化学氧化强化混凝的机理及其油田含聚污水上的应用

闵珍妮，李 芳

（东北石油大学 土木建筑工程学院，黑龙江 大庆 163318）

化学氧化强化混凝的机理及其油田含聚污水上的应用

闵珍妮，李 芳

（东北石油大学 土木建筑工程学院，黑龙江 大庆 163318）

随着三次采油技术的应用，油田污水中含有大量的聚合物。含聚污水处理通常采用以混凝和过滤为主，但由于聚合物的存在，混凝效果达不到要求。化学氧化具有助凝和破乳的作用，氧化剂投加在常规含聚污水处理工艺的混凝前，不改变常规工艺，可显著提高混凝效果，在实际工程上有一定的应用优势。

含聚污水；化学氧化；助凝；破乳

油田含聚污水是伴随着三次采油技术在油田上的应用而产生的污水，聚合物驱采油污水中含有大量的聚合物。与注水驱采油废水的水质相比，含聚污水中的油滴粒径小、难以聚并和浮升、油水分离困难，同时含聚污水矿化度高、乳化程度较大、粘度大、难生物降解。

油田含聚污水处理常采用自然除油→混凝除油→过滤流程的三段流程或者混凝除油→过滤流程的两段流程。混凝过程在混凝除油罐中进行。然而油田采出水中含有一定浓度的聚合物，导致采出水的粘度增加，油、水、泥的分离难度增大，原水中的含油量、含泥量等的增加也进一步增加处理难度，导致了混凝效果的不理想。为此需要采取措施强化混凝。

化学氧化可以作为单独处理工艺，也可与其他工艺相结合，可操作性强。而且化学氧化具有助凝和破乳的作用，可以在混凝工艺前投加作为常规含聚污水处理的强化措施。

1 化学氧化强化混凝的机理

1.1 化学氧化的助凝作用

由于氧化剂具有氧化性，可以氧化水中的有机物，破坏胶体保护作用等，混凝工艺前的预氧化有较好的助凝作用。

部分学者认为臭氧对地表水具有一定的助凝作用[1,2]。多数情况下在臭氧投加量较小时其助凝作用才能表现出来，过高的投加量会导致出水浊度上升。

傅金祥等采用臭氧预氧化与混凝联用工艺处理微污染水，试验结果表明，该系统对高锰酸盐指数、浊度等有较好的去除效果。臭氧预氧化在投加1.0 mg/L时就具有明显的助凝效果，在混凝剂投加量为35.0 mg/L、臭氧投加量为3.0 mg/L时，与直接采用聚合氯化铝混凝相比，沉淀后的水浊度降低了13.6%左右[3]。

王建伟等研究了Fenton预氧化对再生水混凝处理的助凝效果。结果表明：Fenton预氧化可以显著提高CODcr，浊度，PO43-，色度，UV254的去除率。经过Fenton预氧化-混凝处理，处理效果相同时可以节省近一半的混凝剂(PAC)用量，助凝作用明显[4]。

马军等[5]提出了高锰酸盐强化臭氧氧化助凝技术，并分析了该技术的多种影响条件。通过实验得出结论：氧化剂联用比单独臭氧氧化更有利于降低浊度。氧化的助凝效果受原水水质的影响，原水硬度为160mgCaCO3/L时助凝效果最佳[6]。

倪延涛针对胜利油田采出水处理常规混凝沉降工艺存在的问题及油田采出水中不稳定物质去除难的现状[6]，在混凝过程前投加臭氧，利用臭氧强化混凝效果，并利用臭氧氧化去除油田采出水中的不稳定物质，提高油田采出水处理效果。

1.2 化学氧化的破乳作用

汪昆平等采用化学破乳-Fenton试剂处理乳化液废水，实验结果表明：酸化作用中，静电作用对破乳有着关键性影响，降低废水的pH值可以提高乳化液废水的油水分离效果；乳化液废水中适宜的pH值不仅能降低油滴间静电斥力，还能使分子量较大、表面积较大的多核络合离子通过电性中和、吸附架桥、网捕卷扫的作用来提高油水分散体系脱稳效果[7]。

蒲维肖等采用加热酸化-Fenton氧化处理乳化液废水，温度95 ℃加热1 h，100 mL乳化液加入1.0 Ml 98%H2SO4，处理水COD＞200 000 mg/L，浊度＞8000NTU，实验结果表明 COD去除率达到76.7%，浊度降低到20 NTU，加热、酸化和化学氧化的联合应用具有较好的破乳功能[8]。

2 化学氧化在油田含聚污水处理上的应用情况

油田含聚污水中的两亲性分子聚合物，与乳化剂一起组成油-水界面的复合膜，吸附在油-水界面上，加强了油-水界面膜的强度和弹性。含油污水的处理关键就是破坏油-水界面膜，可以在污水中加入一种化学物质，其能够进入界面膜，破坏聚合物分子，从而破坏油-水界面膜的稳定性，从而达到破乳作用，高级氧化技术可以实现这一目的[9]。

