水驅油中復配絮凝劑體系的優選及性能研究

謝衛紅，唐 龍，朱景義，高清河，李 冰

（1．中國石油規劃總院，北京 100083；2．大慶師范學院化學工程學院，黑龍江省普通高等學校重點建設實驗室，黑龍江大慶 163712）

為了降低石油開采成本，大慶油田選用污水處理回注工藝[1-3]。油田污水成分較復雜，除含有少量原油外，還含有大量無機物和原油生產初加工中加入的各類化學藥劑。單一的污水處理技術有局限性，對污水處理效果不佳。因此，實際處理采用幾種方法并用，根據各方法的處理效果及優缺點進行互補組合，從而達到最佳的污水處理效果。在污水處理時，需要加入絮凝劑、混凝劑等化學藥劑[4-5]。目前，利用絮凝劑和混凝劑處理油井采出污水是最常用的方法之一，該方法操作工藝簡單，處理速度快[6]， 但絮凝劑和混凝劑的用量大、成本高。因此，本文選取5種混凝劑和6種絮凝劑，分別優選出最佳藥劑，然后對其進行配伍性分析，在確定處理污水效果較好的組合后，調整絮凝劑與混凝劑的濃度，對絮凝劑混凝劑組合進行評價。

1 實驗設備及方法

1.1 實驗材料和儀器

1.1.1 實驗材料

實驗用污水為大慶油田采油九廠龍一聯合站污水，濁度約60.0 mg/L，含油濃度約120.0 mg/L。混凝劑：聚硅鋁鐵GLT、聚硅鋁JC、聚鋁HNLQ、聚鐵KP、聚鋁鐵GYT，由鞏義市東方凈化材料公司提供；絮凝劑：陽離子聚丙烯酰胺KP、JC、MT、HNLQ和YLZ，陰離子聚丙烯酰胺YLZ-2，由大慶騰輝有限公司提供。

1.1.2 實驗儀器

ME104E電子天平，HH-8恒溫水浴鍋，HJ-2A數顯恒溫磁力加熱攪拌器，PHS-3CPH，奧林巴斯電子顯微鏡，D1202粒度及ZeTa電位分析儀，TU-1901雙光束紫外可見分光光度計，濁度儀，DR6000分光光度計，MTXY-ⅠⅠ 懸浮固體測試儀，HG-1混凝試驗儀。

1.2 實驗方法

（1）實驗介質取樣要求。檢驗所用的實驗介質為取自采出水處理站絮凝劑加藥點前端的水樣，水樣的保存期不超過12 h。

（2）藥劑溶液配制。稱取1 g藥品溶于蒸餾水，使用攪拌器攪拌至樣品完全溶解，形成穩定的懸浮液。樣品完全溶解后，將稀釋后的樣品移到具塞容器中，密封并貼好標簽，藥劑溶液和懸濁液的保存期不超過24 h。

（3）水樣靜置沉降。稱取水樣加入到燒杯中，將燒杯置于恒溫水浴中預熱。將兩個預熱好的水樣用混凝測試儀攪拌。將未加藥劑水樣和加絮凝劑藥劑溶液的水樣同時用混凝測試儀攪拌。攪拌結束后，在40 ℃的恒溫水浴箱中靜置，靜置4 h后，抽取中層清液放至1個燒杯中作為空白靜沉水樣；從加藥水樣中抽取中層清液放至1個燒杯中作為加藥靜沉水樣。將兩個燒杯靜置于水溫為40 ℃的水浴箱中，用玻璃棒將水樣攪拌均勻。

