[文章编号]1000-8144(2011)12-1355-05[中图分类号]TQ317.3[文献标识码]A
近年来，聚合物驱油已在海上油田得到广泛应用[1-2]，相应产生了大量的含聚污水。含聚污水中含有大量的阴离子型、部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)，HPAM的存在增加了污水的处理难度[3-4]。在陆地油田上已经分别采用重力沉降法、浮选法、破乳法、膜分离法和絮凝法对含聚污水进行处理[5-8]。絮凝法通过絮凝剂加速油水分离，具有絮凝效果好、用量少、对设备无腐蚀等优点，是最有效的油田处理污水的方法[9-11]。阳离子聚合物是处理不含聚污水和含聚污水的常用絮凝剂[12-13]。近年来，研究者进行的关于阳离子聚合物处理含聚污水的研究主要集中于高效复合药剂的开发、采出液稳定机理的探讨和原有污水处理工艺设备的改进等方面[14-15]，但关于阳离子聚合物与含聚污水中的油滴相互作用的研究却较少；而且这些研究的分析指标比较单一，多以浊度和含油量为主要考察指标，难以完整表述和解释各因素的影响。
本工作以污水中油滴的粒径和Zeta电位及污水的浊度、含油量、过滤性为考核指标，考察了污水类型、阳离子聚合物絮凝剂质量浓度、絮凝剂的阳离子度和分子结构对处理含聚污水和不含聚污水的影响。
1.实验部分
1.1原料
含聚污水：JZ93油田西区综合油水样下层采出污水，经滤纸过滤除去浮油和大颗粒固悬物，残留的HPAM的质量浓度为165.0mg/L，含油量为219.4mg/L，固悬物的质量浓度为10.0mg/L；0.45μm厚的微孔滤膜：成都科龙化学试剂厂；絮凝剂(FO4190SH，FO4240SH，FO4440SH，FO4800SH，FB808)：SNF公司。
1.2不含聚污水的配制
将1200mLJZ93油田的水源井水样置于2L烧杯中，水浴加热至60℃以上，以14000r/min的转速搅拌，加入0.72gJZ93油田干燥原油(提取方法参考文献)，乳化15min后冷却至室温，制得不含聚污水(不含HPAM)。
在上述过程中，乳化完毕后烧杯壁上和乳化机的转动杆上会粘附少量原油，因此实际测到的不含聚污水中含油量为204.8mg/L，接近含聚污水中的含油量(219.4mg/L)。不含聚污水中固悬物的质量浓度为10.0mg/L。
1.3污水性质的测定
在100mL污水中加入一定量的絮凝剂，搅拌10min后静置15min，得到经絮凝剂处理的污水；用移液管取其中层溶液进行相关性质的测定。
采用Brookhan公司ZetaPlus型电位仪测定污水中油滴的Zeta电位：25℃下取其7次测定结果的平均值。采用Brookhan公司90Plus/BI-MAS型光散射式粒径测定仪测定油滴的粒径：25℃下取其5次测定结果的平均值，若油滴粒径大于3μm，则一致记为3μm。采用Hach公司Modle2100p型便携式浊度计测定污水的浊度，若浊度大于1000NTU，则一致记为1200NTU。采用Envi-ronLab&Tech公司OilTech121A型手持式测油仪测定污水的含油量：将50mL污水、5mL正己烷依次倒入量筒中，滴加3滴质量分数为10%的盐酸溶液，振荡3min后静置5～10min，用滴管取上层的正己烷萃取液，加入到测油仪的试样管中，测定其含油量。
1.4污水过滤性的评价
将100mL未经絮凝剂处理的污水和100mL经絮凝剂处理的污水(已用100目滤网过滤)在0.1MPa下通过0.45μm厚的微孔滤膜的时间分别为t0，tn，单位s。污水的过滤性能(Rf)定义如下：
Rf=tn/t0
(1)
式中，Rf越大，表示过滤性能越差；反之亦然。
2.结果与讨论
2.1絮凝剂的性质
絮凝剂FO4190SH，FO4240SH，FO4440SH，FO4800SH，FB808为丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的阳离子聚合物，分子结构见图1。其中，絮凝剂FB808为交联结构。絮凝剂的性质见表1。
2.2絮凝剂FO4800SH对污水的处理结果
絮凝剂FO4800SH对污水的处理结果见图2。
从图2可知，未经絮凝剂处理前，含聚污水中油滴的粒径明显大于不含聚污水中油滴的粒径，但二者的Zeta电位基本相同，即油滴的稳定性基本相同。这表明含聚污水中的HPAM能够起到稳定油水界面的作用，使较大油滴和水形成稳定体系。
