（化学工艺专业论文）油田污水的电渗析处理及在化学驱中的应用.pdf

大庆石油学院硕士研究生学位论文 油田污水的电渗析处理及在化学驱中的应用 摘要 本文针对油田污水配聚问题，探讨了阴阳离子及矿化度对聚合物溶液黏度的影响：指 出阴离子对聚合物溶液黏度没有影响，阳离子是引起聚合物溶液黏度损失的主要原因，应 用双电层理论深入探讨了阳离子浓度、电荷数及阳离子半径对聚丙烯酰胺分子构型的影 响。得出了阳离子对聚丙烯酰胺分子构型的影响规律。且通过流变曲线拟合，得出矿化度 对聚合物溶液流变性影响表现为，矿化度越高，幂律指数越大，稠度系数越小。应用阳离 子影响黏度机理解释了现场清水配聚和污水配聚黏度差异。同时探讨了油、悬浮物、细菌 及几种处理剂对聚合物溶液黏度的影响，指出悬浮物、破乳剂、防垢剂、防蜡剂对聚合物 溶液的黏度均无影响；油、细菌、絮凝剂和杀菌剂使聚合物溶液黏度略有下降。 应用油田污水电渗析处理技术，探讨了油田污水处理的工艺参数。指出电流对电渗析 器的运行过程影响大，操作时工作电流一定要小于极限电流。对于不同矿化度的污水，电 渗析器的极限电流是不同的，矿化度为4 8 6 1 4 m g l 的油田污水适宜的最佳电流为1 7 a ； 且电渗析操作过程中存在一个适宜的流量范围，本装置是在7 0 0 l h 左右；得到了描述本 实验设备的经验模型：i 。= 1 0 6 5 v o ? c ：同时指出油田污水电渗析处理可以有效的去除 污水中的离子：。脱盐率大于8 0 ，最终耗电量为1 7 k w h m 3 ，最终水的电导率低于5 0 0 i t s c m ，具有可行性。并且利用多级处理能够更加有效的节省耗电量。电渗析器处理后的淡 水可以大幅度的提高聚合物溶液的黏度，用于聚合物驱油；浓水用于低碱三元复合体系， 具有良好的驱油效果。 关键词：z 油佃污水：电渗析：聚合物驱：三元复合驱：黏度 a b s t r a e t t h ee l e c t r o d i a l y s i so fo i l f i e l dw a t e ra n dt h ea p p l i c a t i o n i nc h e m i c a lf l o o d i n g a b s t r a c t a c c o r d i n gt op r e p a r i n gp o l y m e rs o l u t i o nb yo i l f l e l dp r o d u c e dw a t e r , t h ee f f e c to fi o n sa n d s a l i n i t yo np o l y m e rs o l u t i o nv i s c o s i t yw a se x p l o r e da n dd i s c u s s e d a n i o n sh a v en oc o n t r i i = u t i o n 幻t h er e d u c t i o no fp o l y m e rs o l u t i o nv i s c o s i t y c a t i o n sa r et h em a i nr e a s o no fp o l y m e rs o l u t i o n v i s c o s i t yl o s s t h ee f f e c t so fc a t i o nc o n c e n t r a t i o n s ，c h a r g en u m b e r sa n dc a t i o nr a d i io nh p a m m o l e c u l a rc o n f i g u r a t i o nd e e p l ye x p l o r e da n dd i s c u s s e db ya p p l y i n gt h em e c h a n i s mo f e l e c t r i c a l d o u b l el a y e r t h ei n f l u e n c i n gr u l eo fc a t i o n so nh a p mm o l e c u l a rc o n f i g u r a t i o nw a so b t a i n e d a n dt h ee f f e c to fs a l i n i t yo nt h et h e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fp o l y m e rs o l u t i o nw a sr e s e a r c h e d 。 