采油廢水 油水分離技術分析指南
理論上破乳劑多應用于原油脫水，絮凝劑主要應用于污水除油〔3〕。但大量室內試驗及現場經驗表明，同時使用這兩種藥劑將取得更好的油水分離效果〔4〕。筆者對SAGD采油污水水質特性及乳化特性進行了分析，開發出對O/W型乳狀液具有高效破乳性能的藥劑，考察了不同破乳劑的處理效果，確定最佳破乳劑的投加類型及投加量，污水處理后可達到油田回注水水質標準。
1 試驗部分
1.1 試劑、材料和儀器
SAGD采油污水取自國內某油田公司。無機破乳藥劑1#(硫酸鋁)、2#(硫酸鋁與過硫酸銨混合)、3#(硫酸鐵與過硫酸銨混合)、4#(硫酸鐵)均為中國石油大學(北京)環境中心自備藥劑，陽離子聚丙烯酰胺PAM 1#(63635)、PAM 2#(53810)、PAM 3#(AF6450)均為陰離子聚丙烯酰胺PAM4#(AC6260)、PAM5#(AC8360)、PAM6#(AC8830)均為 陽離子聚丙烯酰胺，聚合氯化鋁PAC及聚合硫酸鋁PAS均為分析純。
儀器：JYW-200型表面張力儀，承德大加公司;Zetasizer Nano ZS分析儀，麥克默瑞提克(上海)儀器有限公司;754紫外-可見分光光度計，上海舜宇恒平科學儀器有限公司;OIL460型紅外分光測油儀，北京華夏科創儀器技術有限公司。
1.2 分析方法及試驗方法
受時間及溫度等條件影響，現場取回水樣放置后會出現輕微沉淀現象，但由于該采油污水乳化穩定性強，放置較長時間及溫度變化對其水質穩定性影響較小。同時每次取樣前都對采樣容器進行充分震蕩，且水樣從采樣容器轉移至燒杯過程中采取少量、多次、折返加樣的方式，盡量保證試驗水樣水質的均一性及穩定性。采油污水的各項水質分析指標、分析方法參考《水和廢水監測分析方法》(第4版)。
在采油污水乳化特性測定中，采用表面張力儀測定表面張力，采用庫倫特粒度儀測定粒徑分布及平均粒徑，采用Zeta電位儀測定Zeta電位。
破乳試驗：取國內某油田采油污水乳狀液，在65 ℃(該油田原油的密度在溫度>40 ℃時小于水的密度，污水溫度>90 ℃時有毒有害物質易揮發)水浴中恒溫0.5 h，加入破乳劑，用電動攪拌機攪拌均勻，靜置一定時間，測定破乳后水中的油。
絮凝試驗：在燒杯中加入1 L經破乳處理后的水樣，快速攪拌下(200 r/min)加入一定量的絮凝劑，繼續快速攪拌1 min，然后慢速攪拌(40 r/min)15 min，靜置沉降30 min，取上清液測定水樣中的油、懸浮物。為盡量模擬現場條件，絮凝溫度為55 ℃。
2 結果與討論
2.1 油田采油污水水質特性
由于受到原油中膠質、瀝青質、驅油劑以及地層天然顆粒物等影響，油田采油污水的水質各異且比較復雜，處理難度較大，回注效率低。對SAGD采油污水進行了常規的水質分析，充分了解油田采油污水的水質特性，見表 1。
如表 1所示，該采油污水含油高達15 000 mg/L以上，懸浮物高達20 000 mg/L以上，硫近300 mg/L，電導率接近2 000 μS/cm，同時污水中的Fe2+含量較高。較高的Fe2+會導致水滴聚結及水滴與水相間的融合變得困難，逐漸在油水界面層區域形成油水過渡層，增強水樣的乳化穩定性〔5〕。2.2 油田采油污水的乳化特性
從污水水質來看，SAGD采油污水乳化現象嚴重，這不僅會增加處理難度，甚至會影響正常生產。為充分了解SAGD采油污水的乳化程度，對其乳化特性進行了分析，結果如表 2所示。
表 2數據表明該污水乳化程度嚴重。污水表面張力小于蒸餾水的表面張力，說明采油污水存在一定程度的乳化現象;油珠平均粒徑<100 μm，僅通過重力沉降來達到油水分離的目的很困難;油珠Zeta電位是對顆粒之間相互排斥或吸引力強度的度量，SAGD采油污水的Zeta電位為-9.23 mV，負電性很強，當乳化體系中小油珠表面的負電性越來越強時，靜電排斥力越大，體系更加穩定。