（4）采出污水濁度。將充分攪拌后的絮凝劑體系的采出污水置于比色管中，放置30 min后用濁度儀測量污水濁度。

（5）采出污水懸浮物固體含量。從空白靜沉水樣中取出100 mL水樣，使用MTXY-ⅠⅠ 懸浮固體測試儀測定懸浮物固體含量。

2 實驗結果與分析

2.1 藥劑篩選

以絮凝劑、混凝劑的除油率、去濁率及懸浮固體含量為主要評價指標，借助實驗材料及儀器，評價了油田常用的5種混凝劑和6種絮凝劑對九廠龍一聯污水站來水的絮凝效果。

2.1.1 混凝劑篩選

表1為油田常用的5種不同類型混凝劑單劑的絮凝效果。從表中可以看出，在相同濃度（20 mg/L）下，混凝劑 GLT、JC、HNLQ、KP、GYT的除油率和去濁率都較高，對油田污水的絮凝效果較好，達到了現場施工標準。對比混凝劑單劑的絮凝效果，HNLQ濃度為20 mg/L時，出水濁度為7.18 NTU，出水油量為4.77 mg/L，除油率為93.18%，去濁率為86.07%，懸浮物固體含量為 20 mg/L，絮凝效果為最佳。按照絮凝效果高低來排序，依次為 HNLQ、GYT、KP、GLT、JC。油田現用混凝劑的絮凝效果偏差，用量較高，需對混凝劑進行復配，充分發揮不同類型混凝劑的協同作用。因此，復配體系選用混凝劑絮凝效果較好的HNLQ、GYT、KP等作為基礎體系。

表1 油田常用混凝劑單劑的絮凝效果

2.1.2 絮凝劑篩選

表2為油田常用的6種不同類型絮凝劑單劑的絮凝效果。從表中可以看出，在相同濃度（1.0 mg/L）下，絮凝劑 KP、JC、MT、HNLQ、YLZ、YLZ-2的除油率和去濁率都較高，對油田污水的絮凝效果較好，達到現場施工標準。對比絮凝劑單劑絮凝效果，HNLQ濃度為1.0 mg/L時，出水濁度為14.6 NTU，出水油量為7.8 mg/L，除油率為93.5%，去濁率為75.67%，懸浮物固體含量為 23 mg/L，絮凝效果最佳。按照絮凝效果高低排序，依次為HNLQ、MT、YLZ、YLZ-2、JC、KP。油田現用絮凝劑的絮凝效果偏差，用量較大，需進行復配，充分發揮不同類型絮凝劑的協同作用。因此，復配體系選用絮凝劑絮凝效果較好的 HNLQ、MT、YLZ等作為基礎體系。

表2 油田常用絮凝劑單劑的絮凝效果

2.2 藥劑復配

2.2.1 混凝劑復配

將常用的混凝劑單劑HNLQ、GYT、KP、GLT、JC進行不同濃度的測定，觀察混凝劑單劑在加藥濃度不同時對油田污水來水的絮凝效果。

從圖 1、圖 2中可以看出，混凝劑單劑濃度為1～50 mg/L時，隨著加藥濃度的逐漸增大，污水來水的去濁率和除油率都逐漸增大，懸浮固體含量逐漸降低，絮凝效果逐漸變好，變化較為明顯。混凝劑單劑 HNLQ、GYT的去濁率、除油率較好，懸浮固體含量較低，絮凝效果較好。

圖1 混凝劑單劑不同濃度下去濁率變化曲線

圖2 混凝劑單劑不同濃度下除油率變化曲線

2.2.2 絮凝劑

將常用的絮凝劑單劑 HNLQ、MT、YLZ、YLZ-2、JC、KP進行不同濃度的測定，觀察絮凝劑單劑在加藥濃度不同時對油田污水來水的絮凝效果。

從圖 3、圖 4中可以看出，絮凝劑單劑濃度為0.1～4.0 mg/L時，隨著加藥濃度的逐漸增大，油田污水來水的去濁率和除油率都逐漸增大，懸浮固體含量逐漸降低，絮凝效果逐漸變好，變化較為明顯。絮凝劑單劑MT、HNLQ的去濁率、除油率較好，懸浮固體含量較低，絮凝效果較好。

