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摘 要： 摘要：利用兩級內循環浮選技術處理三元復合驅污水，考察了PAM質量濃度、SDBS質量濃度、污水溫度、供氣量、pH值和水力停留時間對油一水分離的影響。利用顯微鏡成像技術分析油粒數量隨時間的變化規律結果表明，PAM的存在能夠減小SDBS對油一水分離性能的影響，
摘要：利用兩級內循環浮選技術處理三元復合驅污水，考察了PAM質量濃度、SDBS質量濃度、污水溫度、供氣量、pH值和水力停留時間對油一水分離的影響。利用顯微鏡成像技術分析油粒數量隨時間的變化規律結果表明，PAM的存在能夠減小SDBS對油一水分離性能的影響，提高油去除率。三元復合驅污水溫度和初始油濃度對油去除率影響較小，而污水pH值、供氣量和水力停留時間的影響較大。當pH>9.5、供氣量為1.5～2.0m。/h和水力停留時間2.0h時，三元復合驅污水油去除率較高，達到85%以上。顯微鏡成像顯示，油粒直徑在3.O～15.0m范圍，水力停留時間前1.0h中污水中油粒數量減少較多，而后1.0h中減少緩慢。
關鍵詞：油一水分離;內循環;浮選;聚丙烯酰胺(PAM)
隨著大慶油田進入開發中后期，三元復合驅開采逐漸成為其提高原油采收率的重要技術手段。三元復合驅開采是將堿、表面活性劑和聚合物按一定比例配制成水溶液，注入地層后形成原油和水溶液的混合液，然后被開采出來的技術。采出的混合液中除含有油和水基本成分外，還含有堿、表面活性劑和聚合物等物質，使油一水分散體系十分穩定，油一水不容易分離。
目前，油田主要采用重力分離法和氣浮法對含油污水進行預處理，再利用過濾工藝完成后續處理。由于三元復合驅含油污水中殘留表面活性劑和聚合物等物質，污水的黏度大、乳化嚴重、油粒在水中分散程度和穩定性高，使油田預處理工藝分離效率降低，聚合物在過濾器內累積，導致濾料板結，也導致處理后水質遠不能滿足油田回注水質的要求。
浮選技術自2O世紀60年代Tremblay等I1]獲專利后不斷發展起來，并獲得廣泛應用。該技術可極大提高油去除率，但傳統的氣浮工藝不能適用于水質復雜的三元復合驅污水的處理，開發一種新型預處理工藝已迫在眉睫。根據浮選柱分離技術和氣提原理_2]，采用內外浮選柱相互嵌套結構的兩級內循環浮選分離技術，克服了傳統氣浮氣泡和油粒黏附效率低的弊端，在運行方式上可實現氣泡和油粒的多次黏附，極大地提高三元復合驅污水的油水分離效率，在油田三元復合驅和含聚污水處理上具有廣闊的應用前景。
1實驗部分
1.1實驗裝置
實驗裝置由兩級內循環浮選油一水分離器、微型空氣壓縮機、流量計、蠕動泵、數顯剪切乳化攪拌機和溫控系統組成。內循環浮選油一水分離器由下部內外筒嵌套式結構的浮選分離區和上部油～水氣沉淀分離區構成，內筒下部安裝美國Mott公司燒結金屬氣體擴散器。空氣經擴散器分配后進入內筒，使內筒和內外筒間環形空間含氣率不同，產生一定的密度差，形成了內循環流動的推動力。內循環夾帶分散油粒運動，實現了油粒和氣泡的多次碰撞和黏附，產生微氣泡浮選作用口]，強化了油一水分離。同時分離器在構造上采用了兩級串聯，在運行方式上可以實現兩級內循環浮選分離作用。兩級間設置錐形導流罩_6]，可加強液體的內循環流動，從而增加氣泡與油粒的黏附機會，避免了常規浮選柱的霧沫夾帶和返混的缺陷。
分離器主體尺寸為0.2m×1.5m，由有機玻璃制成，有效容積0.04m。。德國THOMAS微型空氣壓縮機(2660CGHI37D)，氣體最大流量3.0/h。配制pH值為9.5的三元復合驅污水，其中油質量濃度(c)為500.0mg/L、聚丙烯酰胺質量濃度(c(PAM))為200.0mg/L、十二烷基苯磺酸鈉質量濃度(c(SDBS))為2O.0mg/L。將配制好的三元復合驅污水注入溶液箱內，利用剪切乳化攪拌機不斷攪拌。采用蠕動泵連續進液，溫控儀控制分離器內三元復合驅污水溫度，每隔30.0min取樣，測定油濃度。主要考察溫度()、水力停留時間(t)、供氣量(q)和初始油濃度()等條件對三元復合驅污水油一水分離性能的影響規律。