t h r o u 曲m a t c h i n gr h e o l o g i c a lc u r v e ，t h er h e o l o g yp a r a m e t e r sa r ec a l c u l a t e d ，t h eh i g h e rt h e s a l i n i t yi s ，t h es m a l l e rt h ec o n s i s t e n c yc o e f f i c i e n ti s ，a n dt h eb i g g e rt h ep o w e rl a wi n d e ：ii s ， a p p l ) i n gt h e m e c h a n i s mo f t h ee f f e c to f c a t i o no n v i s e o s i t y t h ed i f f e r e n c eo f p o l y m e rs o l u t i o n v i s c o s i t yf r o mo i l f i e l df r e s h w a t e ra n dp r o d u c e dw a t e ri se x p l a i n e d a tt h es a m et i m et h ee f f e c t o f - o i lc o n c e n t r a t i o n s , i m p u r i t yc o n c e n t r a t i o n s 、b a c t e r i aa n dk i n d so f t r e a t i n ga g e n t so np o l 驷e r l ，j- s o l i a t i o n v i s c o s i t y a r er e s e a r c h e d i m p u r i t yc o n c e n t r a t i o n s 、d e m u l s i f e r s 、a n t i s c a l i n g a d d i t i v e a n d p a r a f f i ni n h i b i t o rh a v en oi n f l u e n c eo np o l y m e rs o l u t i o nv i s c o s i t y ；o i l ，b a c t e r i a , f l o c e u l a n ta n d b a c t e r i c i d ec a nr e d u c et h ev i s c o s i t y t h eo i l f i e l dp r o d u c e dw a t e rt h a ti s d i s p o s e db ye l e c t r o d i a l y s i si s r e s e a r c h e di nt h e l a b o r a t o r y t h et e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sa r ee x p l o r e da n dd i s c u s s e d 拍ec u r r e n ti sv e r y i m p o r t a n tf o rt h en m n i n gp r o c e s so fe l e c t r o d i a l y s i s s ot h eo p e r a t i n gc u r r e n tm u s tb el e s st h a n l i m i t i n gc u r r e n t t h el i m i t i n gc u r r e n ti sd i f f e r e n tf o rd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nw a t e r t h eo p t i m u m o p e r a t i n gc u r r e n ti s1 7 af o rt h eo i l f i e l dp r o d u c e dw a t e rw h i c hs a l i n i t yi s4 8 6 t 4 m g l ，o p t i m u m f l o wr a t ei s7 0 0 l h t 。e r n = 1 0 ，6 5 v o ”4 e 繇啦ee m p i r i c a lm o d e lw h i c hd e s c r i b et h ee x p e r i m e n t m a c h i n ei sg a i n e d 1 1 1 ee l e c t r o d i a l y s i sc a nl o w e rt h es a l i n i t ym o r e m a da l s oc a r lw i p eo f fa l li o n s 髓ed e s a l t i n gr a t ei sm o r e8 0 a n dt h eu l t i m a t ep o w e rc o n s u m o p t i o ni so n l y1 7 k w h m 3 。