圖3 油田污水去濁率隨絮凝劑濃度的變化

圖4 油田污水除油率隨絮凝劑濃度的變化

2.3 藥劑復配評價

綜合混凝劑和絮凝劑的絮凝效果及經濟成本，以采油九廠龍一聯合站采出污水為研究對象，研究了混凝劑HNLQ、GYT和絮凝劑MT、HNLQ在混凝劑濃度為20 mg/L，絮凝劑濃度分別為0.2 mg/L，0.5 mg/L，1.0 mg/L下復配體系的絮凝效果。結果表明，在混凝劑加藥濃度為20 mg/L，絮凝劑加藥濃度分別為0.2 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L時，不同復配藥劑處理污水的絮凝效果各不相同。當混凝劑濃度不變時，隨著絮凝劑加藥濃度的增加，油田污水的去濁率和除油率逐漸增大，懸浮物固體含量逐漸降低。由混凝劑和絮凝劑組成的復配體系的最佳配方為混凝劑GYT 20 mg/L和絮凝劑MT1.0 mg/L，除油率和去濁率分別為97.4%和91.3%，懸浮物固體含量為12 mg/L。

混凝劑的作用是增強復配體系的吸附架橋和電性中和作用，當混凝劑濃度較小時，吸附架橋性能和電性中和作用較弱，絮凝效果有限。隨著絮凝劑濃度的增加，絮凝劑復配體系的吸附架橋性能和電性中和作用增強，絮體易發生凝聚現象，絮體顆粒逐漸變大，從而會凝聚成大顆粒絮體，快速下沉[7-8]；當絮凝劑濃度增加到1.0 mg/L時，去濁率達到最大，除油率也達到最大，絮凝效果最好。經過試驗研究和不斷篩選，得到最佳復配體系為混凝劑GYT和絮凝劑MT。混凝劑GYT主要成分為聚合氯化鋁鐵，由氯化鋁和氯化鐵共聚合而成，兼具鋁鹽和鐵鹽的絮凝特性。鋁鹽和鐵鹽在水處理過程中發生水解和聚合反應，水中的膠體顆粒能強烈吸附水解和聚合反應中出現的各種產物，即各種Al3+和Fe3+的化合物和多種多核羥基絡離子。被吸附的帶正電的多核羥基絡離子能夠壓縮雙電層，降低動電位，同時進行著架橋作用；多核聚合物為兩個以上的膠體顆粒所共同吸附，將兩個或多個膠體顆粒架橋連接，從而逐步形成絮凝體，最終形成聚合度很大的Al（OH）3或Fe（OH）3，使絮凝過程加速，絮凝體由小變大，從而達到很好的絮凝效果。絮凝劑 MT主要成分為陽離子聚丙烯酰胺，在聚丙烯酰胺的分子鏈內和分子鏈間，酰胺側基間能形成氫鍵。氫鍵具有最強的分子間作用力，高分子量聚丙烯酰胺的分子鏈上存在大量的氫鍵；同時，高分子量的聚丙烯酰胺的分子鏈很長，長的分子鏈發生卷曲，聚集在一起時發生纏結［9］，從而達到很好的絮凝效果。

3 結論

（1）不同混凝劑單劑隨著濃度的增大，絮凝效果變化較明顯，去濁率和除油率逐漸增大，懸浮物固體含量降低；對油田污水來水絮凝效果較好的混凝劑單劑為 HNLQ、GYT。不同絮凝劑單劑隨著濃度的增大，絮凝效果變化較明顯，去濁率和除油率逐漸增大，懸浮物固體含量降低，對油田污水來水中絮凝效果較好的絮凝劑為HNLQ、MT。

（2）從油田常用的5種混凝劑單劑和6種絮凝劑單劑中選取復配體系藥劑，復配體系選用絮凝效果較好的混凝劑HNLQ、GYT和絮凝劑HNLQ、MT作為基礎體系。

（3）通過復配實驗對比分析，確定絮凝效果最佳的復配體系為混凝劑 GYT 20 mg/L和絮凝劑MT1.0 mg/L，除油率和去濁率分別為97.4%和91.3%，懸浮物固體含量為12 mg/L。