有机硅改性破乳-絮凝剂在含油污水处理中的应用

严 良，杨敬一，徐心茹

（华东理工大学 化工学院石油加工研究所，上海 200237）

有机硅改性破乳-絮凝剂在含油污水处理中的应用

严 良，杨敬一，徐心茹

（华东理工大学 化工学院石油加工研究所，上海 200237）

采用破乳-絮凝法结合有机硅表面活性剂处理塔里木油田含油污水，以水样的油含量、Zeta电位、显微照片、界面张力为考察参数，得到一种新型水处理剂NP-22。NP-22为有机硅改性破乳-絮凝剂，其配方为破乳-絮凝剂YL-7和有机硅表面活性剂321的质量比95∶15。在NP-22加入量90 mg/L、反应温度45 ℃、沉降时间90 min的优化条件下处理含油污水，水样的油含量由728.8 mg/L降至34.3 mg/L，除油率达95.3%。有机硅表面活性剂321可有效降低油水界面张力，与YL-7复合使用，可取得更好的除油效果。

破乳；絮凝；有机硅表面活性剂；含油污水；除油；Zeta电位；界面张力

当前，石油开采已进入高含水阶段，含油污水量不断增加。若含油污水处理不当或不充分，不仅会造成资源的浪费，还会造成严重的环境污染，影响人们的日常生活。因此，有效处理含油污水，已成为油田开发中亟待解决的问题。

含油污水多采用重力沉降法［1］、混凝法［2-3］、浮选法［4-5］、破乳法［6-7］、膜分离法［8-10］和絮凝法［11-15］进行处理。絮凝法作为最有效的油田污水处理方法，具有絮凝剂用量少、除油效果好、对设备腐蚀少等优点［16-18］。

近年来，有机硅表面活性剂在国内的应用研究有较大进展。有机硅结构中既含有有机基团，又含有元素硅，因而不但具有一般烃类表面活性剂较高的表面活性，而且具有无机物二氧化硅的耐高低温、耐气候老化、无毒无腐蚀和生理惰性等优异性能。在石油开采和生产过程中，使用有机硅表面活性剂对原油进行破乳和脱水，用量少，效率高［19］。

本工作采用破乳-絮凝法结合有机硅表面活性剂处理塔里木油田含油污水，以水样的油含量、Zeta电位、显微照片、界面张力为考察参数，得到一种新型水处理剂NP-22。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

阳离子破乳剂LY：乙二胺、四乙烯五胺与环氧氯丙烷聚合物，工业级，上海四达石油化工科技有限公司；聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）：工业级，海宁市黄山化工有限公司；聚合氯化铝（PAC）：工业级，天津市津达正通环保科技有限公司；有机硅表面活性剂：工业级，迈图高新材料集团。

破乳-絮凝剂YL-7［20］：按LY，PDMDAAC，PAC的质量比为10∶3∶3配制，对Zeta电位带负电的含油污水有显著净化效果。

含油污水、原油：取自塔里木油田，试样性质见表1。

表1 试样性质

UV751-GD型紫外分光光度计：上海欣益仪器仪表有限公司；JS94H2型微电泳仪：上海中晨有限公司；XSP-8c型生物双目显微镜：上海精密仪器有限公司；JK99B型全自动界面张力仪：上海中晨有限公司。

1.2 实验方法

按照SY/T 5281—2000《原油破乳剂使用性能检测方法（瓶试法）》［21］，取50 mL水样于刻度瓶中，加入一定量的YL-7和有机硅表面活性剂，在一定温度下反应一段时间，取样测定。

1.3 分析方法

采用紫外分光光度法，由油样得到最佳吸收波长261 nm及标准曲线，进而得到水样的油含量［22］。

采用微电泳仪测定Zeta电位；采用生物双目显微镜观察显微界面的液滴分布；采用全自动界面张力仪测定油水界面张力。

2 结果与讨论

2.1 有机硅表面活性剂的筛选

在YL-7加入量为90 mg/L、有机硅表面活性剂加入量为20 mg/L、反应温度50 ℃、沉降时间120 min的条件下，对有机硅表面活性剂进行筛选，实验结果见表2。由表2可见，YL-7与有机硅表面活性剂321（以下简称有机硅321）复合使用，水样的油含量降至最低，为33.4 mg/L，除油率达95.4%。因此，选择有机硅321为实验用表面活性剂。

表2 有机硅表面活性剂的筛选实验结果

2.2 YL-7和有机硅321的配比优化

在YL-7和有机硅321的总加入量为110 mg/L、反应温度50 ℃、沉降时间120 min的条件下，YL-7和有机硅321的质量比对除油效果的影响见表3。由表3可见：随有机硅321加入量的增加，除油率逐渐增大；当YL-7和有机硅321的质量比为95∶15时，除油率已达95.3%；再增加有机硅321，除油率增幅不明显。因此，选择YL-7和有机硅321的质量比为95∶15较适宜。将YL-7和有机硅321按该比例组合成有机硅改性破乳-絮凝剂，从而得到一种新型含油污水处理剂NP-22。

表3 YL-7和有机硅321的质量比对除油效果的影响

2.3 加入量的优化

在反应温度50 ℃、沉降时间120 min的条件下，NP-22加入量对油含量和Zeta电位的影响见图1。Zeta电位是表征乳状液稳定性的一个重要参数，与乳状液的稳定性密切相关，其大小反应油珠带电情况。由图1可见：随NP-22加入量的增加，水样的油含量不断降低，Zeta电位不断升高；当NP-22加入量为90 mg/L时，油含量降至33.4 mg/ L，Zeta电位升至-8.5 mV；再增加加入量，油含量和Zeta电位均变化较小。因此，选择NP-22加入量为90 mg/L较适宜。

