PDMDAAC/PAC/CPAM復配處理油田采出水

趙一帆，李子旺，邢傳勝，鄧海發

PDMDAAC/PAC/CPAM復配處理油田采出水

趙一帆，李子旺，邢傳勝，鄧海發

（中海油節能環保服務有限公司，天津 300457）

針對含油污水開展了聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）、聚合氯化鋁（PAC）、陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）3種藥劑復配實驗，考察了復配組合、加藥順序、加藥比例對絮凝效果的影響。結果表明：在試劑加量相同的條件下，PDMDAAC、PAC、CPAM三者復配絮凝效果要優于PDMDAAC和PAC復配以及PAC和CPAM復配，且絮體緊實；通過對比實驗，PDMDAAC在PAC之前加入水樣的絮凝效果較好；在有機試劑總量一定的條件下，當PDMDAAC加量4 mg·L-1、PAC加量 30 mg·L-1、CPAM加量2 mg·L-1時，絮凝效果最好，水中懸浮物質量濃度為18.7 mg·L-1mg·L-1，含油量為6.15 mg·L-1。

聚二甲基二烯丙基氯化銨；絮凝劑；復配；含油污水

目前，隨著我國油田的不斷開發，大部分油田已經進入了開采的中后期，油層壓力逐漸下降，通過注水采油則是一種重要的開采方式，這使得油田采出液含水率不斷上升，油田采出液含水率一般在70%～80%，有的油田采出液含水率高達90%以 上[1-2]，這給下游水處理單元帶來了很大的壓力。采出液經過電脫和破乳處理后會產生大量的含油污水，污水中通常含有原油、機械雜質、可溶性有機物、無機鹽、微生物等，如不處理就直接外排或處理不達標會對環境造成很大的影響。另外，在油田開發中經常使用酸化、壓裂等措施來提高油田的采收率，增產的同時也產生了大量的廢液混入油田采出水中。隨著國家對環境保護要求的日益嚴格，采出水的外排標準和作為回注水的標準也日趨嚴 格[3]，不同地區對處理后水質的要求不同，但要求處理后的水中含油量和懸浮物含量都比較低。比較嚴格的回注標準要求處理后的污水中油質量濃度為5 mg·L-1，懸浮物質量濃度為1 mg·L-1，水中的懸浮物粒徑中值為1 μm，能夠將采出水處理到合格指標一直是各大油田的重要工作。常規的采出水處理方法主要有物理法（重力沉降、過濾、粗?；?、機械分離、膜分離等）、化學法（絮凝、氧化、電解、鹽析等）、物理化學法（浮選、吸附、離子交換等）、生物法（活性污泥、生物濾池、氧化塘等）以及多種方法的耦合（旋流氣浮、聚結與重力沉降一體化、聚結氣浮等）[4-5]，其中混凝沉淀法由于工藝成熟、易于操作、效果明顯的特點而被水處理企業青睞。常規的絮凝劑主要分為4種：一種是無機高分子絮凝劑，其具有用量少、除濁高、污泥少等特點，如聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸鋁鐵等；另一種為有機絮凝劑，其具有投加量少、絮凝速度快的特點，主要有聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺等；第三種為天然高分子絮凝劑，其具有環境友好、可再生、來源廣泛的特點，如殼聚糖、藻酸鈉、改性淀粉 等[6-8]，第四種絮凝劑為微生物絮凝劑，這種絮凝劑具有高效、無毒、安全、無二次污染等特點，主要有霉菌、放線菌、細菌、酵母菌等[9]。在實際使用過程中，為了達到規定的處理指標，需要投加試劑量較大，這給企業帶來了較大的成本壓力。為了保證處理達標的同時又最大限度地減少化學藥劑的使用量，大多采用兩種或多種藥劑復配使用。

聚二甲基二烯丙基氯化銨是一種水溶性的陽離子聚季銨鹽，具有正電荷密度高、水溶性好、高效無毒、pH適用范圍廣等特點，在石油開采、造紙、采礦等行業應用廣泛[10-11]。由于其帶有正電性和具有一定的相對分子質量，其在絮凝過程中兼有電中和與架橋作用[12-13]。本文以某聯合站一次沉降罐出口含油污水為處理對象，以聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）、聚合氯化鋁（PAC）、陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）為絮凝藥劑，研究三者復配對含油污水的處理效果。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

實驗藥品：聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC），固含量40%，相對分子質量30萬，LYPW-3011型，山東魯岳化工有限公司；聚合氯化鋁（PAC），鹽基度55%，工業級，鞏義市富源凈水材料有限公司；陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），陽離子度50%，相對分子質量800萬，工業級，鞏義市富源凈水材料有限公司。實驗用水樣取自某聯合站一沉出口，水質化驗情況見表1。

實驗儀器：AL104分析天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；玻璃砂芯過濾裝置，如東東進玻璃儀器廠；722E分光光度計，上海光譜儀器有限公司；HH-4恒溫水浴鍋，常州中捷實驗儀器制造有限公司；JJ-1精密電動攪拌器，常州中捷實驗儀器制造有限公司。

表1 水樣檢測結果

1.2 實驗方法

1.2.1 水質檢測

含油量和懸浮含量的測定參照《碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》（SY/T5329—2012），水樣透光率的測定參考文獻[14]。

1.2.2 絮凝效果評價

采用燒杯絮凝實驗，向500 mL燒杯中加入 300 mL污水水樣，加入一定量的絮凝劑，快速 （300 r·min-1）攪拌1 min，再慢速（150 r·min-1）攪拌2 min，45 ℃水浴靜置一定時間，取水樣進行 測定。

