非离子/阴离子复配清水剂处理含聚采油污水研究

2021-03-12王玉

应用化工 2021年2期

王玉

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

随着聚驱采油的扩大，采出污水中有残余聚合物返出，污水含聚增大了油水界面膜稳定性，使采油污水处理难度加大。清水剂除油是处理采油污水的主要方法之一[1-5]。处理含聚采油污水清水剂类型包括阳离子型[6-7]、阴离子型[8-9]和非离子型等[10-13]。阳离子型清水剂加量大、析出的污泥量多，影响工艺设备的正常运行[6-7]；因而阴离子型、非离子型清水剂以及其复配体系处理含聚含油污水已受到广泛关注[8-10]。本文建立了一种清水剂性能动态实验评价方法，研究了阴离子、非离子型清水剂处理含聚采油污水的除油效果，优化的组合清水剂能高效处理含聚采油污水，除油率达99.9%。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

含聚采油污水(模拟现场污水，矿化度9 581.62 mg/L，聚合物含量180.0 mg/L，油含量800.0～4 300.0 mg/L，ζ电位值-23.17 mV)；非离子清水剂DPEO和RPEO(分子式分别为D(PO)x(EO)y(PO)z-H及R(PO)x(EO)y(PO)z-H，式中EO聚氧乙烯，PO聚氧丙烯，R脂肪醇，D多乙烯多胺，分子量分别为300～500万及600～1 000万)实验室自行合成；阴离子清水剂CH-1(有效成分ZnCl2，含量60%)、阴离子清水剂CH-2和CH-3(均为阴离子聚丙烯酰胺，分子量分别为500～1 000万及1 000～1 500万)均由四川光亚科技公司提供。

模拟现场污水处理流程设计了一套含聚采油污水处理动态装置及实验流程：包括污水缓冲罐(18 L)、斜板除油器(斜角45°，L485 mm×B165 mm×H185 mm)、气浮选器(L300 mm×B150 mm×H200 mm)、双介质过滤器(填充核桃壳和石英砂)；FM25高剪切分散乳化机；UV2450紫外可见分光光度计。

1.2 实验方法及流程

实验流程见图1。首先将配制好的含聚采油污水加热至60 ℃后输入搅拌配液罐，设置好污水泵排量，启动污水泵输入含聚采油污水，同时在加药点加入清水剂，待含聚采油污水流动平稳后，同时在流程中的4个取样点取样检测含油量，污水含油量检测方法参考SY/T 0530—2011《油田采出水中含油量测定方法》。流程动态参数设置如下：污水泵排量290 mL/min，斜板除油器停留时间20 min；气浮器进气量为330 mL/min，气浮器污水停留时间为13 min。上述流程控制参数可以改变泵排量进行相应的图调整。

图1 清水剂处理采油污水动态评价实验流程Fig.1 Dynamic evaluation experiment process of oil production wastewater with water clarifiers

2 结果与讨论

2.1 非离子清水剂的加药位置

以图1流程中取样点d(污水出口)为采样点，非离子清水剂DPEO和RPEO加药位置与含聚采油污水处理效果关系见图2。

图2 非离子清水剂加入位置与污水除油率变化趋势Fig.2 Trend of non-ionic water addition position and oil removal rate of sewage

由图2可知，当药剂加量为150 mg/L时，清水剂DPEO和RPEO选择不同的加药位置对含聚采油污水的处理效果具有一定影响。在加药位置1、加药位置2和加药位置3加入时，清水剂DPEO和RPEO处理含聚采油污水的除油率分别在92.5%～93.7%和96.8%～96.9%范围内，可见在加药位置1、加药位置2和加药位置3加入时，清水剂DPEO和RPEO的除油效果较理想且变化小。清水剂DPEO和RPEO在加药位置4加入时，污水的除油率仅为87.2%和91.7%，明显低于加药位置1、加药位置2和加药位置3处加入时的处理效果。加药位置1加入清水剂时操作简单易行，加药点以加药位置1为优。

2.2 非离子清水剂的除油效果

加药位置选定为流程图中加药位置1，清水剂DPEO和RPEO处理含聚采油污水沿流程除油率变化趋势见图3。

图3 非离子清水剂处理采油污水的除油效果Fig.3 Effect of non-ionic water clarifiers be treatment on oil-producing sewage

