論聚丙烯酰胺在油田污泥脫水中的應用實踐

摘要：本文描述了油田污泥的狀態、組成和膠體性質。從產品對油田污泥的性質和沉降的特點出發，考察PAM的分子的一些常見物理、化學特性，確定使用PAM的最佳條件和濃度，分析聚丙烯酰胺在油田污泥脫水中應用，探討油田污泥治理的工業化進程。

關鍵詞：聚丙烯酸胺 污泥處理 絮凝

一、前言

最近幾年，由于油田污水處理伴隨的大量的污泥，對油田的正常生產造成嚴重的影響，污泥處理問題迫在眉睫，現在在污泥處理過程中，越來越多的使用PAM類絮凝劑。本文先從產品對油田污泥的性質和沉降的特點出發，考察PAM的分子的一些常見物理、化學特性，確定使用PAM的最佳條件和濃度，為探討油田污泥治理的工業化進程，提供一些依據。

二、實驗部分

(—)油田污泥的性狀

本實驗中使用的污泥樣本，取自中原油田污水處理場。污泥的含水比例為91.6%(m)，是黑褐色的有臭味的粘稠性液體，其密度是1.0799/cm3，pH=6.0。干泥樣本中，主要的有機元素組成為:碳25.4%(m)，氫4.4%(m)，氮0.34%(m)。主要的無機物組成:FeZO3是12.0%(m)，510是12.0%(m)，A12O3是5.1%(m)。使用循環氧彈法測定出的干污泥熱值為1.22X10J/g。

通過電鏡照片可以發現:油田污泥的固體顆粒大小在0.1~13%(m)之間，其中絕大多數的膠體粒子都是處于200—500nm之間，在重力場中沉降速度非常緩慢，并且在含鹽高達15%(m)的條件下也不聚沉，具有高度的穩定性。在污泥中中，顆粒之間互相絮結，且分布特點為，多數是三維空間分布，少數是帶狀分布，整個污泥具有一定的觸變性和粘彈性，以弱的凝膠形態存在。通過顯微照相可以發現，污泥含有大小不同的閃亮油珠，若將污泥以4000r/min的離心速度分離半小時，可以使泥污分成三次，上層是23.8%的黑色污油、中層是30.0的水層、下層46.2%的黃褐色固體沉淀。

(二)實驗試劑及儀器

(1)PAM:平均分子量為150萬~200萬的工業品PAM和來自西安石油化工廠平均分子量為200萬~300萬的PAM;300萬~600萬的工業品PAM和來自廣州南中化工廠平均分子量為600萬~900萬的PAM。分別用上述4種不同分子量的PAM配置成1%(m)的溶液備用。

(2)NaOH:產至西安試劑廠

(3) 自制絮凝試驗架—臺

(三)實驗原理和方法

1，實驗原理

在重力的作用下，懸浮體或者膠體粒子會出現沉降。但是污泥的現象不同，若粒子增加到一定的濃度時，粒子之間會由于相互吸引而形成疏松的絮體——一種由粒子構成的網狀結構，結構中間還包夾著分散相，整個絮體在重力的作用下呈現下沉狀態。我們用經驗公式表示界面下移的過程: t/(H0#8722;H)=α+βt

1，因式中H。、t、H分別表示沉降界面的最初高度、沉降時間、t時刻沉降界面的高度。

上式也可從物理模型出發，通過數學推導得出算式。常數α和β都與時間無關，通過實驗數據，以t/(H。-H)對t作圖得到一條直線，從直線的斜率和截距可分別求出體系β和a值。

2，實驗方法

取一定體積的原污泥樣，加入適量的PAM，用NaOH溶液調節pH至預定值，最后加水稀釋到原污泥體積的5倍。再以固定的轉速攪拌污泥，靜置并記錄不同時間t時，沉降界面的高度H或脫出水的體積V脫，作絮凝脫水曲線11~t圖或V脫~t圖。脫水效率定義為脫出水體積與污泥原體積。

(四)實驗結果

1，油田污泥沉降脫水的特點

研究的實驗結果表明:當油田污泥固相濃度大于2.3%(m)時，沉降過程遵循①式的規律，表現為沉降面的下移。測定出實驗用的污泥體系，a=9.7201n/mm，β=1.67 n/mm。當油田污泥中固體濃度小于2.3%(m)時，稀污泥沉降就是以顆粒下沉形式出現，整個沉降過程都滿足在重力場中粒子沉降的Stokes公式或其修正公式。

實驗還發現，不同固體濃度的油田污泥，其時間t與沉降脫水率的關系見圖1。

通過圖1可以發現，污泥的濃度與沉降脫水的效果成反比。由此可以發現，對濃污泥單純利用沉降脫水，效果微乎其微，必須加入脫水劑才行。

2，pH值對污泥脫水率的影響

按照上述實驗方法，用Na0H調節污泥pH值，使pH值分別為2、4、6、8、10、12時，作出沉降曲線，取30分鐘時的脫水率對pH值作圖，結果見圖2。

圖2 pH與脫水率的關系

圖3 污泥脫水率與PAM分子量及濃度關系圖

由圖2發現，pH與污泥脫水率有重要關系，pH=8時，脫水效果最佳。實驗還發現，pH與污泥過濾速度成正比。

3，PAM分子t大小對污泥脫水的影響

取平均分子量分別為150萬~200萬、200萬~300萬、300萬~600萬的PAM，按上述實驗方法配成含PAM濃度為的污泥，用NaOH調至pH=8，記錄下脫水率與時間的對應關系，取30分鐘時脫水率與PAM濃度數據作圖(見圖3)。圖3表明:PAM的分子量與脫水率成正比。在實驗所使用的分子量范圍內，300萬~600萬分子量的PAM脫水效果最佳。但并不是分子量越多越好，過高的分子量不僅溶解速度慢，分子運動速率弛緩，而且吸附的固體粒子空間距離太遠，很難聚集，沒有工業使用價值。在實驗過程中，600萬~900萬分子量的PAM，由于溶解速度太慢，未作詳細考察。

4，在圖3中，觀察脫水率與濃度曲線得出，平均分子量300萬~600萬PAM是最佳的使用濃度，此時脫水效果是最好的。高于或低于此值，脫水效果都會下降。從曲線的最高點確定PAM的最佳使用濃度為30×10-6。

5.PAM水解度對脫水率的影響將分子量為300萬~600萬的PAM水解制成水解度為0%、10%、20%、30%的部分水解聚丙烯酞胺，用上述方法確定其最佳使用濃度，結果見表1。

表1 不同水解度PAM得最佳使用濃度

水解度（%）0102030

最佳濃度（×10-6）3070200>200

表1表明，PAM水解度與最佳濃度成正比，所以PAM的水解不利于污泥脫水，在使用中應當注意。

三、結論與建議

(1) 污泥脫水效果最好時是，平均分子量為300萬~600萬的PAM，使用濃度為30×10-6。

(2)PAM的水解不利于脫水。

(3)建議大力發展陽離子型污泥脫水劑。

參考文獻

1，岳增運:油田污水綜合治理，油田地面建設通訊，1988(1)。

2，黃家董等:聚丙烯酞胺類絮凝劑在污泥治理中的應用，化工環保，1984，4(4)。

3，Smelli，R.H.，Lamer，V.K.:Floeeulation，subsideneeandfiltrationofPhosPhateslimes，J.ColloidSc;.，2000 (11)

作者簡介：

姜麗珠（1975-），女，專科學歷，黑龍江省大慶煉化公司聚合物二廠職工，專業：化學工程與工藝