楊紅麗，武世新，趙 怡

（延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 陜西延安 716000）

陜北油田屬典型低滲透、特低滲透油藏，隨著油田開發(fā)的進(jìn)行，地層能量虧空嚴(yán)重，為了提高原油采收率，必須對(duì)油層進(jìn)行注水來維持地層能量［1-2］。陜北油田地處陜北半干旱區(qū)，注水開發(fā)的水源不足，目前，多采用油田污水回注技術(shù)來克服這個(gè)難題［3］，但是油田污水水質(zhì)差，必須進(jìn)行高效處理才能滿足油田注水水質(zhì)指標(biāo)要求。

目前陜北油田污水處理技術(shù)主要涵蓋絮凝、氣浮、膜處理技術(shù)、磁過濾等處理工藝，通過添加一定量絮凝劑等水處理劑，將油田污水處理達(dá)到油田注水水質(zhì)指標(biāo)要求［4-5］。但隨著油田開發(fā)過程中酸化、壓裂、調(diào)剖堵水等油水井施工措施的進(jìn)行，油田采出水、油井作業(yè)廢液日益增多，且污水中愈加成分復(fù)雜，原有污水處理工藝必須進(jìn)行優(yōu)化，目前最經(jīng)濟(jì)的措施是優(yōu)化水處理劑的類型和加量［6-7］。

目前，以丙烯酰胺單體為主要原料的非離子或陰離子型絮凝劑對(duì)油田污水絮凝效果越來越差，非常有必要研制一種新型絮凝劑［6-8］。本文通過自由基聚合合成了一種絮凝性能較好的陽(yáng)離子型高分子絮凝劑，對(duì)油田污水絮凝效果良好，除濁率達(dá)95.00%。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器

丙烯酰胺，分析純；陽(yáng)離子單體DADMAC，工業(yè)品；過硫酸銨，分析純；陜北某油田污水，現(xiàn)場(chǎng)取樣；硅藻土，工業(yè)品；蒸餾水。

JJ-3 型恒溫電動(dòng)攪拌器，一套；CL-SY 精密恒溫水浴鍋，一臺(tái)；京制00000246 號(hào)電子天平，一臺(tái)；SGZ-2 濁度儀，一臺(tái)；溫度計(jì)，0～100 ℃；三口燒瓶，250mL；量筒，25mL、50mL；燒杯，250mL；玻璃棒。

1.2 合成方法

將裝有攪拌器、溫度計(jì)、通氮管的三口燒瓶置于恒溫水浴槽中，稱取適量的丙烯酰胺和陽(yáng)離子單體加入三口燒瓶，升溫至反應(yīng)溫度，攪拌通氮驅(qū)氧30min；逐滴加入適量過硫酸銨水溶液，引發(fā)自由基聚合，并繼續(xù)通氮?dú)?0min，反應(yīng)一定時(shí)間后，停止攪拌，冷卻，得穩(wěn)定黏稠狀產(chǎn)品，即為陽(yáng)離子絮凝劑。烘干粉碎，待用。

1.3 除濁率測(cè)定方法

量取一定量陜北某油田污水，測(cè)量其濁度，記為 。攪拌狀態(tài)下加入適量絮凝劑溶液，攪拌一定時(shí)間后，較低攪拌速度，一定時(shí)間后，停止攪拌。靜置5min，測(cè)量上層清液濁度，記為x，計(jì)算其除濁率。計(jì)算公式為：

式(1)中:p為除濁率，%；x為處理后水樣濁度，mg/L；x0為處理前水樣濁度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成條件的確定

為了制得絮凝效果良好的絮凝劑，以引發(fā)劑濃度、單體配比（AM: DADMAC）、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間為因素，以硅藻土懸濁液除濁率為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)了4 因素4 水平的正交實(shí)驗(yàn)表L16( 44)，各因素的安排及其相應(yīng)水平見表1，實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)的因子水平表Table 1 Factor and level of orthogonal experiment

表2 正交實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Scheme and result of orthogonal experiment

由以上結(jié)果可知該陽(yáng)離子絮凝劑的最佳合成條件是A3B3C2D3，即：?jiǎn)误w質(zhì)量比(AM: DADMAC) 為7:3，引發(fā)劑加量為0.6%，反應(yīng)溫度為65℃，反應(yīng)時(shí)間為6h。

