趙偉，黃雪琪,王秀軍，靖波，尹先清

(1.長江大學 化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室 中海油研究總院，北京 100028)

聚合物驅(qū)是海上油田高效開采的有效技術(shù)手段,聚驅(qū)采出液含油量高、乳化嚴重、油水分離難度大等[1]。含聚污水中殘留的陰離子聚合物吸附在油水界面膜上，導致油珠在水中的穩(wěn)定性增加，難以聚并[2-4]。陽離子除油劑對帶有負電荷膠體溶液的含聚污水顯示出獨特的優(yōu)越性，但陽離子型除油劑使用量大、析出的污泥量多，用陰離子型和非離子型除油劑處理含聚采油污水受到廣泛關(guān)注[5-9]。本文探究陽離子除油劑、非離子除油劑及其組合加藥體系處理含聚污水的除油效果，實現(xiàn)了含聚污水的除油劑優(yōu)化改善。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

含聚采油污水為模擬SZ36-1油田現(xiàn)場污水，礦化度9 436.56 mg/L，配制AP-P4聚合物200 mg/L，加入現(xiàn)場標準油樣1 000～2 000 mg/L，Zeta電位值-25.30 mV；除油劑BF-1(是一種多枝型的非離子型表面活性劑，分子結(jié)構(gòu)D(PO)x(EO)y(PO)zH。式中，EO為聚氧乙烯，PO為聚氧丙烯，R為脂肪醇，D為多乙烯多胺，x、y、z為聚合度)、BF-2(主要組分為聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚)、BY-1(聚二甲基二烯丙基氯化銨)、BY-2和BY-3(均為陽離子聚丙烯酰胺類，分子量分別為900萬及1 400萬)均由西南石油大學提供。

除油分離器(L380 mm×B180 mm×H200 mm)按照現(xiàn)場斜管除油器的結(jié)構(gòu)自制，包括緩沖室(1.10 L)、沉降室(3.25 L)、集油室(0.672 L)；JC-OIL-6紅外測油儀；JS94H-ζ電位儀；FA30高剪切乳化機；BILON-HW-10T恒溫水槽；BT100L流量型智能蠕動泵。

1.2 實驗方法

見圖1，將模擬含聚含油污水加熱60 ℃，設置好污水泵和加藥泵的排量，啟動污水泵，輸入含油污水，同時啟動加藥泵，通過添加不同的污水處理劑以及調(diào)節(jié)處理劑的加量，檢測處理后污水含油量。污水含油量測定執(zhí)行HJ 637—2018《水質(zhì) 石油類和動植物油類的測定 紅外分光光度法》。

圖1 污水處理實驗流程Fig.1 Experimental process of wastewater treatment

2 結(jié)果與討論

2.1 單一藥劑除油實驗

分別用5種除油劑非離子型除油劑BF-1和BF-2、陽離子型除油劑BY-1、BY-2和BY-3處理含聚采油污水(污水含油量實測值1 078～1 650 mg/L),反應時間均為40 min，除油劑加量與含油污水處理效果關(guān)系見圖2。

圖2 單一除油劑加量對污水除油率的影響Fig.2 Effect of single deoiling agent dosage on oil removal rate of wastewater

由圖2可知，BY-3的除油率波動較大，除油效果相對較差；除油劑BY-2的除油效果最優(yōu)，用量250 mg/L時，除油率達到95%以上，產(chǎn)生較多蓬松的絮體,導致后續(xù)分離處理難度加大；BF-1用量250～500 mg/L，除油率呈先增大后減小的趨勢，除油率在70%～80%，用量400 mg/L時，除油率可達78.69%，且加量越大，產(chǎn)生的絮體越少；BF-2隨著除油劑加量增大，除油率上升趨勢提高較快，用量500 mg/L時，除油率達89.86%，在整個實驗中無明顯絮體產(chǎn)生；隨著加藥量增加，BY-1的除油率呈先增大后減小的趨勢，與BF-1趨勢基本一致，用量400 mg/L時除油率可達91.35%，除油效果較好。

出現(xiàn)上述結(jié)果可能是加入陽離子除油劑后，處于水包油油滴界面處的陰離子聚合物和除油劑產(chǎn)生電中和作用，破壞了陰離子聚合物對油水界面的穩(wěn)定作用，使得乳化油快速聚集為油珠，進而通過除油劑的架橋作用而團聚、絮凝析出[10-12]。隨著除油劑加量的增加，陽離子總數(shù)變多，正電荷與聚合物中負電荷碰撞機會增加，有利于對乳化油珠及污水中膠體顆粒的捕集和橋接。當加量過多或分子量過大時，陽離子除油劑鏈節(jié)數(shù)過長，不易和污水混合均勻，污水粘度的增加，同時陽離子除油劑中的正電荷和污水的負電荷作用面積變長，不利于成網(wǎng)[13]，導致除油效果變差。所以，BY-1除油率呈先增大后減小趨勢，BY-3由于分子量過大，除油效果較差。

