含聚含油污水分离试验研究.doc

中 国 矿 业 大 学本科生毕业论文姓 名： 马银洁 学 号： 06042298 学 院： 化工学院 专 业： 应用化学 设计题目： 含聚含油污水分离试验研究 专 题： 指导教师： 李小兵 职 称： 讲师 2008 年 6月 徐州中国矿业大学毕业论文任务书学院 化工学院 专业年级 应用化学2004级 学生姓名 马银洁 任务下达日期：2008年 2月 25日毕业论文日期： 2008年 2月 25日至 2008年 6 月 20 日毕业论文题目：含聚含油污水分离试验研究毕业论文专题题目：毕业论文主要内容和要求：院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要目前我国许多大油田均已处于开发晚期，由于聚合物驱油技术在油田的广泛应用，使油田采出的含油污水中含有大量的聚合物，含油污水的处理难度加大，同时，这些含聚污水的回注也会对油田开发产生储多不利的影响。因此，研究含聚含油污水的分离技术对于油田生产意义重大。本文主要论述了含聚含油污水的来源，危害和国内外处理含聚含油污水的现状。通过对几种处理方法的综合比较，选择气浮法分离含聚含油污水。本文以取自胜利油田的含聚含油污水为研究介质，选用宁夏太西的无烟煤为浮选剂，分别对浮选机的搅拌速度、搅拌时间、充气量、煤量和煤粒级等五种影响因素做了实验研究，讨论了它们的浮选结果。然后通过正交实验，确定搅拌速度对分离效果影响最大，搅拌时间次之；搅拌速度为1902r/min时分离效果最好。最后用浮选柱的几组实验，证明选用无烟煤为浮选剂，用气浮法分离含聚含油污水是可行的，经分离后的水中的含油量达到了要求，除油率达99%。关键词：浮选机； 含油污水处理； 油水分离剂ABSTRACT At present, large oil fields in China have been many in the development of advanced, as polymer flooding technology in the wider use of oil, oil field recovery of oily wastewater containing a large number of polymers, oily wastewater difficult to deal with the same time, those with Sewage back-Note will have a reserveoir of oil field development more adversely affected. Therefore, research with the oily Water-separation technology for the oil production of great significance. This article discusses-oily wastewater containing the source of harm and treatment at home and abroad-including the status of oily wastewater. Through several integrated approach, the choice of air-oil separation of sewage. This paper from the Shengli Oilfield-oily wastewater containing medium for research, too Ningxia West selection for the flotation of the anthracite, respectively, on the flotation of the mixing speed, stirring time, the inflatable volume of coal and coal-five tablets of the factors that affect the experimental studies, they discussed the results of the flotation. Then orthogonal experiment to determine the speed of the stirring effect of the largest separation, followed by stirring time; mixing speed of 1902 r/min, from the best effect. Finally, through flotation