微纳气泡法处理采油废水

书第３０卷第６期２０１１年６月环境化学ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＣＨＥＭＩＳＴＲＹＶｏｌ．３０，Ｎｏ．６Ｊｕｎｅ２０１１２０１０年１２月２０日收稿．山东省自然科学基金（２００９ＺＲＢ０１７２２）；国家重大基础研究（９７３）计划（２００４ＣＢ４１８５０４）资助．通讯联系人，Ｅｍａｉｌ：ｗｇｈｏｕ＠ｓｄｕ．ｅｄｕ．ｃｎ微纳气泡法处理采油废水巩翠玉１刘春波２侯万国１，２（１．山东大学环境研究院，济南，２５０１００；２．山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室，济南，２５０１００）油田进入开发的中后期，普遍存在产液量高、含水量高和含油量低等问题．为提高采收率，现在广泛采用了聚合物（部分水解聚丙烯酰胺，ＰＨＰＡ）驱油技术．目前，一方面聚合物驱油体系的现场配制主要采清水，消耗了大量的淡水资源；而另一方面，采油过程中产生大量的污水，造成了严重的环境污染．油田污水的处理和资源化利用已成为一个亟待解决的问题．微纳气泡是指直径小于５０μｍ的气泡．相对于一般气泡而言，微纳气泡在水中上升速度慢，存在时间长，且气泡间的碰撞和破裂多在水面下发生．水中离子在气水界面的吸附使微纳气泡的表面带有电荷，从而影响到水中离子的分布，进而产生双电层．当微纳气泡破裂时会产生·ＯＨ自由基，有利于降解污水中的有机物，因此有机物污水的微纳气泡处理已得到广泛研究和应用［１２］．油田采油废水具有高矿化度、高含油量和高悬浮物含量的特点，目前还缺乏成熟有效的处理方法．微纳气泡能否处理油田采油废水，处理后能否用于聚合物驱油体系的现场配制（简称配聚）是一个有价值的研究课题．本文对此进行了初步探索，以期为油田污水的处理和资源化利用提供新技术．１实验部分１．１采油废水水质检测按中华人民共和国石油天然气行业标准“油田污水中含油量测定方法分光光度法”（ＳＹ／Ｔ０５３０—９３）测定含油量（波长λ＝２１５ｎｍ，石油醚做参比）．按中华人民共和国石油天然气行业标准“油气田水分析方法”（ＳＹ／Ｔ５５２３—２０００）测定离子含量．按中华人民共和国国家标准“水质悬浮物的测定重量法”（ＧＢ１１９０１—８９）测定悬浮物含量．１．２微纳气泡法处理采油废水实验使用的微纳气泡发生器由上海中晨数字技术设备有限公司生产，气泡的平均直径为５３７ｎｍ．在水槽中加入６Ｌ采油废水，打开微纳气泡发生器，当气泡充满水槽时开始计时，每隔一定时间从距槽底约６ｃｍ处取样，测定水样的ｐＨ、离子含量、含油量及悬浮物含量，并考察配聚效果．１．３聚合物溶液配置及粘度测定量取２５０ｍＬ处理污水，快速搅拌下加入０．５ｇ聚合物干粉样品，然后慢速搅拌２ｈ，静置６ｄ使其充分溶解，即得质量浓度为０．２０％的聚合物溶液．按照“用于提高石油采收率的聚合物评价的推荐方法”（ＳＹ／Ｔ６５７６—２００３），采用ＮＤＪ１Ｅ型粘度计在室温２５℃和转速６０ｒ·ｍｉｎ－１下测定粘度．２结果与讨论从胜利油田３个有代表性的采油废水站采集了污水水样，分别为９１配聚站污水、２号联进口污水和氧化塘进口污水．表１给出了原污水水样的水质分析结果，可见所取水样的矿化度、含油量和悬浮物含量均较高，ｐＨ值为中性或弱碱性．将采集的３个采油废水水样进行微纳气泡处理，发现可明显改变污水水质．污水样品中ＨＣＯ－３、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋离子含量和含油量均随处理时间的延长而降低，微纳气泡处理１８０ｍｉｎ后的水质分析结果列于表１中．可以看出，对所研究的９１配聚站、２号联进口和氧化塘进口处的３个污水水样，ｐＨ值均有所升高；所检测的离子含量和矿化度均有所降低，其中矿化度降低率分别为５．７７％、４．７８％和１１．２８％；油含量和悬浮物含量明显降低，其中油含量降低率分别为５２％、５９％和８５％，悬浮物含量降低率分别为５０％、３２％和３８％．采油废水中的原油是以乳化状态存在的，分散度高，稳定性强，放置数月体系无明显分层现象．微纳气泡处理引起的水质变化机理目前还不清楚，可能的微观过程是：微纳气泡粒径小，滞留水中时间长，可有效地吸附在油滴和悬浮物上，导致其破乳、上浮和聚集；因油滴表面优先吸附ＯＨ－离子，油滴聚集使其表面积降低，导致ＯＨ－离子脱附而引起体系ｐＨ值的升高；ＯＨ－离子浓度的增大可导致下列反应（１）—（４）的发生，从而降低体系的矿化度．６期巩翠玉等：微纳气泡法处理采油废水１２０９ＨＣＯ－３＋ＯＨ－＝ＣＯ２－３＋Ｈ２Ｏ（１）Ｃａ２＋＋ＣＯ２－３＝ＣａＣＯ３（２）Ｍｇ２＋＋ＣＯ２－３＝ＭｇＣＯ３（３）Ｍｇ２＋＋２ＯＨ－＝Ｍｇ（ＯＨ）２（４）表１微纳气泡处理前后采油废水水质分析结果９１配聚站污水２号联进口污水氧化塘进口污水Ｍｇ２＋／（ｍｇ·Ｌ－１）５３７８１６３Ｃａ２＋／（ｍｇ·Ｌ－１）２２５２９６６８８Ｎａ＋＋Ｋ＋／（ｍｇ·Ｌ－１）４３７９５８３３７４２６ＨＣＯ－３／（ｍｇ·Ｌ－１）４６８６８７３７