污水處理高效反相破乳劑應用現狀

袁宏強，張 濤，張 穎，李冬寧

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300452）

隨著油田的進一步開發，油田采出液的含水明顯升高，采出液中水包油（O/W）乳狀液所占比重越來越大，O/W 乳狀液的乳化程度相對更加嚴重，油水界面結構更加復雜，從而破乳脫水難度也將更大，單一的油溶性破乳劑已很難滿足實際應用需求，常需要配合使用反相破乳劑以達到理想的油水分離效果。

1 反相破乳劑破乳機理

反相破乳劑的破乳過程分為3 個步驟：乳滴聚集，界面膜破裂和乳滴聚并。

乳滴聚集即反相破乳劑可以降低水滴間的靜電斥力[1]，中和水珠表面所帶負電荷，針對這種負電性，加入帶有相反電荷的物質中和電荷，壓縮破壞雙電層，削弱界面膜強度，促進水滴互相接觸和聚集，并形成橋聯和絮凝作用，使乳狀液的穩定性變差，乳化液滴相互碰撞聚集，達到破乳、油水分離的目的。

界面膜破裂即反相破乳劑具有的表面活性劑，可以取代天然乳化劑，吸附于油水界面膜上，構成新的界面膜，降低原有界面膜的強度和穩定性；其反相作用可使乳液在W/O 型和O/W 型之間互相轉換，在反相過程中，界面膜容易破裂從而加速破乳[2，3]。

乳滴聚并過程中，聚集成團的液滴合成一個直徑更大的大液滴，導致液滴數目減少，從油相中逐步沉積出來，最后造成乳狀液破壞[4]。

針對其作用機理，高效反相破乳劑的開發應從以下幾個方向入手：有很強的正電性，足以中和乳化劑形成的負電荷；有很強的絮凝能力，能夠把乳狀液微粒絮凝起來，便于形成大的絮團；有很強的表面活性，可以降低乳狀液的界面能。

2 污水處理用反相破乳劑應用現狀

近年來，隨著油田采出液中水包油乳狀液的比重增大，導致其破乳脫水難度進一步增加。為解決此問題，國內外各油田都在針對本油田的現場工況、油水物性進行研制開發高效污水處理用反相破乳劑，以下是目前已經報道的反相破乳劑的應用情況。

中海油能源發展工程技術公司開發的非聚醚類新型高效反相破乳劑BH-532，在渤海某油田應用效果良好。反相破乳劑BH-532 為丙烯酸酯共聚物，該藥劑以苯乙烯（ST）、丙烯酸乙酯（EA）、甲基丙烯酸（MAA）和丙烯酰胺（AM）為原料，利用乳液聚合法制得。以除油率為主要指標對該藥劑的凈水性能進行考察，發現該藥劑凈水性能良好。在渤海某油田開展試驗，在加注量為30 mg/L 時水系統各級設備出口水中含油值均有明顯下降，同時水系統藥劑清水劑及絮凝劑加注量有不同程度降低，核桃殼出口及緩沖罐出口水質穩定含油值低于10 mg/L，滿足排放標準[5]。

曹妃甸海上油田某平臺污水處理量大，設備體積小，處理時間短，對水處理藥劑效果要求極高，長期應用進口藥劑。中海油天津化工研究設計院以聚丙烯酰胺為主要原料，合成了一種高效凈水反相破乳劑TSF7601，凈水效果良好。使用該藥劑在現場開展試驗，當加注濃度為52 mg/L～54 mg/L 時，水處理效果良好，平臺流程運行穩定，配合現場破乳劑及清水劑使用時，注水含油均值＜50 mg/L，滿足曹妃甸油田注水要求[6]。

中國石化勝利油田采油工藝研究院針對孤島二元驅采出污水凈水困難的特性進行分析，發現乳狀液凈水困難的主要原因是聚合物與表面活性劑的協同作用使乳狀液穩定，難以破乳。針對采出液的特性，以丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺和自制陽離子單體MB-50 為原料，制得反相破乳劑WRD-34。對該藥劑的凈水性能進行考察，以除油率為主要指標，發現該藥劑對孤島二元驅污水除油率達到82.6 %，凈水效果好于其他常用藥劑[7]。

南海某海上油田產液乳化嚴重，污水系統流程停留時間短，凈水十分困難。中海油天津化工研究設計院根據該油田產液性質，有針對性開發的具有星狀結構的陽離子聚季銨鹽類反相破乳劑TS-786A，不僅具備快速破乳效果同時有良好的凈水效果。現場評價時該藥劑凈水效果良好，使用該藥劑在現場開展試驗，當加注濃度為5 mg/L 時，緩沖罐出口水中含油值為24.1 mg/L，比試驗前降低26 %，滿足排海標準[8]。

