì)量濃度，表現(xiàn)為作用速度加快，但是對降低斜板除油器出口含油量影響較小，說明對于這2種清水劑，提高清水劑質(zhì)量濃度雖然能夠提高作用速度，對總的除油效果卻沒有明顯提高，清水劑質(zhì)量濃度為200mg/L即可。

圖3 PEQ-2處理污水沿流程含油量變化 圖4 PEQ-3處理污水沿流程含油量變化

2.3 PEQ-4和PEQ-5處理效果評價

從圖5可以看出，提高清水劑質(zhì)量濃度，在斜板除油器進口的含油量基本一致；清水劑質(zhì)量濃度為300mg/L時，斜板除油器基本沒有除油效果，后續(xù)主要靠氣浮器發(fā)揮作用，氣浮產(chǎn)生的大量微氣泡使微小乳化油和懸浮物聚集上浮，除油率上升到65.22%。PEQ-4質(zhì)量濃度為400mg/L時斜板除油器才開始發(fā)揮作用。在總除油率上，為400mg/L時除油效果優(yōu)于300mg/L時，PEQ-4對斜板除油器后續(xù)的單元裝置的負(fù)荷較大，會降低過濾器的使用壽命。圖6表明PEQ-5質(zhì)量濃度為400mg/L時，污水除油效果較好，總除油率94.11%。

圖5 PEQ-4處理污水沿流程含油量變化 圖6 PEQ-5處理污水沿流程含油量變化

3 組合加藥工藝的除油效果

不同陽離子型清水劑的除油效果差異較大，以除油率最高的陽離子清水劑分別與非離子清水劑、陰離子清水劑組合，分別在流程不同點加入清水劑，考察沿流程污水含油量的變化：

組合1：非離子型清水劑FCH-1+陽離子型清水劑PEQ-1；

組合2：陽離子型清水劑PEQ-1+陰離子型清水劑YH-1和YH-2。

為了我國能步入又好又快發(fā)展的富裕大道而通向國家富強的殿堂，我們必須高度重視綠色發(fā)展理念。十九大以來，以習(xí)近平為核心的黨中央將綠色發(fā)展理念貫徹落實到社會生活的各個領(lǐng)域，在各項決策部署中，均體現(xiàn)著綠色發(fā)展的理念。為緊繃綠色發(fā)展的主弦，奏出和諧美妙的樂章，各級政府要從當(dāng)前的經(jīng)濟發(fā)展實際出發(fā)，改變一味追求GDP增長而忽視環(huán)境的經(jīng)濟發(fā)展模式，爭取在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域?qū)⒕G色發(fā)展理念徹底貫徹落實，通過經(jīng)濟社會全面健康的發(fā)展而實現(xiàn)國家的富強。

3.1 組合1的處理效果評價

組合1及加藥順序：非離子型清水劑FCH-1(加藥點A)+陽離子型清水劑PEQ-1(加藥點B)，研究可否降低陽離子清水劑的質(zhì)量濃度，實現(xiàn)高效除油的工藝目標(biāo)。組合1的不同清水劑配比如下：

配比1：100mg/L FCH-1+200mg/L PEQ-1；

配比2：50mg/L FCH-1+200mg/L PEQ-1；

配比3：50mg/L FCH-1+250mg/L PEQ-1；

配比4：100mg/L FCH-1+100mg/L PEQ-1；

配比5：100mg/L FCH-1+150mg/L PEQ-1。

從圖7可以看出，配比1、配比2和配比3在取樣點1的污水含油量快速降為20mg/L左右，具有非常好的除油效果，在配比3時水中含油基本去除。從配比1、配比4、配比5和對比圖8單一清水劑作用效果來看，陽離子清水劑在除油中仍然起主導(dǎo)作用。當(dāng)FCH-1質(zhì)量濃度為100mg/L、PEQ-1質(zhì)量濃度≥200mg/L時，在取樣點1的除油率比FCH-1單獨作用時的除油率高，表明PEQ-1可促進FCH-1除油，優(yōu)勢互補；當(dāng)PEQ-1質(zhì)量濃度<200mg/L時，如配比4、配比5，在取樣點1的除油率顯著降低，PEQ-1對FCH-1的除油具有一定的抑制作用，此時斜板除油器的作用發(fā)揮出來，可有效降低污水含油量，仍然具有較高的除油率。