column, in several experiments to prove that selection for the flotation of anthracite, with air-oil separation of sewage is feasible, after the separation of the oil content of the water to the request, the degreasing rate is 99%.Keywords: flotation machine；oily water treatment； oil/water separation agent目 录1 引言11.1 课题研究的背景11.1.1含聚含油污水的来源11.1.2 含聚含油污水的性质21.1.3 含聚含油污水的危害51.2 含聚含油污水处理技术国内外研究现状61.3 课题研究的内容112 实验仪器、药品及方法122.1 实验仪器122.2 实验药品122.3 实验方法122.3.1紫外分光光度计测定原油标准曲线122.3.2浮选机分离含聚含油污水142.3.3浮选柱分离含聚含油污水142.3.3.1旋流-静态微泡浮选柱除油的基本原理143含聚含油污水分离技术研究173.1含聚含油污水性质分析173.2含聚含油污水分离实验173.2.1含聚含油污水浮选机分离实验结果及分析173.2.2含聚含油污水浮选柱柱分离实验结果及分析253.2.3 本章小结264结论28参考文献29英文翻译314 结论45致 谢47 中国矿业大学2008届本科生毕业论文 第50页1 引言 石油是发展石化工业的基础原料，同时也是国家的重要战略物资，关系到国民经济的全局。同时，由于石油是一种不可再生的能源，石油采收率不仅是石油工业界，而且是整个社会关心的问题。1.1 课题研究的背景1.1.1含聚含油污水的来源石油开采可分为三个阶段，一次采油是依靠地层能量进行自喷开采，产量约占储藏量的5%20%:在地层能量释放以后用人工注水或注气的方法，增补油藏能量，维持地层压力，使原油得到连续开采，称之为二次采油，其采收率约为15%20%；当二次采油开展几十年后，剩余油以不连续的油块被圈捕在油藏砂岩孔隙中，此时采出液中含水85%90%，有的甚至高达98%，这时开采己没有经济效益。为此约有60%70%的原油只能依靠其它物理和化学方法进行开采，这样的开采称之为三次采油1。目前我国大多数油田均已处于开发晚期，采出液含水率高达90%以上，全面开展三次采油迫在眉睫。另外我国己经成为石油净进口国，而且进口额将逐年大幅增加，而我国三次采油技术正处于发展阶段，还很不成熟，有许多值得我们深人研究和探讨的东西，这就对三次采油技术提出了挑战。实践证明三次采油能增加采收率12.4%，增加的可采储量相当于全国目前剩余储量的56%，若此潜力挖掘出来，相当于我国可采储量提高一倍以上，为此，发展三次采油是我国石油开采的必经之路。自1986年以来，三次采油技术已列入国家重点科技攻关项目中，既重视了室内研究，又安排了现场试验，并在许多油川大规模实施，使我国的三次采油技术有了很大发展。三次采油主要包括碱驱、微乳液驱、聚合物驱、复合驱等方式。聚合物驱主要是向注人水中添加增稠剂，提高水的黏度，从而降低流度比，扩大波及体积，改善驱油效率。现在常用的聚合物是聚丙烯酞胺和生物聚合物。目前聚合物驱油技术已经取得了突破性进展，为中国石油可持续发展做出了重大贡献，但随着聚合物驱规模的不断扩大，在聚驱采出液处理上遇到了很多困难。与油田常规的回注污水相比，聚合物驱采出污水具有黏度高、油水乳化严重、携带固体悬浮物能力强、油滴和固体颗粒上浮或下沉阻力大、对化学处理剂的吸附损耗严重等特点，处理难度非常大2。近年来，国内外大量研究和报道显示，聚合物驱采出液处理技术已成为油田水处理的焦点和难点，但目前尚未建立有效的相关处理技术。因此，优化聚合物驱采出液处理工艺，研制新型高效的油水分离剂已成为以后工作的重点。1.1.2 含聚含油污水的性质由于采油方法、原油特性、地质等条件不同，油田采出水的水质各异，但又有共性。表1-1为油田采出水的特征3。表1-1 油田采出油的特征指标特征危害含油量含油量高，一般在1 000mg/L以上回注堵塞地层，外排造成污染悬浮物悬浮物含量高，颗粒细小，沉降缓慢容易造成地层堵塞矿化度矿化度高，一般在1 000mg/L以上，最高可达14104mg/L加速腐蚀，给废水生化处理造成困难结垢离子含有Ca2+、Mg2+、HCO3-、Ba2+、Cr2+等容易在管道、容器中结垢有机物含有原油和采油过程中的各种化学药剂有利于微生物繁殖，造成腐蚀和堵塞微生物常见有铁细菌、腐生菌、硫酸盐还原菌等容易腐蚀管线，堵塞地层由于原油特性、采油方式等不同，油田采出水各具有特殊性。