t h e , - ! t i m a t ec o n d u c te f f i c i e n c yi sl e s st h a n5 0 0 ”z c m s oi ti sf e a s i b l ef o rt h ee ! e e t r o d i - d y s i st o d i s p o s eo i l f i e l dw a t e r t h a tt h em u l t i p l e s t e pp r o c e s s i n gc a ns a v et h ep o w e rc o n s u m p t i o ni s p o i n t e do u t ，a n dt h eb e t t e rd e s a l i n i z a t i o ne f f e c ti so b t a i n e d t h el o w - s a l i n 耐w a t e rc a ni n c r e a s e t h ep o l y m e rs o l u t i o nv i s c o s i t ym o r ea n dc a nb eu s e di nt h ep o l y m e rf l o o d i n g t h eh i g h s a l i n i t y w a t e ri su s e di nl o w - a l k a l i - c o n c e n t r a t i o na s p s y s t e ma n di n c r e a s eo i ld i s p l a c e m e n te f f i c i e n c y k e y w o r d s ：o i l f l e l dp r o d u c e dw a t e r ；e l e c t r o d i a l y s i s ；p o l y m e rf l o o d i n g ；a s pf l o o d i n g ；v i s c o s i t y 大庆石油学院硕士研究生学位论文 第一章文献综述 。1 聚佥物驱的发鼹及现状 聚念物驱是当前一种日趋成熟的提离采收率技术，在大庆油田已步入工业化应用阶 段，聚食物驱泊豹大囊模推广，为大庆滴酲韵可持续发殿葜定了壑实豹簇穑，萁祝理是将 聚合物溶液注入油层后，由于聚合物溶液的增黏性，增加了驱替相的黏度，并且聚合物襁 演层串存在啜戮秘捧集，增壹羹了渗流避力，簿低了东穗渗透率，滚善了演东滚爱魄，调熬 了注入剖面从而扩大了波及体积；另一方面，由于聚合物溶液黏弹性的作用，进步改耱 了驱油效果。从题提毫了原油鲶聚收率j 。 聚合物驱油起源于2 0 世纪4 0 年代，一直到6 0 年代是聚合物驱油发展的早期阶段。 6 0 年代，p y e 和s a n d i f o r d 提出可通过向水溶波中加入可溶性聚合物来改善油水流度比， 戳期来掇高采收率的方法。后来人们稽继发现并研究了聚合物鹱过程中静一些檄念，诸鲡 不可及孔隙体积、聚合物溶液在孔隙介质中的剪切降解、聚合物溶液的滞留等。s a n d i f o r d l 提篷承熬聚纛攥虢骏 嚣p 勰) 豹效果努予其毽承溶毪聚合兹，掰为帮镬h p a m 奁摄低静浓 度下，也会使水驱采收率获得较大的提高。这期间，聚合物驱油技术在阑外的研究较国内 褥言握对广泛，我国于2 e 世纪6 0 年代嚣始了聚会物驱 凌熬疆突秘试验。 聚合物驱油在美国始于2 0 世纪5 0 年代末。从7 0 年代到1 9 8 5 年，美国共进行聚合物 驱矿场试验1 8 3 次，采收率最高提高8 。6 。此钋，在前苏联的奥尔良油暖和阿尔兰浪田、 加拿大酌h o r s e f l yl a k e 油田和r a p d a n 油田、法国的c h a t e a r e n a r d 油田和c o u r t e n a y 试验区及德国、阿曼等，也都进行了聚合物驱油工业性试验，一般提商原油采收率6 1 7 2 1 ；淘辩，氇有些矿场试验浚成功，冀原因报多，可动漓键帮发低、琢涵黏度赢潋及魄 面处理问题等，其中水质不达标也是造成矿场试验失败的一个重要因素p j 。 2 0 蹩纪7 0 - 8 0 年代，是聚念穆驱演发震熬审麓除段。国外聚台兹驱蘧装零豹觋究裙 显多于我国。在此期间，用淡水配制聚含物溶液在经济和技术上都取得了成功，但由于油 徐大幅度下跌，为了降低生产费翅，发明了一秽注入聚合物的技沭，鼹用产出蛇地层本来 配制聚合物溶液。到2 l 世纪初，国外聚合物驱技术开始发展缓慢，呈下降趋势；而在我 国聚合物驱无论是室内实验，还怒矿场试验都呈迅猛发展趋势，现在已经进入了大规模工 、妲亿应鞠阶段，辩聚合秘驱涵遴行了全掰两又深入的磅究。现在剩瘸污水配制聚合枥豹问 题越来越受到人们的重视，是油田污水的一个重龋的利用途径，其优点是水源充足、方便、 每逢瑶鬣伍经磐，箕不稳因素是污隶熬矿往痉毫往聚合携戆嚣凌大睡瘦下降。蓑晕l 矮酒弼 污水配制聚合物溶液，为了增加聚合物溶液的黏度，可以通过使用高浓、高分子量聚合物， 绞毒是隧低污承矿佳疫戆方法。 本文主要是通过降低污水矿化度的方法，研究了油田污水处理的电渗析方法，同时研 究了油田污水对聚合物溶液黏度的影响。 