唐丽

新疆克拉玛依职业技术学院石油化学工程系

新疆油田百重7井区稠油污水处理药剂的研究

唐丽

新疆克拉玛依职业技术学院石油化学工程系

针对新疆油田百重7井区稠油污水中油、悬浮物含量高，波动大，含油乳化程度高，悬浮物分散程度高的特点，通过室内研究，从水处理药剂筛选入手，研制开发了以有机聚合物为主剂的新型耐温混凝剂KL－401及其配套助凝剂，并将筛选的药剂应用于百重7井区稠油污水水处理系统，有效地提高了该区块含油污水的净化效率。处理后的含油污水水质全面达标，达到了回注稀油油田和回注锅炉的水质标准。

稠油污水 混凝剂 筛选 达标

新疆油田百重7井区稠油污水处理站处理的采出污水主要特点是水温高（65～75℃，油田采出水一般≤35℃）；污水含油乳化程度高（≤20μm的油珠质量分数为69.3%）；悬浮物分散程度高；污水中油、悬浮物含量波动剧烈。同时，该污水中含泥质砂，易与水形成亚稳定状态；污水中含油黏度大，密度与水接近，乳化油水化膜厚，且以W／O和O／W各种形式存在于水中，这样就增加了污水处理药剂筛选的难度。本文针对百重7井区的水质特点，对污水处理药剂进行了筛选和研制。

1 百重7井区稠油污水水质概况

1.1 水质全分析

百重7井区稠油污水水质全分析结果见表1。

由表1分析结果可知，百重7井区稠油污水矿化度为2 000mg／L左右，属中低矿化度水，低钙、镁，碳酸氢钠型，pH值＝7～8，水温较高，为60～80℃。

表1 百重7井区稠油污水水质全分析结果Table 1 Characteristics of the heavy oil sewage in Baizhong 7 well block

1.2 来水指标分析

百重7井区稠油污水处理系统来水的10项指标部分监测数据见表2。

表2 百重7井区稠油污水处理系统来水10项指标监测结果Table 2 Monitoring results of the 10indicators of the water from heavy oil sewage treatment system in Baizhong 7 well block

从表2可以看出，百重7井区稠油污水中油、悬浮物含量超标，溶解氧、侵蚀性CO2、细菌含量不超标，总铁、硫化物含量总体达标，但偶然有超标现象；失钙率22%；腐蚀率在0.2%以下。

1.3 水质特点

1.3.1 油、悬浮物含量波动大

百重7井区含油污水中油、悬浮物含量波动非常大，从监测数据来看，ρ（油）变化范围为5.2～2 201 mg／L，ρ（悬浮物）变化范围为14.0～2 711.0mg／L，甚至更大。ρ（油）、ρ（悬浮物）的波动常常超出工艺设计中重力除油罐进口ρ（油）≤1 000mg／L、ρ（悬浮物）≤500mg／L的要求，对工艺系统的正常要求造成很大的冲击，增加了污水处理难度。

1.3.2 含油乳化程度高

粒径＜10μm的油珠占总含油的76.61%，且稠油与水的密度差小，这部分含油很难靠重力沉降去除，给污水处理带来很大的困难。

1.3.3 悬浮物分散程度高

百重7井区稠油污水悬浮物含量较高，波动范围大，悬浮物分散程度很高，沉降20天后仅有56%的悬浮物、58%的含油可依靠重力沉降被去除，其余部分仍然存留在污水中。悬浮物的高分散性，直接对混凝剂的净水作用产生严重影响。

2 水处理药剂的筛选

由水质分析得知，百重7井区稠油污水处理最主要的问题是：①去除含油和悬浮物；②抑制细菌繁殖、腐蚀和结垢。

所以，对缓蚀阻垢剂、净水药剂、浮选剂等进行了室内筛选。

2.1 缓蚀阻垢剂及杀菌剂的筛选［1］

油田含油污水中含有溶解氧、H2S、CO2等腐蚀性气体，它们对污水处理系统及回注污水系统的钢管线及设施普遍存在着腐蚀现象。通过水质分析得知，百重7井区稠油污水的腐蚀性不是很强，平均腐蚀速率0.182 2mm／a，结垢也不是很严重，因此腐蚀结垢的控制相对容易。通过筛选实验，选出了使用效果较好的KL－0308缓蚀阻垢剂，实验结果见表3。

