油田作业液的主要成分对混凝处理含油废水影响研究

张雪光，陈 武，梅 平

(长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)

油田作业液的主要成分对混凝处理含油废水影响研究

张雪光，陈 武，梅 平

(长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)

为了研究油田作业液中主要成分对混凝处理含油废水效果的影响，首先通过试验得到了混凝处理江汉油田含油废水的最佳条件为：混凝剂聚合氯化铝(PAC)加量1000mg/L，助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)加量25mg/L，沉降时间为40min，在最佳条件下，对含油废水的浊度和油去除率分别为92%、72%以上。然后向含油废水中加入不同的作业液添加剂并在最佳混凝条件下处理，结果表明，钻井液的主要成分聚丙烯酸钾(K-PAM)、水解聚丙烯腈铵盐、单宁、Na2CO3、磺化酚醛树脂(SMP)及压裂酸化液的瓜胶、K2Cr2O7、CH3COOH、HCl、HF、柠檬酸等对含油废水的混凝处理效果有很大影响，使含油废水浊度变大。其中磺化酚醛树脂(SMP)、瓜胶、柠檬酸的影响最大，当它们加量到一定程度时，使废水的浊度由最佳混凝条件下的12NTU变为310、259、260NTU，完全破坏了混凝处理的效果。

油田作业液；添加剂；混凝；含油废水

油田为了增产稳产，开展了酸化、解堵、压裂、补孔重射等一系列增储上产措施，措施有效率高，在增储上产上取得了重要成果。这些作业液的残液大部分返排到地面后，一般先集中储存待以后处理[1]，但仍有一小部分残余的入井作业液随原油一起从地下被采出进入生产系统。这些作业液含有大量的化学物质，成分极其复杂[2]，当其进入废水后，使含油废水的除油、除浊变得非常困难。对原有的污水处理系统正常运行产生了极大的冲击，使污水处理不能满足环保和回注的要求，严重影响了油田的正常生产。为了弄清作业液中的是何种成分对含油废水的处理产生影响及产生影响的原因，以便含油废水得到更好的处理，因此，有必要研究油田常见作业液的主要成分对含油废水处理的影响。笔者以江汉油田含油污水为处理对象，得到了混凝处理含油废水最佳条件，并在此条件下研究油田作业液主要成分对混凝处理含油废水效果的影响❶。

1 试验部分

1.1样品与仪器

1) 试验水样 江汉油田含油废水(浊度为149NTU；含油量为556.9mg/L；pH值为6.7 )、混凝剂聚合氯化铝(PAC)、Al2(SO4)3、聚合铝铁(10%)、助凝剂聚丙烯酰胺(PAM，0.1%)、石油醚、聚丙烯酸钾(K-PAM)、水解聚丙烯腈铵盐、单宁、Na2CO3、磺化酚醛树脂(SMP)、瓜胶、K2Cr2O7、CH3COOH、HCl、HF、EDTA等。

2)试验仪器 SP2100可见分光光度计；TN-100浊度计；油萃取装置。

1.2试验方法

取水样100ml，投加混凝剂，搅拌使之与污染物混合，形成絮体静置沉降，取上清液测其含油量及浊度值。浊度用浊度仪直接测定，含油采用分光光度法测定[3]。

2 结果及讨论

2.1含油废水最佳处理条件的确定

1)混凝剂的选择 比较了聚合铝铁、Al2(SO4)3、PAC处理含油废水的效果，试验条件为水样100ml，沉降时间30min，取上清液测量含油量及浊度，并计算除油、除浊效率，结果见图1和图2所示。

图1 不同混凝剂对含油废水的除浊效果对比 图2 不同混凝剂对含油废水的除油效果对比

由图1和图2可知，PAC对含油废水的处理效果明显好于聚合铝铁和硫酸铝，且PAC加量在1000mg/L的时候处理效果最好，浊度和油的去除率达到89%、71%以上。因此选用PAC作为混凝剂。

2)pH值影响 取水样100ml，以H2SO4(5%)、NaOH (5%)调节废水的pH，PAC加量为1000mg/L，沉降时间为30min，取上清液测浊度、油，并计算除油、除浊效率，结果见图3所示。

由图3可知，当pH值范围在6.5～8.5时，药剂对采油废水中浊度及油的去除率最高，且絮体沉降速度快。pH值影响净混凝剂PAC的水解平衡及水解产物的形态，混凝剂水解后产生使胶体破坏和吸附油类物质的絮凝体。试验所用的江汉油田含油废水的pH值正好在6.5～8.5范围内，所以该含油废水在混凝处理的时候不用调节pH值。

3)助凝剂PAM的影响 取水样100ml，混凝剂PAC的加量为1000mg/L，沉降时间30min，改变助凝剂PAM的加量，经搅拌沉降后，取上清液测其浊度，结果见图4所示。

图3 废水pH对混凝处理含油废水效果的影响 图4 助凝剂PAM对混凝处理含油废水效果的影响

由图4可知，当PAM加量为25mg/L的时候，药剂对含油废水中浊度去除率达到90.2%，油的去除率达到71%，且絮体沉降较快，但助凝剂PAM加量变化对油的去除率的影响不大。

