楊紅麗，韓靜，駱薇，嚴(yán)茹，馬全全

（1.延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 延安 716000；2.西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710077）

油田污水主要產(chǎn)生于三個(gè)方面，一是鉆井產(chǎn)生的污水，一是采油產(chǎn)生的污水，還有一種是地面生產(chǎn)中產(chǎn)生的污水[1]。針對(duì)油田的污水處理，一般使用混凝沉淀處理的方法，這種處理方法見(jiàn)效快、效果好，且操作方便快捷，所以是目前油田污水處理中的主要方法。而在混凝沉淀處理中，絮凝劑選擇是關(guān)鍵，這對(duì)于混凝沉淀效果有直接影響。隨著人們的生態(tài)環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，在油田的污水處理中，不僅關(guān)注處理效率和成本，近年來(lái)，對(duì)于絮凝劑環(huán)保性的關(guān)注也在不斷提升，這使得相關(guān)絮凝劑研究進(jìn)一步發(fā)展。

1 絮凝原理分析

針對(duì)油田污水進(jìn)行混凝沉淀處理，絮凝劑是關(guān)鍵作用環(huán)節(jié)。絮凝過(guò)程中涉及到物理以及化學(xué)方面的反應(yīng)和變化。針對(duì)絮凝劑的作用機(jī)制，相關(guān)研究也比較多，但是在具體絮凝過(guò)程中，實(shí)際受到的影響因素是比較多的，所以實(shí)際水處理過(guò)程以及理論研究之間的差異較大。在理論上，也存在不同見(jiàn)解。綜合相關(guān)研究理論，目前國(guó)內(nèi)研究者比較傾向于一種解釋?zhuān)磯嚎s雙電層、吸附電中和作用、吸附架橋作用以及卷掃沉淀作用[2]。結(jié)合具體的絮凝機(jī)理以及實(shí)際操作情況，一些情況下只有一種機(jī)理發(fā)揮作用，一些情況下則是多種機(jī)理發(fā)揮作用，或是在同時(shí)發(fā)揮作用的情況下，有某種機(jī)理占據(jù)主要。原因是在差異化的水體環(huán)境中，膠體顆粒、水中電解質(zhì)以及懸浮顆粒也是存在差異的，此外，水體中的溫度、雜質(zhì)濃度、酸堿度等對(duì)于絮凝劑的使用效果也會(huì)產(chǎn)生影響。

就相關(guān)研究來(lái)看，學(xué)者們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)分離器中水體顆粒物去除過(guò)程中，卷掃沉淀作用是關(guān)鍵，通過(guò)使用陽(yáng)離子、陰離子以及非離子聚合物充當(dāng)絮凝劑，去除水體中的膠體顆粒，其絮凝效果大致相同，可見(jiàn)，絮凝效果和電性沒(méi)有太大關(guān)聯(lián)。也有學(xué)者通過(guò)陰離子聚丙烯酰胺和硫酸鋁以及硫酸鐵等聚合物制作絮凝劑，探索絮體的沉降速度，發(fā)現(xiàn)在理想的酸堿值以及絮凝劑濃度下，卷掃沉淀激勵(lì)和吸附電中和激勵(lì)作出了很好的解釋?zhuān)窃谒釅A值最佳的情況下，卷掃沉淀作用最佳。

2 常見(jiàn)絮凝劑

2.1 無(wú)機(jī)絮凝劑

無(wú)機(jī)絮凝劑又包含無(wú)機(jī)低分子絮凝劑以及無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。而在油田使用中，最常見(jiàn)的是無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。這種絮凝劑包含聚鐵類(lèi)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑以及聚鋁類(lèi)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。這類(lèi)絮凝劑中應(yīng)用范圍比較廣的要數(shù)聚合硫酸鐵以及聚合氯化鋁。前者的絮凝效果比較好，沉降速度快，對(duì)金屬設(shè)備產(chǎn)生的腐蝕性小，且產(chǎn)生二次污染的幾率低，不過(guò)缺陷是使用這種絮凝劑，會(huì)產(chǎn)生較多的污泥，且其生產(chǎn)工藝繁雜，成本相對(duì)更高；后者在油田污水處理中，絮凝效果相對(duì)鋁鹽要好很多，這種絮凝劑使用量不大，但是產(chǎn)生的污泥量較少，不過(guò)其在絮凝中的沉降速度相對(duì)慢一些，也容易導(dǎo)致二次污染的問(wèn)題出現(xiàn)[3]。