聚合物驱由于高分子聚丙烯酰胺的存在，粘性增大，油水分离缓慢；三元复合驱不仅含有聚丙烯酰胺，还含有碱和表面活性剂，采出水粘性大，乳化严重，油水很难靠自然沉降分离。 国外在聚合物驱方面开展的研究工作主要集中在室内驱油试验上，在已开展的为数不多的小规模矿场试验中采取了将聚合物驱采出液与水驱采出液混合处理的方法，没有感受到聚合物驱采出液与常规水驱采出液在油水分离上存在的显著差别，在聚合物驱采出液性质和处理技术上开展的研究工作很少，尚未有文献报道4。国内的大庆油田和胜利油田在20世纪90年代末相继开展了一些大规模聚合物驱矿场试验。在采出液和含油污水油水分离技术方面也开展了一些研究工作，开发出了适合聚合物驱采出液的破乳剂，基本上解决了聚合物驱采出液的油水分离问题，在聚合物驱采出液和含油污水性质及油水分离机理方面也开展了较为系统的研究工作。 康万利5等针对大庆油田三元复合驱采出液性质和破乳机理开展了包括采出水表面压、采出水表面膜中驱油剂的状态、采出液平衡界面张力、聚合物对O/W型和W/O型原油乳状液的稳定作用、采出液油膜和水膜强度、采出液粘度、W/O型采出液中水珠粒径分布、破乳剂对采出液平衡界面张力的影响、破乳剂对水相表面压的影响、破乳剂对采出液油膜和水膜强度的影响等在内的研究工作，所得出的研究结论包括： （1）三元复合驱采出液具有良好的稳定性，原油乳状液的粒径分布随时间变化不大，平均粒径在1m-10m之间。三元复合驱采出原油乳状液的类型随驱替进行有较大的变化。开始以W/O型为主，随三元组分的推进，采出液乳状液类型变得复杂，由油包水（W/O）型向水包油（O/W）型及多重型过渡。 （2）三元复合驱采出液体系的界面张力较低（10-5N/m）。界面张力降低对乳状液稳定是一个有利因素。聚合物和表面活性剂对三元复合驱乳状液均有一定的稳定作用。表面活性剂对油膜和水膜均有稳定作用，聚合物对稳定油膜的影响不显著，但显著提高水膜强度，即对稳定水包油型乳状液更有利。 （3）破乳剂不仅能降低水驱或二元(PAM+NaOH)体系/原油间的界面张力，而且能升高三元体系的油水界面张力；说明在这些情况下，破乳剂均有能力吸附到界面上。破乳剂的破乳能力与它的界面活性无对应关系。破乳剂在界面上的吸附能力及削弱界面膜强度的能力与其破乳能力密切相关，破乳剂降低界面膜强度的能力越强，其破乳效果越好。 （4）破乳剂的破乳机理之一为破乳剂分子部分顶替乳化剂分子并显著降低界面膜强度。吴迪6等从油水体相性质和界面性质出发系统研究了O/W型三元复合驱采出液的乳化和破乳机理，通过室内试验研制了适合O/W型三元复合驱采出液热化学脱水的破乳剂，所得出的研究结论包括： （1）化学驱采出液中残留的碱、表面活性剂和聚合物导致采出液油水乳化严重，油水乳状液稳定性增强，油水分离难度加大。 （2）O/W型化学驱采出液的乳化机理为油珠在作用其上的粘性剪切应力的作用下发生破裂，其中采出液中残留的碱和表面活性剂使油水动态界面张力大幅度下降，使油珠抵抗变形的能力下降，容易发生变形和破裂；采出液中残留的聚合物使水相粘度增大，使作用在油珠表面上的粘性剪切应力增大，导致油珠破裂趋势增强；高碱浓度下，碱不仅使油水界面张力降低，还显著降低油水界面的剪切粘度和剪切弹性模量，使油水界面的流动能力增强，导致油珠在粘性剪切应力作用下的内环流增强，容易发生破裂。 （3）O/W型化学驱采出液稳定性随其中残留的碱、表面活性剂和聚合物含量增大而增强的主要原因是残留的碱、表面活性剂和聚合物造成化学驱采出液油珠粒径减小，乳化程度增大。 （4）O/W型化学驱采出液的稳定机理为：碱、表面活性剂和聚合物造成O/W型化学驱采出液乳化程度增大油珠粒径减小，使油珠上浮速度和聚结速率下降，同时也使油珠聚结过程中被束缚在油相中的水滴粒径减小，造成O/W型化学驱采出液破乳后上层W/O型乳化原油的稳定性增强；聚合物对化学驱采出液水相的增粘作用使油珠上浮和水膜排液速度降低；部分碱和表面活性剂浓度区域内碱和表面活性剂对油水界面张力的降低作用使油珠聚结过程中两油珠之间的平板液(水)膜面积增大，进而使水膜变薄和油珠聚结的速率下降；高碱含量下，碱对油水扩散双电层的压缩作用使油水界面上吸附的原油中的天然界面活性物质、碱与原油中天然物质反应生成的界面活性物质及表面活性剂偏向油相一侧，所产生的空间位阻使O/W型化学驱采出液破乳后所形成的W/O型乳化原油中的水滴聚结困难。 （5）O/W型化学驱采出液可采用热化学脱水工艺实现油水分离，其热化学破乳机理为破乳剂吸附到油水界面上顶替原油中的天然界面活性物质、碱与原油中天然物质反应生成的界面活性物质和表面活性剂，降低油珠表面的负电性和油珠之间的静电排斥力，促进油珠之间的聚结，使油珠上浮速率加大并使O/W型化学驱采出液分层后所形成的油珠浓缩层内油珠粒径增大，使得油珠聚结过程中被束缚在油相中的水滴直径增大，结果使所形成的W/O型乳化原油的稳定性下降，容易破乳。 （6）化学驱采出液的相分离过程可分为油珠上浮、油珠聚结和水滴沉降三个相互平行和互相衔接的子过程。 （7）O/W型化学驱采出液中残留的阴离子型部分水解聚丙烯酰胺对油珠有显著的聚集和聚结作用，这种作用随聚丙烯酰胺浓度增大而增强，表面活性剂及表面活性剂与碱的协同作用可显著降低聚丙烯酰胺对油珠的聚集和聚结作用。 邓述波7等系统研究了三元复合驱含油污水的稳态和失稳机理，通过室内试验研制了一个针对三元复合驱含油污水的油溶性反相破乳剂配方，所得出的研究结论包括： （1）聚合物（聚丙烯酰胺）对三元复合驱含油污水的油水分离具有有利和不利两方面作用。有利作用是聚合物能促使污水中分散的油珠絮凝、聚结，尤其是在表面活性剂含量少时，聚结效果明显；不利作用是聚合物增加污水粘度，降低油珠上浮速度，增加聚结过程中油珠间水膜的强度。当聚合物在污水中的浓度小于1000mg/L(聚合物的分子量为272万)时，聚合物有利作用大于不利作用，有利于三元复合驱含油污水的油水分离。 （2）三元组分同时存在时，由于聚合物的絮凝作用，油珠呈现“葡萄串”状凝聚体，且聚合物浓度越大，分子量越大，凝聚体体积越大。 （3）表面活性剂能增加油珠的稳定性，增加了三元复合驱含油污水的处理难度。表面活性剂单独存在时，对含油污水含油量影响最大，随着聚合物和碱浓度增加，表面活性剂对油水分离难度的影响减小，国产表面活性剂比进口表面活性剂ORS-41更能使油珠稳定。 （4）碱能和原油中的有机酸反应生成表面活性物质，在污水中通过增加水膜强度增加油珠聚结难度。 （5）三元复合驱含油污水的稳定机理为：污水中油珠初始粒径小和油珠在浮升过程中难以聚结是三元复合驱含油污水难以处理的主要原因。油珠粒径小使其很难克服其它油珠浮升、水流动所带来的影响而浮升去除。阻止油珠聚结的原因是表面活性剂（天然表面活性剂、碱和原油中的有机酸反应生成物、添加的表面活性剂）能吸附在油水界面上降低油水界面张力，增加电位，增强了油珠聚结时排除的水膜强度。 （6）絮凝法尽管可以处理三元复合驱含油污水，但存在絮凝剂用量大，处理后有粘性凝胶生成等问题，在实际生产中难以应用。 （7）破乳法可以用来处理三元复合驱含油污水，油溶性破乳剂的破乳效果明显优于水溶性破乳剂。油溶性破乳剂DODY68适合处理三元复合驱含油污水，其最佳应用条件为：破乳剂DODY68溶于二甲苯，浓度为5%，破乳剂使用浓度为50mg/L。当污水中三元组分的含量为聚合物500mg/L，表面活性剂ORS-41 200mg/L，碱1000mg/L时，自然沉降4h，污水含油量降为83mg/L，远远低于空白含油量233mg/L。（8）破乳剂DODY68使三元复合驱含油污水中的油珠失稳的机理为破乳剂分子在有机溶剂的作用下迅速扩散到油水界面，强制性地排挤原有的表面活性剂分子，降低水膜强度；破乳剂的超大分子不仅能在油珠间完成架桥作用，还能利用自身的亲油疏水作用排除水膜，从而使油珠能在较短时间内完成聚结，生成大油珠。上述关于化学驱采出液和含油污水性质的研究结论对化学驱采出液和含油污水处理药剂、设备和工艺的开发具有重要的理论指导意义。1.1.3 含聚含油污水的危害1.1.3.1含聚污水回注对油田开发的影响（1）水驱系统见聚后对地面工艺系统的影响8。随着水驱见聚浓度的逐渐增大，含聚污水回注给水驱各系统带来了一定的负面影响。以注聚较早萨北北二西为例，对油气集输系统以及注水污水系统都会产生影响，主要表现在:一是除油罐除油能力下降。二是过滤罐处理效果变差，滤料失效快。三是回收水系统对过滤产生影响。（2）水驱见聚后对地层产生的影响。从室内岩芯试验和生产过程中动态特征上都反映出含聚污水对地层特别是薄差油层有一定的影响。根据含聚污水影响油层的室内岩心驱替实验以及污水中不同含聚浓度对各类油层影响实验证明。渗透率下降系数与聚合物注人浓度、地层物性及厚度有关。聚合物注人浓度越高，渗透率下降系数越大，对油层造成的影响越大；地层厚度越小、物性越差，渗透率下降系数越大。随着含聚污水注人时间增加，渗透率下降系数增加幅度减小，并逐渐趋于稳定。从北二西近几年动态反映特征上看，回注含聚污水对地层特别是薄差油层有一定影响，主要表现在以下几方面： 北二西在注水井措施力度不断增加的情况下，注采比逐年降低，吸水指数明显下降； 注水井措施有效期短，措施效果变差； 因油层污染导致的吸水变差井逐年增多； 从压力梯度曲线上看，含聚污水对薄差油层有很大的影响作用； 二次加密井的含水逐渐升高，但产液指数逐年下降。（3）水驱见聚后对井筒产生的影响。水驱井见聚后，采出液物性发生了变化，导致结蜡速度加快以及蜡的熔化难度加大。而热洗方式没有发生变化，回油温度仍保持在60左右，低于含聚井中蜡的熔化温度65。使结蜡段部分的液体流通通道变小，摩擦阻力大幅度上升。