在含油污水處理系統(tǒng)中，絮體和油珠的大小、形態(tài)在很大程度上影響著水處理流程的運(yùn)行工況和出水水質(zhì)，而污水中絮體和油珠的大小、形態(tài)又受到諸多因素的影響，如絮凝條件、油含量、固體懸浮物含量、聚合物濃度等。聚合物驅(qū)采油污水不同于一般的含油污水，除含有油、固體顆粒、無(wú)機(jī)鹽和細(xì)菌等常規(guī)采油污水含有的物質(zhì)外，還含有大量殘余難降解的聚合物，使其具有乳化程度高、黏度大、攜帶泥沙量大、油滴初始粒徑小的特點(diǎn)，其中粒徑小于10 μm 的油滴占90%以上。此外污水中的聚合物還會(huì)干擾絮凝劑的使用效果，使絮凝作用變差。正是因?yàn)榫酆衔矧?qū)采油污水的這些特殊性質(zhì)，增加了污水處理難度，使處理后出水中的油含量、懸浮固體含量嚴(yán)重超標(biāo)。筆者模擬渤海JZ9-3 油田聚合物驅(qū)采油污水，研究了油含量、固體懸浮物含量、聚合物濃度對(duì)油珠及懸浮物的亞微觀聚集形態(tài)、表面電荷及污水穩(wěn)定性的影響，旨在探討聚合物驅(qū)采油污水處理低效的原因。

　　1 實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和材料

　　儀器：LEICA BME 電子顯微鏡，上海徠卡顯微系統(tǒng)有限公司;高剪切混合乳化機(jī)，江蘇啟東市長(zhǎng)江化工機(jī)械有限公司;JS94H 型微電泳儀，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司;AquafastⅡ型濁度儀，德國(guó)賽默電子公司;ZXP-30L 型自吸循環(huán)式配漿機(jī)，青島海通達(dá)專用儀器廠。

　　材料：聚丙烯酰胺(PAM)，法國(guó)FP3640C，相對(duì)分子質(zhì)量為2.3×107;鈉搬土;標(biāo)準(zhǔn)原油，取自渤海 JZ9-3 油田;模擬礦化水(參照J(rèn)Z9-3 油田聚合物驅(qū)采油污水水質(zhì)分析結(jié)果配制)，其水質(zhì)見(jiàn)表 1;JZ9-3 油田斜管隔油池入口水。



　　1.2 實(shí)驗(yàn)方法

　　1.2.1 模擬含油含聚污水的配制

　　稱取一定量的PAM 溶于上述模擬礦化水中，充分靜止自行溶脹24 h 后，攪拌均勻;再加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)原油和鈉搬土，于自吸式配漿機(jī)中以3 000 r/min 剪切40 min，加少量石油醚助溶，高速剪切使標(biāo)準(zhǔn)原油充分乳化，靜止后棄去表面浮油待用。

　　1.2.2 測(cè)定方法

　　采用LEICA BME 電子顯微鏡觀察油珠和絮體的聚集情況，并利用顯微鏡測(cè)微尺技術(shù)測(cè)定其尺寸大小，分析聚合物驅(qū)含油污水的聚集特性及亞微觀結(jié)構(gòu);用Zeta 電位表示表面電荷，采用JS94H型微電泳儀進(jìn)行測(cè)定; 采用污水濁度變化來(lái)判斷污水穩(wěn)定性，污水濁度采用AquafastⅡ 型濁度儀測(cè)定。

　　2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

　　2.1 聚合物濃度對(duì)油珠及懸浮物的聚集特性及表面電荷的影響

　　取配制好的模擬礦化水，加入不同量的聚丙烯酰胺及一定量的標(biāo)準(zhǔn)原油和鈉搬土配制成模擬含聚含油污水，其中SS 為200 mg/L，含油量以實(shí)測(cè)含油量為準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)溫度為30 ℃。聚合物濃度對(duì)油珠及懸浮物的聚集特性及表面電荷的影響如表 2 所示。



　　由表 2 可知，在含油量相近、固體懸浮物含量一定的情況下，隨著污水中聚合物濃度的增加，污水中的油珠、懸浮物絮體以及帶電顆粒的Zeta 電位絕對(duì)值都有變大的趨勢(shì)。這可能是由于聚合物的濃度增加，黏度增大，其包裹油珠、懸浮物的能力增強(qiáng)，從而使油珠、懸浮物絮體變大;另外，隨聚合物濃度的增加，油水界面水膜強(qiáng)度增大，界面電荷增強(qiáng)，污水中的細(xì)小懸浮顆粒更易吸附于固液界面上，使Zeta 電位絕對(duì)值增大。界面膜強(qiáng)度和Zeta 電位絕對(duì)值增大時(shí)，乳狀液穩(wěn)定性高，污水處理難度加劇。