表3 缓蚀剂筛选实验结果Table 3 Experimental results of corrosion inhibitor screening

由表3实验结果可知，KL－0308缓蚀阻垢剂缓蚀、阻垢使用效果均较好。鉴于百重7井区稠油污水钙含量较低，通过实验，KL－0308的阻垢率也达到了62.3%。因此，现场只投加KL－0308即可。

2.2 杀菌剂的筛选

油田污水中危害最大的细菌是硫酸盐还原菌和黏泥形成菌（也称腐生菌或细菌总数）。这些细菌在油田水系统中存在的主要部位为：①水管线的滞留点如弯头、闸门、水表等处，也存在于垢下或管底沉积物中能够局部形成厌氧的环境中；②各种水罐罐壁垢下及罐底淤泥中；③滤罐滤料及垫层中；④回注污水的注水井油管和套管环形空间中。

由于硫酸盐还原菌生长和繁殖范围pH值为7.0～7.5，适宜的生长温度为中温25～35℃，高温55～60℃。所以，杀菌剂使用时除了必须考虑pH值、温度对杀菌剂的影响外，还要考虑杀菌剂与混凝剂、阻垢剂、缓蚀剂等其他助剂的配伍性和使用一段时间后的抗药性等因素。

虽然，百重7井区稠油污水细菌含量较低，但为确保处理后水质全面达标，对系列杀菌剂（30℃，放置4天后）进行了评价，从筛选结果看，KL－204杀菌效果比较突出。但由于百重7井区稠油污水水温较高，细菌含量较少，是否投加杀菌剂控制细菌含量需待工艺正常运行后才能确定。

2.3 混凝剂的筛选和研制

2.3.1 混凝剂的筛选

2.3.1.1 国内常用的混凝剂

常用的混凝剂（又称净水剂和絮凝剂）分为无机混凝剂和有机混凝剂［2－3］。按照电荷不同，有机混凝剂又分为3类，即阴离子型高分子混凝剂、阳离子型高分子混凝剂、非离子型高分子混凝剂。

特别是阳离子高分子混凝剂近几年在现场应用较广泛。例如，阳离子聚丙烯酰胺类混凝剂CPAM，该混凝剂可与水中的微粒同时起到电中和吸附架桥作用，从而使污水中的微粒脱稳、絮凝而达到良好的处理效果。还有聚二甲基二烯丙基氯化铵类混凝剂［4－5］，该类混凝剂包括二甲基二烯丙基氯化铵的均聚物（PDM）和P（DM－AM）即DM与AM的共聚物。它们具有很高的电荷密度，极易溶于水并具有优良的破乳絮凝性能，为季铵盐型强阳离子型聚合物，该混凝剂主要通过带强阳离子电荷的大分子链进行中和、吸附、架桥来完成絮凝过程。通常，PDM平均分子量为（3～5）×104，其正电荷密度高，压缩双电层、中和颗粒表面电荷能力强，但分子量较低，絮体体积相对较小，沉降慢，满足不了快速沉降的要求。但P（DM－AM）共聚物的特点是分子中阳离子聚合度可根据需要调整，分子量也可根据需要来控制。它既能满足PAM分子量高、“桥联”能力强、形成絮体大的要求，也能兼备PDM中和胶体粒子表面电荷、压缩双电层的要求。另外，改性淀粉类混凝剂是对淀粉进行阳离子改性后，其活性基团数目大大增加，聚合物呈枝化结构，分散的絮凝基团对悬浮体系中颗粒物有较强的捕捉与促沉作用。

2.3.1.2 混凝剂的作用机理及影响因素

重力沉降除油后污水中的一般浮油全部除去，10 μm以上的分散油也全部除去，水中主要含有乳化油及小颗粒的悬浮物。这就需要通过投加混凝剂（净水剂）去除。混凝剂能除去水中的胶体主要是通过以下作用机理：吸附作用、中和作用、表面接触作用、过滤作用。