近年来，萨北开发区水驱抽油机井杆管偏磨呈上升趋势，其特点是水驱见聚浓度不断上升，偏磨井数逐年增多。通过上述分析可以看出:含聚污水回注对地面处理工艺、油层和井筒都产生了不同程度的负面影响，采取各种有效措施，减缓或控制含聚污水带来的影响，就显得尤为重要。1.1.3.2聚合物对含油污水处理的影响聚合物驱采油污水与水驱采油污水的最大差别是其中含有聚合物。由于聚合物的存在，使得这种污水具有一些独特的性质。在聚合物采出水中聚合物的质量浓度小于600mg/L，相对分子质量为200-500万。聚合物对含油污水处理的影响主要体现在9：（1）采出水中含有聚合物，会使含油污水的粘度增加。45时水驱采出水的粘度一般为0.6mpas，而聚合物驱采出水的粘度随聚合物含量的增加而增加，一般为0.8-1.1mPas；粘度的增加会增大水中胶体颗粒的稳定性，使污水处理所需的自然沉降时间增长。（2）采出水的油珠变小了。粒径测试发现聚合物采出水中油珠粒径小于10m的占94%以上，油珠粒径中值为3-5m；微观测试结果表明聚合物使油水界面水膜强度增大，界面电荷增强，导致采出水中小油珠稳定地存在于水体中。因而增加了处理难度，使处理后的污水中油含量较高。（3）由于阴离子型聚合物的存在，严重干扰了絮凝剂的使用效果，使絮凝作用变差，大大增加了药剂的用量。同时，处理后的水质达不到原有水质标准，油含量、悬浮固体含量严重超标。（4）由于聚合物吸附性较强，携带的泥沙量较大，大大缩短了反冲洗周期，增加了反冲洗的工作量。同时由于泥沙量增大，要求处理各工艺环节排泥设施必须得当，必要时需增加污泥处理环节。1.2 含聚含油污水处理技术国内外研究现状 从采出液中分离出的采出水因含有数量不等的原油称之为含油污水。含油污水的成分复杂10，除了原油中所含的烃类物质以外，还含有悬浮固体、无机盐、微生物和采油过程中投加的各类化学药剂等污染物，将其排放到江河湖泊中会造成严重的环境污染，因而多经处理后回注到地层中。为防止含油污水中的污染物伤害地层或堵塞注水系统，含油污水回注前需要除油和悬浮物，在腐蚀速率和细菌含量超标时还要投加缓蚀剂和杀菌剂。 根据其分散状态的不同，含油污水中的原油可分为游离油（粒径大于100m）、分散油（粒径10m-100m）、乳化油（粒径10-3m-10m）和溶解油（粒径小于10-3m）11。回注水中的原油容易使地层孔道发生“乳液堵塞”。另外，原油也易将回注水中的硫化亚铁等一些固体颗粒黏结在一起，增大其堵塞作用。除油方法主要有以下几种12：（1） 重力（自然）沉降除油该方法的原理是根据油和水的密度不同，利用油和水的密度差使油上浮，达到油水分离的目的。该方法适用于油珠粒径大(10m)，乳化程度低的含油污水，优点是处理量大，运行费用低，缺点是沉降时间长，设备庞大。（2） 斜（管）板除油该方法是根据“浅池”理论对重力除油法的改进。通过在油水分离设备内增加斜板（管），可增加分离设备的工作表面积，缩短油珠上浮的距离，提高分离效率。（3） 水力旋流法该方法也是对重力法的改进，其原理是利用离心力场扩大油珠在水中的浮力，提高油水分离效率。该方法适用于油水密度差大于0.05g/cm3且悬浮固体含量低的含油污水，能去除粒径为20-30m的分散油，优点是除油速度快，设备体积小，缺点是缓冲能力差，积泥空间小。（4） 混凝该方法的原理是在含油污水中投加反相破乳剂、凝聚剂和/或絮凝剂使油珠变大，提高油水分离效率。该方法常与重力沉降法、斜板除油法和气浮法配合使用。混凝沉降法适用于悬浮物含量高（200mg/L），油珠粒径小于10m的含油污水，优点为沉降时间短，处理效果好，缺点是运行费用高，沉降物体积大。含油污水处理中所用的反相破乳剂几乎都是由胺或胺的衍生物反应和/或聚合得到的季铵盐、二硫代胺基甲酸盐、季铵盐聚合物、聚胺、聚脲和聚酯，部分原油采出液处理中使用的破乳剂也可用作含油污水的反相破乳剂。（5） 聚结（粗粒化）该方法又称粗粒化法，其原理是使含油污水通过装有填充物（也叫粗粒化材料）的装置，油珠通过表面润湿聚结或碰撞聚结由小变大。该方法适用于去除分散油和乳化油，优点为设备体积小，操作简单，缺点是有表面活性剂存在时的效果差。（6） 气浮法气浮法的原理是向含油污水中通入空气或天然气使水中产生微小的气泡，使污水中粒径为0.25-25m的乳化油和分散油粘附在气泡上，随气泡一起上浮到水面并加以回收，从而达到除油的目的。气浮法在除油的过程中也可除掉部分含油污水中的悬浮固体颗粒。根据气体被引入水中的方式，气浮法可分为溶气浮选、诱导浮选和电浮选三类。为提高气浮除油的效果，有时还要投加浮选剂和/或混凝剂增大油珠的尺寸和油珠表面的疏水性。该类方法适用于分散油含量高，乳化程度低的含油污水，优点为处理时间短，效果好，缺点是占地面积大和浮油难处理。