水驱油中复配絮凝剂体系的优选及性能研究

谢卫红，唐 龙，朱景义，高清河，李 冰

（1．中国石油规划总院，北京 100083；2．大庆师范学院化学工程学院，黑龙江省普通高等学校重点建设实验室，黑龙江大庆 163712）

为了降低石油开采成本，大庆油田选用污水处理回注工艺[1-3]。油田污水成分较复杂，除含有少量原油外，还含有大量无机物和原油生产初加工中加入的各类化学药剂。单一的污水处理技术有局限性，对污水处理效果不佳。因此，实际处理采用几种方法并用，根据各方法的处理效果及优缺点进行互补组合，从而达到最佳的污水处理效果。在污水处理时，需要加入絮凝剂、混凝剂等化学药剂[4-5]。目前，利用絮凝剂和混凝剂处理油井采出污水是最常用的方法之一，该方法操作工艺简单，处理速度快[6]， 但絮凝剂和混凝剂的用量大、成本高。因此，本文选取5种混凝剂和6种絮凝剂，分别优选出最佳药剂，然后对其进行配伍性分析，在确定处理污水效果较好的组合后，调整絮凝剂与混凝剂的浓度，对絮凝剂混凝剂组合进行评价。

1 实验设备及方法

1.1 实验材料和仪器

1.1.1 实验材料

实验用污水为大庆油田采油九厂龙一联合站污水，浊度约60.0 mg/L，含油浓度约120.0 mg/L。混凝剂：聚硅铝铁GLT、聚硅铝JC、聚铝HNLQ、聚铁KP、聚铝铁GYT，由巩义市东方净化材料公司提供；絮凝剂：阳离子聚丙烯酰胺KP、JC、MT、HNLQ和YLZ，阴离子聚丙烯酰胺YLZ-2，由大庆腾辉有限公司提供。

1.1.2 实验仪器

ME104E电子天平，HH-8恒温水浴锅，HJ-2A数显恒温磁力加热搅拌器，PHS-3CPH，奥林巴斯电子显微镜，D1202粒度及ZeTa电位分析仪，TU-1901双光束紫外可见分光光度计，浊度仪，DR6000分光光度计，MTXY-ⅠⅠ 悬浮固体测试仪，HG-1混凝试验仪。

1.2 实验方法

（1）实验介质取样要求。检验所用的实验介质为取自采出水处理站絮凝剂加药点前端的水样，水样的保存期不超过12 h。

（2）药剂溶液配制。称取1 g药品溶于蒸馏水，使用搅拌器搅拌至样品完全溶解，形成稳定的悬浮液。样品完全溶解后，将稀释后的样品移到具塞容器中，密封并贴好标签，药剂溶液和悬浊液的保存期不超过24 h。

（3）水样静置沉降。称取水样加入到烧杯中，将烧杯置于恒温水浴中预热。将两个预热好的水样用混凝测试仪搅拌。将未加药剂水样和加絮凝剂药剂溶液的水样同时用混凝测试仪搅拌。搅拌结束后，在40 ℃的恒温水浴箱中静置，静置4 h后，抽取中层清液放至1个烧杯中作为空白静沉水样；从加药水样中抽取中层清液放至1个烧杯中作为加药静沉水样。将两个烧杯静置于水温为40 ℃的水浴箱中，用玻璃棒将水样搅拌均匀。

（4）采出污水浊度。将充分搅拌后的絮凝剂体系的采出污水置于比色管中，放置30 min后用浊度仪测量污水浊度。

（5）采出污水悬浮物固体含量。从空白静沉水样中取出100 mL水样，使用MTXY-ⅠⅠ 悬浮固体测试仪测定悬浮物固体含量。

2 实验结果与分析

2.1 药剂筛选

以絮凝剂、混凝剂的除油率、去浊率及悬浮固体含量为主要评价指标，借助实验材料及仪器，评价了油田常用的5种混凝剂和6种絮凝剂对九厂龙一联污水站来水的絮凝效果。

2.1.1 混凝剂筛选

表1为油田常用的5种不同类型混凝剂单剂的絮凝效果。从表中可以看出，在相同浓度（20 mg/L）下，混凝剂 GLT、JC、HNLQ、KP、GYT的除油率和去浊率都较高，对油田污水的絮凝效果较好，达到了现场施工标准。对比混凝剂单剂的絮凝效果，HNLQ浓度为20 mg/L时，出水浊度为7.18 NTU，出水油量为4.77 mg/L，除油率为93.18%，去浊率为86.07%，悬浮物固体含量为 20 mg/L，絮凝效果为最佳。按照絮凝效果高低来排序，依次为 HNLQ、GYT、KP、GLT、JC。油田现用混凝剂的絮凝效果偏差，用量较高，需对混凝剂进行复配，充分发挥不同类型混凝剂的协同作用。因此，复配体系选用混凝剂絮凝效果较好的HNLQ、GYT、KP等作为基础体系。

表1 油田常用混凝剂单剂的絮凝效果

2.1.2 絮凝剂筛选

表2为油田常用的6种不同类型絮凝剂单剂的絮凝效果。从表中可以看出，在相同浓度（1.0 mg/L）下，絮凝剂 KP、JC、MT、HNLQ、YLZ、YLZ-2的除油率和去浊率都较高，对油田污水的絮凝效果较好，达到现场施工标准。对比絮凝剂单剂絮凝效果，HNLQ浓度为1.0 mg/L时，出水浊度为14.6 NTU，出水油量为7.8 mg/L，除油率为93.5%，去浊率为75.67%，悬浮物固体含量为 23 mg/L，絮凝效果最佳。按照絮凝效果高低排序，依次为HNLQ、MT、YLZ、YLZ-2、JC、KP。油田现用絮凝剂的絮凝效果偏差，用量较大，需进行复配，充分发挥不同类型絮凝剂的协同作用。因此，复配体系选用絮凝剂絮凝效果较好的 HNLQ、MT、YLZ等作为基础体系。