2 結果討論

2.1 絮凝效果對比

為了克服單一絮凝劑的不足，無機絮凝劑與有機絮凝劑復配是水處理行業常用的處理方法，為了驗證PDMDAAC的絮凝效果，室內開展了對比實驗。在PAC加量一定的條件下，做了3組對比實驗，分別為PDMDAAC+PAC絮凝實驗、PDMDAAC+CPAM +PAC絮凝實驗、CPAM+PAC絮凝實驗，實驗溫度為45 ℃，絮凝沉降1 h后取上清液檢測水質情況。試劑加量情況及絮體形態情況見表2，水樣透光率隨有機試劑加量變化情況見圖1。

從圖1可以看出，PDMDAAC與PAC復配的絮凝效果要好于CPAM與PAC復配的絮凝效果，但通過觀察，PDMDAAC與PAC復配產生的絮體松散。PDMDAAC、CPAM、PAC復配具有較好絮凝效果，水樣的透光率隨著試劑加量增加而明顯的增加，且效果明顯優于CPAM和PAC復配以及PDMDAAC與PAC復配，說明帶有高電位的PDMDAAC可以更好地中和水中的膠體，同時由于PDMDAAC具有一定的線性結構，可以將絮體聚集，增強絮凝效果。從絮體形態來，水樣不加CPAM，絮體松散，加入CPAM后絮體緊實度增加，說明分子鏈較長的CPAM對絮體的緊實度起到決定的作用。因此，在后續的實驗過程中主要考察3種試劑的復配效果。

表2 試劑加量及絮體形態情況

圖1 透光率隨有機試劑加量變化情況

2.2 加藥順序考察

CPAM和PAC作為兩種不同類型的絮凝劑，二者的加藥順序一般為先加PAC產生絮體后再投入CPAM，通過其架橋和電中和等作用將水中的膠體、絮體等雜質進一步聚集。PDMDAAC作為一種新型的絮凝劑，具有無機絮凝劑和有機絮凝劑的特性，因此在實際使用過程中，其加藥順序對絮凝效果有一定的影響。室內考察PDMDAAC與PAC加藥順序對絮凝效果的影響。在CPAM加量2 mg·L-1的條件下，分別改變PDMDAAC與PAC加藥順序，45 ℃水浴絮凝1 h后取上清液進行透光率檢測，加藥情況及檢測結果見表3。

從表3中水樣的透光率可以看出，當有機試劑加量為4 mg·L-1時，先加2 mg·L-1的PDMDAAC后再加30 mg·L-1的PAC，水樣的透光率為82.3%，先加30 mg·L-1的PAC后加2 mg·L-1的PDMDAAC，水樣透光率為79.4%；在有機試劑加量為5 mg·L-1時，先加3 mg·L-1的PDMDAAC后再加30 mg·L-1的PAC，水樣的透光率為88.9%，先加30 mg·L-1的PAC后加3 mg·L-1的PDMDAAC，水樣透光率為84.2%，說明先加PDMDAAC后加PAC絮凝效果較好。

2.3 加藥比例考察

針對聯合站一沉出口水樣，在PAC加量和有機絮凝劑總量一定的條件下，考察PDMDAAC、CPAM、PAC 3種藥劑復配絮凝效果，試劑加藥情況見表4，水樣的透光率變化情況見圖2。

表4 3種藥劑加量情況

圖2 水樣透光率隨試劑加量變化情況

從圖2水樣透光率隨試劑加量變化趨勢看，PDMDAAC與CPAM不同加藥比例下，水樣的透光率不同，在有機藥劑總量6 mg·L-1不變的條件下，水樣的透光率隨著PDMDAAC加量的增加有增大的趨勢，當PDMDAAC加量4 mg·L-1、PAC加量 30 mg·L-1、CPAM加量2 mg·L-1時，水樣的透光率最高為95.6%，經過檢測，水中的懸浮物質量濃度為18.7 mg·L-1，含油量為6.15 mg·L-1，滿足現場對水質指標的控制要求。

3 結 論

1）在試劑當量相同的條件下，PDMDAAC與PAC和CPAM 3種藥劑復配的絮凝效果要優于PAC和CPAM復配以及PDMDAAC與PAC復配的絮凝效果。

2）針對現場所取水樣進行對比實驗，3種藥劑的加藥順序為PDMDAAC、PAC、CPAM。

3）在有機加藥量一定的條件下，當PDMDAAC加量4 mg·L-1、PAC加量30 mg·L-1、CPAM加量 2 mg·L-1時，水樣的絮凝效果最好，透光率最高為95.6%。

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Treatment of Oilfield Produced Water by PDMDAAC/PAC/CPAM

（CNOOC Energy Conservation and Environmental Protection Service Co., Ltd., Tianjin 300547, China）

The compounding experiment of PDMDAAC, PAC and CPAM was carried out for oily sewage, and the effects of compounding combination, dosing sequence and dosing ratio on flocculation effect were investigated. The results showed that the combination of PDMDAAC, PAC, CPAM was better than the combination of PAC and CPAM and the combination of PAC and PDMDAAC. At the same time, the flocs of the best combination was tight. It proved that the flocculating efficiency was better when adding PDMDAAC before adding PAC. When dosage of PDMDAAC was 4mg·L-1, the dosage of PAC was 30mg·L-1and dosage of CPAM was 2mg·L-1, the flocculation results was the best, the suspend solid content in water was 18.7mg·L-1, the oil content in water was 6.15 mg·L-1.

PDMDAAC; Flocculants; Compound; Oily water

2022-04-11

趙一帆（1982-），女，河北省肅寧縣人，工程師，碩士， 2010年6月畢業于中國石油大學（華東）安全技術及工程專業，研究方向：石油化工環境保護。

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1004-0935（2023）01-0031-04