图1 NP-22加入量对油含量和Zeta电位的影响● 油含量；■ Zeta电位

2.4 反应温度的优化

在NP-22加入量90 mg/L、沉降时间120 min的条件下，反应温度对油含量的影响见图2。由图2可见：随温度的升高，水样的油含量先逐渐降低；在达到45 ℃后，油含量趋于稳定。因此，选择反应温度为45 ℃较适宜。

2.5 沉降时间的优化

在NP-22加入量90 mg/L、反应温度45 ℃的条件下，沉降时间对油含量的影响见图3。由图3可见：随沉降时间的延长，水样的油含量先不断下降；当沉降时间达到90 min后，油含量趋于稳定。因此，选择沉降时间为90 min较适宜。

图2 反应温度对油含量的影响

图3 沉降时间对油含量的影响

在上述优化条件下处理含油污水，水样的油含量降至34.3 mg/L，除油率达95.3%。

2.6 NP-22作用探讨

在上述优化条件下，改为单独加入YL-7，YL-7加入量对油含量和Zeta电位的影响见图4、对显微界面液滴分布的影响见图5。

图4 YL-7加入量对油含量和Zeta电位的影响

图5 YL-7加入量对显微界面液滴分布的影响YL-7加入量/（mg·L-1）：a 0；b 320；c 750

由图4和图5可见：未加入YL-7时，显微界面均匀密集；随YL-7加入量的增加，油含量先迅速减小后缓慢增大，Zeta电位由负变正；当YL-7加入量增至320 mg/L时，油含量最低，为24.0 mg/L，Zeta电位接近于0，除油率达到96.7%，显微界面液滴分散分布；继续增加YL-7加入量，油含量和Zeta电位均升高，显微界面液滴又变得密集，乳状液以另一种稳定状态存在，难于油水分离。因此，单独使用YL-7，最佳加入量为320 mg/L，此时可很好发挥电位中和作用，降低Zeta电位的绝对值。研究发现：YL-7中，阳离子破乳剂LY主要起到破乳除油作用［20，23］；广泛应用于污水处理中的絮凝剂PDMDAAC和PAC，主要起到电位中和、架桥和网捕巻扫作用［20，24］。

在上述优化条件下，改为单独加入有机硅321，有机硅321加入量对油含量和Zeta电位的影响见图6、对显微界面液滴分布的影响见图7。由图6和图7可见，随有机硅321加入量的增加，油含量和Zeta电位变化均较小，显微界面液滴未见减少，说明单独加入有机硅321，并没有起到电中和、降低Zeta电位绝对值的作用，因而对含油污水的处理效果不佳。

图6 有机硅321加入量对油含量和Zeta电位的影响

图7 有机硅321加入量对显微界面液滴分布的影响有机硅321加入量/（mg·L-1）：a 0；b 50

在上述优化处理条件下，不同试剂处理后水样的油水界面张力见表4。由表4可见，有机硅321与YL-7复配使用时，界面张力由单独使用YL-7时的62.00 mN/m降至59.87 mN/m，说明有机硅321有效降低了油水界面张力，从而减弱了油水界面膜强度，减少了YL-7的用量，且能更好地发挥YL-7的破乳絮凝效果。

表4 不同试剂处理后水样的油水界面张力

3 结论

a）得到一种新型含油污水处理剂NP-22。NP-22为有机硅改性破乳-絮凝剂，其配方为破乳-絮凝剂YL-7和有机硅321的质量比95∶15。

b）在NP-22加入量90 mg/L、反应温度45 ℃、沉降时间90 min的优化条件下处理含油污水（油含量728.8 mg/L），水样的油含量降至34.3 mg/L，除油率达95.3%。

c）有机硅321可有效降低油水界面张力，与YL-7复合使用，可取得更好的除油净水效果。

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（编辑 魏京华）

Application of Organic Silicon Modified Demulsion-Flocculation Agent in Oily Wastewater Treatment

Yan Liang，Yang Jingyi，Xu Xinru
（Petroleum Processing Institute，School of Chemical Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China）

Combining with organic silicone surfactants，the emulsif cation-f occulation process was used for treatment of oily wastewater in Tarim oilfield. Basing on the parameters such as oil content，Zeta potential，microstructure and interfacial tension，a novel water treatment agent NP-22 was obtained. The NP-22 is a organic silicon modif ed demulsion-flocculation agent with 95∶15 of mass ratio of demulsion-flocculation agent YL-7 to organic silicon surfactant 321. After the oily wastewater was treated under the optimum conditions of NP-22 dosage 90 mg/L，reaction temperature 45 ℃ and settlement time 90 min，the oil content of the waster sample is decreased from 728.8 mg/L to 34.3 mg/L，and the oil removal rate reaches 95.3%. Organic silicon surfactants 321 can effectively reduce the oil-water interfacial tension，and when it is used with YL-7，the oil removal effect is better.

demulsif cation；f occulation；organic silicon surfactant；oily wastewater；oil removal；Zeta potential；interfacial tension

X741

A

1006-1878（2015）06-0656-06

2015 - 07 - 16；

2015 - 09 - 07。

严良（1989—），男，湖北省咸宁市人，硕士生，电话 13262902219，电邮 yanliangjl@hotmail.com。联系人：杨敬一，电话 021 - 64252434，电邮 jyyang@ecust.edu.cn。