影响ClO2油田污水杀菌效果的因素试验研究

2016-07-15杨滢樊友君贺庆李俊南陈红英

长江大学学报(自科版) 2016年16期

关键词：影响研究

杨滢，樊友君，贺庆，李俊南，陈红英

(重庆科技学院石油与天然气工程学院，重庆 401331)

影响ClO2油田污水杀菌效果的因素试验研究

杨滢，樊友君，贺庆，李俊南，陈红英

(重庆科技学院石油与天然气工程学院，重庆 401331)

[摘要]针对影响海上油田注水现场常用杀菌剂ClO2杀菌效率的因素开展试验研究，以硫酸盐还原菌数量为衡量指标，开展了污水中Fe2+、S2-、聚丙烯酰胺以及聚合硫酸铁、聚合铝的浓度对ClO2的杀菌效果影响试验研究。研究结果表明，油田污水中Fe2+、S2-等还原性介质和常用污水有机絮凝剂(如HPAM)对ClO2的杀菌效果有较大的影响，而无机絮凝剂(如聚合铝、聚合硫酸铁)对ClO2的杀菌效果影响不是很大。优选水处理絮凝剂和采用复合杀菌技术可以有效增强ClO2的杀菌效果和节约污水处理成本。

[关键词]ClO2；杀菌效果；污水介质；影响研究

海上某油田注水主要来源于生产水和水源井的水，为了防止混注水中的细菌对油水管线产生腐蚀，现场常用ClO2作为水体杀菌剂，ClO2是一种高效无害[1]的杀菌剂，广泛应用于油田污水处理。混注水中Fe2+、S2-以及油田现场聚合物驱常用的有机聚合物(如部分水解聚丙烯酰胺)、污水处理使用的无机絮凝剂(如聚合铝、聚合硫酸铁)都会对ClO2的杀菌效果有直接的影响。笔者应用硫酸盐还原菌测定方法采用绝迹稀释法，通过SRB细菌瓶进行培养测定细菌含量。以硫酸盐还原菌数量为衡量指标，开展污水中Fe2+、S2-、聚丙烯酰胺以及聚合硫酸铁、聚合铝的浓度对ClO2的杀菌效果影响试验研究。

1ClO2杀菌剂作用机理及特性

目前，学者对于ClO2杀菌的作用机理有多种说法[2]，普遍认为ClO2对于细菌有较强的穿透性和吸附性，再通过其强氧化性破坏细菌的细胞壁，使其蛋白质变性，从而破坏细菌重新合成的过程。

在常态条件下的水中，ClO2的溶解度是Cl2的5倍，ClO2的氯含量为52.6%，氯离子价态呈+4，其被还原的过程是由+4价～-1价，发生了5个电子的转移。因此，ClO2当量有效氯为5×52.6%=263%，由此说明，ClO2的氧化能力是Cl2的2.6倍左右[3]。

ClO2在pH为中性或酸性环境中以ClO2存在，在碱性环境下以ClO2-和ClO3-型体存在，由于细菌表面通常带负电，故ClO2在碱性环境下，由于负电相斥的原因，ClO2在水溶液的型体不易接近细菌，其杀菌效果会因此受到影响而降低[4]。

2ClO2杀菌效果与水质中还原成分的关系

2.1不同Fe2+含量对ClO2杀菌效果的影响

为了区别不同Fe2+含量对ClO2杀菌效果的影响，含Fe2+的油井产出水分别取自A、B和C 3个不同区块，不含Fe2+的污水用D污水站处理的产出水，其Fe2+含量小于0.5mg/L，所取产出水的S2-、HPAM浓度小于0.05mg/L，水溶液pH值控制在6.8～8.5。在上述水中引入SRB细菌使其含量达到104个/ml，然后分别加入不同量的ClO2进行杀菌试验，结果见表1。

表1　ClO2杀菌效果与Fe2+含量的关系

从表1可以看出，当Fe2+含量为0时，ClO2加量浓度只需50mg/L；当Fe2+含量为65mg/L时，ClO2加量浓度达到500mg/L都无法完全杀死污水中SRB细菌；当Fe2+含量为43mg/L时，ClO2加含量浓度则需从50mg/L增加至500mg/L才能完全杀死污水中SRB细菌，浓度相差10倍；当Fe2+含量达到24mg/L时，ClO2加量浓度则需从50mg/L增加至300mg/L才能完全杀死污水中SRB细菌，浓度相差6倍。试验结果表明，污水中Fe2+含量越高，ClO2加量浓度则需更高，Fe2+对ClO2的杀菌效果有较大的影响。

2.2不同S2-含量对ClO2杀菌效果的影响

含S2-的油井产出液分别取自E、F和G 3个不同区块，不含S2-的污水用H污水站处理的产出水，其S2-含量小于0.05mg/L，水溶液pH值控制在6.8～8.5。在产出水中引入SRB细菌含量在104mg/L，有关试验数据见表2。

