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有機硅改性破乳-絮凝劑在含油污水處理中的應(yīng)用

2015-04-24 07:13楊敬一徐心茹
化工環(huán)保 2015年6期
關(guān)鍵詞:有機硅含油絮凝劑

嚴(yán) 良,楊敬一,徐心茹

(華東理工大學(xué) 化工學(xué)院石油加工研究所,上海 200237)

有機硅改性破乳-絮凝劑在含油污水處理中的應(yīng)用

嚴(yán) 良,楊敬一,徐心茹

(華東理工大學(xué) 化工學(xué)院石油加工研究所,上海 200237)

采用破乳-絮凝法結(jié)合有機硅表面活性劑處理塔里木油田含油污水,以水樣的油含量、Zeta電位、顯微照片、界面張力為考察參數(shù),得到一種新型水處理劑NP-22。NP-22為有機硅改性破乳-絮凝劑,其配方為破乳-絮凝劑YL-7和有機硅表面活性劑321的質(zhì)量比95∶15。在NP-22加入量90 mg/L、反應(yīng)溫度45 ℃、沉降時間90 min的優(yōu)化條件下處理含油污水,水樣的油含量由728.8 mg/L降至34.3 mg/L,除油率達(dá)95.3%。有機硅表面活性劑321可有效降低油水界面張力,與YL-7復(fù)合使用,可取得更好的除油效果。

破乳;絮凝;有機硅表面活性劑;含油污水;除油;Zeta電位;界面張力

當(dāng)前,石油開采已進入高含水階段,含油污水量不斷增加。若含油污水處理不當(dāng)或不充分,不僅會造成資源的浪費,還會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,影響人們的日常生活。因此,有效處理含油污水,已成為油田開發(fā)中亟待解決的問題。

含油污水多采用重力沉降法[1]、混凝法[2-3]、浮選法[4-5]、破乳法[6-7]、膜分離法[8-10]和絮凝法[11-15]進行處理。絮凝法作為最有效的油田污水處理方法,具有絮凝劑用量少、除油效果好、對設(shè)備腐蝕少等優(yōu)點[16-18]。

近年來,有機硅表面活性劑在國內(nèi)的應(yīng)用研究有較大進展。有機硅結(jié)構(gòu)中既含有有機基團,又含有元素硅,因而不但具有一般烴類表面活性劑較高的表面活性,而且具有無機物二氧化硅的耐高低溫、耐氣候老化、無毒無腐蝕和生理惰性等優(yōu)異性能。在石油開采和生產(chǎn)過程中,使用有機硅表面活性劑對原油進行破乳和脫水,用量少,效率高[19]。

本工作采用破乳-絮凝法結(jié)合有機硅表面活性劑處理塔里木油田含油污水,以水樣的油含量、Zeta電位、顯微照片、界面張力為考察參數(shù),得到一種新型水處理劑NP-22。

1 實驗部分

1.1 試劑、材料和儀器

陽離子破乳劑LY:乙二胺、四乙烯五胺與環(huán)氧氯丙烷聚合物,工業(yè)級,上海四達(dá)石油化工科技有限公司;聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC):工業(yè)級,海寧市黃山化工有限公司;聚合氯化鋁(PAC):工業(yè)級,天津市津達(dá)正通環(huán)??萍加邢薰?;有機硅表面活性劑:工業(yè)級,邁圖高新材料集團。

破乳-絮凝劑YL-7[20]:按LY,PDMDAAC,PAC的質(zhì)量比為10∶3∶3配制,對Zeta電位帶負(fù)電的含油污水有顯著凈化效果。

含油污水、原油:取自塔里木油田,試樣性質(zhì)見表1。

表1 試樣性質(zhì)

UV751-GD型紫外分光光度計:上海欣益儀器儀表有限公司;JS94H2型微電泳儀:上海中晨有限公司;XSP-8c型生物雙目顯微鏡:上海精密儀器有限公司;JK99B型全自動界面張力儀:上海中晨有限公司。

1.2 實驗方法

按照SY/T 5281—2000《原油破乳劑使用性能檢測方法(瓶試法)》[21],取50 mL水樣于刻度瓶中,加入一定量的YL-7和有機硅表面活性劑,在一定溫度下反應(yīng)一段時間,取樣測定。