包木太等[10]利用Fenton试剂氧化法处理模拟含部分水解聚丙烯酰胺的污水，每升水样中加入H2O2量为5.3 mmol。Fe2+为1.44 mmol，pH值3～4，在30度条件下反应15 min，处理效果最佳时，对Fenton氧化降解前后的聚丙烯酰胺样品的红外谱图进行对比，可以推断出Fenton试剂将侧链的酰胺基氧化成了羧基。

邵强等研究了Fenton试剂氧化降解聚丙烯酰胺污水，分析了各影响因素的作用机制，HPAM的降解率最高能达到近89%。并且研究了Fenton试剂氧化处理HPAM的反应动力学模型，确定反应为一级反应[11]。

陈颖实验结果表明[12]：Fe(VI)具有强氧化性和絮凝作用，处理油田含聚污水时具有较好的效果。

4 结 论

化学氧化在油田含聚污水处理上的应用有较强优势，首先氧化剂可以氧化污水中的有机物质如聚丙烯酰胺等，破坏其对胶体的保护作用，使胶体更容易脱稳，而且增加小油滴的聚并速度从而使小油滴最终上浮去除；另外氧化剂能氧化水中的聚丙烯酰胺，降低原水的黏度，有利于原水的破乳和混凝；最后氧化剂能氧化 Fe2+、S2+，且能杀灭水中的微生物，提高出水水质。目前化学氧化在含聚污水上的研究方向是高效、低价的氧化剂的研发，可通过多种氧化剂复合、外加催化剂等手段改进现有氧化剂的处理效果。

化学氧化的氧化剂可以投加在常规含聚污水处理工艺的混凝前，不改变常规工艺，不需另外加设构筑物，技术可行，经济合理，在实际工程上有较好的应用前景。

［1］ Tobiason J E，Reckhow D A，Edzwald J K．Effects of ozonation on optimal coagulant dosing in drinking water treatment [J]. J Water SRTAqua，1995，44(3)：1-15．

［2］ Schneider O D，Tobiason J E.Preozonation effects on coagulation[J]. JAWWA，2000，92(10)：74- 87．

［3］ 傅金祥，梁建浩，杨涛．臭氧预氧化工艺处理微污染水源水的中试研究[J]. 沈阳建筑大学学报: 自然科学版，2006，22(2)：285-288．

［4］ 王建伟．Fenton预氧化对泥渣回流强化再生水混凝处理的助凝作用[J]. 环境科技，2012，25(5)：11-14．

［5］ 马军．臭氧/高锰酸盐预氧化助凝及影响因素[J].中国给水排水，2005，21(8)：10-13．

［6］ 倪延涛．油田采出水臭氧强化混凝处理技术研究[D]. 青岛理工大学，2009．

［7］ 汪昆平, 等．化学破乳-Fenton氧化处理乳化液废水[J]. 环境工程学报，2015，9(6)：2880-2886．

［8］ 蒲维肖，刘丹丹，王志强, 等．加热酸化-Fenton氧化处理乳化液废水[J]. 环境工程学报，2013，7(10)：4027-4031．

［9］ 孔凡贵．高级氧化技术处理油田水中污染物的研究[D]. 大庆石油学院，2003．

［10］ 包木太，周营营，陆金仁, 等．Fenton试剂氧化处理模拟含聚丙烯酰胺污水的研究[J]. 高分子通报，2013(11)：88-93．

［11］ 邵强, 等. Fenton试剂氧化降解聚丙烯酰胺污水及其反应动力学研究[J]. 环境污染与防治，2007，29（10）：754-758．

［12］ 陈颖. AOP氧化处理聚合物驱采油污水的研究[D]. 大庆石油学院，2007．

Mechanism of Enhanced Coagulation by Chemical Oxidation and Its Application in Treatment of Oilfield Polymer-bearing Wastewater

MIN Zhen-ni，LI Fang

（ Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 113001, China）

After application of the tertiary oil recovery technique, oilfield wastewater contains a large number of polymers. The treatment methods of polymer-containing wastewater usually focus on coagulation and filtration, but the coagulation efficiency cannot meet the requirements because of the presence of polymer. Chemical oxidation processes have the functions of coagulation and demulsification. Adding oxidizing agent before coagulation process in conventional polymer-containing wastewater treatment process, can significantly improve the effect of coagulation.

poly-containing wastewater; chemical oxidation; coagulation: demulsification

TE 357

A

1671-0460（2016）12-2841-02

2016-05-16

闵珍妮（1994-），女，湖南省邵阳市人，在读硕士研究生，研究方向：水处理相关。E-mail：455963233@qq.com。