表2　ClO2杀菌效果与S2-含量的关系

从表2可以看出，当S2-含量为0时，ClO2加量浓度只需50mg/L；当S2-量为6mg/L时，ClO2加量浓度则需从50mg/L增加至150mg/L才能完全杀死污水中SRB细菌，浓度相差3倍；当S2-含量为17mg/L和28mg/L时，ClO2加量浓度则需从50mg/L增加至500mg/L才能完全杀死污水中SRB细菌，浓度相差10倍。试验结果表明，污水中S2-含量越高，ClO2加量浓度也随之增高，S2-对ClO2的杀菌效果有较大的影响。

2.3有机絮凝剂HPAM含量对ClO2杀菌效果的影响

试验选取絮凝剂HPAM样品的分子量为107，水解度为30%。用D污水站处理的产出水，过滤除去有机物杂质，水溶液pH值控制在6.8～8.5，分别加HPAM 0.5、1.5和3.5mg/L进行对比试验，有关试验数据见表3。

表3　ClO2杀菌效果与有机絮凝剂HPAM含量的关系

从表3可以看出，当HPAM含量为0时，ClO2加量浓度只需50mg/L；当HPAM量为0.5mg/L时，ClO2加量浓度则需从50mg/L增加至500mg/L才能完全杀死污水中SRB细菌，浓度相差10倍；当HPAM含量为1.5mg/L和3.5mg/L时，ClO2加量浓度远大于500mg/L，浓度相差大于10倍以上。试验结果表明，污水中HPAM浓度越高，ClO2加量浓度则需10倍以上增加，HPAM含量对ClO2的杀菌效果有很大的影响。

从表1、表2和表3中的试验数据反映，当污水中含有Fe2+、S2-及有机聚丙烯酰胺絮凝剂时，ClO2的杀菌效果会大幅度降低。

3无机絮凝剂(聚合铝、聚合硫酸铁)对ClO2杀菌效果的影响

从上述表中试验反映，有机高分子聚合物对ClO2的杀菌效果影响很大，少量的高分子HPAM会消耗大量的ClO2，现通过试验探讨无机絮凝剂对ClO2的杀菌效果的影响。

取A、B和C的油井产出液中的游离水，先通过锰砂过滤除掉其中的Fe2+，使游离水中的总铁含量小于0.05mg/L，水溶液pH值控制在6.8～8.5，然后加入45mg/L的聚合铝或者聚合硫酸铁，测试其对ClO2杀菌效果的影响，有关试验数据见表4。

表4　ClO2杀菌效果与无机絮凝剂含量的关系

从表4可以看出，2种无机絮凝剂(聚合铝和聚合硫酸铁)对ClO2的杀菌效果没有负面影响。理论上推导，ClO2在酸性越强的水溶液中的氧化能力也越强[6]，从而杀菌效果也越好，由于2种无机絮凝剂都显酸性，加入后可降低介质的pH值，介质的pH值降低有利于发挥ClO2的杀菌效果。

4提高系统细菌控制技术的对策

4.1优选水处理絮凝剂

在前述的试验中已经阐述了有机聚合物絮凝剂会影响ClO2的杀菌效果，而只通过增加ClO2的加量来解决，该问题会由于ClO2的加量的增加而带来对系统的腐蚀[7]，如改用无机的高分子聚合物——聚合硫酸铁、聚合铝[8]等，不但有助于絮凝处理且不影响ClO2的杀菌效果，同时也节约了成本和减化了生产维护处理工作量。

4.2采用复合杀菌技术

ClO2杀菌剂是一种具有氧化性的化合物，而生产系统中免不了在长期的运行过程中会有亚铁、硫化氢和有机还原物的产生，其都会影响到ClO2杀菌效果的发挥。根据试验研究发现，通过采用有机非氧化性的杀菌剂(如1227、戊二醛等)与ClO2复配使用时，杀菌效果表现出更好，杀菌剂复配使用不但可以有效的控制细菌的生长，而且有较好的复配性。

5结论

1)油田污水中Fe2+、S2-等还原性介质和常用污水有机絮凝剂(如HPAM)对ClO2的杀菌效果有较大的影响。

2)油田常用污水无机絮凝剂(如聚合铝、聚合硫酸铁)对ClO2的杀菌效果影响不明显。

3)为了有效增强ClO2的杀菌效果和节约污水处理成本，建议采取优选水处理絮凝剂和采用复合杀菌技术的措施。

[参考文献]

[1]冯淼，崔亚伟.二氧化氯在水处理技术中的应用[J].水处理技术，2012，38(S1)：12～14.

[2]陈聪龙.二氧化氯消毒机理的研究与应用[J].医药工程设计杂志，2002，23(4)：17～20.

[3]王保全.稳定性二氧化氯与氯气杀菌效果比较[J].济南纺织化纤科技，2003,30(2)：30～31.

[4]韦明肯，赖洁玲，詹萍.二氧化氯杀菌机理研究进展[J].微生物学报,2012，52(4)：429～434.

[5]张炳烛，赵海栋.二氧化氯对聚丙烯酰胺降解作用的实验研究[J].无机盐工业,2011，43(7)：59～61.

[6]何文杰，张甜甜.二氧化氯消毒效果影响因素试验研究[J].供水技术,2011，5(3)：19～21.

[7]叶兴平.二氧化氯在油田污水处理中的应用研究[J].天然气化工,2012,37(4)：30～33.