第一章文献综述 1 2 聚合物溶液的性质 用于聚合物驱油的聚合物有多种类型，主要有：黄孢胶( x a n t h a n ) 、水解聚丙烯酰胺 ( h p a m ) 、丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物( 由两个或两个以上的不同类型的单聚物组成的聚 合物) 、丙烯酰胺与2 一丙烯酰胺2 一甲基丙烷磺酸盐的共聚物( a m a m p s ) 、羟乙基纤维素 ( h e c ) 、羧甲基羟乙基纤维素( c 删e c ) 、聚丙烯酰胺( p a m ) 、聚丙烯酸、葡聚酸、右旋糖 酐、聚环氧乙烷( p e o ) 和聚乙烯醇。虽然现场实际应用只有前三种，但可能还有许多适 用的化学剂。本实验主要使用聚丙烯酰胺。 1 21 聚丙烯酰胺的分子结构 聚丙烯酰胺( p o i y a c r y a m i d e 简称p a m ) 是丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和共聚物的统 称。聚丙烯酰胺是一种线性水溶性高分子，是水溶性高分子化合物中应用最为广泛的品种 之一。p a m 能以各种百分比溶于水，但当浓度高于7 0 时更宜认为是水溶性聚合物。分子 量不影响在水中的溶解性。但是高分子聚合物在浓度超过1 0 时会形成凝胶结构。这是 由于分子间形成氢键的原故。p a m 不溶于大多数有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮、乙醚等。 溶于少数有机溶剂，如乙酸，乙二醇、甘油等。聚丙烯酰胺有非离子型、阴离子型和阳离 子型三类产品，三次采油广泛应用的主要是阴离子型聚丙烯酰胺。图卜l 所示为聚丙烯酰 胺和水解聚丙烯酰胺的结构式【4 j 。 聚丙烯酰胺 ( p a m ) 水解聚丙烯酰胺 ( h p a m ) c h 2 c h 2 图l - lp a m 及h p a m 的结构式( n ，x ，y ，z 表示聚合度) f i g 1 it h es t r u c t u r ef o r m u l ao f p a m a n dh p a m ( n ，墨y za r ep o l y m e r i z e dd e g r e e ) 1 2 2 聚合物溶液的流变特性 聚合物( 聚丙烯酰胺) 溶液中的聚合物分子受到应力的作用时，可以产生流动，这种 流动过程中发生的变形的性质称为流变性，聚合物溶液可以产生两种流动：一种为黏滞流 动，表征聚合物溶液的非牛顿黏性；另一种为黏弹流动，表征聚合物溶液的黏弹特性。因 此聚合物溶液的一个显著特征是具有非牛顿特征，表现为剪切稀化，即表观黏度随剪切速 率的增加而减小，本文主要讨论聚合物流变特性中的黏性问题。图l 一2 为聚合物溶液流变 曲线。 流变曲线包括牛顿段、假塑段、极限牛顿段、黏弹段和降解段。黏度随剪切速率的变 化与高分子在溶液中的形态结构有关。在很小的剪切速率下，大分子构象分布不改变，流 动对结构没有影响，聚合物溶液的黏度不随剪切速率而变化，此即牛顿段；当剪切速率较 大时，在切应力的作用下高分子构象发生了变化，长链分子偏离平衡态构象，而沿流动方 大庆石油学院硕士研究生学位论文 ；i ：或胀塑段i i降；翠段 y 图卜2 流变曲线示意图 f i g i - 2t h es k e t c hm a po fr h e o l o g yc u r v e 向取向，使聚丙烯酰胺分子解缠和分子链彼此分离，从而降低了相互运动阻力，这时表观 黏度随剪切速率而降低。当剪切速率增加到一定程度以后，大分子取向达到极限状态，取 向程度不再随剪切速率而变化，聚合物溶液遵守牛顿流动定律，表观黏度又成为常数，此 即所谓的极限牛顿段。当剪切速率再增加时，主链的相邻键偏离了正常的键角，从而产生 了弹性恢复力，而表现出黏弹性，使表观黏度增加。当剪切增加到足以使高分子链断裂时， 发生了聚合物降解，而使聚合物溶液的黏度降低【| 5 1 。 。描述聚合物溶液流变特性的模式j 良参：主要有m e t e r i 模式、模式、幂律模式等，cross 但描述这种特性最常扇的模式是幕律模式，其本构方程为6 】： “ l 【 ”一 二1 。 2 庀y ” ( o h 1 ) ( 1 1 ) 一， ” ! 式中：为黏度，y 为剪切速率，k 为稠度系数，商为幂律指数。 ： 1 2 3 油田污水对聚合物溶液黏度的影响 。 二1 利用油田污水配制聚合物溶液时j 油田污水存在矿化度高等问题，由于聚合物溶液的 黏度是由溶解在溶剂中的聚合物分子与溶剂共同表现的结果，因此影响聚合物溶液黏度的 因素是多方面的，包括聚合物的浓度、分子量。溶剂的矿化度、金属离子、化学剂、p h 值、温度等。以下内容中讨论了聚合物溶液黏度的影响因素。 1 2 3 1 聚合物溶液的浓度 随着浓度增加，聚合物溶液黏度增加，这是由于聚丙烯酰胺的质量浓度越高，单位体 积内的分子数增加，分子之间相互吸引和相互缠结的能力增强，从而黏度就大；同时对于 聚合物溶液的剪切稀化特性来说，随着聚合物浓度的增加，黏度下降的幅度越来越大，这 是由于随着剪切速率的增加，聚合物分子间的网状结构被破坏( 或部分破坏) ，导致分子 之间的吸引力和柔性分子之间相互缠结的能力减小，故在相同的剪切速率下，溶液的质量 浓度越高，其分子网状结构破坏的越严重，黏度下降的幅度就越大7 1 。 1 2 3 2 聚合物的分子量 图卜3 为不同分子量的聚合物浓度与黏度关系曲线，可以看到聚合物的分子量越大， 黏度越大 g 】。 