基于阳离子型除油剂处理含聚采油污水的性能研究

赵伟，黄雪琪,王秀军，靖波，尹先清

(1.长江大学 化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023；2.海洋石油高效开发国家重点实验室 中海油研究总院，北京 100028)

聚合物驱是海上油田高效开采的有效技术手段,聚驱采出液含油量高、乳化严重、油水分离难度大等[1]。含聚污水中残留的阴离子聚合物吸附在油水界面膜上，导致油珠在水中的稳定性增加，难以聚并[2-4]。阳离子除油剂对带有负电荷胶体溶液的含聚污水显示出独特的优越性，但阳离子型除油剂使用量大、析出的污泥量多，用阴离子型和非离子型除油剂处理含聚采油污水受到广泛关注[5-9]。本文探究阳离子除油剂、非离子除油剂及其组合加药体系处理含聚污水的除油效果，实现了含聚污水的除油剂优化改善。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

含聚采油污水为模拟SZ36-1油田现场污水，矿化度9 436.56 mg/L，配制AP-P4聚合物200 mg/L，加入现场标准油样1 000～2 000 mg/L，Zeta电位值-25.30 mV；除油剂BF-1(是一种多枝型的非离子型表面活性剂，分子结构D(PO)x(EO)y(PO)zH。式中，EO为聚氧乙烯，PO为聚氧丙烯，R为脂肪醇，D为多乙烯多胺，x、y、z为聚合度)、BF-2(主要组分为聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚)、BY-1(聚二甲基二烯丙基氯化铵)、BY-2和BY-3(均为阳离子聚丙烯酰胺类，分子量分别为900万及1 400万)均由西南石油大学提供。

除油分离器(L380 mm×B180 mm×H200 mm)按照现场斜管除油器的结构自制，包括缓冲室(1.10 L)、沉降室(3.25 L)、集油室(0.672 L)；JC-OIL-6红外测油仪；JS94H-ζ电位仪；FA30高剪切乳化机；BILON-HW-10T恒温水槽；BT100L流量型智能蠕动泵。

1.2 实验方法

见图1，将模拟含聚含油污水加热60 ℃，设置好污水泵和加药泵的排量，启动污水泵，输入含油污水，同时启动加药泵，通过添加不同的污水处理剂以及调节处理剂的加量，检测处理后污水含油量。污水含油量测定执行HJ 637—2018《水质 石油类和动植物油类的测定 红外分光光度法》。

图1 污水处理实验流程Fig.1 Experimental process of wastewater treatment

2 结果与讨论

2.1 单一药剂除油实验

分别用5种除油剂非离子型除油剂BF-1和BF-2、阳离子型除油剂BY-1、BY-2和BY-3处理含聚采油污水(污水含油量实测值1 078～1 650 mg/L),反应时间均为40 min，除油剂加量与含油污水处理效果关系见图2。

图2 单一除油剂加量对污水除油率的影响Fig.2 Effect of single deoiling agent dosage on oil removal rate of wastewater

由图2可知，BY-3的除油率波动较大，除油效果相对较差；除油剂BY-2的除油效果最优，用量250 mg/L时，除油率达到95%以上，产生较多蓬松的絮体,导致后续分离处理难度加大；BF-1用量250～500 mg/L，除油率呈先增大后减小的趋势，除油率在70%～80%，用量400 mg/L时，除油率可达78.69%，且加量越大，产生的絮体越少；BF-2随着除油剂加量增大，除油率上升趋势提高较快，用量500 mg/L时，除油率达89.86%，在整个实验中无明显絮体产生；随着加药量增加，BY-1的除油率呈先增大后减小的趋势，与BF-1趋势基本一致，用量400 mg/L时除油率可达91.35%，除油效果较好。

出现上述结果可能是加入阳离子除油剂后，处于水包油油滴界面处的阴离子聚合物和除油剂产生电中和作用，破坏了阴离子聚合物对油水界面的稳定作用，使得乳化油快速聚集为油珠，进而通过除油剂的架桥作用而团聚、絮凝析出[10-12]。随着除油剂加量的增加，阳离子总数变多，正电荷与聚合物中负电荷碰撞机会增加，有利于对乳化油珠及污水中胶体颗粒的捕集和桥接。当加量过多或分子量过大时，阳离子除油剂链节数过长，不易和污水混合均匀，污水粘度的增加，同时阳离子除油剂中的正电荷和污水的负电荷作用面积变长，不利于成网[13]，导致除油效果变差。所以，BY-1除油率呈先增大后减小趋势，BY-3由于分子量过大，除油效果较差。

