化学氧化强化三元复合驱污水混凝处理实验研究

第46卷第5期当代化工Vol.46，No.52017年5月ContemporaryChemicalIndustryMay，2017收稿日期：2016-12-07作者简介：李芳（1979-），女，吉林省九台市人，副教授，硕士，研究方向：含油污水处理。E-mail：[e-mail]。通讯作者：闵珍妮（1994-），女，硕士研究生，研究方向：含油污水处理。E-mail：[e-mail]。李芳1，闵珍妮1，荆国林2（1.东北石油大学土木建筑工程学院，黑龙江大庆163318；2.东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆163318）：为进一步提高原油采收率,国内多数油田开展了三次采油技术的研究和应用。三元复合驱采油废水中残留了大量的聚丙烯酰胺、表面活性剂和碱，油田污水处理常采用混凝处理，由于采出水中含有一定浓度的聚合物，导致采出水的粘度增加，油、水、泥的分离难度增大，常规混凝效果不好，为此需要采取措施强化混凝。本实验采用静态烧杯试验得出，在最佳实验条件：聚合硫酸铁投量为2500mg/L、温度为45℃、pH值为6、快速搅拌（200r/min）2min后慢速搅拌（80r/min）5min、沉淀时间30min后，水样含油量去除率达64%左右。通过混凝前投加氧化剂强化混凝实验得出：高锰酸钾投量在0.5mg/L时，除油率提高8%。双氧水投量在5mmol/L时，除油率提高17%。芬顿试剂中双氧水投量为5mmol/L，二价铁离子投量在1.5mmol/L时，除油率提高25%，效果最好。：三元复合驱；除油；混凝；预氧化：TE357：A：1671-0460（2017）05-0811-03ExperimentalStudyonEnhancedCoagulationTreatmentofASPFloodingProducedWaterbyChemicalOxidationLIFang1,MINZhen-ni1,JINGGuo-lin21.SchoolofCivilandConstructionEngineering,NortheastPetroleumUniversity,HeilongjiangDaqing163318,China2.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,NortheastPetroleumUniversity,HeilongjiangDaqing163318,ChinaAbstract:Inordertofurtherimprovetheoilrecovery,theresearchandapplicationoftertiaryoilrecoverytechnologyindomesticmainoilfieldshavebeencarriedout.ASPfloodingproducedwatercontainsalotofresidualpolyacrylamide,surfactantsandalkali,anditisoftentreatedwithcoagulationmethod.Thepolymerinproducedwaterleadstotheincreaseoftheviscosityoftheproducedwater,separationofoil,waterandmudisdifficult,andtheeffectofconventionalcoagulationispoor,soweneedtotakemeasurestostrengthenthecoagulation.Inthispaper,thestaticbeakertestwascarriedout,thebestcoagulantwasscreenedout.Andit'sconcludedthatthebestdosageofpolymericferricsulfate(PFS)was2500mg/L,theoptimumtemperatureofcoagulationwas45℃,optimumpHwas6,thebestmixingconditionswereasfollows:rapidmixing(200r/min)for2min,slowmixing(80r/min)for5min;precipitationtimewas30min;aftercoagulationtreatmentunderaboveconditions,theoilremovalrateofwatersamplewasabout64%.Inpre-oxidationandenhancedcoagulationtreatmentexperiment,thedosageofKMnO4was0.5mg/L,theoilremovalrateincreasedby8%.WhenthedosageofH2O2was0.5mg/L,theoilremovalrateincreasedby17%.WhenthedosagesofH2O2andferrousioninFenton'sreagentwererespectively5mmol/Land1.5mmol/L,theoilremovalrateincreasedby25%.Keywords:Alkaline-surfactant-polymerflooding;Oilremoval;Coagulation;Pre-oxidation三元复合驱以其采收率增幅大、技术相对比较简单和易于推广应用而受到广泛重视，目前国内已有大庆、胜利、新疆和玉门等油田进行了三元复合驱矿场试验或工业化推广应用，取得了明显增油降水效果和良好经济效益。三元复合驱油技术是将碱、表面活性剂和聚合物三种化学主剂按不同的比例配方组成的联合驱油技术。三元复合驱采油废水中残留了大量的聚丙烯酰胺、表面活性剂和碱，使得三元驱采油废水不同于一般的含油废水[1-3]。