影響ClO2油田污水殺菌效果的因素試驗(yàn)研究

楊瀅，樊友君，賀慶，李俊南，陳紅英

(重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331)

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影響ClO2油田污水殺菌效果的因素試驗(yàn)研究

楊瀅，樊友君，賀慶，李俊南，陳紅英

(重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331)

[摘要]針對(duì)影響海上油田注水現(xiàn)場(chǎng)常用殺菌劑ClO2殺菌效率的因素開展試驗(yàn)研究，以硫酸鹽還原菌數(shù)量為衡量指標(biāo)，開展了污水中Fe2+、S2-、聚丙烯酰胺以及聚合硫酸鐵、聚合鋁的濃度對(duì)ClO2的殺菌效果影響試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，油田污水中Fe2+、S2-等還原性介質(zhì)和常用污水有機(jī)絮凝劑(如HPAM)對(duì)ClO2的殺菌效果有較大的影響，而無機(jī)絮凝劑(如聚合鋁、聚合硫酸鐵)對(duì)ClO2的殺菌效果影響不是很大。優(yōu)選水處理絮凝劑和采用復(fù)合殺菌技術(shù)可以有效增強(qiáng)ClO2的殺菌效果和節(jié)約污水處理成本。

[關(guān)鍵詞]ClO2；殺菌效果；污水介質(zhì)；影響研究

海上某油田注水主要來源于生產(chǎn)水和水源井的水，為了防止混注水中的細(xì)菌對(duì)油水管線產(chǎn)生腐蝕，現(xiàn)場(chǎng)常用ClO2作為水體殺菌劑，ClO2是一種高效無害[1]的殺菌劑，廣泛應(yīng)用于油田污水處理。混注水中Fe2+、S2-以及油田現(xiàn)場(chǎng)聚合物驅(qū)常用的有機(jī)聚合物(如部分水解聚丙烯酰胺)、污水處理使用的無機(jī)絮凝劑(如聚合鋁、聚合硫酸鐵)都會(huì)對(duì)ClO2的殺菌效果有直接的影響。筆者應(yīng)用硫酸鹽還原菌測(cè)定方法采用絕跡稀釋法，通過SRB細(xì)菌瓶進(jìn)行培養(yǎng)測(cè)定細(xì)菌含量。以硫酸鹽還原菌數(shù)量為衡量指標(biāo)，開展污水中Fe2+、S2-、聚丙烯酰胺以及聚合硫酸鐵、聚合鋁的濃度對(duì)ClO2的殺菌效果影響試驗(yàn)研究。

1ClO2殺菌劑作用機(jī)理及特性

目前，學(xué)者對(duì)于ClO2殺菌的作用機(jī)理有多種說法[2]，普遍認(rèn)為ClO2對(duì)于細(xì)菌有較強(qiáng)的穿透性和吸附性，再通過其強(qiáng)氧化性破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，使其蛋白質(zhì)變性，從而破壞細(xì)菌重新合成的過程。

在常態(tài)條件下的水中，ClO2的溶解度是Cl2的5倍，ClO2的氯含量為52.6%，氯離子價(jià)態(tài)呈+4，其被還原的過程是由+4價(jià)～-1價(jià)，發(fā)生了5個(gè)電子的轉(zhuǎn)移。因此，ClO2當(dāng)量有效氯為5×52.6%=263%，由此說明，ClO2的氧化能力是Cl2的2.6倍左右[3]。

ClO2在pH為中性或酸性環(huán)境中以ClO2存在，在堿性環(huán)境下以ClO2-和ClO3-型體存在，由于細(xì)菌表面通常帶負(fù)電，故ClO2在堿性環(huán)境下，由于負(fù)電相斥的原因，ClO2在水溶液的型體不易接近細(xì)菌，其殺菌效果會(huì)因此受到影響而降低[4]。

