聚甲基丙烯酸改善含聚污水黏性絮體的評價(jià)

劉宗昭，方申文，龍衛(wèi)紅，甘二勇

（1.中國海油 能源發(fā)展股份有限公司 采油技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300452；2.西南石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610500）

近年來，聚合物驅(qū)油技術(shù)已在眾多油田得到廣泛的應(yīng)用［1-2］，但在驅(qū)油過程中會(huì)產(chǎn)生大量含聚污水，而含聚污水中大量的陰離子型部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）的存在增加了含聚污水的處理難度［3-4］。目前對含聚污水的處理方法主要包括重力沉降法、浮選法、破乳法、膜分離法和絮凝法［5-8］。其中，絮凝法可在不改變現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上通過添加絮凝劑加速油水分離，是所有采出液處理方法中最簡便的方式，同時(shí)絮凝法具有絮凝效果好、用量少和對設(shè)備無腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，也是油田污水處理的最有效的方法之一［9-11］。陽離子聚合物是一種常用絮凝劑［12-13］，其缺點(diǎn)是溶解速率較慢、溶液黏度較大，加注較困難，尤其在冬季應(yīng)用于海上油田時(shí)這些缺點(diǎn)更明顯。

陽離子季銨鹽表面活性劑常用作污水處理用殺菌劑和浮選劑［14］。本課題組［15］在前期工作中發(fā)現(xiàn)，十六烷基三甲基溴化銨（C16TAB）作為絮凝劑處理含聚污水的效果較好，但含聚污水經(jīng)C16TAB處理后形成的絮體由于黏性很大會(huì)直接黏附在瓶壁上，在油田實(shí)際應(yīng)用中，這些黏性絮體則會(huì)黏附在設(shè)備表面，影響處理工藝，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致管路堵塞和部分設(shè)備癱瘓。因此，有必要尋找一種能改善這些絮體黏性的物質(zhì)。

本工作評價(jià)了一些常用絮體改善劑對絮凝劑處理含聚污水后形成的絮體的黏性的改善情況；合成了聚甲基丙烯酸（PMA），利用PMA為絮體改善劑和C16TAB為絮凝劑對所采集的含聚污水進(jìn)行處理；并考察了PMA的黏均相對分子質(zhì)量、m（PMA）∶m（C16TAB）、ρ（PMA+C16TAB）對處理效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

C16TAB、N，N-二甲基乙醇胺、多乙烯多胺、烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）、甲酰胺、乙醇胺、三乙醇胺、三乙烯四胺、乙二胺、四丁基溴化銨、甲基丙烯酸、乙酸乙酯、冰乙酸：均為分析純，成都科龍化學(xué)試劑廠；聚乙烯亞胺（重均相對分子質(zhì)量為1×104）：分析純，上海阿拉丁化學(xué)試劑廠；偶氮二異丁基脒鹽酸鹽（V-50）：分析純，上海西寶生物科技有限公司。

本工作處理的含聚污水取自海上某油田采出液處理工藝階段一級分離器出口，其基本性質(zhì)見表1。

表1 含聚污水的基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of polymer-bearing wastewater

1.2 PMA的合成

在燒杯中加入甲基丙烯酸，再加入一定比例的蒸餾水，通N220 min后加入V-50，然后將燒杯密封，60 ℃下恒溫反應(yīng)1～3 h，得無色透明產(chǎn)物PMA；將PMA倒入乙酸乙酯和冰乙酸（體積比為95∶5）的混合溶液中沉淀，將沉淀物洗滌、造粒和烘干。

PMA相對分子質(zhì)量的定性比較：將PMA配制成5 000 mg/L的水溶液，采用烏式黏度計(jì)測定流出時(shí)間。

PMA黏均相對分子質(zhì)量的測定：以甲醇為溶劑，利用烏式黏度計(jì)采用五點(diǎn)法測定其特性黏數(shù)，根據(jù)Mark-Houwink方程：［η］=K（K=2.42×10-3，α=0.5）［16］計(jì)算Mη。

1.3 含聚污水的處理

含聚污水的處理：室溫下取50 mL含聚污水倒入100 mL的脫水瓶中，65 ℃下保溫10 min后再依次加入一定量的絮體改善劑和C16TAB，手搖脫水瓶3 min后靜置30 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 常用絮體改善劑的評價(jià)結(jié)果

Baker Hughes公司［17］研究發(fā)現(xiàn)，一些常用絮體改善劑可改善絮凝劑處理含聚污水所形成絮體的緊實(shí)性和黏性。常用絮體改善劑見表2。采用C16TAB和這些常用絮體改善劑對含聚污水處理后的照片見圖1。由圖1可看出，含聚污水經(jīng)C16TAB和這些常用絮體改善劑處理后，仍存在明顯的黏壁現(xiàn)象，即含聚污水中仍存在較多的黏性絮體。