2.3 油田采油污水的破乳-絮凝處理效果
(1)破乳劑的篩選。因SAGD采油污水乳化穩定性較強，試驗選取PAM1#~PAM6# 以及無機藥劑1#~4#來篩選破乳劑。在破乳溫度為65 ℃、停留時間為1 h時，根據水樣表觀特征及部分試驗數據選擇高效藥劑，結果如表 3所示。
當PAM1#~PAM6#投加量為20 mg/L時，處理后的水樣無明顯變化，同樣，當無機藥劑1#與4#投加量為1 000 mg/L時，處理后的水樣也沒明顯變化，說明無論是PAM藥劑或無機藥劑1#、4#都對SAGD采出污水的破乳效果較差;無機藥劑2#投加量為1 000 mg/L時，破乳后水樣含油959.8 mg/L，除油率為94.8%，無機藥劑3#投加量為1 000 mg/L時，破乳后水樣含油1 215.5 mg/L，除油率為93%，此兩種無機藥劑對于SAGD采油污水的破乳有較高的處理效率。
(2)投加量的確定。在破乳劑篩選試驗中，雖然無機藥劑2#與3#破乳效率較高，但1 000 mg/L的投加量也已超出了工程應用范圍。通過試驗減少2種破乳劑的投加量并考察其破乳效率，破乳溫度為65 ℃，停留時間為1 h，結果如圖 1所示。
圖 1 無機藥劑投加量對破乳后水樣含油的影響
圖 1表明，隨著2種無機藥劑投加量的減少，破乳后水樣含油逐漸升高;藥劑投加量在650~1 000 mg/L范圍內時，含油量變化平緩，但投加量<650mg/L后，含油量呈直線上升趨勢。
當停留時間為2 h、無機藥劑2#投加量為500 mg/L時，處理后水樣含油可降至2 258.6 mg/L，與停留時間為1 h、藥劑投加量為650 mg/L的破乳效果相當，如圖 2所示。當停留時間為2 h，藥劑投加量<500 mg/L時，破乳后水樣含油量上升迅速。為減少藥劑的用量，最優選擇為無機藥劑2#、停留時間為2 h
(3)絮凝劑復配試驗。在破乳溫度為65 ℃、停留時間為2 h時，投加500 mg/L的無機藥劑2#，破乳后水樣含油2 258.6 mg/L，遠遠高于油田回注水的水質標準要求，擬與絮凝劑進行復配試驗。選用絮凝劑PAM1#~PAM6#進行絮凝試驗，結果表明，PAM6#對破乳后的SAGD采油污水絮凝效果較好�？疾霵AM6#投加量對絮凝效果的影響，如表 4所示。
由表 4可見，當PAM6#投加量在2 mg/L以下時，絮凝效果一般;投加量達到2 mg/L后，水樣絮凝效果明顯，小油珠及懸浮物迅速上浮，水樣變得清亮;當投加量達到2.5 mg/L時，絮凝后水樣含油27.0 mg/L，懸浮物為9.8 mg/L，根據油田采油污水回注水控制標準(懸浮固體 < 10.0 mg/L，油 < 30 mg/L)，達到了油田回注水的水質標準要求。
3 結論
針對SAGD采油污水乳化現象嚴重、穩定性高的特點，篩選出合適的破乳劑與絮凝劑，并進行復配試驗研制出復合型藥劑，使其達到油水分離的目的。(1)SAGD采油污水的油、懸浮物、硫等均偏高，其中較高的Fe2+會增強污水乳化穩定性。(2)該污水乳化程度嚴重，油水分離較難;同時該污水體系中油珠負電性很強，導致乳化體系非常穩定。(3)試驗結果表明，當破乳溫度為65 ℃、停留時間為2 h時，投加500 mg/L無機藥劑2#，在破乳后水樣中投加2.5 mg/L的PAM6#后，絮凝效果明顯，處理后水樣達到油田回注水的水質標準要求。
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