含油污水中的悬浮固体主要包括13泥砂、各种腐蚀产物（Fe2O3、FeS）、垢（MgCO3、CaSO4、CaCO3等）、细菌（硫酸盐还原菌5-15m，腐生菌10-30m）及胶质、沥青质和石蜡等微细有机物。其中泥砂可细分为粒径为0.05-4m的粘土、粒径为4-60m的粉砂和粒径大于60m的细砂。悬浮固体颗粒是引起油层堵塞的重要因素，是含油污水中的主要去除对象。当颗粒直径大于孔隙喉道直径的1/2时就易引起架桥堵塞，颗粒直径大于油层喉道直径时更易引起堵塞。含油污水中的悬浮固体粒径小，一般在0.05m-100m之间，为胶体或半胶体分散体系14。这些微粒在含油污水中表面均带有负电荷，表面常吸附有原油，且不断地进行布朗运动，仅用重力沉降难以有效去除，必须借助凝聚剂或絮凝剂使其颗粒变大后才能沉降分离。去除含油污水中悬浮物的主要方法为混凝和过滤，沉降和气浮对悬浮固体也有一定的去除作用。混凝包括凝聚和絮凝两种过程。凝聚（Coagulation）是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；絮凝（Flocculation）则指胶体脱稳后（或由于高分子物质的吸附架桥作用）聚结成大颗粒絮体的过程15。混凝的机理主要包括双电层压缩、吸附电中和、吸附架桥和沉淀物网捕。含油污水处理中所用的起混凝作用的药剂统称为絮凝剂。其中起凝聚作用的药剂统称为混凝剂或凝聚剂；主要起架桥作用的有机高分子化合物统称为絮凝剂；混凝剂和絮凝剂的复合物称为复合絮凝剂。含油污水混凝处理中所用的混凝剂以聚合氯化铝（PAC）为主16，所用的絮凝剂包括阳离子聚丙烯酰胺、聚氯化二甲基二烯丙基铵、部分水解聚丙烯酰胺、聚（N，N-二甲基胺基甲基丙烯酸酯）、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯和聚乙烯基吡咯烷酮等17。过滤的原理18为含悬浮物的水流经具有一定孔隙率的介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去，其机理包括阻力截留、重力沉降和接触絮凝。根据所用的过滤介质不同，可将过滤分成格栅过滤、微孔过滤、膜过滤和深层过滤四类。含油污水处理中多使用深层过滤，采用的颗粒滤料以石英砂、无烟煤、磁铁矿和核桃壳为主。我国已有许多油田进入石油开采中后期，采出液含水率不断上升，含油污水量增大，同时各油田为确保原油产量，不断开发新油藏，大力发展驱油技术，使得油田含油污水处理面临新的处理问题19。（1） 聚合物驱采废水通过改变注水性质的聚合物驱采油技术已在大庆、大港、胜利、玉门等油田开始使用。聚合物驱由于高分子聚丙烯酰胺的存在，使含油污水粘度增大、乳化油更加稳定，造成油水分离困难，如在大庆油田水中聚合物的浓度最高已达到400-500 mg/L，粘度达0.8-1.2 MPas.三元复合驱不仅含有聚丙烯酰胺，还含有碱和表面活性剂，泡末驱在三元复合驱的基础上加入天然气，使水的性质更加复杂20。根据聚合物驱采回注水质的要求，在处理过程中应将污水中的聚合物、表面活性剂等物质予以保留，这使得除油变得异常困难。（2） 蒸汽驱稠油废水在稠油区，通过向地层注入高压蒸汽降低原油粘度，使稠油得以开采。国内油田已开始动用稠油储量，使得蒸气驱稠油废水量大幅度增加。稠油废水一般在处理后回用于热采锅炉，故净化后水质应满足热采锅炉给水水质标准。稠油废水含油量较高，在1000 mg/L以上，温度在70以上，且稠油比重与水非常接近(0.95)，在处理中稠油的去除是主要难题21。另外，稠油废水处理后回用应达到严格的热采锅炉给水水质标准，而现有油田污水处理工艺对硬度、SiO2等几项污染物的去除几乎没有作用。（3）低渗透油田含油污水 在我国低渗透油田的石油储备约占全国已知石油储量的50%，低渗透油田的开采规模不断扩大。在低渗透油田开发中，为了不堵塞地层，保持低渗透油藏的渗透性，各油田针对具体情况制定了严格的注水标准22，以大庆、辽河和胜利油田为例，要求注水的滤膜系数MF25，水中颗粒固体直径0.5m.低渗透油田注水一般用清水，所产生的污水经处理后或排放或作为注水补充水，在作为注水补充水时，油田现用常规处理技术是很难满足上述水质要求的。（4）小断块油田废水 国内一般把年产能力低于10104t/a的断块油田称为小断块油田23。华北、胜利、江苏等油田从20世纪90年代开始新开发的油田多为小断块油田。对于小断块油田产生的含油污水，由于油田断块小而分散、各断块污水水质不同，给集中处理带来困难；同时集中处理后又不能完全回注。因此，对小断块油田含油污水宜分散处理及回注，而现有常规处理流程很难小型化。（5）油田含油污泥处理油田含油污泥主要来自油田各种油、水储罐底泥以及固液分离设备，具有含油量高、重质油组分高、粘度大、颗粒细、脱水难等特点，一般油田联合站产生的含油污泥含油在10%以上24，具有回收价值。