为提高混凝效果往往还需要投加助凝剂，其作用是：加速混凝过程，加大絮凝颗粒的密度和重量，使其更迅速沉淀。并加强黏结和架桥作用，使絮凝颗粒粗大且有较大表面，可充分发挥吸附卷带作用，提高澄清效果。

常用的助凝剂有两类，即：①调节和改善混凝条件的助凝剂，如：CaO、Ca（OH）2、Na2CO3、NaHCO3；②改善絮凝体结构的高分子助凝剂，如PAM、骨胶、海藻酸钠、活性硅酸等。

另外，影响混凝效果的因素还有：①水温，通常混凝最佳温度为20～29℃；②水的pH值和碱度；③水中杂质的成分、性质和浓度；④污水处理工艺；⑤水流速度；⑥混凝剂、助凝剂投加时间间隔等。

表4列出的是油田常用的混凝剂对百重7井区含油污水的净水效果。

由表4可知，要取得较好的净水效果，混凝剂的加药量至少要大于500mg／L，这远高于混凝剂的常规加药量，无论从水处理工艺要求还是污水处理成本控制来说，都是不能接受的。

表4 百重7井区含油污水的混凝剂筛选结果Table 4 Coagulant screening results of oily wastewater in Baizhong 7 well block

2.3.2 水质净化难点

由于百重7井区稠油污水悬浮物分散程度高，含油乳化程度高，油、悬浮物以极细小的状态存在于含油污水中，热力学状态十分稳定。所以，常规无机混凝剂在极大加药量时也无明显的净水效果。

若污水中的油、悬浮物不能有效去除，杀菌、缓蚀、防垢等药剂就无法起到预期作用，过滤系统工作也无法保证，含油污水处理达标根本不可能。为保证百重7井区稠油污水处理达标回注工作正常进行，必须针对百重7井区稠油污水的水质特点，研制、筛选适宜的混凝药剂。

2.3.3 混凝剂的研制

根据百重7井区稠油污水的水质特点，有针对性地研制出一种有机阳离子类高分子聚合物耐温混凝剂KL－401，有效地解决了百重7井区污水处理的净水难题。该有机阳离子聚合物的分子为链状，带有较多的阳离子基团，具有电性中和能力强、吸附聚结能力强的特点。由于其为链状聚合物，因此具有比无机混凝剂耐温性好的特点。

2.3.4 KL－401的评价及配套药剂的筛选

KL－401混凝剂与常规无机混凝剂净水效果见表5。对KL－401混凝剂与其他阳离子混凝剂净水效果也进行了比较，结果见表6。

由表5、表6可知，KL－401混凝剂与其他药剂相比，优势明显，其加量少，净化效果好。同时，筛选了与KL－401混凝剂配套的助凝剂，其结果见表7。

通过上述药剂研制、筛选试验，确定了百重7井区稠油污水处理所用的净水药剂，即：耐温混凝剂KL－401与助凝剂KW－01（4＃）。

表5 KL－401混凝剂与常规无机混凝剂净水效果比较Table 5 Comparison of KL－401 coagulant and conventional inorganic coagulant in water purification effects

表6 KL－401混凝剂与其他阳离子混凝剂净水效果比较Table 6 Comparison between KL－401 coagulant and other cationic coagulant in water purification effects

表7 KL－401配套助凝剂筛选结果Table 7 Screening results of KL－401 coagulant aid

3 耐温混凝剂KL－401和助凝剂KW－01的现场应用效果

3.1 稠油污水处理化学药剂投加方案

由于百重7井区污水水质波动极大，为确保污水处理达标，确定了几个加药点和投加方案。投加方案见表8。

表8 百重7井区稠油污水化学处理剂投加方案Table 8 Addition solution of chemical treatment agents for heavy oil sewage in Baizhong 7 well block

3.2 重力除油罐效果监测

百重7井区稠油污水处理系统工艺流程如下：

稠油污水→2×2 000m3重力除油罐→2×2 000 m3混凝沉降罐→2×300m3污水缓冲罐→提升泵→核桃壳过滤器→双滤料过滤器→注水罐。

重力除油灌主要依靠重力作用除油及悬浮物，其运行效果直接影响后续水处理工作。

表9所列为现场试验中重力除油灌进、出口油、悬浮物含量部分监测数据。

表9 重力除油灌进、出口油、悬浮物含量监测结果表Table 9 Monitoring results of the oil and suspended solis content at the inlet and outlet of the gravity oil removal tank