第一蠹文献综述 ： 叠 昌 ； 03 0 0 6 0 0 9 0 0 1 2 0 01 5 0 0 c p ( m g l ) 困t 一3 举同分子蹙聚合物浓度与黏度关系曲线 f i g 1 - 3t h ec a l v e so f t h ep o l y m e rc o n c e n t r a t i o n sa n dv i s c o s i t yw i t hd i f f e r e n tm o l e c u l a rw e i g h t 1 2 。3 3 矿化度 聚合物溶液的黏度随矿化度的变化邋常称为赫敏性。矿化度增加聚合物溶液的黏度阵 低，这是由于盐- 中和了聚丙烯酰胺基团上的电性。当聚丙烯酰胺溶解于水中时- - c o o n a 蘩霞上静n a + 电鬻，使基鬻呈受邀往。毫离豹n a + 部分激辩在受电基毯辩近，一部分扩 散进入水中，在基团表面分别形成吸附层和扩散层，即双电层。当溶液中加入盐时，溶液 孛阳离子浓疫增热，麸瑟经吸醛鼷戆阳褰予数增麓，程应懿扩教爨毫荮数减少。娄辍离子 浓度增大到扩散层消失时，吸附的阳离予完全中和了基团的负电，旗团表灏的电位达到0 。 隧凑电性中和程度的增加，基团阈的斥力减弱，分子恢复卷曲构象。分子卷越的隧时，将 阳离子周豳的溶剂化层水分子挤掉，使分子线团密度增大。自然卷曲状的分子流体力学等 价球体积最小，与瀣液接触面积最小，故分子问内摩擦力下降至最低限度，溶液黏度降至 鼗低值 9 - 矧。； 1 + 2 + 3 4 金属离子对聚合物浓度黏度盼影响 图i - 4 为不同离子浓殿下聚合物溶液黏度的变化曲线。有关金属离子对聚合物溶液黏 度的影响融经有大量的报道【1 9 _ 24 1 ，聚丙烯酰胺溶液中的酰胺基团谯高温一f 水解生成羧基， 金耩阳离承与之穗l 互雩# 矮强致聚合耪溶液辩疫下降。其中二价阳璃子侵聚合物溶液黏疫下 降的幅度较大。 大庆石油学院硕士研究生学位论文 8 6 4 叠 目 v 。2 o 04 0 0 8 0 0 1 2 0 01 6 0 0 2 0 0 0 图卜4 不同离子浓度下聚合物溶液黏度的变化曲线 f i g 1 - 4t h ec h i v e so f p o l y m e rs o l u t i o nv i s c o s i t yw i t hd i f f e r e n ti o n sc o n c e n t r a t i o n s 1 2 3 5 化学剂 ( 1 ) 抗氧剂 目前r 抗氧剂主要分为两丈类：一类为预防型抗氧剂，它能通过某种方式抑制或减缓 引发阶段自由基的形成；另一类为链断裂型抗氧剂，它通过截夺链增长自由基r 7 或 r 0 2 以中断链增长循环，减缓氧化反应。预防型抗氧剂在阻止聚合物粘度损失方面比链 断裂型抗氧剂更有效( 丙基没食子酸盐除外) ，主要有硫醇、硫代脂肪酸、硫代羧酸等。此 外，芳胺和受阻酚类的抗氧能力是两种作用机理协同效应的结果。目前，国外最常用的除 氧剂主要有亚硫酸盐、对苯二酚、硫脲、二硫代氨基甲酸盐、三甲基对苯二酚等【2 ”。 ( ”抗盐剂 。， 能有效地抑制二价金属离子对聚合物溶液黏度产生影响的抗盐剂有醋酸盐、抗坏血 酸、乳酸、甘醇酸盐、酒石酸盐、丙二酸、柠檬酸盐和e d t a 等。但抗盐剂对聚合物稳 定作用受p h 值的直接影响，在聚合物中加入抗盐剂，须将p h 值控制在一定范围内，否 则聚合物溶液会产生沉澍2 6 j 。； ( 3 ) 杀菌剂 国内外现场使用最多的杀菌剂是甲醛。甲醛作为一种杀菌剂，作用时间长，稳定性好， 还是一种优良的抗氧化稳定剂，具有成本低廉，效果显著的特点。甲醛加醇的杀菌效果要 比单独使用甲醛好，国外甲醛的使用浓度一般为2 0 0 4 0 0 m g l ，但对有二价离子存在的 高温高盐地层，甲醛的稳定性较差。由于甲醛的毒性，近年来在矿场己限制使用。目前现 场所用的杀菌剂多为阳离子季胺盐类及其与氧化物的复配物、1 2 2 7 及其复配物、有机硫 化合物、有机铜盐、有机溴化合物等【2 7 l 。 1 2 3 6 p h 值 p h 值增大有矛b 于使聚丙烯酰胺分子带有更多的负电荷，使其分子更趋伸张，其溶液 黏度增大，反之相反。另外p h 值太高，还会引起聚丙烯酰胺进一步水解。因而p h 值增 加，聚合物溶液的黏度增加，但增加幅度愈来愈小。 第一章文献综述 1 2 3 7 温度 聚合物溶液的黏度随温度的升高而降低，这是因为随着温度的增加，聚丙烯酰胺的分 子在溶液中的运动速度加快，分子间的作用力减弱从而黏度下降。 1 3 电渗析技术 利用油田污水配制聚合物溶液，一方面解决了污水排放带来的污染问题，另一方面也 解决了油田清水来源不足的问题。但油田污水矿化度高，若直接用来配制聚合物溶液，将 使聚合物溶液黏度很大程度的降低，因此首先须将污水进行处理，以减缓聚合物溶液的黏 度损失。除盐的工艺很多，主要有蒸发、结晶、膜蒸馏、电渗析、反渗透和离子交换 2 8 - 3 2 1 ， 本文主要研究的是利用电渗析法处理油田污水。 1 3 1 电渗析技术的发展 电渗析技术是膜分离技术中的一种，它是在直流电场的作用下，离子透过选择性离子 交换膜而迁移，使带电离子从水溶液和其他不带电组分中部分分离出来的一种电化学分离 过程。