从图2还可知，随絮凝剂FO4800SH含量的增加，不含聚污水的浊度及其油滴的粒径先减小后逐渐增大，油滴的Zeta电位呈现先增大后趋于平稳的趋势。在不含聚污水中，当ρ(FO4800SH)=20mg/L时，油滴的Zeta电位为-3.4mV，油滴的粒径和污水的浊度最小(分别为0.35μm和205NTU)；当ρ(FO4800SH)≥30mg/L时，油滴的Zeta电位为正值，油滴的粒径和污水的浊度均增大，即污水的处理效果呈下降趋势；当ρ(FO4800SH)≥50mg/L时，油滴的Zeta电位基本不变，油滴的粒径随絮凝剂含量的增加而略有增大，污水的浊度始终大于1000NTU。这可能是因为絮凝剂含量过大时，絮凝剂吸附在油水界面，改变了油滴表面的带电性，增加了油滴的带电量，使油滴的稳定性反而上升；同时邻近的油滴有可能通过絮凝剂的架桥作用而团聚，使油滴的粒径增大，造成污水依然混浊。
从图2还可知，对于含聚污水，随絮凝剂FO4800SH含量的增大，油滴的粒径略有减小，污水的浊度逐渐变小，油滴的Zeta电位变化程度小且始终为负值。这可能是因为含聚污水的油水界面含有HPAM，油滴的粒径较大，加入絮凝剂后，油滴界面处的HPAM和絮凝剂发生电荷中和作用，破坏了HPAM对油水界面的稳定作用，使得油水分离；油水分离后，油滴通过絮凝剂的架桥作用而团聚、絮凝析出；稳定性差、粒径较大的油滴首先团聚并析出，导致油滴的粒径、污水的浊度变小。由于絮凝剂形成絮渣被析出，因此处理后污水中油滴的表面始终呈负电性。
2.3絮凝剂阳离子度的影响
2.3.1阳离子度对含聚污水处理结果的影响
不同阳离子度的絮凝剂对含聚污水处理结果的影响见图3。从图3可知，随絮凝剂含量的增加，处理后含聚污水的浊度呈下降趋势，油滴的粒径略有减小或基本不变；当絮凝剂的含量相同时，经阳离子度大的絮凝剂处理后的含聚污水的浊度和油滴的粒径越小。从图3还可知，絮凝剂的质量浓度小于100mg/L时，阳离子度对处理后含聚污水中油滴的Zeta电位影响较小；当其质量浓度大于100mg/L时，经絮凝剂FO4190SH和FO4240SH处理后含聚污水中油滴的Zeta电位大于经絮凝剂FO4440SH和FO4800SH处理后含聚污水中油滴的Zeta电位。
2.3.2阳离子度对含聚污水过滤性的影响
经不同阳离子度的絮凝剂处理后的含聚污水的过滤性见图4。从图4可知，随絮凝剂FO4190SH含量的增加，含聚污水的过滤性降低。这是因为随絮凝剂FO4190SH含量的增加，含聚污水中油滴的粒径增大，油滴和絮凝剂很容易粘附在滤膜上，导致含聚污水的过滤性降低。
从图4还可知，对于阳离子度较大的絮凝剂FO4240SH，FO4440SH，FO4800SH，随絮凝剂含量的增加，含聚污水的过滤性呈下降-提高-下降的趋势。随絮凝剂含量的增加，Rf先增大至极大值，这是因为絮凝剂未完全参与絮凝过程，而以絮渣的形式从水中析出，残留于污水中，过滤时絮凝剂会和较高含量的油滴混合粘附在滤膜表面，导致含聚污水的过滤性下降；随絮凝剂含量的继续增加，Rf下降，这表明更多的絮凝剂参与了絮凝过程，使含聚污水中的含油量和絮凝剂的含量均开始下降，含聚污水的过滤性也相应地提高；当絮凝剂含量继续增加时，Rf反而又逐渐增大，这是因为虽含聚污水中的含油量减少，但残留的絮凝剂含量增加，导致含聚污水的过滤性下降。当FO4240SH，FO4440SH，FO4800SH的质量浓度分别为300，300，200mg/L时，含聚污水的Rf分别达到最小值(分别为1.52，1.53，1.19)，此时含聚污水的过滤性最好。
2.3.3絮凝剂对含油量的影响
在含300mg/L絮凝剂的含聚污水中，絮凝剂的阳离子度对含油量的影响见表2。
从表2可知，含聚污水的含油量随絮凝剂阳离子度的增大而降低。
2.4絮凝剂分子结构的影响
絮凝剂FO4800SH为粉末状，线型结构；絮凝剂FB808为乳液状，分子呈交联结构，不完全溶于水，絮凝体较易被过滤。阳离子度均为80%的絮凝剂FB808和FO4800SH对含聚污水的处理结果见图5。由图5可知，含聚污水分别经相同含量的絮凝剂FB808和FO4800SH处理后，油滴的Zeta电位和粒径及污水的浊度均较接近。由此可见，当絮凝剂的阳离子度相同时，絮凝剂的分子结构对含聚污水的处理效果影响不大。
絮凝剂FB808和FO4800SH对含聚污水过滤性的影响见图6。从图6可知，经交联型絮凝剂FB808处理的含聚污水的过滤性明显优于经线型絮凝剂FO4800SH处理的含聚污水的过滤性。这可能是因为絮凝剂FB808不完全溶于水，含聚污水中残留的絮凝剂FB808量少所致。
3.结论
(1)随絮凝剂FO4800SH含量的增加，不含聚污水中油滴的粒径和污水的浊度呈先减小后增大的趋势，油滴的Zeta电位呈先增大后平稳的趋势；含聚污水中油滴的粒径略有减小，污水的浊度逐渐变小，油滴的Zeta电位为负值且变化程度小。
(2)絮凝剂的阳离子度越大，含聚污水中油滴的粒径、污水的浊度、含油量越小。当絮凝剂FO4240SH，FO4440SH，FO4800SH的质量浓度分别为300，300，200mg/L时，含聚污水的过滤性最好。
(3)交联型絮凝剂和线型絮凝剂对含聚污水的处理效果相当，但含交联型絮凝剂的含聚污水的过滤性较好。
