聚合物驅(qū)油技術(shù)是我國目前廣泛應(yīng)用的三次采油技術(shù)，但隨之產(chǎn)生大量含聚采油污水。如處理不當，污水回注地層后水中雜質(zhì)會堵塞地層孔隙，從而降低注水能力及油井產(chǎn)量，且很難恢復(fù)原來的產(chǎn)能；如直接排放則會造成環(huán)境污染。因此，含聚采油污水處理是關(guān)系采油業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)〔1〕，而研制針對含聚采油污水的高效凈水劑是含聚采油污水處理工藝開發(fā)中最行之有效的方法。

筆者以多乙烯多胺、己二酸、二硫化碳等合成了一類凈水劑，用于處理油田含聚污水，取得了良好效果。

1 凈水劑的合成

1.1 試劑與儀器

試劑：多乙烯多胺、己二酸、環(huán)氧氯丙烷、二硫化碳、氫氧化鈉，均為分析純。

儀器：DF- 101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，河南予華儀器有限公司；SHB-111循環(huán)真空泵，鄭州長城科貿(mào)有限公司。

1.2 合成方法

在帶有溫度計、攪拌器、分水器及回流冷凝器的四口瓶中，加入反應(yīng)所需量的己二酸和多乙烯多胺，147 ℃下保持回流3 h，減壓蒸餾除去攜水劑及未反應(yīng)的胺，降至常溫，依次滴加環(huán)氧氯丙烷及二硫化碳，反應(yīng)5~7 h，制得二硫代氨基甲酸鹽型凈水劑，簡稱ST-1。

2 凈水劑的性能評價

2.1 試劑和儀器

水樣：錦州9-3油田含聚污水。

試劑： 四氯乙烯、鹽酸、硫酸亞鐵，分析純。

儀器： CVH 型紅外油分析儀，美國Wilks 公司；01-100X高剪切分散乳化機，西爾普機械制造有限公司；LRH-250A生化培養(yǎng)箱，廣東省醫(yī)療器械廠；2100P 便攜式濁度儀，美國哈森公司；CX31生物顯微鏡，OLYMPUS公司。

2.2 實驗方法

取5 L含聚污水，50 ℃下預(yù)熱20 min，用乳化剪切機在3 000 r/min下乳化5 min，撇去表面未乳化的浮油，即得實驗水樣。該水樣初始油質(zhì)量濃度400~500 mg/L，初始濁度＞1 000 NTU，初始懸浮物為450~500 mg/L。

凈水實驗：取50 mL實驗水樣分裝于實驗瓶，置于50 ℃恒溫水浴中20 min；加入計算量的ST-1凈水劑，密閉實驗瓶，上下震蕩20次混勻，同時進行空白試驗；將實驗瓶放回恒溫水浴中，計時觀察。靜置一定時間后，在實驗水樣中部取水樣測定油質(zhì)量濃度、濁度、懸浮物、COD，計算去除率。

殺菌實驗：分別采用平皿計數(shù)法和MPN法，通過稀釋、接種、恒溫培養(yǎng)〔異養(yǎng)菌（29±1） ℃培養(yǎng)4 h，硫酸鹽還原菌35 ℃培養(yǎng)4 h〕等步驟測定凈水劑對異養(yǎng)菌和硫酸鹽還原菌的殺菌率。

緩蝕實驗：采用失重法測定藥劑的緩蝕性能〔2〕。

2.3 分析方法

油質(zhì)量濃度采用紅外油分析儀測定；濁度采用便攜式濁度儀測定；懸浮物采用重量法測定；COD采用快速消解分光光度法測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 凈水劑的除油效果

50 ℃下向?qū)嶒炈畼又刑砑?0 mg/L Fe2+和不同投加量的凈水劑，考察凈水劑對含聚污水的凈水效果。由實驗結(jié)果可知，該凈水劑除油性能優(yōu)良，投加量分別為30、50 mg/L 時，油質(zhì)量濃度降至172、145 mg/L，除油率可達63％。這是由于凈水劑分子含有親油基—R和親水基—CSS-，因此具有表面活性，能夠吸附在乳化油滴表面，替換原有的成膜物質(zhì)石蠟、瀝青質(zhì)、石油酸以及硅藻土微粒、黏土，破壞了原來界面膜的穩(wěn)定性，降低界面膜強度，使得乳化微粒容易聚并。且該凈水劑與Fe2+螯合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，兼具吸附架橋作用，加速了乳化微粒的聚集。

在沉降時間為1 h、凈水劑投加量為50 mg/L、Fe2+投加量為10 mg/L條件下，對比合成凈水劑與國外同類產(chǎn)品的除油、除懸浮物的性能，結(jié)果見表 1。