2.1.1 單一無(wú)機(jī)絮凝劑

在無(wú)機(jī)高分子絮凝劑中，聚合鋁鹽以及聚合鐵鹽是最常用的，其中主要是以聚合物為主研制的，相關(guān)聚合物在水解后容易生成單核配位物，在聚合后生成多核，這種絮凝劑可以壓縮雙電層，消除水體中膠體的電位，讓顆粒之間的排斥力不斷降低。其正電荷和比表面積也比較大，可以將水體中的帶負(fù)電雜質(zhì)吸附掉，其吸附性比較好，具有很好的凈水效果。劉曉云[4]直接以結(jié)晶氯化鋁和結(jié)晶氯化鐵為原料，采用焙燒法制備了聚合氯化鋁鐵，通過(guò)正交試驗(yàn)確定了最佳制備條件，絮凝劑用量為9 mg·L-1。喻德忠[5]采用慢速滴堿法制備出新型無(wú)機(jī)絮凝劑聚合氯化鈦（PTC），加量（以Ti計(jì)）為1 000 mg·L-1時(shí),混凝處理效果最好,F-去除率在95%以上。

2.1.2 聚硅酸金屬鹽類(lèi)無(wú)機(jī)絮凝劑

聚硅酸金屬鹽類(lèi)絮凝劑屬于復(fù)合型絮凝劑，通過(guò)金屬鹽水水解作用，形成多羥基陽(yáng)離子對(duì)膠體產(chǎn)生電中和效應(yīng)，聚硅酸屬于陰離子型，其吸附作用比較強(qiáng)，在多重聚合物共同作用下可以促進(jìn)絮凝效果的提升。在具體的使用中，做好絮凝劑化學(xué)結(jié)構(gòu)控制，是實(shí)現(xiàn)絮凝劑優(yōu)化應(yīng)用的有效舉措之一。劉延慧[6]以硅酸鈉、三氯化鐵、氯化鈣等為原料制備了聚硅酸鐵鈣絮凝劑,并對(duì)50 mg·L-1模擬含磷廢水進(jìn)行處理研究，絮凝劑投加量為0.9 g,廢水pH值為2.0～8.0,混凝時(shí)間為25，除磷率可達(dá)95.7%。周楠[7]等通過(guò)共聚法制得高聚鋁復(fù)硅絮凝劑（HAS），鐵鋁比為18，硅鋁比為0.05～0.1的FHAS，除濁除鋅效果最佳，去除率均可達(dá)99%以上。

2.2 有機(jī)絮凝劑

這種絮凝劑也被稱(chēng)為聚電解質(zhì)，這種絮凝劑有人工合成的，也有天然聚合物改性制成的。和無(wú)機(jī)絮凝劑對(duì)比，這種絮凝劑在用量上更少，受鹽類(lèi)和環(huán)境的影響更小，使用中產(chǎn)生的污泥量也更少，所以在應(yīng)用中逐漸取代了無(wú)機(jī)絮凝劑。