油田污水处理采用自然除油→混凝除油→过滤流程的三段流程或者混凝除油→过滤流程的两段流程时，由于水中含有一定浓度的聚合物等，导致采出水的粘度增加，油、水、泥的分离难度增大[4]，原水中的含油量、含泥量的增加也进一步增加了处理难度，使得混凝效果不理想，为此需要采取强化混凝的措施[5,6]。氧化剂具有助凝[7-9]、破乳[10,11]等作用，因此加入到混凝前可以显著提高混凝效果。1实验部分实验仪器：紫外可见分光光度计（T6北京普析通用仪器有限公司）、浊度计（2100Q美国HACH公司）、剪切乳化装置（A500-90G上海昂尼仪器仪表DOI:10.13840/j.cnki.cn21-1457/tq.2017.05.006812当代化工2017年5月有限公司）、磁力搅拌仪（85-1江苏中大仪器厂）等。实验试剂：聚丙烯酰胺（对分子质量800万），大庆炼化公司提供；碳酸钠、聚合硫酸铁（PFS）、高锰酸钾、过氧化氢、石油醚等均为化学试剂。含油量的测定采用分光光度法。浊度的测定采用2100Q浊度计。2三元复合驱含油污水的配制按碳酸钠浓度109.0mg/L，表面活性剂浓度30.0mg/L，聚丙烯酰胺浓度200mg/L的添加量加上适量原油，溶于矿化度水中，以8000r/min的转速乳化1h，静置分层，将上层析出的油移除，稳定6h，可得到模拟三元复合驱含油污水[12]。用此方法配制出的模拟水，含油量可达500mg/L左右。3实验方法每个烧杯中放置一定量水样,加入氧化剂,搅拌仪以80r/min转速下工作3min，然后进行混凝。②通过前期混凝剂的精选实验，确定出的最佳混凝剂是聚合硫酸铁（PFS）。最佳实验条件：混凝剂投量为2500mg/L；温度为45℃、最佳pH值为6；最佳的搅拌条件为快速搅拌（200r/min）2min、慢速搅拌（80r/min）5min；当混凝处理后沉淀时间超过30min，沉淀基本已经完成。经过混凝处理，水样含油量去除率达64%左右。4实验结果及讨论原水浊度630，原水含油量406mg/L，高锰酸钾预氧化混凝的除油、降浊效果如图1所示。Fig.1ExperimentonKMnO4pre-oxidation高锰酸钾投加量在0.125~0.5mg/L范围内，除油率除浊率随着投加量的增加而不断增大，此后除油率除浊率随着高锰酸钾投加量的增加反而减少，平均除浊率为97.8%。在投加量为0.5mg/L左右达到最佳，除油率达到72.4%，除浊率达到98.7%，而不加高锰酸钾氧化剂时，除油率为64.1%，除浊率为96.0%，可见预氧化处理可以加强混凝效果。这是由于高锰酸钾有极强的氧化性，因此在反应液中它可能与以自由存在或乳化剂方式存在的PAM发生氧化还原反应，使PAM降解或破坏乳化膜，破坏油—水乳化膜，达到部分降解和降粘作用。从而有利于三元复合驱含油污水的混凝除油。原水浊度789，原水含油量488.6mg/L，双氧水预氧化混凝的除油、降浊效果如图2所示。Fig.2ExperimentonH2O2pre-oxidation如图2中所示，双氧水投加量在0~6mmol/L范围内，除油率除浊率随着投加量的增加而不断增大，此后除油率除浊率随着双氧水投加量的增加而减少，平均除浊率为98.4%。在投加量为4~6mmol/L左右达到最佳，除油率达到80.8%，除浊率达到99.8%。而不加双氧水氧化剂时，除油率为64.1%，除浊率为96.0%，可见预氧化处理可以加强混凝效果。双氧水的加入后可能与部分聚丙烯酰胺等物质发生反应、降低了油水的界面膜的强度，提高了油滴的破乳聚集能力，进而提高除油率。原水浊度789，原水含油量488.6mg/L，芬顿试剂预氧化混凝的除油、降浊效果如图3所示。Fig.3ExperimentonFentonpre-oxidation第46卷第5期李芳，等：化学氧化强化三元复合驱污水混凝处理实验研究813当双氧水浓度为5mmol/L时，二价铁离子投加量在0.5~1.5mmol/L范围内时，除油率除浊率随着投加量的增加而不断增大，此后除油率除浊率随着二价铁离子投加量的增加而减少，平均除浊率为99.2%。在投加量为1.5mmol/L左右达到最佳，除油率达到88.9%，除浊率达到99.8%。而不加芬顿试剂时，除油率为64.1%，除浊率为96.0%，可见预氧化处理可以加强混凝效果。聚合物是两亲性分子，与天然乳化剂分子相似，吸附在油/水界面，与乳化剂一起组成油/水界面的复合膜，这种界面膜具有较大的强度和良好的弹性，破除此膜更难[13]。Fenton试剂的加入产生强烈的化学反应，产生的自由基能够进入油水界面膜，捕捉、破坏PAM分子，破坏有机物对胶体的保护作用，从而破坏油水界面膜，达到破乳作用[14,15]。5结论实验对三元驱采油废水进行了氧化强化混凝试验研究，确定了氧化的合适药剂以及适宜投量，所得结论如下：经过混凝处理，水样含油量去除率为64%，通过预氧化强化混凝处理实验，得出高锰酸钾投量在0.5mg/L时，对后续处理含油水的净化效果最好，除油率达72.4%，比只混凝处理时，除油率提高8%。双氧水投量在5mmol/L时，效果最好，除油率达81.2%，比只混凝处理时，除油率提高17%。芬顿试剂中双氧水投量为5mmol/L，二价铁离子投量在1.5mmol/L时，效果最好，除油率高达85.4%，比只混凝处理时，除油率提高21%。化学氧化对混凝有较好的强化效果，可以大幅度提高混凝后的出水水质。氧化剂投加在常规污水处理工艺的混凝前，不改变常规工艺，可显著提高混凝效果，在实际工程上有一定的应用优势。［1］张雷,刘惠玲,张博.超声强化臭氧降解三元驱采油污水聚丙烯酰胺机制[J].化工学报,2015(6):2242-2247．［2］刘国良,马自俊,赵振兴,等.三元复合驱采出污水处理技术的研究[J].工业用水与废水,2013,44(3):1-5．［3］张广福.微生物法处理三元复合驱采出水试验[J].油气田地面工程,2016,35(7)．［4］赵晓非,刘立新,王玉婵,等.残留聚丙烯酰