电渗析技术由于具有能耗低、操作简单、使用寿命长、无污染等特点，广泛地应用 于海水、苦咸水脱盐等。1 9 0 3 年，m o r s e 和p i e r c e 把两根电极分别置于透析袋内部和外 部的溶液中发现带电杂质能更迅速地从凝胶中除去，1 9 2 4 年，p a u l i 采用化工设计的原理， 改进了m o r s e 的实验装置，力图减轻极化，增加传质速率；但直到1 9 5 0 年美国学者j u d a 首次试铝喊功了具有高选择性的离子交换膜后，电渗析技术才进入实用阶段。1 9 5 4 年， 美国、英国等就将电渗析首先用于生产实践中，主要应用于淡化苦咸水、制取工业用水和 饮用水。此后，电渗析技术逐步引入中东和北非。自1 9 5 9 年起原苏联也开始研究和推广 应用。6 0 年代初，日本成功研制出卜l 价离子选择透过膜，从而开辟了电渗析技术的一 大重要应用领域一浓缩海水制盐。随着电渗析技术不断发展及应用范围的不断扩大，电渗 析技术本身也在不断地得到改造和革新。其中经历了三大革新：l 、具有选择性离子交换 膜的应用；2 、设计出多隔室电渗析组件；3 、采用频繁倒极的操作模式。随着对离子交换 膜和传统的电渗析装置的不断革新和改进，电渗析技术进入了一个新的发展阶段。”。 我国的电渗析技术的研究较国外要晚1 0 年左右。1 9 5 8 年起步，6 0 年代初便有小型海 水淡化装置投入试运行；1 9 6 5 年，在成昆铁路上安装了我国第一台苦成水淡化装置；1 9 6 9 年，聚乙烯异相离子交换膜在上海正式投入生产。从此，我国的电渗析技术的发展进入了 大规模推广应用韵新时期。目前，我国的电渗析技术己成功的用于海水淡化、苦咸水淡化 和各种纯水的制备。同时，在废水处理和化工分离领域中的应用也进行了大量的探索性的 工作。 随着电渗析技术的成功，我国目前电渗析技术在主要性能和指标上都较过去有了很大 的突破，就技术特点来讲，有价廉、实用、好管理等，并已广泛应用于工业用水的脱盐、 苦咸水淡化、海水淡化、并在工业废水处理和化工过程的浓缩、提纯、分离、精制中不断 得到发展。因此这更适合我国这样的发展中国家的国情，理应受到重视，使其为我国的经 济建设发挥更大的作用。 大庆石油学院硕士研究生学位论文 1 3 2 电渗析技术的应用前景 近年来，电渗析技术越来越成为一项成熟的技术，由于其特有的优点，使其在食品、 医药和化工等领域中得到广泛的应用1 。随着双极膜电渗析技术和填充床电渗析技术的发 展，使电渗析技术成为新的热门研究领域；并且电渗析技术的应用范围也在逐渐扩大，人 们也研究将电渗析技术应用于处理油田污水的探索性实验0 7 3 ”。在我国，随着近几年的发 展，电渗析技术的主要性能指标都有了重大突破，运行也较稳定。但是，目前我国电渗析 技术用于水的脱盐上较多，而用于废水处理和特种化工分离的较少，这是因为现在用于电 渗析技术上的膜主要是3 0 年前研制成功的聚乙烯异相离子交换膜，成本高，市场狭小， 而未投入生产和应用，使电渗析技术的应用范围受到很大限制。随着制膜技术的改进、新 型电渗析工业装置的出现及现代化工业的分离要求，电渗析技术将得到进一步发展。总之， 电渗析技术作为水处理的一项单元技术，无疑将会获得更进一步的发展，前景是十分可观 的o 】。 第二章油田污水组成对聚合物溶液黏度的影响 第二章油田污水组成对聚合物溶液黏度的影响 2 1 油、悬浮物、细菌对聚合物溶液黏度的影晌 2 1 1 实验试剂 原油：大庆油田采油四厂：悬浮物：污泥。利用原样模拟水( 矿化度为3 9 6 4 5 m g l ) 溶液配制含油聚合物溶液，聚合物溶液的浓度为1 0 0 0 m g l ：聚合物：h p a m ( 水解聚丙烯 酰胺，平均相对分子质量2 5 3 9 万) 。 细菌对聚合物溶液黏度的影响研究中，实验用水为采油四厂污水，其细菌含量见表 2 - 1 ，所配制的聚合物溶液的黏度为1 0 0 0 m g l ，利用紫外灯照射的方法达到灭菌目的，照 射后细菌的含量见表2 2 。 2 1 2 结果与讨论 2 1 2 1 油对聚合物溶液黏度的影响 图2 - 1 为聚合物溶液黏度随含油浓度变化的曲线，采用含油l o o m g l 的污水加热后， 利用蒸馏水稀释不同含油浓度后，测定放置2 h 、5 h 后聚合物溶液的黏度。可以看到在油 的浓度从0 l o o m g l 时，聚合物溶液的黏度变化较大。这主要是由于污油使聚合物分子 不能完全伸展，又有一定的吸附造成的。但含油控制在2 5 m g j lv a t ，影响较小。 图2 - i 不同含油浓度下聚合物溶液黏度变化曲线 f i g 2 - lt h ec u i v f l so f t h ep o l y m e rs o l u t i o nv i s c o s i t yw i t hd i f f e r e n to i lc o n c e n t r a t i o n s 2 1 2 2 悬浮物对聚合物溶液黏度的影响 图2 2 为聚合物溶液的黏度随悬浮物浓度变化的曲线，可以看到在悬浮物的浓度从 o l o o m g l 变化时，聚合物溶液的黏度变化很小，因此认为悬浮物对聚合物溶液的黏度 影响不大。 