BF-1出現(xiàn)除油率先增大后波動下降趨勢,原因是非離子除油劑具有兩親結(jié)構(gòu)，與污水中油滴產(chǎn)生范德華作用力，相互作用后，增強了界面分子的親水性，從而降低界面張力。隨著藥劑加量增加，降低界面張力的速率增加，除油率變大，但加量過大時，水相黏度變大，抵消其降低界面張力的作用，因而聚并速率下降，導致除油率反而下降。

2.2 藥劑組合加藥除油實驗

2.2.1 不同除油劑組合加藥 以除油劑BF-1和BF-2、BY-1和BY-3作為組合藥劑，加量均為250 mg/L，實驗模擬污水含油為1 186.83 mg/L，將除油劑分別在泵1點和泵2點加入，進行除油動態(tài)流程實驗，反應時間為40 min，結(jié)果見表1。

表1 藥劑組合處理污水除油效果Table 1 Oil removal effect of combined chemicals in sewage treatment

由表1可知，除油劑BF-1與BY-1、BY-3、BF-2組合作用效果較好，除油率≥90%，以BF-1與BY-1組合效果最佳，處理后水中含油量79.64 mg/L，除油率為93.29%，產(chǎn)生絮體少，水質(zhì)澄清，這是由于兩種藥劑產(chǎn)生協(xié)同作用，既包含非離子降低界面張力的作用又有陽離子中和污水中低電位的優(yōu)勢。一方面，非離子除油劑的兩親結(jié)構(gòu)，與污水中油滴產(chǎn)生范德華作用力，相互作用后增強界面分子的親水性，進而降低界面張力；另一方面，處于水包油油滴界面處的陰離子聚合物和陽離子除油劑產(chǎn)生電中和作用，破壞了陰離子聚合物對油水界面的穩(wěn)定作用。組合5、6除油率顯著降低，BF-2對BY-1和BY-3有一定抑制作用。

2.2.2 除油劑BF-1與其他3種除油劑組合效果 除油劑BF-1與BY-1、BY-3、BF-2組合作用效果較好，為節(jié)省成本，保持BF-1加量250 mg/L，降低其他除油劑加量，反應時間40 min，除油率見圖3、圖4。

圖3 組合除油劑加量與除油率變化趨勢Fig.3 Change trend of combined degreasing agent addition and oil removal rate

圖4 組合除油劑加量與處理后污水含油量變化趨勢Fig.4 Combined deoiling agent dosage and oil content change trend of treated wastewater

由圖3、圖4可知，在保持除油劑BF-1加量250 mg/L時，除油劑BY-1加量增加除油率上升較快，加藥量250 mg/L時，除油率達到93.32%；隨著BY-3加量增加，除油率呈先增加后減少趨勢，加量為150 mg/L時，除油率達98.92%，除油效果最好，處理后污水含油量16.09 mg/L；BF-2加量為60 mg/L時，除油率快速達到≥97%，提高加藥量，除油率呈波動下降趨勢。除油率出現(xiàn)先增加后降低的趨勢是由于隨著非離子除油劑加量增加，降低界面張力的速率增加，除油率變大，但加量過大時，水相黏度會變大，抵消其降低界面張力的作用，因而聚并速率下降，導致除油率反而下降。

2.2.3 除油劑BF-1加量200 mg/L的藥劑組合 當除油劑BF-1加量250 mg/L時，與BF-2、BY-3組合之后除油率均取得較好的效果，現(xiàn)降低除油劑BF-1加量為200 mg/L，改變BF-2、BY-3加量，反應時間40 min，除油效果見圖5、圖6。

圖5 優(yōu)化組合除油劑加量與除油率變化趨勢Fig.5 Variation trend of optimized combination deoiling agent dosage and oil removal rate

由圖5、圖6可知，除油劑BF-1加量為200 mg/L，BY-3和BF-2加量60～150 mg/L，除油率即可≥97%，兩種藥劑均在較小的藥量下有較高除油率，再提高藥劑量除油率變化較小，BF-1(200 mg/L)+ BF-2(100 mg/L)和BF-1(200 mg/L)+ BY-3(100 mg/L)的組合藥劑處理含聚采油污水效果最優(yōu)，組合藥劑協(xié)同作用達到最佳效果。

3 結(jié)論

(1)非離子型除油劑BF-1、BF-2、陽離子型除油劑BY-1、BY-2和BY-3 5種除油劑中，BY-2的除油效果最優(yōu)，加量220 mg/L時除油率≥91%，但產(chǎn)生較多蓬松的絮體；除油劑BY-1加量為400 mg/L時，除油效果最優(yōu)，除油率≥91.35%。

(2)藥劑組合可有效降低藥劑加量，提高除油率；BF-1加量為200 mg/L，BY-3和BF-2加量60～150 mg/L，除油率即可≥97%。

(3)組合除油劑效果優(yōu)于單一除油劑處理效果，BF-1(200 mg/L)+ BF-2(100 mg/L)和BF-1(200 mg/L)+ BY-3(100 mg/L)的藥劑組合處理含聚采油污水效果最優(yōu)。