　　2.2 含油量對(duì)油珠及懸浮物的聚集特性及表面電荷的影響

　　向模擬礦化水中加入一定量的聚丙烯酰胺和鈉搬土及不同量的標(biāo)準(zhǔn)原油配制成模擬含聚含油污水，其中聚合物質(zhì)量濃度為300 mg/L，SS 為200 mg/L，含油量以實(shí)測(cè)含油量為準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)溫度為30 ℃。含油量對(duì)油珠及懸浮物的聚集特性及表面電荷的影響如 表 3 所示。



　　由表 3 可知，隨著污水中含油量的增加，污水中的絮體和油珠均有變大的趨勢(shì)，而Zeta 電位沒(méi)有顯著的改變。其原因可能是油含量增加，絮體黏附更多油珠體積變大，小油珠碰撞聚集幾率增加，導(dǎo)致油珠變大。帶電顆粒的Zeta 電位絕對(duì)值變化不明顯，說(shuō)明污水中聚合物濃度一定時(shí)，污水中的細(xì)小懸浮顆粒物和油珠的帶電狀況趨于穩(wěn)定，也進(jìn)一步表明聚合物才是影響Zeta 電位的主要原因之一，是影響污水處理效率的主要因素。

　　2.3 固體懸浮物含量對(duì)油珠及懸浮物的聚集特性及表面電荷的影響

　　向模擬礦化水中加入一定量的聚丙烯酰胺和標(biāo)準(zhǔn)原油及不同量的鈉搬土配制成模擬含聚含油污水，其中聚合物質(zhì)量濃度為300 mg/L，含油量以實(shí)測(cè)含油量為準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)溫度為30 ℃。固體懸浮物含量對(duì)油珠及懸浮物的聚集特性及表面電荷的影響見(jiàn) 表 4。



　　由表 4 可知，隨著污水中固體懸浮物含量的增加，污水中的油珠、懸浮物絮體變大，且大尺寸的絮體數(shù)量增加顯著。其原因可能是固體懸浮物濃度增加，小顆粒增多，碰撞聚集的幾率增加，導(dǎo)致體積變大;同時(shí)也可能有固體懸浮物黏附到油珠上或被油珠所包裹，導(dǎo)致油珠變大。說(shuō)明水中懸浮物對(duì)絮體、油珠的聚集影響顯著。但污水中懸浮物含量的變化對(duì)帶電顆粒的Zeta 電位影響不顯著，說(shuō)明污水中聚合物含量一定時(shí)，在一定范圍內(nèi)增加懸浮物含量不會(huì)顯著改變Zeta 電位，也進(jìn)一步說(shuō)明聚合物是通過(guò)影響污水Zeta 電位來(lái)影響污水穩(wěn)定性，從而影響污水處理效率。

　　2.4 聚合物驅(qū)采出污水的聚集特性

　　取JZ9-3 斜管隔油池入口水2 000 mL，并分別加入100 mg/L 和200 mg/L 的聚丙烯酰胺，攪拌均勻，在55 ℃下放置不同的時(shí)間，測(cè)定不同時(shí)間下的污水濁度，結(jié)果如圖 1 所示。

　　圖 1 含聚污水在現(xiàn)場(chǎng)溫度(55 ℃)下的穩(wěn)定性研究



　　由圖 1 可知，沉降20～30 min 后濁度基本不再變化，表明含聚污水的聚集特性較差，但穩(wěn)定性很好;另外，采出污水中的聚合物濃度越高，其穩(wěn)定性越好。原因是污水中聚合物的主體部分親水性較好，分布在水相中，疏水基團(tuán)伸入油相造成空間障礙，使油珠難以聚結(jié)，同時(shí)聚合物在油水界面間的吸附和沉集，增加了油水界面膜的厚度和強(qiáng)度，界面電荷增強(qiáng)，降低了分散相和分散介質(zhì)界面自由焓，使聚結(jié)傾向降低，乳狀液穩(wěn)定性增加，使污水的濁度變化很小。具體參見(jiàn)http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)聚合物驅(qū)含油污水聚集特性及表面電荷的研究得出：

　　(1)隨著聚合物濃度或油含量的增加，污水中的油珠、絮體都有變大的趨勢(shì)。

　　(2)隨固體懸浮物含量的增加，污水中的絮體、油珠不僅有變大的趨勢(shì)，且大尺寸的絮體數(shù)量顯著增加。

　　(3)聚合物濃度越高，帶電顆粒的Zeta 電位絕對(duì)值越高;而含油量、固體懸浮物含量增加，帶電顆粒的Zeta 電位變化不明顯，說(shuō)明聚合物是影響Zeta 電位的主要原因之一。

　　(4)聚合物濃度越高，污水的穩(wěn)定性越高，其濁度隨時(shí)間的變化越小。

　　(5)污水Zeta 電位為負(fù)值，加入帶正電荷的藥劑對(duì)油珠和絮體的聚集較為有利。

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