BF-1出现除油率先增大后波动下降趋势,原因是非离子除油剂具有两亲结构，与污水中油滴产生范德华作用力，相互作用后，增强了界面分子的亲水性，从而降低界面张力。随着药剂加量增加，降低界面张力的速率增加，除油率变大，但加量过大时，水相黏度变大，抵消其降低界面张力的作用，因而聚并速率下降，导致除油率反而下降。

2.2 药剂组合加药除油实验

2.2.1 不同除油剂组合加药 以除油剂BF-1和BF-2、BY-1和BY-3作为组合药剂，加量均为250 mg/L，实验模拟污水含油为1 186.83 mg/L，将除油剂分别在泵1点和泵2点加入，进行除油动态流程实验，反应时间为40 min，结果见表1。

表1 药剂组合处理污水除油效果Table 1 Oil removal effect of combined chemicals in sewage treatment

由表1可知，除油剂BF-1与BY-1、BY-3、BF-2组合作用效果较好，除油率≥90%，以BF-1与BY-1组合效果最佳，处理后水中含油量79.64 mg/L，除油率为93.29%，产生絮体少，水质澄清，这是由于两种药剂产生协同作用，既包含非离子降低界面张力的作用又有阳离子中和污水中低电位的优势。一方面，非离子除油剂的两亲结构，与污水中油滴产生范德华作用力，相互作用后增强界面分子的亲水性，进而降低界面张力；另一方面，处于水包油油滴界面处的阴离子聚合物和阳离子除油剂产生电中和作用，破坏了阴离子聚合物对油水界面的稳定作用。组合5、6除油率显著降低，BF-2对BY-1和BY-3有一定抑制作用。

2.2.2 除油剂BF-1与其他3种除油剂组合效果 除油剂BF-1与BY-1、BY-3、BF-2组合作用效果较好，为节省成本，保持BF-1加量250 mg/L，降低其他除油剂加量，反应时间40 min，除油率见图3、图4。

图3 组合除油剂加量与除油率变化趋势Fig.3 Change trend of combined degreasing agent addition and oil removal rate

图4 组合除油剂加量与处理后污水含油量变化趋势Fig.4 Combined deoiling agent dosage and oil content change trend of treated wastewater

由图3、图4可知，在保持除油剂BF-1加量250 mg/L时，除油剂BY-1加量增加除油率上升较快，加药量250 mg/L时，除油率达到93.32%；随着BY-3加量增加，除油率呈先增加后减少趋势，加量为150 mg/L时，除油率达98.92%，除油效果最好，处理后污水含油量16.09 mg/L；BF-2加量为60 mg/L时，除油率快速达到≥97%，提高加药量，除油率呈波动下降趋势。除油率出现先增加后降低的趋势是由于随着非离子除油剂加量增加，降低界面张力的速率增加，除油率变大，但加量过大时，水相黏度会变大，抵消其降低界面张力的作用，因而聚并速率下降，导致除油率反而下降。

2.2.3 除油剂BF-1加量200 mg/L的药剂组合 当除油剂BF-1加量250 mg/L时，与BF-2、BY-3组合之后除油率均取得较好的效果，现降低除油剂BF-1加量为200 mg/L，改变BF-2、BY-3加量，反应时间40 min，除油效果见图5、图6。

图5 优化组合除油剂加量与除油率变化趋势Fig.5 Variation trend of optimized combination deoiling agent dosage and oil removal rate

由图5、图6可知，除油剂BF-1加量为200 mg/L，BY-3和BF-2加量60～150 mg/L，除油率即可≥97%，两种药剂均在较小的药量下有较高除油率，再提高药剂量除油率变化较小，BF-1(200 mg/L)+ BF-2(100 mg/L)和BF-1(200 mg/L)+ BY-3(100 mg/L)的组合药剂处理含聚采油污水效果最优，组合药剂协同作用达到最佳效果。

3 结论

(1)非离子型除油剂BF-1、BF-2、阳离子型除油剂BY-1、BY-2和BY-3 5种除油剂中，BY-2的除油效果最优，加量220 mg/L时除油率≥91%，但产生较多蓬松的絮体；除油剂BY-1加量为400 mg/L时，除油效果最优，除油率≥91.35%。

(2)药剂组合可有效降低药剂加量，提高除油率；BF-1加量为200 mg/L，BY-3和BF-2加量60～150 mg/L，除油率即可≥97%。

(3)组合除油剂效果优于单一除油剂处理效果，BF-1(200 mg/L)+ BF-2(100 mg/L)和BF-1(200 mg/L)+ BY-3(100 mg/L)的药剂组合处理含聚采油污水效果最优。