大庆石油学院硕士研究生学位论文 c m g l 一1 图2 - 2 来同悬浮物浓度下聚合物溶液的黏度变化曲线 f i g 2 - 2t h ep o l y m e rs o l u t i o nv i s c o s i t yw i t hd i f f e r e n ti m p u r i t yc o n c e n t r a t i o n s 2 1 2 3 细菌对聚合物溶液黏度的影响 对比表2 1 和表2 2 可以看到，经过紫外灯照射后细菌基本全部杀死。如图2 3 所示 为灭菌前后聚合物溶液的黏度曲线，其中在6r m i n ( 剪切速率为7 3 4 s 1 ) 下的聚合物溶 液的黏度为：灭菌前3 5 2 m p a s ，灭菌后3 7 1 6m p a s 。可以看到，污水中的细菌灭菌 前后聚合物溶液的黏度有一定的差别，这是因为，由于细菌能够分解聚丙烯酰胺分子链， 从而使聚合物溶液的黏度降低“。 表2 - i 灭菌前细菌含量 t a b 2 1t h eb a c t e r i ac o n t e n tw i t hd i s i n f e c t i o nb e f o r e 袁2 - 2 灭菌后细菌含量 1 h b 2 2t h eb a c t e r i ac o n t e n tw i t hd i s i n f e c t i o na l t e r 第二章油田污水组成对聚合物溶液黏度的蟛响 ￥s 一 霸2 3 灭菌前后不辩剪切速率下聚合物溶液黏度变化曲线 f i g 2 - 3t h er h e o l 0 9 3 c u r v e sf o rd i s i n f e c t i o nb e f o r ea n da f t e r 2 。2 处理剂对聚金物溶液黏发的影晌 2 2 1 实验试剂 防垢剂：d h z 一0 1 ，大庆油田工程设计开发有限公司；絮凝剂：有机；破乳剂：c p 9 0 3 ， 开蒋化工厂：防蜡荆：d f - 0 6 ，大庆浊田工程设计技术开发鹰限公司：杀嫠刺：l y - 2 0 1 ， 藏源纯工厂 聚合物：h p a m ( 水解聚冈烯酰胺，平均相对分予质量2 5 3 9 万) 2 22 实验方案 黄先醚剡原样模拟承浴渡，投攥不固的位学剡及浓度将佳学热翅入凝酝裁黪零滚液 中，利用此溶液配制浓度为1 0 0 0 m g l 的聚合物溶液；使用d v i i + 型b r o o k f i e l d 黏度计 测定其黏发。 2 2 3 结果与讨论 瑟2 - 4 为聚合秘溶液豹秣度涟五耱纯学裁浓发交往熬虢线，霹浚看羁皴羲赛j 、茨蕹裁、 防蜡剂对聚合物溶液黏度赫本无影晌，而絮凝剂和杀菌剂则使聚合物溶液黏度略脊下降， 但撂度不大；对予絮凝裁露杀蓥划使聚合物滚滚嚣发降羝楚由予，h p a m 奁永孛c o o n a 基 团上的n a + 电离，使基团呈负电性。当加入两种化学剂时，溶液中阳离子浓度增加，化学 剂巾的正电可中和聚合物申带负电的酰胺蘩，减少聚合物链间静嗽斥力，使赢分子卷曲程 度增加，与液体接触面积交小，分子闯内摩擦力降低，则溶液黏度下降。 i o 大庆石油学院颁士赶歼究生学位论文 c g l - l 瞬2 - 4 不同处理荆浓度下聚合物溶液的黏度 f i g 2 - 4t h ep o l y m e rv i s c o s i t yw i t hd i f f e r e n tt r e a t i n ga g e n tc o n c e n t r a t i o n s 2 3 离子及矿化度对聚合物溶液黏度的影晌 2 3 1 实验材料及仪器 实验彼器：聚合物溶液黏度测定均采用美国：d v - i i + 型b r o o k f i e 避黏度计。 试剂；n a c l ：分析纯，哈尔滨市化工试剂厂；n a 。c 0 3 ：分析纯，沈阳试剂厂；藤a h c 0 3 分析纯，北京化学试剂公司：c a c i ：2 h 2 0 ：分析纯，北京红星化工厂；c i 。6 h 。0 ；分析 纯，北京红星化工厂：n a 2 s 0 4 ；分析纯，天津市塘沽邓中化工厂：以及n a i 、k c l 、k b r 、 k i 无机试剂。 聚含物； p a m ( 水解聚丙烯酰胺，平均相对分子质量2 5 3 9 万) ；实验用水为大庆油蹬 不同地点取样的污水，其离子组成和矿化度见表2 - 3 ，实验中配制模拟水时用的水质数据 如表2 - 3 中所示的平均值，两配镧原样模拟承所需要的六种无机盐类及英浓度见表2 - 4 。 矿化度对聚合物溶液黏度影响实验中聚合物溶液的浓度为1 0 0 0 m g l ，温度为4 5 ， 黏度测量时黏度计的转速为6 r m i n ，即剪切速率为7 3 4 s 。实验通过研究电渗析器处理前 后的三种不同矿化度的污水讨论矿化度对聚合物溶液黏度的影响。 表2 - 3 油孵污水水质分析数据( m g l ) t a b 2 - 3t h er e s u l t so f w a t e ri o nc o m p o n e n ta n a l y s i s 第二章油田污水组成对聚合物溶液黏度的影响 表2 - 4 配制模拟水的盐粪及浓度( m g l ) t a b 2 - 4t h es a l t sa n dc o n c e n t r a t i o n sf o rp r e p a r a t i o nm o d e l i n g ( m g l ) 2 3 2 鞠鬻子对聚食物溶滚黏痉酌影晌 图2 - 5 为聚合物溶液黏度损失率随阳离子浓度的变化曲线，可以看到，在阳离子浓度 稿阐簿清况下，n a c t 、n a h c o 。