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复合混凝剂PAFS 处理油田三次采油废水

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2018.10.15
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随着石油资源的不断匮乏,为了有效提高石油采收率,我国部分油田相继进入三次采油阶段,其中三元复合驱采技术是典型的化学驱采工艺。复合三次采油的采…

随着石油资源的不断匮乏, 为了有效提高石油采收率, 我国部分油田相继进入三次采油阶段,其中三元复合驱采技术是典型的化学驱采工艺。复合三次采油的采出水中同时含有驱油剂、油和悬浮物。通常驱油剂含有聚合物、表面活性剂和碱等成分, 因而三次采油采出水不仅成分复杂,而且具有粘度高和乳化稳定性强的特征。混凝法作为处理该类废水的主要方法, 处理剂的制备与选择是影响处理效果的关键因素。本文以电厂粉煤灰为主要原料研制了一种新型复合无机高分子混凝剂PAFS。用于三次采油废水的混凝水处理,实验了其混凝性能, 并取得了良好的工艺条件。结果表明, PAFS 是一种性能优良的混凝剂, 其效果明显优于聚合氯化铝( PAC) 和聚合硫酸铁( PFS) 。 

  1 实验部分 

  1. 1 实验仪器及材料

 DBJ- 621 定时变速搅拌器; 美国GJ- 1 型高速搅拌机; SPS- 1 型酸度计; YZD- 1A 型光电浊度仪。

   聚合氯化铝( PAC) 和聚合硫酸铁( PFS) 为工业级; 其它试剂为分析纯。

   实验用粉煤灰取自济南黄台电厂, 其主要化学组成: SiO2 56. 8% , Al2O3 28. 6%, Fe2O3 7. 3%,CaO 2. 1%, MgO 1. 8% , 烧失量3. 1% 。 

  现场三采废水水样取自胜利油田孤岛采油场孤二联, 该水样粘度1. 6mPa#s, 浊度561. 6 ( NTU ) ,含油量1270 mg#L- 1, 水解聚丙烯酰胺HPAM126.3mg#L- 1, pH= 8. 3。 

  1. 2 实验方法

 300mL 水样于500mL 烧杯中, 加入一定量混凝剂, 快速搅拌( 150r/ min) 3min, 慢速搅拌( 60r/min) 5min, 静止沉放15min, 液面下5cm 处取清液分析测试。

   聚合物采油污水处理的主要对象是油含量和悬浮固体( SS) , 同时为了降低污水的粘度, 以利于后续分离处理, 水解聚丙烯酰胺HPAM 也是一项主要的去除内容。

   油的含量以重量法( 油含量> 20mg/ L) 或紫外分光光度法( 油含量< 20mg/ L) 测定;HPAM 含量采用醋酸- 次氯酸钠沉淀浊度法,即比浊法测定;

 1. 3 复合混凝剂

 PAFS 的制备干燥后的粉煤灰过38Lm( 400 目) 筛。取适量该粉煤灰, 溶于适当浓度一定量的H2SO4 和HCl 混合酸中, 95 e 下强烈搅拌3h, 保温缓慢搅拌2h, 得无机复合混凝剂PAFS。该产品为暗灰色粘稠液体,

 1 不同pH 值下PAFS 的混凝效果

 由于受注水性质和地层差异的影响, 三次采油废水的pH 值常常波动, 因而, 首先考察了在不同pH 值下PAFS 对三次采油工业废水的处理效果。

 三次采油为聚合物驱油或聚合物碱驱, 因而, 该类废水一般呈中性到碱性。固定PAFS 投加量为100mg#L- 1( 以非水成分计量) , 调节废水的pH 值, 进行混凝处理, 实验结果列于表1。


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由表1 可以看出, PAFS 对废水pH 值的适应能力较强, 在pH 值7. 2~ 10. 1 范围内, PAFS 对废水中污染物的混凝去除能力基本相同; 但pH 值太高,处理效果降低。 

  2 PAFS 投加量对废水混凝处理效果的影响

   在废水pH= 8. 3 下, 实验测定了PAFS 投加量与水中残留物、废水浊度的关系。从图1 可知,PAFS 对三次采油废水具有较好的处理效果。


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 随着PAFS 投加量的增加, 废水中残留的油类、悬浮物和HPAM 迅速降低。PAFS 投加量达90 mg#L- 1后, 油类、悬浮物和HPAM 的浓度变化趋于平缓, 投加量为120 mg#L- 1 时, 混凝处理效果达到佳。继续增加投加量, 并不能进一步提高处理效果。

   3 HPAM 浓度对混凝效果的影响 

  考虑到三次采油过程中聚合物具有关键的作用, 污水中的HPAM 含量是逐渐变化的, 为研究其水质波动对混凝效果的影响, 在实际聚合物采油污水的基础上, 采用配加HPAM 的方法配制了不同浓度HPAM 的聚合物采油污水。 

  PAFS 对实际三次采油废水和高浓度HPAM聚合物采油污水的混凝效果对比见图2。


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表2 表明, 在相同的实验条件下, 以PAFS 混凝处理后, 废水中污染物的残留量低。较之用PAC和PFS, 浊度去除率提高了15% 左右, 油的去除率增加了1 6. 6% ~ 17 . 3% , HPAM 去除率提高了3. 5%~ 4. 6%。而且PAFS 混凝速度快, 形成矾花大, 易于水渣分离, 混凝处理效果明显优于PAC 和PFS。三次采油废水经PAFS 混凝处理后, 满足油田污水一级处理的出水水质要求( 即SS < 2 0mg#L- 1, 油< 50mg#L- 1) 。

 5 PAFS 混凝机理的探讨

PAFS 之所以具有优良的混凝效果, 笔者认为有如下原因:

 ( 1) 在PAFS 的制备条件下, 形成的是铁、铝以及少量镁参与的多元无机聚合物。多元聚合物除具有单元无机高分子混凝剂的共同优点外,因异核金属离子交错排列, 能形成更长更稳定的分子链。长链能包裹、吸引更多的溶胶粒子, 即桥长、单元多, 絮体大而稳定, 在架桥混凝的同时能产生卷扫混凝作用。因而, 多元聚合物的混凝性能高于多种单元聚电解质的简单加和。

 ( 2) 过38Lm( 400 目) 筛的粉煤灰本身是多孔性刚性微粒, 对水中有机物和胶体颗粒具有吸附作用, 混合酸的浸润使其表面活化, 吸附能力进一步加强。由此可见,PAFS 具有混凝和强烈吸附的双重功效。因而, 用于油田三次采油废水处理, 能够有效去除废水中的各种污染物。

 3 结语 

( 1) PAFS 是一种性能优良的新型复合混凝剂。用于油田三次采油废水的混凝水处理, 不仅投加量少, pH 值适应范围宽, 混凝反应速度快, 污染物去除率高, 而且具有较好的破乳性能。

( 2) 废水中HPAM 浓度对混凝效果影响明显,随着HPAM 浓度的增大, PAFS 的合适的投加量呈正比增长。

 ( 3) 三次采油废水经PAFS 混凝处理后, 满足油田污水一级处理的出水水质要求。 

( 4) PAFS 处理油田三次采油废水, 其效果明显优于PAC 和PFS。 

( 5) PAFS 主要原料粉煤灰是电厂废弃物, 属以废治废, 具有很好的环境效益, 而且PAFS 生产工艺简单, 易于推广利用。


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