油田含油污泥的产生量一般为原油产量的0.5%1%，但油田采出水量增加使得污泥量增加，目前我国每年产生近百万吨的油田含油污泥25。对含油污泥的处理已引起重视，国内各油田进行了固化处理、焚烧以及固液分离回收利用等方面的研究及实践，尚无成熟工艺。由于国内油田含油污泥含水率在70%95%之间，给污泥的排放及处理带来困难，含油污泥处理必须将排泥、处理与水处理工艺进行有机结合，才能有效地解决问题。（6）油田含油污水的排放处理 由于油田含油污水集中处理量的增大、某些油层不宜进行污水回注等多种原因，油田含油污水尚无法完全回注地层，其外排量正逐年增加。1995年1997年外排量分别为2688万t，2696万t，3595万t，外排水的达标率仅为50%，主要表现在外排水CODcr严重偏高，特别是对于稠油废水、聚合物采出水、高含盐采出水，其达标排放率更低26。国内油田含油污水处理工艺27有常规处理和深度处理两种，对回注高渗透率油层的含油污水，通常采用常规处理工艺，一般为混凝、沉降除油和单层滤料（或双层滤料）过滤；对回注低渗透率油层的含油污水，一般在常规处理的基础上再进行深度处理，即进行二级或三级过滤。国内常规处理工艺中，除油工艺主要有重力式、压力式、气浮式和水力旋流式四种，其中过滤工艺主要有单层或双层滤料过滤；深度处理工艺主要有深床过滤、多层滤料过滤和精细过滤三种。国内油田含油污水的常规处理技术已不能满足油田发展的需要，近年来处理技术的发展主要体现28在高效油水分离技术、精细过滤技术和膜分离技术、生物处理技术、高效新型设备以及油田用处理药剂等技术、设备和产品的研究和开发上29。油水分离技术的重大突破以80年代以来水力旋流器在液-液分离领域的成功应用为标志。水力旋流器具体积小、质量轻、分离效率高、工作可靠、停留时间短等特点，液-液分离用水力旋流器可用于分离油水密度差大于50 kg/m3、油粒粒径大于5m的含油污水。目前我国已为9%的油田采出水用水力旋流器进行处理，它正在成为油田污水除油的一种常用设备。另外，对粗粒化材料、聚结填料构型以及油水分离动力学等聚结/粗粒化技术各方面的深入研究，也将是重要的研究及应用方向。欧美国家把能够滤除98%以上的2m固体颗粒的装置称为精细过滤器36。近年来在国内低渗透油田注入水处理中研究和应用的精细过滤器，主要涉及双滤料过滤器、纤维球过滤器、微孔管过滤器、中空纤维过滤器、滤芯过滤器、陶瓷膜过滤器等。在这些技术和设备中，有机材料制成的微孔管过滤器、滤芯过滤器及中空纤维过滤器，因不可再生或材料承受污物能力有限，其应用前景并不明朗。纤维球深床过滤器，由于在过滤时可以形成上大下小的理想滤料孔隙分布，纳污能力大、去除悬浮物效果好，在一些低渗透油田已有应用，只是滤料亲油性带来的反冲洗较难的问题亟待解决。金属网滤芯过滤器采用永久滤芯，从而避免了滤芯的更换费用，但不宜在特高矿化度含量的油田含油污水精细过滤中应用。陶瓷膜亲水不亲油、不易被污染、再生周期和使用寿命长，且陶瓷膜耐高温，耐稀酸、稀碱，可用水蒸汽、酸液、碱液进行较为彻底的再生，陶瓷膜过滤技术有望在油田含油污水处理中得到广泛的应用。为了适应日益严格的污水排放标准，将生化处理法引入油田污水的处理流程将是油田含油污水新的发展方向。国内已开始了研究工作，但由于各油田含油污水的性质差异较大，无机盐和氯离子等含量较高，污水的可生化性较低，生物处理技术应用于油田污水的研究工作应加强。随着油田含油污水处理后回用途径的增多，反渗透和电渗析脱盐技术在油田含油污水中的应用将越来越多。小型高效多功能一体化污水处理设备也将成为研究热点。在油水分离技术的应用中，投加破乳剂、混凝剂是保证处理效果的重要手段。国内各油田常用的破乳剂、混凝剂多为无机铝盐，但越来越多的有机聚合物药剂也得到广泛的应用。多元共聚物有机高分子絮凝剂、性能优异的破乳剂、高效浮选剂以及用于处理水中溶解有机物的季胺盐类药剂也是重点发展的方向。总之，国内油田含油污水处理技术的改进和革新要从油田生产和水处理技术等多方面入手，才能有效提高油田含油污水处理的整体水平，更好地为油田生产服务和保护油田环境。 国外油田含油污水处理工艺39分为除油净化和过滤净化两个阶段，对高渗透率的注入层，采用除油加过滤的常规处理工艺，对于低渗透率的注入层，则在常规工艺处理的基础上进行深度过滤，即采用预过滤和精细过滤。国外含油污水处理工艺40多以气浮选、水力旋流器和高效聚结除油装置为主，过滤则按注入层渗透率高低采用粗过滤（预过滤）和精细过滤。1.3 课题研究的内容近年来油田大规模应用聚合物驱油技术，这在提高石油采收率的同时也增加了油水分离的难度。本工作主要研究用气浮法分离含聚含油污水。研究内容包括：（1）含聚含油污水性质分析；（2）浮选机分离含聚含油污水的影响因素分析及最佳条件； （3）浮选柱分离含聚含油污水的影响因素分析及最佳条件。 