聚合物驱采油废水处理技术

Posted 2023-01-15 聚合物

篇首语：百闻不如一见，百见不如一干。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了聚合物驱采油废水处理技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

聚合物驱油是油田保持增产、稳产的重要手段，但随着聚合物驱在三次采油规模的扩大，油田消耗的淡水量越来越大[1-2]，如果油田产出废水不能与回注量平衡，则多余的废水须经过处理后外排。尤其对于海上采油，采出水黏度大，油水分离困难，普遍造成了含聚废水堵塞滤料的现象，这大大降低了成套废水处理装置的使用效率，因此，寻求合理的废水降黏处理工艺势在必行。海上采油废水处理工艺受平台面积的限制，设计为短流程工艺：经电脱后的含聚含油废水，加入清水剂进入斜板隔油器除油处理，然后经泵提升进入二级过滤器过滤处理后直接回注地层，现场实际决定了不宜对现有的工艺大修大改。鉴于电絮凝－Fenton 高级氧化法的设备简单，可以直接与海上现有流程中的隔油池、过滤器等现有设备联用，改动小，本试验对该技术在含聚废水降黏的应用效果进行了室内研究。

1 材料与方法

1．1 试验装置和药剂

WYK－505 稳压稳流电源，ZXP－30L型自吸循环式配浆机，不锈钢电极板（10 cm× 10 cm），聚丙烯酰胺（FP3640C 型，平均相对分子质量2 300万），质量分数为30％的H2O2。

1．2 废水水质

试验废水为JZ9－3 油田地层水，称取一定量的聚丙烯酰胺，均匀洒在溶液表面，待其在室温下自行溶胀成冻胶状流体，再用配浆机高速剪切搅拌，控制转速3 000 r ／min，持续40 min 后配成含聚合物质量浓度为200 mg ／ L 的废水，水质指标见表1。

表1 JZ9-3 油田地层水离子组成

Tab. 1 Ionic composition of formation water in JZ9-3 Oil field　 mg·L-1

1．3 试验方法

电－Fenton 反应，即投加药剂H2O2，与电解消耗阳极产生的Fe2＋反应生成活性·OH[1－2]，促进废水的降黏。对JZ9－3 地层水质进行检测发现，pH值为8．48，偏碱性。由于不锈钢极板电解产生的Fe2＋，其存在形式受到溶液的初始pH 值影响，Fenton 试剂一般在酸性条件下使用，在中性和碱性环境中Fe2＋不能催化H2O2产生的·OH，因此在电－Fenton 反应之前要对含聚溶液进行酸化处理。

在3 000 mL 的玻璃电解槽中，体积1 000 mL酸化后的含聚质量浓度为200 mg ／L 溶液作为电解质，在直流电作用下，浸没于电解质溶液中的2 块不锈钢电极板上发生氧化还原反应，始终保持极板完全浸没，通过对电－Fenton 试验的主要影响因素研究，找到降解聚合物的适宜操作条件。

1．4 分析方法

根据SY ／ T 6576—2003《用于提高石油采收率的聚合物评价的推荐作法》中的“淀粉－碘化镉法”，通过显色反应读取吸光度，计算电解后的聚合物的去除率W：

W = （A0 - A1）／A0 × 100% （1）

式中： A0、A1——电解前、后的溶液吸光度。

2 结果与讨论

2．1 电解时间对聚合物去除率的影响

保持电絮凝的电流强度I 为3．0 A，极板间距d为4．0 cm，溶液pH 值为6．0，质量分数为30%H2O2的投加量为1．0 mL 不变，延长电絮凝的时间依次为5、10、15、20、25 min，取样分析聚合物的残留量，结果见图1。电絮凝时间在10 ～ 15 min时，聚合物降解率较高，随着时间的延长，趋于平稳，说明聚合物降解时间控制在15 min 左右比较适宜。