由图3可知，清水剂DPEO和RPEO都能显著降低含聚采油污水的含油量，其加量为150 mg/L时，出口污水(取样点d)的含油量分别为49.8，37.0 mg/L。在图1的处理流程中，斜板除油器的除油效果最明显，当DPEO和RPEO的加量为150 mg/L时，斜板除油器出口污水(取样点b)含油量分别为87.2，81.6 mg/L，除油率分别达94.7%和93.4%。其加量为100 mg/L时，DPEO和RPEO处理含聚采油污水的除油率分别为87.0%和97.0%(取样点d)，可见RPEO的除油效果更优；将RPEO加量由100 mg/L提高到150 mg/L时，其除油率由97.0%变化至97.1%，基本不变，可见RPEO加量为100 mg/L即可达到较高的除油率。RPEO是一种聚醚类高分子清水剂，主要是通过改变油水界面性质，促进油珠的相互聚并，在除油过程中还可除去部分吸附在油珠表面的细小固体微粒[5，11]。

2.3 阴离子清水剂加药位置

以图1流程中取样点d(污水出口)为采样点，3种阴离子清水剂CH-1、CH-2和CH-3的加药点与污水除油效果变化见图4。

图4 阴离子清水剂加药位置与采油污水除油率变化趋势Fig.4 Trend of anion water addition position and oil removal rate of oil-producing sewage

由图4可知，当加量为150 mg/L时，阴离子清水剂CH-1、CH-2和CH-3在加药位置2加入时污水除油效果较优，除油率分别达到91.7%，95.0%，91.3%。选择加药位置1、加药位置3和加药位置4加入时，阴离子清水剂CH-1、CH-2和CH-3处理效果相对较差，除油率分别为86.5%～91.5%，85.7%～93.9%和86.1%～91.0%。阴离子清水剂的加药点在加药位置2效果最优。

2.4 阴离子清水剂处理污水除油效果

加药位置选定为图1流程中加药位置2，阴离子清水剂CH-1、CH-2和CH-3处理含聚采油污水沿流程效果见图5。

由图5可知，清水剂CH-1、CH-2和CH-3可以明显降低含聚采油污水的含油量，当加量为150 mg/L时，清水剂CH-1、CH-2和CH-3处理含油污水的除油率(取样点d)分别为91.7%，95.0%和91.3%，以清水剂CH-2除油率最优。在图1的处理流程中，加入阴离子清水剂CH-2后，含聚采油污水流经取样点a、取样点b、取样点c及取样点d时，其含油量依次降低，除油率分别为66.4%，85.8%，93.8%和95.0%，可见斜板除油器(取样点b)、气浮选器(取样点c)和双介质过滤器(取样点d)诸处理单元对提高除油率均有一定作用。

图5 阴离子清水剂处理采油污水的除油效果Fig.5 Effect of anionic water clarifiers on the treatment of oil-producing sewage

2.5 非离子清水剂和阴离子清水剂复配处理含聚采油污水效果

将效果最优的非离子清水剂RPEO和阴离子清水剂CH-2按不同比例进行复配，以复配清水剂加药，不同比例复配清水剂的处理效果见图6；非离子清水剂RPEO加药位置选定为加药位置1，阴离子清水剂CH-2加药位置选定为加药位置2。

图6 复配清水剂处理采油污水的除油效果Fig.6 Effect of anionic water clarifiers on the treatment of oil-producing sewage

由图6可知，非离子清水剂RPEO和阴离子清水剂CH-2经复配后可以显著提高含聚采油污水的处理效果。对比图3和图5结果可知，当药剂加量为150 mg/L时，单一非离子清水剂RPEO和单一阴离子清水剂CH-2处理含聚采油污水的除油率分别为97.1%和95.0%；对比图6可知，当复配清水剂总加量为150 mg/L时，采用“75 mg/L RPEO+75 mg/L CH-2”和“100 mg/L RPEO+50 mg/L CH-2”复配方式处理含聚采油污水的除油率分别达99.5%和99.9%，复配清水剂处理含聚采油污水的效率更优，以“100 mg/L RPEO+50 mg/L CH-2”复配清水剂的处理效果最佳；在斜板除油器出口污水(取样点b)的除油率达到99.8%，可有效减轻流程后续单元设备气浮选器和双介质过滤器的处理负荷。