2.2.1 人工合成絮凝劑

這種絮凝劑分子量比較大，可以按照不同污水處理要求來(lái)對(duì)于產(chǎn)品的分子量大小和分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，他們會(huì)自主的進(jìn)行單體結(jié)構(gòu)和需要的官能團(tuán)選擇，完成合成目標(biāo)。例如，聚丙烯酰胺及其改性產(chǎn)品，目前，國(guó)內(nèi)有機(jī)高分子絮凝劑中，這類(lèi)絮凝劑使用量在85%以上，按照離子類(lèi)型不同也可以進(jìn)行其他分類(lèi)。其中，陽(yáng)離子型對(duì)油田廢水的絮凝效果要比其他的聚丙烯酰胺更好，這是因?yàn)殛?yáng)離子對(duì)于污水中的膠體微粒具有很好的吸附效果和電性中和作用，對(duì)于顆粒沉降有一定作用。郭肖依[8]等以丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨（DBC）和丙烯酰胺（AM）為原料,通過(guò)水溶液自由基聚合法制備了一種陽(yáng)離子聚合物P（AM-DBC），除油率和絮體狀態(tài)較好。柴逢鑫[9]以丙烯酰胺（AM）和丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨（DBAC）為聚合單體,陰離子水溶性直鏈聚丙烯酸鈉（NaPAA）為模板,微量的乙烯基烷氧基硅烷（VTMES）為交聯(lián)單體,采用自由基模板聚合法合成了一種微嵌段交聯(lián)陽(yáng)離子型共聚物TPADV,對(duì)含油污水的脫油率效果較好。楊紅麗[10]等以丙烯酰胺為主要原料,陽(yáng)離子單體為輔,通過(guò)過(guò)硫酸銨引發(fā)自由基聚合,制備了陽(yáng)離子絮凝劑,該絮凝劑對(duì)陜北某油田采油污水絮凝效果良好,除濁率達(dá)95.00%

2.2.2 天然高分子改性絮凝劑

為了降低成本，學(xué)者們用天然高分子材料作主要原料，對(duì)其進(jìn)行改性，這些絮凝劑在油田污水處理中也有一定的應(yīng)用。熊健[11]等用2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨對(duì)糌粑進(jìn)行改性，研究了糌粑改性絮凝劑的制備以及對(duì)高嶺土模擬水樣的絮凝作用。當(dāng)水樣溫度≤50 ℃，初始pH≥5，絮凝劑用量為10～20 mg·L-1時(shí)，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，其透光率最高可達(dá)99%。張旺[12]將丙烯酰胺（AM）和陽(yáng)離子單體甲基丙烯酸乙酯基三甲基氯化銨（DMC）接枝到玉米淀粉和殼聚糖骨架上,制備出天然高分子接枝陽(yáng)離子型絮凝劑STC-g-PAD和CS-g-PAD。趙凱強(qiáng)[13]等通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合,合成具有良好水溶性的陽(yáng)離子改性淀粉絮凝劑,結(jié)果表明，電荷量在0～0.5 mmol時(shí),相對(duì)分子質(zhì)量越大,絮凝效果越好。

2.3 復(fù)合絮凝劑

由于無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑絮凝機(jī)理不同，無(wú)機(jī)絮凝劑主要靠壓縮雙電層、吸附電中和作用起絮凝作用，有機(jī)絮凝劑主要靠吸附架橋作用起絮凝作用，因此，實(shí)際生產(chǎn)中往往將二者復(fù)配使用，可以發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，提高處理效果。廖欽雄[14]制備了一種聚合氯化鐵-殼聚糖（PFC-CTS）新型復(fù)合絮凝劑,投加量為40 mg·L-1時(shí)絮凝效果最佳,為污泥高效減量化處理提供了理論依據(jù)。姚彬[15]等采用硅烷偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷作為硅源，與氯化鋁在堿性條件下合成出新型無(wú)機(jī)-有機(jī)硅鋁復(fù)合絮凝劑，該絮凝劑呈現(xiàn)空間網(wǎng)狀的密實(shí)結(jié)構(gòu)，吸附架橋性能優(yōu)越。