從表1可以看出，與同類產(chǎn)品相比，實驗合成的凈水劑對含聚污水的凈水性能更加優(yōu)異。

3.2 殺菌性能

實驗合成的二硫代氨基甲酸鹽也是一類高效、低毒、對人畜植物安全的廣譜殺菌劑〔3〕。因此研究了該凈水劑的殺菌性能，結(jié)果見圖 1。

圖 1 凈水劑的殺菌效果

由圖 1可以看出，合成的凈水劑對含聚采油污水有一定的殺菌效果，當投加量增加時殺菌率也相應(yīng)提高，其對異養(yǎng)菌的殺菌效果（50 mg/L時殺菌率為49.9%）好于硫酸鹽還原菌（相應(yīng)的殺菌率為37.5%）。

3.3 緩蝕性能

在模擬油田水（5% NaCl和20 mg/L Na2S水溶液，通2 min CO2）作腐蝕介質(zhì)，試片材質(zhì)為A3鋼，實驗溫度60 ℃，時間24 h的條件下，考察該藥劑的緩蝕性能，結(jié)果見圖 2。

圖 2 凈水劑的緩蝕性能

由圖 2可以看出，該凈水劑具有較好的緩蝕效果，當其質(zhì)量濃度＜20 mg/L時，隨著投加量的增加緩蝕率提高較快，當其質(zhì)量濃度達到20 mg/L時，緩蝕率可達81.9％，此后緩蝕率隨投加量的增大而趨于平緩。這是由于凈水劑分子結(jié)構(gòu)含有N原子較多，能夠很好地吸附在金屬表面〔4〕，同時分子結(jié)構(gòu)中的疏水基團能在金屬表面形成一層致密的疏水性保護層，阻礙與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷或物質(zhì)轉(zhuǎn)移，從而具有緩蝕性能。

4 作用機理研究

4.1 實驗方法

乳化液滴穩(wěn)定性實驗：采用Turbiscan動態(tài)膠體穩(wěn)定儀測試加藥前后實驗水樣透光率隨時間的變化情況，再根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算乳化油顆粒直徑變化，研究含聚污水加藥前后的油水乳化特點。

顯微實驗：采用生物顯微鏡觀察加藥前后含聚污水的乳化油滴變化。

4.2 含聚污水加藥前后的乳化油滴特點

圖 3為含聚污水加入凈水劑前后及加入國外同類產(chǎn)品后的乳狀液透光率變化情況。

圖 3 乳狀液的透光率變化
Fig. 3
注: a—加藥前;b—加入凈水劑;c—加入國外同類產(chǎn)品。 

由圖3可見，投加藥劑以前，含聚污水的透光率變化較小，初始透光率為4％，6 h后達到15％。表明隨著時間的推移，乳化油滴少量上浮。加藥后含聚污水的透光率均迅速增加，其中添加ST-1凈水劑的含聚污水初始透光率為30％，最終透光率為72％，明顯高于添加國外同類產(chǎn)品水樣的透光率（4％和63％），且前者乳化油滴聚并上浮的速度明顯高于后者。

對比了含聚污水加藥前、加入凈水劑、加入國外同類產(chǎn)品后的乳狀液顆粒直徑變化情況。由于污水中粒徑較大的油滴易于上浮，因此含聚污水中的乳化油滴粒徑逐漸降低，初始粒徑為0.11，6 h后降至0.09。加藥后，污水中乳化油滴粒徑均降低，其中添加凈水劑的含聚污水初始乳化油滴粒徑為0.07，1 h后即降至0.043，且不再隨時間延長而明顯降低；添加國外同類產(chǎn)品的含聚污水乳化油滴初始粒徑為0.11，4 h后穩(wěn)定至0.052。這表明實驗合成的凈水劑對含聚污水的處理效果明顯優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

4.3 凈水作用的微觀過程

采用生物顯微鏡觀察含聚污水添加凈水劑前后的水樣并拍照，見圖 4。由圖 4可以看到：加藥前，含聚污水的油滴表面有一層水化膜，乳化油滴均勻分布在水中，為穩(wěn)定的水包油型（O/W）乳液；加入凈水劑后，污水中的小油滴逐漸聚集在一起〔圖 4（b）〕，而后油滴表面的水化層消失，界面膜破裂，同一小簇小油滴逐漸長大成一個整體，在蓋玻片及重力作用下變成一片油跡〔圖 4（c）〕。

圖 4 乳化油滴分散狀態(tài)的變化
Fig. 4
注：a—原水；b、c—加藥后。 

5 結(jié)論

（1）針對含聚污水處理困難的情況，合成了新型凈水劑。評價實驗結(jié)果表明合成凈水劑的除油性能優(yōu)良，且具有一定的殺菌緩蝕性能，是一類一劑多效的凈水劑。（2）通過生物顯微鏡觀測了凈水劑的作用過程，該凈水劑確有破乳架橋等作用。具體參見http://szhmdq.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。