1.3 分析方法

采用紫外分光光度法,由油樣得到最佳吸收波長261 nm及標(biāo)準(zhǔn)曲線,進而得到水樣的油含量[22]。

采用微電泳儀測定Zeta電位;采用生物雙目顯微鏡觀察顯微界面的液滴分布;采用全自動界面張力儀測定油水界面張力。

2 結(jié)果與討論

2.1 有機硅表面活性劑的篩選

在YL-7加入量為90 mg/L、有機硅表面活性劑加入量為20 mg/L、反應(yīng)溫度50 ℃、沉降時間120 min的條件下,對有機硅表面活性劑進行篩選,實驗結(jié)果見表2。由表2可見,YL-7與有機硅表面活性劑321(以下簡稱有機硅321)復(fù)合使用,水樣的油含量降至最低,為33.4 mg/L,除油率達(dá)95.4%。因此,選擇有機硅321為實驗用表面活性劑。

表2 有機硅表面活性劑的篩選實驗結(jié)果

2.2 YL-7和有機硅321的配比優(yōu)化

在YL-7和有機硅321的總加入量為110 mg/L、反應(yīng)溫度50 ℃、沉降時間120 min的條件下,YL-7和有機硅321的質(zhì)量比對除油效果的影響見表3。由表3可見:隨有機硅321加入量的增加,除油率逐漸增大;當(dāng)YL-7和有機硅321的質(zhì)量比為95∶15時,除油率已達(dá)95.3%;再增加有機硅321,除油率增幅不明顯。因此,選擇YL-7和有機硅321的質(zhì)量比為95∶15較適宜。將YL-7和有機硅321按該比例組合成有機硅改性破乳-絮凝劑,從而得到一種新型含油污水處理劑NP-22。

表3 YL-7和有機硅321的質(zhì)量比對除油效果的影響

2.3 加入量的優(yōu)化

在反應(yīng)溫度50 ℃、沉降時間120 min的條件下,NP-22加入量對油含量和Zeta電位的影響見圖1。Zeta電位是表征乳狀液穩(wěn)定性的一個重要參數(shù),與乳狀液的穩(wěn)定性密切相關(guān),其大小反應(yīng)油珠帶電情況。由圖1可見:隨NP-22加入量的增加,水樣的油含量不斷降低,Zeta電位不斷升高;當(dāng)NP-22加入量為90 mg/L時,油含量降至33.4 mg/ L,Zeta電位升至-8.5 mV;再增加加入量,油含量和Zeta電位均變化較小。因此,選擇NP-22加入量為90 mg/L較適宜。

圖1 NP-22加入量對油含量和Zeta電位的影響● 油含量;■ Zeta電位

2.4 反應(yīng)溫度的優(yōu)化

在NP-22加入量90 mg/L、沉降時間120 min的條件下,反應(yīng)溫度對油含量的影響見圖2。由圖2可見:隨溫度的升高,水樣的油含量先逐漸降低;在達(dá)到45 ℃后,油含量趨于穩(wěn)定。因此,選擇反應(yīng)溫度為45 ℃較適宜。

2.5 沉降時間的優(yōu)化

在NP-22加入量90 mg/L、反應(yīng)溫度45 ℃的條件下,沉降時間對油含量的影響見圖3。由圖3可見:隨沉降時間的延長,水樣的油含量先不斷下降;當(dāng)沉降時間達(dá)到90 min后,油含量趨于穩(wěn)定。因此,選擇沉降時間為90 min較適宜。