图1 电解时间对聚合物去除率的影响

Fig. 1 Effect of electrolysis time on polymer removal

2．2 电流强度对聚合物去除率的影响

保持反应时间为15 min，极板间距为4．0 cm，溶液pH 值为6．0，质量分数为30% H2O2的投加量为1．0 mL 不变，依次改变电流强度为1．0、2．0、3．0、4．0、5．0 A。分别取样测得的聚合物去除率见图2。从图2 中看出随着电流强度的增加，聚合物的含量降低，这是因为电解过程中，阳极溶蚀产生的二价铁离子与双氧水反应生成的活性·OH 对聚合物进行了分解，同时生成具有凝聚、吸附作用的多核基络合物和胶状氢氧化铁与聚合物形成凝聚共沉体[3-5]，迅速被气泡吸附而浮上分离。当电流强度超过3．0 A，聚合物去除率维持稳定，故控制在3．0 A即可。

图2 电流强度对聚合物去除率的影响

Fig. 2 Effect of current intensity on polymer removal

2．3 电极板间距对聚合物去除率的影响

保持电流强度为3．0 A，反应时间为15 min，溶液pH 值为6．0，质量分数为30% H2O2的投加量1．0 mL 不变，改变极板的间距为2．0、4．0、6．0、8．0、10．0 cm，结果见图3，当极板间距保持在4．0cm时，聚合物去除率最高。可能的原因是极板之间的距离越短，电解过程中产生的离子位移越小，这促进了絮凝的反应进程。如果间距小于4．0 cm，电絮凝产生的絮体会阻碍阴阳极板之间的离子反应，反而降低絮凝效果。

图3 电解极板间距对聚合物去除率的影响

Fig. 3 Effect of space between electrode plates on polymer removal

2．4 溶液初始pH 值对聚合物去除率的影响

用1 ∶ 1 硫酸调节模拟含聚废水的pH 值依次为1．0、2．0、3．0、4．0、5．0、6．0，在固定电流强度为3．0 A，极板间距为4．0 cm，电－Fenton 反应时间为15 min，质量分数为30%H2O2的投加量为1．0 mL 的试验条件下，分别测定聚合物去除率，结果如图4所示。初始pH 值为3．0 ～ 5．0 时，聚合物去除率较高，水处理效果较好。pH 值过低时，由于形成了化合物[Fe（H2O）6]2＋，阻碍了Fe2＋与H2O2的反应[6]；

pH 值过高时，电解溶液中大量存在的OH-与Fe2＋反应生成Fe（OH）2，继而极易被氧化成Fe（OH）3，降低了催化作用，减缓了·OH 的生成，根据聚合物的去除情况，pH 值调节至4．0 最佳。。

2．5 H2O2的投加量对聚合物去除率的影响

保持电流强度为3．0 A，极板间距为4．0 cm，反应时间为15 min，溶液初始pH 值为4．0。质量分数为30% H2O2的投加量分别为0．5、1．0、1．5、2．0、2．5 mL，取样进行水质分析，结果见图5。当H2O2的投加量不超过1．0 mL 时，聚合物去除率随H2O2投加量的增加而升高，当投加量为1．0 mL 时，去除率达到最大，H2O2投加量继续增加，去除率反而下降，这是因为过量的H2O2将电解产生的Fe2＋迅速氧化为Fe3＋，既消耗了H2O2，又抑制了·OH的产生[7-8]，从而在一定程度上阻碍了絮凝作用。

图4 溶液初始pH 值对聚合物去除率的影响

Fig. 4 Effect of initial pH value of solution on polymer removal

图5 H2O2投加量对聚合物去除率的影响

Fig. 5 Effect of H2O2 dosage on polymer removal

3 结论

利用电-Fenton 技术处理JZ9－3 聚合物采油废水，用50％ H2SO4调节pH 值为4．0 左右，采用不锈钢极板，极板间距为4．0 cm，控制电流强度为3．0 A，絮凝反应时间为15 min，质量分数为30%H2O2的投加量为1．0 mL 时，采油废水中聚合物去除效果较好，去除率达到99．2％。