1.3油樣及試劑
0號柴油，大慶煉化公司產品;聚丙烯酰胺(PAM)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)，分析純，天津市大茂化學試劑廠產品;NaOH，分析純，天津市津北精細化工有限公司產品;濃硫酸，試劑級，哈爾濱市新達化工廠產品。利用蒸餾水配制1mol/L氫氧化鈉和硫酸儲備溶液。
2結果與討論
2.1三元復合驅污水組成對油一水分離性能的影響
2.1.1聚丙烯酰胺濃度的影響
在pH值9.5、水溫30.0℃、供氣量1.6rn。/h和水力停留時間2.0h的條件下，考察無十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)復合驅污水中聚丙烯酰胺濃度(c(PAM))對油去除率的影響，其結果如圖1所示。
由圖1可見，無十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)復合驅污水的油去除率隨著聚丙烯酰胺質量濃度的增加呈現先增加后減小的趨勢。當聚丙烯酰胺濃度為180.0mg/L時，油去除率最高，達到94.3%。這是因為聚丙烯酰胺是鏈狀高分子聚合物，分子中大量極性基團能吸附水中分散油粒口，使其更加容易與氣泡黏附，因而隨著聚丙烯酰胺濃度的增加，油去除率增加口川。若聚丙烯酰胺濃度繼續增加，鏈狀分子會相互形成網狀結構，使污水黏度增加、氣泡微細并且十分穩定口。。。氣泡數量急劇增加，使內筒和內外筒環形空問的密度差反而減小，導致液體的內循環流量減小，氣泡和油粒間的多次黏附效應受到破壞，導致油去除效率下降。
2.1.2表面活性劑濃度的影響
在pH值為9.5、水溫為30.0℃，供氣量為1.6m。/h和水力停留時間為2.0h的條件下，考察無聚丙烯酰胺復合驅污水中十二烷基苯磺酸鈉濃度(c(SDBs))對油去除率的影響，其結果如圖2所示。
由圖2可見，無聚丙烯酰胺復合驅污水的油去除率隨著SDBS表面活性劑濃度的增加呈現下降的趨勢;當c(SDBS)<120.0mg/L時，油去除率下降較慢，而c(SDBS)>20.0mg/L時，油去除率下降較快，表明SDBS的存在對污水的油一水分離性能影響較大。這是因為SDBS是離子型的表面活性劑，在水中電離成親水一親油基團離子，親水一親油基團離子吸附到油粒表面使其帶有電荷，油粒間的靜電互斥作用會阻止油粒聚并。隨著SDBS濃度的增加，帶電油粒在油一水界面的兩側構成雙電層結構，進一步加強了油粒親水性和排斥作用口。同時表面活性劑存在大大降低了污水的表面張力，使氣泡和油粒間的接觸角增大，氣泡和油粒的黏附性變差，使油去除率隨表面活性劑濃度的增加而降低。
2.1.3聚丙烯酰胺和SDBS共存時的影響
在PAM和SDBS質量濃度分別為180.0mg/L和5.0mg/L條件下，考察PAM和SDBS共存時對復合驅污水油一水分離效能的影響。在pH值9.5、水溫30.0℃、供氣量1.61TI。/h的條件下，測定了水力停留時間分別為1.0和2.0h的油去除率，并與單因素進行比較，其結果列于表1。
從表1可以看出，延長t能夠提高油一水分離效率。與PAM相比，SDBS對油一水分離性能的影響較大，但PAM和SDBS共存時會減小SDBS對油一水分離性能的影響程度。在t一2.0h、PAM和SDBS共存時的油去除率比PAM單獨存在時的油去除率減小，但卻比SDBS單獨存在時的油去除率高。這是因為污水中PAM濃度遠大于SDBS的濃度。PAM長鏈狀高聚物分子的大量極性基團能吸附水中懸浮的油粒和SDBS_l，原本已經架橋的油粒同樣會吸附SDBS，使油粒表面帶上電荷而降低了油水分離效果。然而PAM對含有SDBS的污水具有吸附架橋和絮凝作用，可增加油一水分離效果。
