高級氧化工藝處理聚合物驅采油污水的研究

曾 卉* 田 偉 譚奇穎

（中聯西北工程設計研究院有限公司，陜西 西安 710077）

聚合物驅是一種新的提高原油采收率的工藝方法，目前，典型的含聚合物污水處理方法為沉降過濾，此方法一方面將增加沉降時間、降低過濾器濾速，從而增大構筑物規(guī)模及投資；另一方面聚合物對傳統(tǒng)沉降過濾處理工藝有很大影響，聚合物的存在將增大含油污水的粘度，粘度增加會使污水中膠體顆粒的穩(wěn)定性增強，干擾絮凝劑的使用效果，使處理后的水質達不到回注水水質標準，油含量、懸浮固體含量超標[1-3]。

目前針對聚合物驅采油污水中的油類去除的研究較多，針對聚合物驅采油污水中的聚合物去除的研究尚少，且多基于除油效果的提高，而聚合物驅采油污水中的聚合物降解效果直接影響此類污水的處理效果，因此，急需研究適合處理聚合物驅含油污水的設備和工藝。

1 處理工藝及實驗部分

1.1 工藝原理

在酸性條件下，高鐵酸鹽[7]都具有極強的氧化性，可以廣泛用于水和廢水的氧化、消毒、殺菌。本實驗所用氧化劑為更具性價優(yōu)勢的高鐵酸鈉[8]，是含有FeO42-的一種化合物，其中心原子Fe以六價存在，在酸性條件下的標準電極電勢為E0FeO42-/Fe3+=2.20 V，它可能與聚合物發(fā)生強烈的非均相氧化還原反應，破壞乳化膜，有利于油污類和聚合物分解，達到降解和降粘作用。降解的聚合物在PAC和PAM的作用下，絮凝成大顆粒物質，在斜板沉淀區(qū)的作用下，絮狀物沉淀，上清液進入氣浮池。

氣浮除油工藝是在氣浮池前段加入破乳劑，破解廢水中的乳化油，隨后加入PAC和PAM，在含油污水中通入空氣，水中產生微氣泡，使污水中粒徑為0.25 ～25μm的浮化油、分散油或水中懸浮顆粒附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面并加以回收。

1.2 工藝流程簡介

此系統(tǒng)設計處理能力為0.5 m3/h，處理后水質可達油田回注水標準。進水水質如表1。

污水進入氧化池后先加酸，pH值調整到酸性，調節(jié)反應池內溫度至45°C左右，后加入高鐵酸鈉，反應時間15min，出水進入絮凝沉淀池，用氫氧化鈉溶液調整廢水pH值至8左右，加入PAC和PAM使廢水中降解的聚驅物絮凝，隨后進入沉淀區(qū)，在斜板沉淀區(qū)的作用下，使絮狀物沉淀，上清液進入氣浮池，在氣浮池前段加入破乳劑，破解廢水中的乳化油，隨后加入PAC和PAM，在含微小氣泡的溶氣水的作用下，懸浮物被帶到氣浮池頂部，清水進入石英砂過濾器和活性炭過濾器，截留殘余的懸浮物、膠體物質、去除異色、異味等，過濾后出水達標排放或暫存再利用。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

1.3 實驗設備

化學氧化池，1個，尺寸：1.0 m×1.0 m×1.5 m，池子內安裝有攪拌器、電加熱器、溫度計及pH計；絮凝沉淀池1個，尺寸：2.0 m×1m×1.5 m，池子內分為絮凝區(qū)與沉淀區(qū)。氣浮池，1個，Φ1.0 m×1.5 m，Q=0.5 m3/h，池頂設有收油槽。石英砂過濾器，1個，Φ270×900mm?；钚蕴歼^濾器，1個，Φ270×900mm。

1.4 實驗組實施過程

本實驗中氧化劑的添加量、反應pH值、反應溫度、反應時間等條件采用曾卉[8]等在高鐵酸鈉處理某聚合物驅采油污水的反應條件的研究中所得出的最佳反應條件。

取某油田聚合驅采油污水0.5 m3置于高級氧化池內，緩慢加入50%分析純硫酸稀釋溶液，開啟攪拌器，調節(jié)污水pH值至3.5，為強氧化提供酸性環(huán)境。開啟電加熱器，調節(jié)氧化池內污水溫度至45°C。加入高鐵酸鈉40g，攪拌反應15min。開啟高級氧化池與絮凝沉淀池中間的連通閥，污水流入絮凝沉淀池的絮凝區(qū)。開啟絮凝沉淀池攪拌器，緩慢加入30%NaOH溶液，調節(jié)污水pH值至7左右，為后續(xù)的絮凝沉淀提供最佳的酸堿環(huán)境。取15g PAC配制成10%的溶液，加入污水中快速攪拌1min，取2.5 g PAM配制成0.1 %的溶液，待PAC加入污水中反應1min后，加入配制好的PAM溶液，低速攪拌反應2min，使污水中降解的聚驅物和部分浮油類物質發(fā)生絮凝反應形成大顆粒物，便于沉降，沉淀區(qū)停留時間1.5 h。