配比3時，總除油率最大達到100%，此時陽離子型清水劑用量較大；以配比1在取樣點1的除油率較優(yōu)(98.37%)。結(jié)果表明，非離子型清水劑和陽離子型清水劑的質(zhì)量濃度下降50%，全流程總除油率仍≥95%。組合1(配比1)在取樣點1的除油效果較單一清水劑作用時的除油效果好，但沿流程處理時含油量呈現(xiàn)小幅波動，這可能是2種清水劑相互影響的結(jié)果。

圖7 組合1處理污水沿程含油量變化 圖8 單一清水劑與組合1沿流程污水含油量變化對比

3.2 組合2處理效果評價

組合2及加藥順序：陰離子型清水劑YH-1(加藥點B)+YH-2(加藥點C)+陽離子型清水劑PEQ-1(加藥點D)，研究清水劑質(zhì)量濃度變化時流程總除油率及整個流程中含油量的變化。組合2的不同清水劑配比如下：

配比6：150mg/L YH-1+150mg/L YH-2+200mg/L PEQ-1；

配比7：50mg/L YH-1+50mg/L YH-2+100mg/L PEQ-1；

配比8：100mg/L YH-1+100mg/L YH-2+150mg/L PEQ-1；

配比9：100mg/L YH-1+100mg/L YH-2+100mg/L PEQ-1；

配比10：100mg/L YH-1+100mg/L YH-2+50mg/L PEQ-1。

從圖9和圖10可以看出，組合清水劑效果優(yōu)于單一清水劑處理效果。清水劑加入后反應(yīng)迅速，配比6、配比7、配比8處理后水中含油量≤12.08mg/L，動態(tài)流程將油基本除去，總除油率均≥99.08%，其中，配比8時除油效果最佳，基本不含油，配比7清水劑質(zhì)量濃度最低，仍有99.08%的除油率。同時從圖10可以看出，隨著組合清水劑質(zhì)量濃度降低，在取樣點1的除油率也隨之降低，改變其中任意一種清水劑質(zhì)量濃度對取樣點1的除油率都有影響。在YH-1、YH-2和PEQ-1的組合試驗中，陰離子型清水劑質(zhì)量濃度下降66.7%，陽離子型清水劑質(zhì)量濃度下降75%，最終除油率均≥95%，除油效果好。YH-1、YH-2可促進油滴聚集和聚并，同時避免與聚合物發(fā)生電性相互作用。在不改變污水處理流程下，除油效果優(yōu)于單一清水劑，實現(xiàn)了2種清水劑功能的協(xié)同作用，清水劑質(zhì)量濃度較單一清水劑大幅降低。

圖9 單一清水劑與組合2處理污水沿流程含油量變化對比 圖10 組合2處理污水沿程含油量變化

4 結(jié)論

1)陽離子型清水劑在工藝流程中，以斜板除油器單元除油為主，減輕了流程后續(xù)處理單元的負(fù)荷。清水劑能與含聚含油污水中的帶有負(fù)電性的膠粒電性中和，同時吸附雜質(zhì)快速聚集形成絮體，促進在斜板除油器處油滴聚集和懸浮物自由沉降分離，有效降低污水的含油量。

2)5種陽離子型清水劑單獨作用在流程中的動態(tài)試驗結(jié)果表明，陽離子型清水劑PEQ-1質(zhì)量濃度為250mg/L的全流程除油率達到98.67%，污水除油效果最優(yōu)。

3)組合清水劑效果優(yōu)于單一清水劑處理效果。組合2(配比7)：50mg/L YH-1+50mg/L YH-2+100mg/L PEQ-1，斜板除油器的除油率即可達到97.54%，全流程除油率達99.08%，可有效降低陽離子型清水劑配比和總清水劑的配比，降低了水處理清水劑成本。