2.2三元復合驅污水pH值對油一水分離性能的影響
在水溫30.0℃、PAM和SDBS質量濃度分別為180.0mg/L和5.0mg/L、供氣量1.6II1。/h條件下，考察污水中pH值對其油去除率的影響，結果如圖3所示。
由圖3可見，三元復合驅污水的油去除率隨pH值增大呈現先下降后上升的趨勢，pH值為中性時油去除率最差。當水力停留時間2.0h時，pH值為2.5的酸性三元復合驅污水的油去除率達到85.7;pH值大于9.5的堿性三元復合驅污水的油去除率大于82.6。
采用XSZ-HS7型顯微鏡觀察堿性條件下三元復合驅污水中油粒的分布，利用PanasonicWV-CP240型數據采集器采集后輸入計算機處理，所得圖像如圖4所示。由圖4可知，堿性條件下三元復合驅污水中的油粒發生凝聚而相互聚集，并且這種聚集方式不同于乳化液中加入含高價金屬離子的絮凝劑產生絮狀物的油粒聚集方式。堿性三元復合驅污水獲得較高的油去除率，可能是堿性條件下油粒問的自我凝聚和浮選效應共同作用的結果。
在酸性條件下三元復合驅污水中的油粒并無此聚集現象，但同樣具有較高油去除率，可能是因為十二烷基苯磺酸鈉是一種弱酸鹽，酸性條件下電離平衡向生成酸分子方向進行，結合了更多的酸根離子，弱化了污水中表面活性劑的作用，使油粒所帶電荷減少，由電效應產生的油粒穩定性減弱，有利于與氣泡相黏和油粒的聚并，從而使酸性條件下油去除率較高。
2.3溫度對三元復合驅污水油一水分離性能的影響
在pH值9.5、PAM和SDBS質量濃度分別為180.0mg/L和5.0mg/L、供氣量L6m。/h和水力停留時問2.0h條件下，考察三元復合驅污水溫度對其油去除率的影響，結果如圖5所示。
由圖5可見，總體上污水溫度對油去除率影響不大。當污水溫度低于30.0℃時，提高污水溫度可使油去除率增大。污水溫度高于30.0℃時，升高污水溫度，油去除率基本不變。這是因為污水溫度升高會減小界面膜的彈性和黏度，降低界面膜的強度，從而增強了氣泡和油粒的黏附以及油粒問聚并作用。然而由于聚丙烯酰胺和表面活性劑的存在，使依靠污水溫度升高形成的界面膜變形和擠壓作用_】。導致的油粒問聚并，以及氣泡與油粒黏附形成的微細氣泡浮選作用有限，所以污水溫度對油去除率影響較小。
相關論文還可參考：污水處理新改革管理方式制度
2.4供氣量對三元復合驅污水油一水分離性能的影響
浮選油一水分離過程是氣一液界面傳質過程，氣泡數量在一定范圍內與供應氣體量成正比，氣泡數量的多少會影響油一水分離效率。在污水溫度30.0。C、pH值9.5、污水中PAM和SDBS質量濃度分別為180.0mg/L和5.0mg/L、水力停留時間2.0h的條件下，考察供氣量對三元復合驅污水油去除率的影響，結果如圖6所示。
由圖6可見，三元復合驅污水油去除率隨供氣量的增加呈現先增加后減小的趨勢。當供氣量為1.7m。/h時，油去除率達到最大;當供氣量小于1.7m。/h時，隨著供氣量的增大污水中氣泡數量增多，內筒與內外筒環形空間的密度差增大，使液體的內循環流量增大l1，內循環的油粒夾帶作用使氣泡和油粒問的多次黏附，并減小了返混現象，從而提高了油一水分離效率;當供氣量大于1.7m。/h時，隨著供氣量的增大污水中氣泡數量不斷增多，導致內筒與內外筒環形空間的密度差減小，液體的內循環流量減小，內循環的夾帶作用大大減弱，氣泡和油粒間的黏附效應減小，從而降低了油去除率。另外，較高的供氣量也使分離器紊流加劇造成筒內乳化液返混劇烈，油粒無法上浮到液面，反而使油去除率下降口。。
2.5初始油濃度對三元復合驅污水油一水分離性能的影響
在污水溫度30.0℃、pH值9.5、污水中PAM和SDBS質量濃度分別為180.0mg/L和5.0mg/L、供氣量1.6m。/h的條件下，考察三元復合驅污水初始油濃度C。分別為145.4、450和937mg/L情況下，油濃度和油去除率隨水力停留時間的變化規律，結果如圖7所示。
