PDMDAAC/PAC/CPAM复配处理油田采出水
时间：2023-04-08 12:05:05 来源：千叶帆 本文已影响人
赵一帆，李子旺，邢传胜，邓海发
PDMDAAC/PAC/CPAM复配处理油田采出水
赵一帆，李子旺，邢传胜，邓海发
（中海油节能环保服务有限公司，天津 300457）
针对含油污水开展了聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）、聚合氯化铝（PAC）、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）3种药剂复配实验，考察了复配组合、加药顺序、加药比例对絮凝效果的影响。结果表明：在试剂加量相同的条件下，PDMDAAC、PAC、CPAM三者复配絮凝效果要优于PDMDAAC和PAC复配以及PAC和CPAM复配，且絮体紧实；
通过对比实验，PDMDAAC在PAC之前加入水样的絮凝效果较好；
在有机试剂总量一定的条件下，当PDMDAAC加量4 mg·L-1、PAC加量 30 mg·L-1、CPAM加量2 mg·L-1时，絮凝效果最好，水中悬浮物质量浓度为18.7 mg·L-1mg·L-1，含油量为6.15 mg·L-1。
聚二甲基二烯丙基氯化铵；
絮凝剂；
复配；
含油污水
目前，随着我国油田的不断开发，大部分油田已经进入了开采的中后期，油层压力逐渐下降，通过注水采油则是一种重要的开采方式，这使得油田采出液含水率不断上升，油田采出液含水率一般在70%～80%，有的油田采出液含水率高达90%以 上[1-2]，这给下游水处理单元带来了很大的压力。采出液经过电脱和破乳处理后会产生大量的含油污水，污水中通常含有原油、机械杂质、可溶性有机物、无机盐、微生物等，如不处理就直接外排或处理不达标会对环境造成很大的影响。另外，在油田开发中经常使用酸化、压裂等措施来提高油田的采收率，增产的同时也产生了大量的废液混入油田采出水中。随着国家对环境保护要求的日益严格，采出水的外排标准和作为回注水的标准也日趋严 格[3]，不同地区对处理后水质的要求不同，但要求处理后的水中含油量和悬浮物含量都比较低。比较严格的回注标准要求处理后的污水中油质量浓度为5 mg·L-1，悬浮物质量浓度为1 mg·L-1，水中的悬浮物粒径中值为1 μm，能够将采出水处理到合格指标一直是各大油田的重要工作。常规的采出水处理方法主要有物理法（重力沉降、过滤、粗粒化、机械分离、膜分离等）、化学法（絮凝、氧化、电解、盐析等）、物理化学法（浮选、吸附、离子交换等）、生物法（活性污泥、生物滤池、氧化塘等）以及多种方法的耦合（旋流气浮、聚结与重力沉降一体化、聚结气浮等）[4-5]，其中混凝沉淀法由于工艺成熟、易于操作、效果明显的特点而被水处理企业青睐。常规的絮凝剂主要分为4种：一种是无机高分子絮凝剂，其具有用量少、除浊高、污泥少等特点，如聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铝铁等；
另一种为有机絮凝剂，其具有投加量少、絮凝速度快的特点，主要有聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺等；
第三种为天然高分子絮凝剂，其具有环境友好、可再生、来源广泛的特点，如壳聚糖、藻酸钠、改性淀粉 等[6-8]，第四种絮凝剂为微生物絮凝剂，这种絮凝剂具有高效、无毒、安全、无二次污染等特点，主要有霉菌、放线菌、细菌、酵母菌等[9]。在实际使用过程中，为了达到规定的处理指标，需要投加试剂量较大，这给企业带来了较大的成本压力。为了保证处理达标的同时又最大限度地减少化学药剂的使用量，大多采用两种或多种药剂复配使用。
聚二甲基二烯丙基氯化铵是一种水溶性的阳离子聚季铵盐，具有正电荷密度高、水溶性好、高效无毒、pH适用范围广等特点，在石油开采、造纸、采矿等行业应用广泛[10-11]。由于其带有正电性和具有一定的相对分子质量，其在絮凝过程中兼有电中和与架桥作用[12-13]。本文以某联合站一次沉降罐出口含油污水为处理对象，以聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）、聚合氯化铝（PAC）、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）为絮凝药剂，研究三者复配对含油污水的处理效果。
1.1 实验药品及仪器
实验药品：聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC），固含量40%，相对分子质量30万，LYPW-3011型，山东鲁岳化工有限公司；
聚合氯化铝（PAC），盐基度55%，工业级，巩义市富源净水材料有限公司；
阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），阳离子度50%，相对分子质量800万，工业级，巩义市富源净水材料有限公司。实验用水样取自某联合站一沉出口，水质化验情况见表1。
实验仪器：AL104分析天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；
玻璃砂芯过滤装置，如东东进玻璃仪器厂；
722E分光光度计，上海光谱仪器有限公司；
HH-4恒温水浴锅，常州中捷实验仪器制造有限公司；
JJ-1精密电动搅拌器，常州中捷实验仪器制造有限公司。
表1 水样检测结果
1.2 实验方法
1.2.1 水质检测
含油量和悬浮含量的测定参照《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》（SY/T5329—2012），水样透光率的测定参考文献[14]。
1.2.2 絮凝效果评价
采用烧杯絮凝实验，向500 mL烧杯中加入 300 mL污水水样，加入一定量的絮凝剂，快速 （300 r·min-1）搅拌1 min，再慢速（150 r·min-1）搅拌2 min，45 ℃水浴静置一定时间，取水样进行 测定。
2.1 絮凝效果对比
为了克服单一絮凝剂的不足，无机絮凝剂与有机絮凝剂复配是水处理行业常用的处理方法，为了验证PDMDAAC的絮凝效果，室内开展了对比实验。在PAC加量一定的条件下，做了3组对比实验，分别为PDMDAAC+PAC絮凝实验、PDMDAAC+CPAM +PAC絮凝实验、CPAM+PAC絮凝实验，实验温度为45 ℃，絮凝沉降1 h后取上清液检测水质情况。试剂加量情况及絮体形态情况见表2，水样透光率随有机试剂加量变化情况见图1。