表2 常用的絮體改善劑Table 2 Conventional floc modifiers

2.2 PMA絮體改善劑的評價(jià)結(jié)果

2.2.1 PMA對絮體改善的效果

采用流出時(shí)間不同的PMA和C16TAB對含聚污水進(jìn)行處理，處理后的效果評價(jià)見表3。從表3可看出，含聚污水經(jīng)流出時(shí)間不同的PMA和C16TAB處理后，出現(xiàn)了3種效果：1）水色發(fā)黑或發(fā)黃，即處理效果差；2）水色清澈但絮體仍黏壁，即處理效果較差；3）水色清澈且絮體不黏壁，即處理效果好。將不同處理結(jié)果進(jìn)行量化（“差”和“較差”量化為0.3，“好”量化為0.9），不同流出時(shí)間的PMA與量化的處理效果之間的關(guān)系見圖2。由圖2可知，只有當(dāng)PMA的流出時(shí)間不小于253 s時(shí)，PMA才能在保證不影響C16TAB處理效果的同時(shí)，明顯改善絮體黏性，此時(shí)水色清澈且絮體不黏壁。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選擇流出時(shí)間不小于253 s（即黏均相對分子質(zhì)量大于1.89×106）的PMA可有效改善C16TAB處理含聚污水后形成絮體的黏性。

圖1 含聚污水經(jīng)C16TAB和常用絮體改善劑處理后的照片F(xiàn)ig.1 Photographs of the polymer-bearing wastewater treated with cetyl trimethyl ammonium bromide(C16TAB) and conventional floc modifiers.

表3 含聚污水經(jīng)PMA和C16TAB處理后的效果評價(jià)Table 3 Results of the treatment of the polymer-bearing wastewater with polymethacrylic acid(PMA) and C16TAB

圖2 不同流出時(shí)間的PMA與量化的處理效果的關(guān)系Fig.2 Relationship between the PMA with different efflux time and quantitative evaluation of the treatment results.

2.2.2 m（PMA）∶m（C16TAB）對處理效果的影響

m（PMA）∶m（C16TAB）對含聚污水處理效果的照片見圖3。由圖3可知，當(dāng)m（PMA）∶m（C16TAB）≥1∶1時(shí)， 含聚污水的處理效果不好，水色渾濁，這可能是由于PMA并無絮凝作用，作為絮凝劑的C16TAB用量較少則不能將污水處理干凈；當(dāng)m（PMA）∶m（C16TAB）=1∶2時(shí)，處理后的含聚污水水色較清澈，且黏壁現(xiàn)象不明顯；當(dāng)m（PMA）∶m（C16TAB）＜1∶2時(shí)，處理后的含聚污水雖然水色較清澈，但有明顯黏壁現(xiàn)象，這是由于C16TAB用量過多時(shí)，PMA用量不足以對所有形成的絮體進(jìn)行改善，由于絮體黏性較強(qiáng)，因此出現(xiàn)黏壁現(xiàn)象。綜合考慮，選擇m（PMA）∶m（C16TAB）=1∶2較適宜。

圖3 m（PMA）∶m（C16TAB）對含聚污水的處理效果Fig.3 Effect of m(PMA)∶m(C16TAB) on the treatment results of the polymer-bearing wastewater.

2.2.3 ρ（PMA+C16TAB）對處理效果的影響

ρ（PMA+C16TAB）對含聚污水處理效果的影響見圖4。由圖4可知，當(dāng)ρ（PMA+C16TAB）= 150 mg/L時(shí)，處理后的含聚污水水色較渾濁；當(dāng)ρ（PMA+C16TAB）=180 mg/L時(shí)，處理后的含聚污水水色較清澈但有黏壁現(xiàn)象；只有ρ（PMA+C16TAB）≥200 mg/L時(shí)，處理后的含聚污水水色較清澈且黏壁現(xiàn)象不明顯。因此，選擇ρ（PMA+C16TAB）≥200 mg/L較適宜。

圖4 ρ（PMA+C16TAB）對含聚污水處理效果的影響Fig.4 Effect of ρ(PMA+C16TAB) on the treatment results of the polymer-bearing wastewater.

3 結(jié)論

1）常用絮體改善劑對C16TAB處理含聚污水后形成絮體的黏性改善效果不明顯。

2）采用PMA可有效改善C16TAB處理含聚污水后所形成絮體的黏性。針對本工作采集的含聚污水，較適宜的條件為：PMA的黏均相對分子質(zhì)量大于1.89×106，m（PMA）∶m（C16TAB）=1∶2，ρ（PMA+C16TAB）≥200 mg/L。在此條件下，含聚污水經(jīng)PMA與C16TAB處理后，水色較清澈且無明顯黏壁現(xiàn)象。

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