3 絮凝劑發(fā)展方向

3.1 綠色絮凝劑

近年來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)境安全問(wèn)題的關(guān)注，人們開(kāi)始研究可降解綠色絮凝劑。這種絮凝劑原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、無(wú)毒，且能生物降解。這種絮凝劑主要有淀粉類(lèi)、纖維素類(lèi)、甲殼素/殼聚糖類(lèi)、木質(zhì)素類(lèi)、單寧、海藻酸鈉等幾大類(lèi)。姜磊[16]等以綠色化合物殼聚糖和多巴胺為主要原料，設(shè)計(jì)了綠色絮凝劑合成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，產(chǎn)品用于含聚污水的絮凝處理，達(dá)到了污水中有害物的減量化與無(wú)害化綜合處理的目的，提升了學(xué)生的創(chuàng)新研究意識(shí)與實(shí)踐能力。靜海偉[17]以花生殼和淀粉為原料,制備了綠色絮凝劑，在酸性環(huán)境下,DMC/花生殼質(zhì)量比為2,反應(yīng)時(shí)間5 h,所研制的絮凝劑在室溫酸性環(huán)境下具有良好的絮凝性能。李佳鳳[18]等以天然高分子植物膠粉為合成原料,在微波加熱條件下改性制得的新型陽(yáng)離子生物絮凝劑，對(duì)印染廢水和洗煤廢水具有很好的處理效果。

3.2 微生物絮凝劑

這是一種新型絮凝劑，主要以生物技術(shù)為基礎(chǔ)，從微生物中進(jìn)行分泌物的提取和純化，從而獲得一種高效、安全可以實(shí)現(xiàn)自然降解的絮凝物質(zhì)。微生物絮凝劑也是天然高分子化合物的一種，包含了機(jī)能性蛋白質(zhì)和機(jī)能性多糖類(lèi)物質(zhì)，相應(yīng)絮凝性受染色體外絮凝遺傳基因影響。目前研究中發(fā)現(xiàn)的具有一定絮凝作用的微生物有多種，例如霉菌、細(xì)菌、酵母菌等，微生物產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)分子質(zhì)量比較輕，但是吸附性較強(qiáng)，能夠加速沉降。李寧杰[19]等通過(guò)高嶺土懸濁液的絮凝活性測(cè)定，結(jié)合Zeta電位變化與絮體顯微圖像，分析了黃孢原毛平革菌BKMF-1767產(chǎn)生的胞外多糖絮凝劑的絮凝機(jī)理，結(jié)果表明，該微生物絮凝劑是通過(guò)卷掃作用和吸附架橋作用進(jìn)行絮凝的。魏煒[20]等以稻田土壤、活性污泥為菌種來(lái)源，對(duì)絮凝效果最佳的菌株C2進(jìn)行紫外誘變，得到一株高效產(chǎn)絮菌C2-5，對(duì)高嶺土懸浮液的絮凝效果明顯。

現(xiàn)階段，微生物絮凝劑研制成為研究的重要領(lǐng)域之一，但是因?yàn)檫@類(lèi)絮凝劑的研發(fā)成本比較高，所以應(yīng)用并不多。但是隨著相關(guān)培養(yǎng)條件的不斷改善，研制成本逐漸降低，微生物絮凝劑的生產(chǎn)價(jià)格也在不斷降低，生物活性更強(qiáng)，培養(yǎng)周期更短，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，其發(fā)展前景是十分可觀的。

4 結(jié)束語(yǔ)

從研究來(lái)看，油田污水處理中，需要用到絮凝劑，油田污水產(chǎn)生有多種因素，不用的污水中還有的污染物成分也是不同的，所以在具體絮凝劑使用中，需要結(jié)合具體的污水情況來(lái)合理選擇，要避免單一的使用一種絮凝劑。從絮凝劑的研究發(fā)展來(lái)看，近年來(lái)，綠色環(huán)保型絮凝劑的市場(chǎng)應(yīng)用前景更大，所以需要繼續(xù)加大技術(shù)研發(fā)，縮減生產(chǎn)成本，促進(jìn)環(huán)保型絮凝劑的大規(guī)模生產(chǎn)。