从图1可以看出，PDMDAAC与PAC复配的絮凝效果要好于CPAM与PAC复配的絮凝效果，但通过观察，PDMDAAC与PAC复配产生的絮体松散。PDMDAAC、CPAM、PAC复配具有较好絮凝效果，水样的透光率随着试剂加量增加而明显的增加，且效果明显优于CPAM和PAC复配以及PDMDAAC与PAC复配，说明带有高电位的PDMDAAC可以更好地中和水中的胶体，同时由于PDMDAAC具有一定的线性结构，可以将絮体聚集，增强絮凝效果。从絮体形态来，水样不加CPAM，絮体松散，加入CPAM后絮体紧实度增加，说明分子链较长的CPAM对絮体的紧实度起到决定的作用。因此，在后续的实验过程中主要考察3种试剂的复配效果。
表2 试剂加量及絮体形态情况
图1 透光率随有机试剂加量变化情况
2.2 加药顺序考察
CPAM和PAC作为两种不同类型的絮凝剂，二者的加药顺序一般为先加PAC产生絮体后再投入CPAM，通过其架桥和电中和等作用将水中的胶体、絮体等杂质进一步聚集。PDMDAAC作为一种新型的絮凝剂，具有无机絮凝剂和有机絮凝剂的特性，因此在实际使用过程中，其加药顺序对絮凝效果有一定的影响。室内考察PDMDAAC与PAC加药顺序对絮凝效果的影响。在CPAM加量2 mg·L-1的条件下，分别改变PDMDAAC与PAC加药顺序，45 ℃水浴絮凝1 h后取上清液进行透光率检测，加药情况及检测结果见表3。
从表3中水样的透光率可以看出，当有机试剂加量为4 mg·L-1时，先加2 mg·L-1的PDMDAAC后再加30 mg·L-1的PAC，水样的透光率为82.3%，先加30 mg·L-1的PAC后加2 mg·L-1的PDMDAAC，水样透光率为79.4%；
在有机试剂加量为5 mg·L-1时，先加3 mg·L-1的PDMDAAC后再加30 mg·L-1的PAC，水样的透光率为88.9%，先加30 mg·L-1的PAC后加3 mg·L-1的PDMDAAC，水样透光率为84.2%，说明先加PDMDAAC后加PAC絮凝效果较好。
2.3 加药比例考察
针对联合站一沉出口水样，在PAC加量和有机絮凝剂总量一定的条件下，考察PDMDAAC、CPAM、PAC 3种药剂复配絮凝效果，试剂加药情况见表4，水样的透光率变化情况见图2。
表4 3种药剂加量情况
图2 水样透光率随试剂加量变化情况
从图2水样透光率随试剂加量变化趋势看，PDMDAAC与CPAM不同加药比例下，水样的透光率不同，在有机药剂总量6 mg·L-1不变的条件下，水样的透光率随着PDMDAAC加量的增加有增大的趋势，当PDMDAAC加量4 mg·L-1、PAC加量 30 mg·L-1、CPAM加量2 mg·L-1时，水样的透光率最高为95.6%，经过检测，水中的悬浮物质量浓度为18.7 mg·L-1，含油量为6.15 mg·L-1，满足现场对水质指标的控制要求。
1）在试剂当量相同的条件下，PDMDAAC与PAC和CPAM 3种药剂复配的絮凝效果要优于PAC和CPAM复配以及PDMDAAC与PAC复配的絮凝效果。
2）针对现场所取水样进行对比实验，3种药剂的加药顺序为PDMDAAC、PAC、CPAM。
3）在有机加药量一定的条件下，当PDMDAAC加量4 mg·L-1、PAC加量30 mg·L-1、CPAM加量 2 mg·L-1时，水样的絮凝效果最好，透光率最高为95.6%。
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Treatment of Oilfield Produced Water by PDMDAAC/PAC/CPAM
（CNOOC Energy Conservation and Environmental Protection Service Co., Ltd., Tianjin 300547, China）
The compounding experiment of PDMDAAC, PAC and CPAM was carried out for oily sewage, and the effects of compounding combination, dosing sequence and dosing ratio on flocculation effect were investigated. The results showed that the combination of PDMDAAC, PAC, CPAM was better than the combination of PAC and CPAM and the combination of PAC and PDMDAAC. At the same time, the flocs of the best combination was tight. It proved that the flocculating efficiency was better when adding PDMDAAC before adding PAC. When dosage of PDMDAAC was 4mg·L-1, the dosage of PAC was 30mg·L-1and dosage of CPAM was 2mg·L-1, the flocculation results was the best, the suspend solid content in water was 18.7mg·L-1, the oil content in water was 6.15 mg·L-1.
PDMDAAC; Flocculants; Compound; Oily water
2022-04-11
赵一帆（1982-），女，河北省肃宁县人，工程师，硕士， 2010年6月毕业于中国石油大学（华东）安全技术及工程专业，研究方向：石油化工环境保护。
X703
A
1004-0935（2023）01-0031-04
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