由于百重7井区稠油污水中油、悬浮物含量波动较大，表9列出了来水中油、悬浮物含量处于高、中、低时，重力除油灌进、出口的水质情况。从表9可以看出，百重7井区稠油处理站来水符合百联站稠油污水处理系统水质要求（ρ（油）≤1 000mg／L、ρ（悬浮物）≤500mg／L），重力除油灌的出水完全可以满足工艺设计的ρ（油）≤300mg／L、ρ（悬浮物）≤300mg／L的要求；当来水中油和悬浮物含量超标时，大多数情况下水质也能达到设计要求。

3.3 混凝沉降罐效果监测

结合重力除油－混凝沉降－过滤的3段处理工艺，在污水处理系统混凝沉降罐的进口设计了3个加药点，投加混凝剂、助凝剂。并随着百重7井区稠油污水水质波动及时对配方进行调整。严格按室内筛选结果投加药剂，监测数据见表10。

表10 混凝沉降罐进、出口油、悬浮物含量监测结果Table 10 Monitoring results of the oil and suspended solids contents at the inlet and outlet of the coagulation sedimentation tank

表10列举的数据中，混凝沉降罐进口ρ（油）为1～605mg／L、ρ（悬浮物）为7～821mg／L。从监测结果看，即使在ρ（油）远大于300mg／L，ρ（悬浮物）远大于300mg／L的进水水质的情况下，通过净水药剂及混凝沉降罐的双重作用，出水的水质ρ（油）均能保持在＜10mg／L、ρ（悬浮物）也能保持在＜20mg／L，完全能够满足核桃壳过滤器进水ρ（油）≤100mg／L、ρ（悬浮物）≤50mg／L的要求。

3.4 过滤器出口注水指标监测结果

结合百重7井区油田污水处理系统，耐温混凝剂KL－401与混凝工艺结合良好，净水效果好。精细过滤器出口注水指标监测结果见表11。

从表11数据可知，处理后的百重7井区稠油污水各项指标均达到了克拉玛依注水指标的要求。

表11 精细过滤器出口注水指标监测结果Table 11 Monitoring results of the injection indices at the outlet of the fine filter

4 结语

（1）根据百重7井区稠油污水的水质特点，选用有机阳离子聚合物KL－401混凝剂比无机混凝剂和其他有机混凝剂有更好的净水效果。

（2）结合除油－混凝沉降－过滤的3段处理工艺，KL－401混凝剂与助凝剂KW－01配套，且与混凝工艺结合良好，再选用缓蚀阻垢剂KL－0308及杀菌剂KL－204，净水效果极佳。

［1］李化民，苏显举.油田含油污水处理［M］.北京：石油工业出版社，1992.

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Research on chemicals for heavy oil sewage treatment in Baizhong 7 well block of Xinjiang Oilfield

Tang Li
（Petroleum Chemical Engineering Department of Xinjiang Karamay Vocational and Technical College，Karamay834000，China）

In view of the characteristics of high heavy oil sewage and suspended solids contents，great fluctuation of water quality，high oil emulsification degree，and high dispersion degree of suspended solids in heavy oil sewage of Baizhong 7well block，the indoor research were carried out beginning with water treatment chemicals selection.During the process，a new heat－resistant organic polymer coagulant KL－401and its coagulant aid were developed and applied to the treatment system of heavy oil sewage in Baizhong 7well block.The results showed that purification efficiency of the oily sewage improved in the well block and the discharge reached the standard of reinjection thin oil fields and reinjection the boiler.

heavy oil wastewater，coagulant，screening，up to standard

X741

A

10.3969／j.issn.1007－3426.2015.05.022

唐丽（1965－），女，上海嘉定人，克拉玛依职业技术学院副教授，化学工程硕士，主要从事油田应用化学和钻井液研究。E－mail：tl19901024＠163.com

2014－10－27；编辑：钟国利