2 实验仪器、药品及方法2.1 实验仪器 0.5L单槽浮选机，50mm2000mm旋流-静态微泡浮选柱，尤尼柯斯紫外分光光度计，托盘天平，分液漏斗，比色管，移液管2.2 实验药品胜利油田含聚含油污水，浓盐酸，三氯甲烷标准液，标准油，无烟煤2.3 实验方法2.3.1紫外分光光度计测定原油标准曲线 （1）紫外分光光度计的工作原理：利用一定频率的紫外-可见光照射被分析的有机物质，引起分子中价电子的跃迁，它将有选择地被吸收。一组吸收随波长而变化的光谱，反映了试样的特征。在紫外可见光的范围内，对于一个特定的波长，吸收的程度正比于试样中该成分的浓度，因此测量光谱可以进行定性分析，而且根据吸收与已知浓度的标样的比较，还能进行定量分析。 （2）紫外分光光度计的特点和主要用途：紫外-可见光谱仪涉及的波长范围是0.2-0.8微米（对应波数50000-12500厘米-1），它在有机化学研究中得到广泛的应用。通常用作物质鉴定、纯度检查，有机分子结构的研究。在定量方面，可测定结构比较复杂的化合物和混合物中各组分的含量，也可以测定物质的离解常数，络合物的稳定常数，物质分子量鉴别和微量滴定中指示终点以及在高效液相色谱中作检测器等。（3）步骤标准油的制备：用经脱芳烃并重蒸馏过的3060石油醚，从待测水样中萃取油品，经无水硫酸钠脱水后过滤。将滤液置于655水浴上蒸出石油醚，然后置于655恒温箱内赶尽残留的石油醚，即得标准油品。 称取0.2406g标准油移入250mL容量瓶中，加入三氯甲烷溶解至刻度。然后分别取不同体积标准油溶液于50mL比色管中，加入三氯甲烷稀释至刻度。分别测其吸光度，实验数据如下表。测吸光度时所用仪器为尤尼柯斯紫外分光光度计，波长为430nm，用三氯甲烷做空白实验。计算水中含油量，以1mL为例：240.6mg/0.25l =962.4mg/L962.4*(1/50) =19.248mg/L因为萃取时加入5mL油水，50mL三氯甲烷，所以水中含油量为：19.248*50/5=192.48mg/L同理算得其他体积原油溶液时含油量，如下表所示：表2.1 不同体积原油溶液含油量原油溶液体积，mL吸光度，abs含油量，mg/L0.250.00848.120.50.01496.241.00.031192.481.50.046288.722.00.064384.962.50.080481.23.00.097577.444.00.132769.925.00.160962.45.50.1841058.646.00.1931154.887.00.2241347.36取点（192.48， 0.031），可得标准曲线y=0.00017x。由上表绘得标准曲线：图2-1 原油标准曲线2.3.2浮选机分离含聚含油污水（1）浮选机的工作原理分离表面活性剂、蛋白质、有机物、油类等较轻物质及含油污泥时多采用充气浮选机。使气体通过多孔装置，分散成几毫米直径的气泡鼓入液体中。遇到很浓的液体时，需设置中等大小气泡的扩散器，以便产生局部紊流促使气泡破碎。气泡的大小必须适当，以保证在待浮颗粒上有较高的粘附率。 用来除去轻物质（油脂、纤维、有机物）的装置中，一般设置两个分区，其一为混合和乳化作用区，其二为比较平静的浮选区。在浮浊液区，悬浮体靠空气的搅拌和混合所产生的螺线流加长了气泡运动的路程；在浮选分离区，横向流动非常缓慢，因而降低了对水流的紊动。（2）浮选机的操作步骤1）设定浮选的各种参数，如充气量、搅拌速度等。2）向浮选槽内加入待浮选的水样，使液面处于确定刻度位置。用移液管移取一定量水样于烧杯中待萃取。3）开启浮选机进行搅拌，同时加入浮选剂。4）搅拌一定时间后，进行充气。5）充气完毕，刮出浮在水样表面吸附着油的煤粒。6）用移液管移取一定量分离后的水样于烧杯中待萃取。萃取的操作步骤：用移液管移取5mL待萃取的水样于分液漏斗中，再加入2.5mL体积比为1:1的盐酸，最后加入50mL三氯甲烷，混合均匀，萃取12小时。2.3.3浮选柱分离含聚含油污水（1）旋流-静态微泡浮选柱除油的基本原理旋流-静态微泡柱分选设备是由中国矿业大学研制的，目前主要应用于选矿领域，它的主体结构包括浮选柱分选段（柱分离装置）、旋流分离段（旋流分离装置）、管浮选装置三部分。整个设备为柱体，柱分离段位于整个柱体上部；旋流分离段采用分选旋流器结构，并与柱分离段呈上、下结构的直通连接；柱分离段相当于放大了的旋流器溢流管。在柱分离段的顶部，设置了泡沫收集糟，浮起油品由此排出，给水点位于柱分离段中上部，净化后的处理水由旋流分离段底流口排出。管浮选装置布置在设备柱体体外，其出流沿切向方向与旋流分离段柱体相连，相当于分选旋流器的切线给料管。图2.2 旋流-静态微泡浮选柱原理图管浮选装置包括气泡发生器与浮选管段两部分。气泡发生器是柱分选设备的关键部件它采用类似于射流泵的内部结构，具有依