陽離子聚丙烯酰胺對水中懸浮物的影響研究

王 晶，呼文財，徐 超

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

懸浮物含量是油田注水控制的重要指標之一[1]。核桃殼過濾器由于其良好的除油、降懸作用及較低的維護、運行成本，被廣泛的應用于油田污水最后一級的處理[2-4]。渤海某油田屬于低滲油田，該油田注水指標要求懸浮物含量≤3.0 mg/L?，F場的主要除油、降懸設備為核桃殼過濾器，較高的注水指標超過了核桃殼過濾器的處理能力，注水實際懸浮物含量達到7.0 mg/L 左右，很難滿足現場生產要求（見表1、圖1）。本文以該油田為例，研究了陽離子聚丙烯酰胺的加注對核桃殼過濾器去除懸浮物能力的影響。

圖1 渤海某油田污水處理系統流程簡圖

表1 渤海某油田核桃殼進出口水質

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

市售蒸餾水；分析純正己烷；分析純石油醚；市售陽離子聚丙烯酰胺，相對分子質量800～1 200 萬，固含量≥88 %，水不容物≤2 %。Wilks Infracal 污水含油分析儀，波長3.4 μm，分辨率1 mg/L；上海領德浮物真空過濾裝置；混合纖維素脂微孔濾膜，濾膜直徑47 mm，平均孔徑0.45 μm，孔隙度80 %；梅特勒電子天平，精度0.1 mg，量程120 g；哈希TL23 濁度計，測量范圍0～4 000 NTU，精度±2 %；量筒500 mL，精度1 mL；量筒25 mL，精度0.1 mL。

1.2 陽離子聚丙烯酰胺溶液的配制

用純凈水配制質量濃度為2 %的陽離子聚丙烯酰胺溶液，測其25 ℃下黏度為125 mPa·s。

1.3 實驗方法

1.3.1 模擬過濾裝置 按照現場核桃殼過濾器的設計資料，制作核桃殼過濾器室內模擬裝置（見圖2、表2），模擬裝置直徑為400 mm，高度為1 200 mm。

圖2 室內模擬裝置簡圖

表2 模擬裝置內部填料表

1.3.2 模擬裝置運行參數 用模擬裝置在現場壓差0.35 MPa 下，對水樣進行過濾，當壓差超過0.40 MPa后，用蒸餾水對實驗裝置進行反洗，反洗壓力0.60 MPa，反洗時間15 min，反洗流量500 mL/min。

1.3.3 過濾實驗 取油田現場核桃殼過濾器入口水樣，用模擬裝置對水樣進行過濾，每隔10 min 取模擬裝置進出口水樣檢測含油值、懸浮物含量，連續檢測60 min。在水樣中加注不同濃度的質量濃度為2 %的陽離子聚丙烯酰胺溶液，保證其混合均勻，然后對水樣進行過濾，每隔10 min 取模擬裝置進出口水樣檢測含油值、懸浮物含量，連續檢測60 min。

1.3.4 濁度檢測 向模擬裝置入口水樣中加注不同濃度的質量濃度為2 %的陽離子聚丙烯酰胺溶液，然后對其濁度進行檢測。

1.3.5 油田現場加注實驗 在油田現場核桃殼過濾器入口，開展質量濃度為2 %的陽離子聚丙烯酰胺溶液加注實驗。

2 結果與討論

2.1 模擬裝置進出口含油值變化

用模擬裝置過濾現場核桃殼入口污水，入口平均含油值為55 mg/L，出口平均含油值為8.5 mg/L；在水樣中加注30 mg/L 的質量濃度為2 %的陽離子聚丙烯酰胺溶液后，實驗裝置入口含油平均值為54 mg/L，出口平均含油值為8.6 mg/L。實驗結果表明：陽離子聚丙烯酰胺的加注，對模擬裝置除油效果基本無影響（見圖3）。

圖3 陽離子聚丙烯酰胺的加注對模擬裝置除油效果影響趨勢圖

2.2 模擬裝置進出口懸浮物含量變化

用模擬裝置過濾現場核桃殼入口污水，入口平均懸浮物含量為13.2 mg/L，出口平均懸浮物含量為7.2 mg/L；在水樣中加注30 mg/L 質量濃度為2 %的陽離子聚丙烯酰胺溶液后，模擬裝置入口懸浮物含量平均值為13.3 mg/L，出口懸浮物含量平均值為2.8 mg/L。

在水樣中加入不同濃度的陽離子聚丙烯酰胺后，會改善模擬裝置對水中懸浮物的去除效果，當質量濃度為2%的陽離子聚丙烯酰胺溶液加注濃度為30 mg/L時，改善效果達到最佳，再提高陽離子聚丙烯酰胺濃度，改善效果不明顯（見圖4、圖5）。

圖4 陽離子聚丙烯酰胺的加注對模擬裝置去除懸浮物效果影響趨勢圖

2.3 陽離子聚丙烯酰胺對水樣濁度的影響

在現場核桃殼過濾器入口水中，加注不同濃度質量濃度為2 %的陽離子聚丙烯酰胺溶液后對水樣的濁度影響不大（見圖6）。

2.4 陽離子聚丙烯酰胺油田現場加注實驗

圖6 陽離子聚丙烯酰胺對核桃殼過濾器入口水樣濁度的影響

將陽離子聚丙烯酰胺配成質量濃度為2 %的溶液，然后在油田現場核桃殼過濾器入口開展加注實驗。實驗結果表明：陽離子聚丙烯酰胺的加入，對核桃殼過濾器除油能力沒有改善作用，但能明顯改善核桃殼過濾器去除水中懸浮物的能力，其最佳加注濃度為30 mg/L，在該濃度下可將核桃殼過濾器出口水中懸浮物含量由7.2 mg/L 降至2.8 mg/L（見圖7、圖8）。

圖7 陽離子聚丙烯酰胺的加注對核桃殼過濾器除油效果影響趨勢圖

圖8 陽離子聚丙烯酰胺的加注對核桃殼過濾器去除懸浮物效果影響趨勢圖

3 結論

針對渤海某油田，陽離子聚丙烯酰胺的加注，可以和水中懸浮物產生微弱的絮凝作用，增強核桃殼過濾器對水中懸浮物的去除效果，但陽離子聚丙烯酰胺的加注對核桃殼過濾器除油效果及濁度基本無影響。當質量濃度為2 %的陽離子聚丙烯酰胺在核桃殼過濾器入口加注時，核桃殼去除懸浮物的能力隨著陽離子聚丙烯酰胺加注濃度的提高而增強，當2 %陽離子聚丙烯酰胺溶液加注濃度為30 mg/L 時，可將核桃殼出口水中懸浮物含量由7.2 mg/L 左右降至3.0 mg/L 以內，滿足現場注水指標要求，再提高其濃度對核桃殼過濾器去除懸浮物的效果改善不明顯。