大港油田趙東平臺現場使用的反相破乳劑TS-761L 為聚季銨鹽與聚鋁復配藥劑[9]。近年來，隨著該油田開采，產液含水率上升，液量明顯提高，在原有設備應用的條件下，污水系統停留時間減少，處理壓力增加，原有反相破乳劑已經不能達到污水處理標準。針對現場問題開發出了三代枝狀聚胺類陽離子反相破乳劑KYOR，對其除油率進行考察，發現支化度最高的3.0代聚酰胺-胺制備的KYOR-3 的除油效果最好。選擇該藥劑與現場在用破乳劑DGF-18B 共同開展試驗，該藥劑在加注濃度為30 mg/L 的情況下，注水含油值達到17.8 mg/L，比試驗前降低91 %，同時粒徑中值和懸浮物固體含量達標，水質滿足該油田注水標準[10]。

華北油田蒙一聯污水處理站污水組成復雜，上游開展提產作業、加注藥劑種類繁多均造成其污水處理難度增大，難以達到注水標準。華北油田設計院針對乳化液成分復雜、含有機械雜質影響脫水的特性開發出的反相破乳劑BH-1，該藥劑采用無機和有機高分子反應制得，具備恰當的活性基團同時絮凝能力較好。現場開展試驗，加注濃度為100 mg/L 時，回注水中含油值為15.8 mg/L、機械雜質為2.1 mg/L，滿足含油污水回注標準[11]。

勝利油田設計院研制開發的反相破乳劑CW-01，該藥劑為陽離子聚醚類藥劑，可通過卷掃及架橋作用快速實現油水分離，起到凈化水質的效果。該藥劑是國內最早的自主研發反相破乳劑，在勝利油田、新疆油田和南陽油田均取得了較好的污水脫油處理效果[12]。中國石油大學開發的陽離子聚多胺類反相破乳劑PEA-01，破乳及凈水效果良好，通過改變原材料比例合成最佳產物，考察該藥劑在不同濃度下的凈水效果，可看出該藥劑在最佳加注濃度60 mg/L 下凈水效果優于CW-01[13]。

針對克拉瑪依油田紅淺和九區稠油的油品性質，且污水高含油的特點，新疆石油管理局勘探開發研究院研制開發了一種由甲醛、丙酮、多胺為原料合成的反相破乳劑KW-04[14]，該藥劑通過碰撞聚結機理使小油珠變成大油珠，而實現油水分離。對其凈水性能進行考察，發現在最優處理條件下除油率均可達到90 %以上。隨著油田進一步開采，產液性質出現變化，原有反相破乳劑已無法滿足流程需求，2001 年新疆石油管理局采油工藝研究院針對紅淺區污水性質及處理流程進行藥劑優化，開發出反相破乳劑PDM-1，當加入30 mg/L 時，外排污水含油均值從1 995 mg/L 最低降到230 mg/L，應用效果良好[15]。

蘇丹1/2/4 區油田隨原油開采含水率明顯提高，為滿足產油要求，產液量也同步增加。為此，該油田產生大量含油污水，在處理工藝保持不變的情況下設備停留時間大幅減少，造成處理難度極大提升。針對現階段工況選擇中國石油管道局的KS-60-22 型反相破乳劑開展試驗，各級設備出口的污水含油均值為29 mg/L，滿足流程要求[16]。

華北油田設計院開發陽離子聚醚類反相破乳劑RD-1，可以快速實現油水分離并起到凈水效果，采用該藥劑針對華北油田各區塊進行室內效果評價，該藥劑在脫水速度、脫水率及凈水效果各方面均優于現場在用藥劑。選取該藥劑在采油二廠開展現場試驗，該藥劑性能明顯優于在用藥劑，不但降低原油含水率，提高污水水質，還可以降低設備溫度，減少藥劑加注濃度[17]。

3 結語

隨著油田的O/W 型乳狀液乳化程度加重，處理難度也急劇增加。雖然目前反相破乳劑的研制及應用取得了階段進步，但新型高效反相破乳劑還有待于進一步開發。新型反相破乳劑的研制方向為非聚醚類及陽離子型高效反相破乳劑；將破乳、清水、殺菌等多功能集于一身多功能處理劑、生物破乳劑及生物絮凝劑。