表2 油田常用絮凝剂单剂的絮凝效果

2.2 药剂复配

2.2.1 混凝剂复配

将常用的混凝剂单剂HNLQ、GYT、KP、GLT、JC进行不同浓度的测定，观察混凝剂单剂在加药浓度不同时对油田污水来水的絮凝效果。

从图 1、图 2中可以看出，混凝剂单剂浓度为1～50 mg/L时，随着加药浓度的逐渐增大，污水来水的去浊率和除油率都逐渐增大，悬浮固体含量逐渐降低，絮凝效果逐渐变好，变化较为明显。混凝剂单剂 HNLQ、GYT的去浊率、除油率较好，悬浮固体含量较低，絮凝效果较好。

图1 混凝剂单剂不同浓度下去浊率变化曲线

图2 混凝剂单剂不同浓度下除油率变化曲线

2.2.2 絮凝剂

将常用的絮凝剂单剂 HNLQ、MT、YLZ、YLZ-2、JC、KP进行不同浓度的测定，观察絮凝剂单剂在加药浓度不同时对油田污水来水的絮凝效果。

从图 3、图 4中可以看出，絮凝剂单剂浓度为0.1～4.0 mg/L时，随着加药浓度的逐渐增大，油田污水来水的去浊率和除油率都逐渐增大，悬浮固体含量逐渐降低，絮凝效果逐渐变好，变化较为明显。絮凝剂单剂MT、HNLQ的去浊率、除油率较好，悬浮固体含量较低，絮凝效果较好。

图3 油田污水去浊率随絮凝剂浓度的变化

图4 油田污水除油率随絮凝剂浓度的变化

2.3 药剂复配评价

综合混凝剂和絮凝剂的絮凝效果及经济成本，以采油九厂龙一联合站采出污水为研究对象，研究了混凝剂HNLQ、GYT和絮凝剂MT、HNLQ在混凝剂浓度为20 mg/L，絮凝剂浓度分别为0.2 mg/L，0.5 mg/L，1.0 mg/L下复配体系的絮凝效果。结果表明，在混凝剂加药浓度为20 mg/L，絮凝剂加药浓度分别为0.2 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L时，不同复配药剂处理污水的絮凝效果各不相同。当混凝剂浓度不变时，随着絮凝剂加药浓度的增加，油田污水的去浊率和除油率逐渐增大，悬浮物固体含量逐渐降低。由混凝剂和絮凝剂组成的复配体系的最佳配方为混凝剂GYT 20 mg/L和絮凝剂MT1.0 mg/L，除油率和去浊率分别为97.4%和91.3%，悬浮物固体含量为12 mg/L。

混凝剂的作用是增强复配体系的吸附架桥和电性中和作用，当混凝剂浓度较小时，吸附架桥性能和电性中和作用较弱，絮凝效果有限。随着絮凝剂浓度的增加，絮凝剂复配体系的吸附架桥性能和电性中和作用增强，絮体易发生凝聚现象，絮体颗粒逐渐变大，从而会凝聚成大颗粒絮体，快速下沉[7-8]；当絮凝剂浓度增加到1.0 mg/L时，去浊率达到最大，除油率也达到最大，絮凝效果最好。经过试验研究和不断筛选，得到最佳复配体系为混凝剂GYT和絮凝剂MT。混凝剂GYT主要成分为聚合氯化铝铁，由氯化铝和氯化铁共聚合而成，兼具铝盐和铁盐的絮凝特性。铝盐和铁盐在水处理过程中发生水解和聚合反应，水中的胶体颗粒能强烈吸附水解和聚合反应中出现的各种产物，即各种Al3+和Fe3+的化合物和多种多核羟基络离子。被吸附的带正电的多核羟基络离子能够压缩双电层，降低动电位，同时进行着架桥作用；多核聚合物为两个以上的胶体颗粒所共同吸附，将两个或多个胶体颗粒架桥连接，从而逐步形成絮凝体，最终形成聚合度很大的Al（OH）3或Fe（OH）3，使絮凝过程加速，絮凝体由小变大，从而达到很好的絮凝效果。絮凝剂 MT主要成分为阳离子聚丙烯酰胺，在聚丙烯酰胺的分子链内和分子链间，酰胺侧基间能形成氢键。氢键具有最强的分子间作用力，高分子量聚丙烯酰胺的分子链上存在大量的氢键；同时，高分子量的聚丙烯酰胺的分子链很长，长的分子链发生卷曲，聚集在一起时发生缠结［9］，从而达到很好的絮凝效果。

3 结论

（1）不同混凝剂单剂随着浓度的增大，絮凝效果变化较明显，去浊率和除油率逐渐增大，悬浮物固体含量降低；对油田污水来水絮凝效果较好的混凝剂单剂为 HNLQ、GYT。不同絮凝剂单剂随着浓度的增大，絮凝效果变化较明显，去浊率和除油率逐渐增大，悬浮物固体含量降低，对油田污水来水中絮凝效果较好的絮凝剂为HNLQ、MT。

（2）从油田常用的5种混凝剂单剂和6种絮凝剂单剂中选取复配体系药剂，复配体系选用絮凝效果较好的混凝剂HNLQ、GYT和絮凝剂HNLQ、MT作为基础体系。

（3）通过复配实验对比分析，确定絮凝效果最佳的复配体系为混凝剂 GYT 20 mg/L和絮凝剂MT1.0 mg/L，除油率和去浊率分别为97.4%和91.3%，悬浮物固体含量为12 mg/L。