2ClO2殺菌效果與水質(zhì)中還原成分的關(guān)系

2.1不同F(xiàn)e2+含量對(duì)ClO2殺菌效果的影響

為了區(qū)別不同F(xiàn)e2+含量對(duì)ClO2殺菌效果的影響，含F(xiàn)e2+的油井產(chǎn)出水分別取自A、B和C 3個(gè)不同區(qū)塊，不含F(xiàn)e2+的污水用D污水站處理的產(chǎn)出水，其Fe2+含量小于0.5mg/L，所取產(chǎn)出水的S2-、HPAM濃度小于0.05mg/L，水溶液pH值控制在6.8～8.5。在上述水中引入SRB細(xì)菌使其含量達(dá)到104個(gè)/ml，然后分別加入不同量的ClO2進(jìn)行殺菌試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1　ClO2殺菌效果與Fe2+含量的關(guān)系

從表1可以看出，當(dāng)Fe2+含量為0時(shí)，ClO2加量濃度只需50mg/L；當(dāng)Fe2+含量為65mg/L時(shí)，ClO2加量濃度達(dá)到500mg/L都無法完全殺死污水中SRB細(xì)菌；當(dāng)Fe2+含量為43mg/L時(shí)，ClO2加含量濃度則需從50mg/L增加至500mg/L才能完全殺死污水中SRB細(xì)菌，濃度相差10倍；當(dāng)Fe2+含量達(dá)到24mg/L時(shí)，ClO2加量濃度則需從50mg/L增加至300mg/L才能完全殺死污水中SRB細(xì)菌，濃度相差6倍。試驗(yàn)結(jié)果表明，污水中Fe2+含量越高，ClO2加量濃度則需更高，F(xiàn)e2+對(duì)ClO2的殺菌效果有較大的影響。

2.2不同S2-含量對(duì)ClO2殺菌效果的影響

含S2-的油井產(chǎn)出液分別取自E、F和G 3個(gè)不同區(qū)塊，不含S2-的污水用H污水站處理的產(chǎn)出水，其S2-含量小于0.05mg/L，水溶液pH值控制在6.8～8.5。在產(chǎn)出水中引入SRB細(xì)菌含量在104mg/L，有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2　ClO2殺菌效果與S2-含量的關(guān)系

從表2可以看出，當(dāng)S2-含量為0時(shí)，ClO2加量濃度只需50mg/L；當(dāng)S2-量為6mg/L時(shí)，ClO2加量濃度則需從50mg/L增加至150mg/L才能完全殺死污水中SRB細(xì)菌，濃度相差3倍；當(dāng)S2-含量為17mg/L和28mg/L時(shí)，ClO2加量濃度則需從50mg/L增加至500mg/L才能完全殺死污水中SRB細(xì)菌，濃度相差10倍。試驗(yàn)結(jié)果表明，污水中S2-含量越高，ClO2加量濃度也隨之增高，S2-對(duì)ClO2的殺菌效果有較大的影響。

2.3有機(jī)絮凝劑HPAM含量對(duì)ClO2殺菌效果的影響

試驗(yàn)選取絮凝劑HPAM樣品的分子量為107，水解度為30%。用D污水站處理的產(chǎn)出水，過濾除去有機(jī)物雜質(zhì)，水溶液pH值控制在6.8～8.5，分別加HPAM 0.5、1.5和3.5mg/L進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3　ClO2殺菌效果與有機(jī)絮凝劑HPAM含量的關(guān)系

從表3可以看出，當(dāng)HPAM含量為0時(shí)，ClO2加量濃度只需50mg/L；當(dāng)HPAM量為0.5mg/L時(shí)，ClO2加量濃度則需從50mg/L增加至500mg/L才能完全殺死污水中SRB細(xì)菌，濃度相差10倍；當(dāng)HPAM含量為1.5mg/L和3.5mg/L時(shí)，ClO2加量濃度遠(yuǎn)大于500mg/L，濃度相差大于10倍以上。試驗(yàn)結(jié)果表明，污水中HPAM濃度越高，ClO2加量濃度則需10倍以上增加，HPAM含量對(duì)ClO2的殺菌效果有很大的影響。

從表1、表2和表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)反映，當(dāng)污水中含有Fe2+、S2-及有機(jī)聚丙烯酰胺絮凝劑時(shí)，ClO2的殺菌效果會(huì)大幅度降低。