圖2 反應(yīng)溫度對油含量的影響

圖3 沉降時間對油含量的影響

在上述優(yōu)化條件下處理含油污水,水樣的油含量降至34.3 mg/L,除油率達(dá)95.3%。

2.6 NP-22作用探討

在上述優(yōu)化條件下,改為單獨加入YL-7,YL-7加入量對油含量和Zeta電位的影響見圖4、對顯微界面液滴分布的影響見圖5。

圖4 YL-7加入量對油含量和Zeta電位的影響

圖5 YL-7加入量對顯微界面液滴分布的影響YL-7加入量/(mg·L-1):a 0;b 320;c 750

由圖4和圖5可見:未加入YL-7時,顯微界面均勻密集;隨YL-7加入量的增加,油含量先迅速減小后緩慢增大,Zeta電位由負(fù)變正;當(dāng)YL-7加入量增至320 mg/L時,油含量最低,為24.0 mg/L,Zeta電位接近于0,除油率達(dá)到96.7%,顯微界面液滴分散分布;繼續(xù)增加YL-7加入量,油含量和Zeta電位均升高,顯微界面液滴又變得密集,乳狀液以另一種穩(wěn)定狀態(tài)存在,難于油水分離。因此,單獨使用YL-7,最佳加入量為320 mg/L,此時可很好發(fā)揮電位中和作用,降低Zeta電位的絕對值。研究發(fā)現(xiàn):YL-7中,陽離子破乳劑LY主要起到破乳除油作用[20,23];廣泛應(yīng)用于污水處理中的絮凝劑PDMDAAC和PAC,主要起到電位中和、架橋和網(wǎng)捕巻掃作用[20,24]。

在上述優(yōu)化條件下,改為單獨加入有機硅321,有機硅321加入量對油含量和Zeta電位的影響見圖6、對顯微界面液滴分布的影響見圖7。由圖6和圖7可見,隨有機硅321加入量的增加,油含量和Zeta電位變化均較小,顯微界面液滴未見減少,說明單獨加入有機硅321,并沒有起到電中和、降低Zeta電位絕對值的作用,因而對含油污水的處理效果不佳。

圖6 有機硅321加入量對油含量和Zeta電位的影響

圖7 有機硅321加入量對顯微界面液滴分布的影響有機硅321加入量/(mg·L-1):a 0;b 50

在上述優(yōu)化處理條件下,不同試劑處理后水樣的油水界面張力見表4。由表4可見,有機硅321與YL-7復(fù)配使用時,界面張力由單獨使用YL-7時的62.00 mN/m降至59.87 mN/m,說明有機硅321有效降低了油水界面張力,從而減弱了油水界面膜強度,減少了YL-7的用量,且能更好地發(fā)揮YL-7的破乳絮凝效果。

表4 不同試劑處理后水樣的油水界面張力

3 結(jié)論

a)得到一種新型含油污水處理劑NP-22。NP-22為有機硅改性破乳-絮凝劑,其配方為破乳-絮凝劑YL-7和有機硅321的質(zhì)量比95∶15。

b)在NP-22加入量90 mg/L、反應(yīng)溫度45 ℃、沉降時間90 min的優(yōu)化條件下處理含油污水(油含量728.8 mg/L),水樣的油含量降至34.3 mg/L,除油率達(dá)95.3%。

c)有機硅321可有效降低油水界面張力,與YL-7復(fù)合使用,可取得更好的除油凈水效果。

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(編輯 魏京華)

Application of Organic Silicon Modified Demulsion-Flocculation Agent in Oily Wastewater Treatment

Yan Liang,Yang Jingyi,Xu Xinru
(Petroleum Processing Institute,School of Chemical Engineering,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China)

Combining with organic silicone surfactants,the emulsif cation-f occulation process was used for treatment of oily wastewater in Tarim oilfield. Basing on the parameters such as oil content,Zeta potential,microstructure and interfacial tension,a novel water treatment agent NP-22 was obtained. The NP-22 is a organic silicon modif ed demulsion-flocculation agent with 95∶15 of mass ratio of demulsion-flocculation agent YL-7 to organic silicon surfactant 321. After the oily wastewater was treated under the optimum conditions of NP-22 dosage 90 mg/L,reaction temperature 45 ℃ and settlement time 90 min,the oil content of the waster sample is decreased from 728.8 mg/L to 34.3 mg/L,and the oil removal rate reaches 95.3%. Organic silicon surfactants 321 can effectively reduce the oil-water interfacial tension,and when it is used with YL-7,the oil removal effect is better.

demulsif cation;f occulation;organic silicon surfactant;oily wastewater;oil removal;Zeta potential;interfacial tension

X741

A

1006-1878(2015)06-0656-06

2015 - 07 - 16;

2015 - 09 - 07。

嚴(yán)良(1989—),男,湖北省咸寧市人,碩士生,電話 13262902219,電郵 yanliangjl@hotmail.com。聯(lián)系人:楊敬一,電話 021 - 64252434,電郵 jyyang@ecust.edu.cn。

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