图5 沉降时间对混凝处理含油废水效果的影响

4)沉降时间影响 取水样100ml，PAC(10%)1ml，加助凝剂PAM(0.1%)25mg/L，改变沉降时间，取上清液测其浊度，结果见图5所示。

由图5可知，当沉降时间为40～70min时，去浊率都为91%以上，且随沉降时间增加去浊率变化很小。考虑现场应用，沉降时间选用40min。

通过单因素试验得出PAC处理废水的最佳投加量为1000mg/L，助凝剂PAM的最佳加量25mg/L，最佳沉降时间40min。在上述单因素的基础上进行正交试验，得到影响处理效果的主次因素顺序依次为PAC投加量、沉降时间、助凝剂加量。最佳混凝条件为混凝剂PAC 1000mg/L、助凝剂PAM 25mg/L、沉降时间为40min。在此条件下处理废水，除油率、去浊率分别是92.5%、72.9%。

2.2含油废水混凝处理废水效果研究

1)钻井液主要成分影响 一般钻井液主要成分是K-PAM、水解聚丙烯腈铵盐、单宁、Na2CO3及SMP，在油田生产现场，钻井残液混入到污水处理系统后对含油废水的处理有很大的冲击和影响，前期的试验研究中发现钻井液加入到含油废水中后，确实对废水处理产生了不利影响，为了弄清是钻井液中的何种组分对含油废水处理产生影响，根据钻井液配方，向在最佳处理条件下处理的含油废水中分别加入不同量的不同组分，各组分对含油废水处理的影响结果如图6、图7所示。

图6 钻井液组分Na2CO3和水解聚丙烯腈铵盐的影响 图7 钻井液组分K-PAM、SMP和单宁的影响

由图6和图7可知，钻井液中组分K-PAM、水解聚丙烯腈铵盐、单宁、Na2CO3、SMP对含油废水的都有一定的影响。其中SMP对含油废水的影响最大。SMP与废水中的悬浮物、乳化油形成稳定的胶状液。随着废水中SMP加量的增加，废水浊度变大，去浊率降低，到一定程度后，浊度由最佳混凝条件下的12NTU升高到310NTU，完全破坏了混凝处理效果。

2)压裂液主要成分影响 一般压裂液主要成分为瓜胶、K2Cr2O7。压裂液残液进入污水处理系统后，也对含油废水处理产生了很大的影响，为了弄清压裂液中的何种组分对含油废水的处理产生不利影响，根据压裂液配方，向在最佳处理条件下处理的含油废水中分别加入不同量的不同组分，这些组分对含油废水处理的影响结果如图8和图9所示。

图8 K2Cr2O7对含油废水处理的影响 图9 瓜胶对含油废水处理的影响

由图8和图9可知，压裂液的成分瓜胶和K2Cr2O7，随着各自加量的增加，对含油废水的絮凝处理效果逐渐变大。其中瓜胶对含油废水絮凝处理的影响最大。这是由于瓜胶水溶液为假塑性流体，大分子在自然状态下呈缠绕的网状结构，把水中的悬浮物颗粒及含油絮体包裹起来，使药剂与废水中的乳化油、悬浮颗粒不能充分接触。当废水中瓜胶的含量增加时，混凝效果就会变差，当加量增加到0.3%时，浊度由最佳混凝条件下的12NTU升高到259NTU，混凝剂处理效果被完全破坏。

3)酸化液主要成分对含油废水处理的影响 一般酸化液主要成分是CH3COOH、HCl、HF等。在油田生产现场，酸化残液混入到污水处理系统后，使含油废水的pH值降低，含油废水的处理变得困难。为了弄清是酸化液中的何种组分对含油废水处理产生影响，根据酸化液配方，向在最佳处理条件下处理的含油废水中分别加入不同量的不同组分，这些组分对含油废水处理的影响结果如图10和图11所示。

图10 HCl、HF对含油废水处理的影响 图11 CH3COOH、柠檬酸对含油废水处理的影响

3 结 论

1) PAC处理含油废水比Al2(SO4)3、聚合铝铁好，浊度及油的去除率分别达89%、71%以上。

2)混凝处理江汉油田含油废水的最佳条件为混凝剂PAC加量为1000mg/L、助凝剂PAM的加量为25mg/L、沉降时间为40min。最佳条件下对含油废水的去浊率和除油率分别是92.5%、72.9%。

3)钻井液组分K-PAM、水解聚丙烯腈铵盐、单宁、Na2CO3、SMP，压裂液组分瓜胶和K2Cr2O7，酸化液主要成分CH3COOH、HCl、HF对含油废水混凝处理效果有很大的影响。其中钻井液中的SMP、压裂液中的瓜胶、酸化液中的柠檬酸对含油废水的影响最大，它们分别使废水的浊度由混凝最佳条件下12NTU变为310、259、260NTU。

4)对钻井液组分SMP、压裂液组分瓜胶的影响，可先采取预处理措施去除，以减少其对混凝处理含油废水效果的影响。对酸化液中的柠檬酸影响，可也采取先调节其pH值使其在混凝剂的最佳条件范围内，这样会大大降低其对含油废水的影响。因此，只要能针对这些作业液的成分及了解它们对含油废水的影响原因，对含油废水进行相应的预处理，会大大提高含油废水的处理效果。

[1]卫秀芬. 压裂酸化措施返排液处理技术方法探讨[J]. 油田化学,2007, 24(4)：384～388.

[2]李健，赵立志，刘军. 压裂返排废液达标排放的实验研究[J]. 油气田环境保护,2002, 12(3)：26～28.

[3]SY/T5329-94，碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法[S].

[4]陆柱.水处理药剂[M]. 北京: 化学工业出版社, 2002.

[编辑] 洪云飞

TE258

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1673-1409(2009)04-N050-04