、n a 2 c 0 3 和n a ：s 0 4 便聚合物溶液黏度降 氐舀分率基本相同， 因此对聚食物溶液的黏度影响相同。这说明阴离予对聚合物溶液黏度没有影响。 e m g l 。 强2 5 聚合耪溶液黏魔损炙率透阳离子浓度变纯赫线 f i g 2 - 5t h ec u r v e so f t h ep e r c e n t a g el o s so f t h ep o l y m e rs o l u t i o nv i s c o s i t y w i 嘲d i f i e r e n tc a t i o nc o n c e n t r a t i o n s m m o l l 一1 图2 - 6 不同物质的量浓度下聚合物溶液的黏度曲线 f i g 2 - 6t h ec n l v e so f t h ep o l y m e rs o l u t i o nv i s c o s i t yw i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n s 图2 - 6 为卤族盐类对聚合物溶液黏度影响曲线。随着阳离子浓度增加聚合物溶液黏度 火庆石油学院硕士研究生学位论文 降低，服降低的幅度基本相同，进一步诞实阳离予相同时，阴离子对聚合物溶液黏度没影 响。即阴离子对聚合物溶液的黏度没有贡献，聚舍物港液黏度的变化主要来自阳离子。 c a 2 + 和m g 蟹对聚合物溶液韵黏旋损失较n a + 大，因魏二价阳离子对聚合物物溶液的黏度 影响较大。下面详细探讨阳离予的影响机理。 2 3 3 阳离子对聚合物溶液黏度的影晌 为了对魄c 矿+ 和髓9 2 + 对聚合物溶滚黏度的影响幅度，强2 - 7 绘铡了c a c i ：秘m g c i ；联耱 物质在不同物质的量浓度下聚合物溶液的黏度鞠线，由于阴离子对聚合物溶液的黏度没商 影响，可以知道在相同的阳离予浓度下，m 9 2 + 对聚合物溶液黏度影响更大一些，因此表明 对于金璃阳离子使聚合物溶液辩度损失大小次垮为m g ”、c a + 、n a + 。 m t o o l l 一1 图2 - 7 不嚣蘩菠酶量浓嶷下聚合物溶液秘黏度强线 f i g 2 _ 7t h ec u r v e so f t h ep o l y m e rs o l u t i o nv i s c o s i 峨w i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n s ( a ) ( b ) 胬2 - 8 聚雨烯酰胺分子及箕双电层示意图 f i g 2 - 8 t h es k e t c h m a p o f t h e m o l e c u l a r o f h p a ma n de l e c t r i c a ld o u b l e l a y e r 粥离子对聚合物溶液黏度影响可以通过阳离子影响聚丙烯酰胺分子链双电层理论来 解释( 见图2 - 8 ) ，阳离子浓度和离子半径( 表2 - 5 ) 影响双电层的厚度，而双电艨厚度( 见 1 3 第二章油刚污水组成时聚合物溶液黏度的影响 公式2 1 及2 2 ) 的改变会影响聚_ 丙烯酰胺分子带电程度和褥曲程魔进而影响聚合物溶液 蛉懿度。电糖数相同的阳裹予，如骐g ”和c a + ，e 分+ 豹离予半径( o 。9 9j ) 大于m g ”的离 子半径( 0 8j ) ，籀应的s t e r n 层较厚，从而电势下降豹较馒，也就是聚丙烯酰胺分子卷 曲的程度较小，即聚合物溶液的黏度下降的较小。电荷数相同的k + 的离子半径( 1 3 3j ) 积n a + 豹离子睾径( 0 。9 5j ) 对嚣浚影确税瑗类钕。电蘅数不同的黼离子，知辩0 帮e f + ， 离子半径相差不大，丽电荷敫增加扩散层厚度变小，也会使双电层脬度变薄。聚丙烯酰胺 分子卷麴赘程度增大，表瑗为聚台穆溶液嚣疫降低懿旗度较大。疆蕊子浓凄、电芬及其鬻 离予半径的大小决定聚合物溶液黏殿降低幅度的大小。 表2 - 5 各锋离子静拳径 t a b 2 5i o n sa n dr a d i i 群长学 j 2 l 政r j ( 2 一1 ) m = m o e 一 ( 2 2 ) 其中为农溶液内鄢( 中= o ) 的单位体积溶液中，种离子驹数目，盈为其价数，茁为双电 层厚度的倒数；( 2 2 ) 式表明，扩散层的电势随离表面的距离增加而呈指数下降，下降的 侠羧由茁褥大小决定，茁是一个极豢要静物疆量，它其有长度1 豹困次。由( 2 一1 ) 斌知道 对于对称电解质，双电层厚度与0 。) ”2 及z 成反比。电解质浓度或价数的增加都使彤增大， 双嚷层变薄，结果霞毫势藏蹑离下鼯雩霉抉。 2 3 4 矿化縻对聚台物溶液黏度的影晌 y s 一。 圈2 - 9 不同拳对的f l p a m 溶液剪切流变曲线 f i