由極差可知，單體質(zhì)量比(AM: DADMAC) 對(duì)絮凝效果影響最大。

按照正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最佳反應(yīng)條件制備絮凝劑，其除濁率為95%，大于正交實(shí)驗(yàn)方案中的結(jié)果，確認(rèn)該實(shí)驗(yàn)條件是該陽(yáng)離子絮凝劑的最佳合成條件。

2.2 絮凝劑對(duì)陜北某油田污水的絮凝實(shí)驗(yàn)

用合成的陽(yáng)離子絮凝劑對(duì)陜北某油田污水進(jìn)行了絮凝實(shí)驗(yàn)，探討了單體質(zhì)量比、樣品投加量對(duì)絮凝性能的影響，并與其他種類的絮凝劑進(jìn)行了比較。

2.2.1 單體質(zhì)量比(AM: DADMAC) 對(duì)絮凝效果的影響

由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知單體質(zhì)量比對(duì)絮凝效果影響最大，本文通過單因素實(shí)驗(yàn)研究了單體質(zhì)量比對(duì)絮凝效果的影響，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 單體質(zhì)量比對(duì)絮凝效果的影響Fig.1 The effect of monomer mass ratio on the flocculation effect

由圖 1 可看出，陽(yáng)離子單體比例對(duì)絮凝性能的影響很大，隨著陽(yáng)離子單體比例增大，高分子鏈上正電荷增多，絮凝劑電中和作用加強(qiáng)，有利于絮凝沉降；且隨著高分子鏈上正電荷增多，聚合物鏈節(jié)之間靜電斥力增大，高分子鏈更加伸展，有利于架橋效應(yīng)，絮凝效果變好。當(dāng)單體質(zhì)量比(AM: DADMAC)為7:3 時(shí)，絮凝效果最好。但是當(dāng)陽(yáng)離子單體比例過大，高分子鏈上正電荷過多，剩余的正電荷會(huì)使顆粒表面電荷性質(zhì)反轉(zhuǎn)，顆粒間斥力增大，絮凝效果降低。

2.2.2 絮凝劑用量對(duì)絮凝效果的影響

在特定條件下，絮凝劑均有最佳用量。取適量陜北某油田污水，加入不同量絮凝劑，其絮凝效果如圖2 所示。

圖2 絮凝劑用量對(duì)絮凝效果的影響Fig.2 The effect of the dosage on the flocculation effect

由圖2 可知，當(dāng)絮凝劑投加量小于18mg/L 時(shí)，除濁率隨絮凝劑用量增大而提高；當(dāng)絮凝劑投加量為18mg/L 時(shí)除濁率為95.00%，絮凝效果最佳；繼續(xù)增大絮凝劑用量，除濁率有所下降。這是因?yàn)樾跄齽┯昧枯^少時(shí)，電中和和吸附架橋作用較弱，不能將懸浮固體完全捕集；增大絮凝劑用量，電中和和吸附架橋作用增強(qiáng)，懸浮顆粒逐漸被捕集，除濁率逐漸增加；當(dāng)絮凝劑用量超過最佳用量時(shí)，過多的絮凝劑分子包裹在懸浮顆粒表面，改變顆粒表面電荷，使得懸浮顆粒重新分散穩(wěn)定，除濁率降低。

3 結(jié)論

（1）以丙烯酰胺和陽(yáng)離子單體為原料，通過自由基引發(fā)聚合制備了陽(yáng)離子絮凝劑，對(duì)陜北某油田采油污水絮凝性能良好。

（2）通過正交實(shí)驗(yàn)，得出該陽(yáng)離子絮凝劑的最佳合成條件，即：?jiǎn)误w質(zhì)量比(AM: DADMAC) 為7:3，引發(fā)劑加量為0.6%，反應(yīng)溫度為65℃，反應(yīng)時(shí)間為6h。

（3）絮凝試驗(yàn)結(jié)果表明，針對(duì)陜北某油田污水，該陽(yáng)離子絮凝劑的最佳用量為18mg/L。

（4）絮凝性能試驗(yàn)結(jié)果表明，單體質(zhì)量比(AM:DADMAC) 和引發(fā)劑加量、反應(yīng)溫度對(duì)絮凝效果都有很大影響。