影響ClO2油田污水殺菌效果的因素試驗研究

楊瀅，樊友君，賀慶，李俊南，陳紅英

(重慶科技學院石油與天然氣工程學院，重慶 401331)

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影響ClO2油田污水殺菌效果的因素試驗研究

楊瀅，樊友君，賀慶，李俊南，陳紅英

(重慶科技學院石油與天然氣工程學院，重慶 401331)

[摘要]針對影響海上油田注水現場常用殺菌劑ClO2殺菌效率的因素開展試驗研究，以硫酸鹽還原菌數量為衡量指標，開展了污水中Fe2+、S2-、聚丙烯酰胺以及聚合硫酸鐵、聚合鋁的濃度對ClO2的殺菌效果影響試驗研究。研究結果表明，油田污水中Fe2+、S2-等還原性介質和常用污水有機絮凝劑(如HPAM)對ClO2的殺菌效果有較大的影響，而無機絮凝劑(如聚合鋁、聚合硫酸鐵)對ClO2的殺菌效果影響不是很大。優選水處理絮凝劑和采用復合殺菌技術可以有效增強ClO2的殺菌效果和節約污水處理成本。

[關鍵詞]ClO2；殺菌效果；污水介質；影響研究

海上某油田注水主要來源于生產水和水源井的水，為了防止混注水中的細菌對油水管線產生腐蝕，現場常用ClO2作為水體殺菌劑，ClO2是一種高效無害[1]的殺菌劑，廣泛應用于油田污水處理。混注水中Fe2+、S2-以及油田現場聚合物驅常用的有機聚合物(如部分水解聚丙烯酰胺)、污水處理使用的無機絮凝劑(如聚合鋁、聚合硫酸鐵)都會對ClO2的殺菌效果有直接的影響。筆者應用硫酸鹽還原菌測定方法采用絕跡稀釋法，通過SRB細菌瓶進行培養測定細菌含量。以硫酸鹽還原菌數量為衡量指標，開展污水中Fe2+、S2-、聚丙烯酰胺以及聚合硫酸鐵、聚合鋁的濃度對ClO2的殺菌效果影響試驗研究。

1ClO2殺菌劑作用機理及特性

目前，學者對于ClO2殺菌的作用機理有多種說法[2]，普遍認為ClO2對于細菌有較強的穿透性和吸附性，再通過其強氧化性破壞細菌的細胞壁，使其蛋白質變性，從而破壞細菌重新合成的過程。

在常態條件下的水中，ClO2的溶解度是Cl2的5倍，ClO2的氯含量為52.6%，氯離子價態呈+4，其被還原的過程是由+4價～-1價，發生了5個電子的轉移。因此，ClO2當量有效氯為5×52.6%=263%，由此說明，ClO2的氧化能力是Cl2的2.6倍左右[3]。

ClO2在pH為中性或酸性環境中以ClO2存在，在堿性環境下以ClO2-和ClO3-型體存在，由于細菌表面通常帶負電，故ClO2在堿性環境下，由于負電相斥的原因，ClO2在水溶液的型體不易接近細菌，其殺菌效果會因此受到影響而降低[4]。

2ClO2殺菌效果與水質中還原成分的關系

2.1不同Fe2+含量對ClO2殺菌效果的影響

為了區別不同Fe2+含量對ClO2殺菌效果的影響，含Fe2+的油井產出水分別取自A、B和C 3個不同區塊，不含Fe2+的污水用D污水站處理的產出水，其Fe2+含量小于0.5mg/L，所取產出水的S2-、HPAM濃度小于0.05mg/L，水溶液pH值控制在6.8～8.5。在上述水中引入SRB細菌使其含量達到104個/ml，然后分別加入不同量的ClO2進行殺菌試驗，結果見表1。

表1　ClO2殺菌效果與Fe2+含量的關系

從表1可以看出，當Fe2+含量為0時，ClO2加量濃度只需50mg/L；當Fe2+含量為65mg/L時，ClO2加量濃度達到500mg/L都無法完全殺死污水中SRB細菌；當Fe2+含量為43mg/L時，ClO2加含量濃度則需從50mg/L增加至500mg/L才能完全殺死污水中SRB細菌，濃度相差10倍；當Fe2+含量達到24mg/L時，ClO2加量濃度則需從50mg/L增加至300mg/L才能完全殺死污水中SRB細菌，濃度相差6倍。試驗結果表明，污水中Fe2+含量越高，ClO2加量濃度則需更高，Fe2+對ClO2的殺菌效果有較大的影響。

2.2不同S2-含量對ClO2殺菌效果的影響

含S2-的油井產出液分別取自E、F和G 3個不同區塊，不含S2-的污水用H污水站處理的產出水，其S2-含量小于0.05mg/L，水溶液pH值控制在6.8～8.5。在產出水中引入SRB細菌含量在104mg/L，有關試驗數據見表2。

表2　ClO2殺菌效果與S2-含量的關系

從表2可以看出，當S2-含量為0時，ClO2加量濃度只需50mg/L；當S2-量為6mg/L時，ClO2加量濃度則需從50mg/L增加至150mg/L才能完全殺死污水中SRB細菌，濃度相差3倍；當S2-含量為17mg/L和28mg/L時，ClO2加量濃度則需從50mg/L增加至500mg/L才能完全殺死污水中SRB細菌，濃度相差10倍。試驗結果表明，污水中S2-含量越高，ClO2加量濃度也隨之增高，S2-對ClO2的殺菌效果有較大的影響。