3無機(jī)絮凝劑(聚合鋁、聚合硫酸鐵)對(duì)ClO2殺菌效果的影響

從上述表中試驗(yàn)反映，有機(jī)高分子聚合物對(duì)ClO2的殺菌效果影響很大，少量的高分子HPAM會(huì)消耗大量的ClO2，現(xiàn)通過試驗(yàn)探討無機(jī)絮凝劑對(duì)ClO2的殺菌效果的影響。

取A、B和C的油井產(chǎn)出液中的游離水，先通過錳砂過濾除掉其中的Fe2+，使游離水中的總鐵含量小于0.05mg/L，水溶液pH值控制在6.8～8.5，然后加入45mg/L的聚合鋁或者聚合硫酸鐵，測(cè)試其對(duì)ClO2殺菌效果的影響，有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4　ClO2殺菌效果與無機(jī)絮凝劑含量的關(guān)系

從表4可以看出，2種無機(jī)絮凝劑(聚合鋁和聚合硫酸鐵)對(duì)ClO2的殺菌效果沒有負(fù)面影響。理論上推導(dǎo)，ClO2在酸性越強(qiáng)的水溶液中的氧化能力也越強(qiáng)[6]，從而殺菌效果也越好，由于2種無機(jī)絮凝劑都顯酸性，加入后可降低介質(zhì)的pH值，介質(zhì)的pH值降低有利于發(fā)揮ClO2的殺菌效果。

4提高系統(tǒng)細(xì)菌控制技術(shù)的對(duì)策

4.1優(yōu)選水處理絮凝劑

在前述的試驗(yàn)中已經(jīng)闡述了有機(jī)聚合物絮凝劑會(huì)影響ClO2的殺菌效果，而只通過增加ClO2的加量來解決，該問題會(huì)由于ClO2的加量的增加而帶來對(duì)系統(tǒng)的腐蝕[7]，如改用無機(jī)的高分子聚合物——聚合硫酸鐵、聚合鋁[8]等，不但有助于絮凝處理且不影響ClO2的殺菌效果，同時(shí)也節(jié)約了成本和減化了生產(chǎn)維護(hù)處理工作量。

4.2采用復(fù)合殺菌技術(shù)

ClO2殺菌劑是一種具有氧化性的化合物，而生產(chǎn)系統(tǒng)中免不了在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中會(huì)有亞鐵、硫化氫和有機(jī)還原物的產(chǎn)生，其都會(huì)影響到ClO2殺菌效果的發(fā)揮。根據(jù)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，通過采用有機(jī)非氧化性的殺菌劑(如1227、戊二醛等)與ClO2復(fù)配使用時(shí)，殺菌效果表現(xiàn)出更好，殺菌劑復(fù)配使用不但可以有效的控制細(xì)菌的生長(zhǎng)，而且有較好的復(fù)配性。

5結(jié)論

1)油田污水中Fe2+、S2-等還原性介質(zhì)和常用污水有機(jī)絮凝劑(如HPAM)對(duì)ClO2的殺菌效果有較大的影響。

2)油田常用污水無機(jī)絮凝劑(如聚合鋁、聚合硫酸鐵)對(duì)ClO2的殺菌效果影響不明顯。

3)為了有效增強(qiáng)ClO2的殺菌效果和節(jié)約污水處理成本，建議采取優(yōu)選水處理絮凝劑和采用復(fù)合殺菌技術(shù)的措施。

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[編輯]辛長(zhǎng)靜

[收稿日期]2016-02-28

[基金項(xiàng)目]重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014B-1509)；重慶科技學(xué)院研究生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(YKJCX2015010)。

[作者簡(jiǎn)介]楊瀅(1990-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)工程方面的研究工作；E-mail：1121603188@qq.com。

[中圖分類號(hào)]TE357.6

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)16-0029-03

[引著格式]楊瀅，樊友君，賀慶，等.影響ClO2油田污水殺菌效果的因素試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(16)：29～31.