沉淀區(qū)上清液自流進入氣浮池，加入10g破乳劑，攪拌反應10min，隨后加入PAC和PAM。PAC干粉投加量為15g，反應1min，PAM干粉投加量為2.5 g，反應2min，進行除油處理，降低污水中含油量。氣浮池出水由泵送入石英砂過濾器和活性碳過濾器，截留殘余的懸浮物、膠體物質等，過濾后出水達標排放或暫存再利用。對出水進行pH、CODcr、BOD5、石油類、懸浮物含量檢測。

1.5 對照組實施過程

將氣浮作為第一步處理，主要探討除油及除聚合物的先后問題以及污水中難降解聚合物的存在對油類及懸浮物去除率的影響。

實施步驟如下：取同樣某油田聚合驅采油污水0.5 m3置于氣浮池，氣浮反應步驟與實驗組相同。出水進入高級氧化池，氧化反應步驟與實驗組相同。氧化后依次進行絮凝沉淀、石英砂過濾和活性碳過濾。對出水進行pH、CODcr、BOD5、石油類、懸浮物含量檢測。

2 結果分析

通過對實驗組及對照組的各項出水指標檢測，得出以下結果：

分析檢測結果可得：實驗組對某油田聚合物驅采油污水中CODcr去除率93.6 %，聚合物去除率90.3 %，石油類去除率97.6 %，懸浮物去除率90.4 %，出水污染物含量達到油田回注水標準。高鐵酸鈉在酸性環(huán)境具有強氧化性，其氧化能力明顯高于普通的氧化劑，兼具絮凝、殺菌等作用，其與污水中聚合物等反應后無二次污染，主要反應機理為：在酸性條件下，FeO42-將聚合物逐步氧化降解成小分子。如FeO42-+H++[CH2-(CH2CONH2)]n→[CH2-(CH2CONH2)]n-m+FeO43-→C2H2=C2H2CONH2+C2H2=C2H2COOH+HFeO43-→CO2↑+H2O+Fe3++NO3-+N2↑，聚合物先斷鏈，生成更小的聚合物，繼而氧化，最終生成CO2和H2O等無機物，其Fe3+水解生成的Fe(OH)3也具有絮凝作用，可減少后續(xù)絮凝過程中絮凝藥劑的使用量，并且將在后續(xù)的絮凝沉淀過程中通過沉淀過程而去除。與目前環(huán)保方面通用的氧化劑高錳酸鉀、重鉻酸鉀相比，不會產生重金屬污染。與采用臭氧氧化相比，雖然臭氧氧化速度快、無二次污染，但單純臭氧氧化方式處理廢水的主要問題是臭氧濃度低、氧化能力不足等缺陷，往往需要和紫外光、雙氧水等結合使用。將氧化池內的污水pH值調整至3-3.5 時，高鐵酸鈉可與污水中以自由形式和乳化方式存在的聚合物發(fā)生強烈的非均相氧化還原反應，爆破油-水乳化膜，可快速氧化聚合物驅采油污水中的大分子聚合物及COD。

沉淀池上清液在氣浮池中完成破乳、除油、進一步去除COD的過程，在氣浮池前段加入破乳劑，破解污水體系中的乳化油，再加入混凝劑和助凝劑，在含微小氣泡的溶氣水作用下，污水中小粒徑浮化油、分散油及懸浮顆粒絮凝粘結并隨氣泡上浮到水面并加以回收。由于氧化反應段已將污水中難降解大分子聚合物氧化降解，使污水的粘度降低，降低了破乳難度，提高了油類及懸浮物的去除效率。氣浮池清水先后進入石英砂過濾器和活性炭過濾器，進一步去除殘留懸浮物和部分非溶解性的COD，最終完成全部反應過程。

而對照組的各項處理率都有下降，其中石油類去除率僅70%，懸浮物去除率僅79.7%，可見，氣浮除油放在第一步，污水中難降解聚合物的存在對油類及懸浮物去除率產生了不利影響，這與文獻資料一致。

3 結論

高級氧化+絮凝沉淀+氣浮+過濾工藝中，高級氧化所采用的氧化劑——高鐵酸鈉為新型、高效、無毒的多功能水處理劑，可快速、有效降解大分子聚合物。采用高級氧化法先降解聚合物，可大幅提高石油類及懸浮物的去除率，石油類處理效率提高28.2 %，懸浮物去除率提高11.8 %。此工藝對聚合物去除率可達90.3 %，石油類去除率達97.6 %，懸浮物去除率達90.4 %，COD去除率達93.6%。本實驗中高鐵酸鈉處理噸水的藥劑成本約為0.9 元。處理費用合理，反應時間短，可大大節(jié)省設備容量或建（構）筑物處理規(guī)模。化學氧化配合絮凝沉淀、氣浮工藝，可有效地將聚合物驅采油污水中的大分子聚合物與油類物質分離出來，工藝簡單可行，出水水質可達油田回注水標準。