2.3有機絮凝劑HPAM含量對ClO2殺菌效果的影響

試驗選取絮凝劑HPAM樣品的分子量為107，水解度為30%。用D污水站處理的產出水，過濾除去有機物雜質，水溶液pH值控制在6.8～8.5，分別加HPAM 0.5、1.5和3.5mg/L進行對比試驗，有關試驗數據見表3。

表3　ClO2殺菌效果與有機絮凝劑HPAM含量的關系

從表3可以看出，當HPAM含量為0時，ClO2加量濃度只需50mg/L；當HPAM量為0.5mg/L時，ClO2加量濃度則需從50mg/L增加至500mg/L才能完全殺死污水中SRB細菌，濃度相差10倍；當HPAM含量為1.5mg/L和3.5mg/L時，ClO2加量濃度遠大于500mg/L，濃度相差大于10倍以上。試驗結果表明，污水中HPAM濃度越高，ClO2加量濃度則需10倍以上增加，HPAM含量對ClO2的殺菌效果有很大的影響。

從表1、表2和表3中的試驗數據反映，當污水中含有Fe2+、S2-及有機聚丙烯酰胺絮凝劑時，ClO2的殺菌效果會大幅度降低。

3無機絮凝劑(聚合鋁、聚合硫酸鐵)對ClO2殺菌效果的影響

從上述表中試驗反映，有機高分子聚合物對ClO2的殺菌效果影響很大，少量的高分子HPAM會消耗大量的ClO2，現通過試驗探討無機絮凝劑對ClO2的殺菌效果的影響。

取A、B和C的油井產出液中的游離水，先通過錳砂過濾除掉其中的Fe2+，使游離水中的總鐵含量小于0.05mg/L，水溶液pH值控制在6.8～8.5，然后加入45mg/L的聚合鋁或者聚合硫酸鐵，測試其對ClO2殺菌效果的影響，有關試驗數據見表4。

表4　ClO2殺菌效果與無機絮凝劑含量的關系

從表4可以看出，2種無機絮凝劑(聚合鋁和聚合硫酸鐵)對ClO2的殺菌效果沒有負面影響。理論上推導，ClO2在酸性越強的水溶液中的氧化能力也越強[6]，從而殺菌效果也越好，由于2種無機絮凝劑都顯酸性，加入后可降低介質的pH值，介質的pH值降低有利于發揮ClO2的殺菌效果。

4提高系統細菌控制技術的對策

4.1優選水處理絮凝劑

在前述的試驗中已經闡述了有機聚合物絮凝劑會影響ClO2的殺菌效果，而只通過增加ClO2的加量來解決，該問題會由于ClO2的加量的增加而帶來對系統的腐蝕[7]，如改用無機的高分子聚合物——聚合硫酸鐵、聚合鋁[8]等，不但有助于絮凝處理且不影響ClO2的殺菌效果，同時也節約了成本和減化了生產維護處理工作量。

4.2采用復合殺菌技術

ClO2殺菌劑是一種具有氧化性的化合物，而生產系統中免不了在長期的運行過程中會有亞鐵、硫化氫和有機還原物的產生，其都會影響到ClO2殺菌效果的發揮。根據試驗研究發現，通過采用有機非氧化性的殺菌劑(如1227、戊二醛等)與ClO2復配使用時，殺菌效果表現出更好，殺菌劑復配使用不但可以有效的控制細菌的生長，而且有較好的復配性。

5結論

1)油田污水中Fe2+、S2-等還原性介質和常用污水有機絮凝劑(如HPAM)對ClO2的殺菌效果有較大的影響。

2)油田常用污水無機絮凝劑(如聚合鋁、聚合硫酸鐵)對ClO2的殺菌效果影響不明顯。

3)為了有效增強ClO2的殺菌效果和節約污水處理成本，建議采取優選水處理絮凝劑和采用復合殺菌技術的措施。

[參考文獻]

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[6]何文杰，張甜甜.二氧化氯消毒效果影響因素試驗研究[J].供水技術,2011，5(3)：19～21.

[7]葉興平.二氧化氯在油田污水處理中的應用研究[J].天然氣化工,2012,37(4)：30～33.

[8]鄭懷禮，劉克萬.無機高分子復合絮凝劑的研究進展及發展趨勢[J].水處理技術,2004，30(6)：315～316.

[編輯]辛長靜

[收稿日期]2016-02-28

[基金項目]重慶市自然科學基金項目(2014B-1509)；重慶科技學院研究生科技創新計劃項目(YKJCX2015010)。

[作者簡介]楊瀅(1990-)，男，碩士生，現主要從事油氣田開發工程方面的研究工作；E-mail：1121603188@qq.com。

[中圖分類號]TE357.6

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)16-0029-03

[引著格式]楊瀅，樊友君，賀慶，等.影響ClO2油田污水殺菌效果的因素試驗研究[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(16)：29～31.