水处理凝剂筛选及复配研究
上官昌淮l，2 张仁勇3 白媛丽3
（1．中国石油天然气集团工程设计西南分公司，成都610500;2．中国石油天然气集团公司石油管力学和环境行为重点实验室四川研究室，成都610500;3．西南石油大学，成都610500）
摘要：对2种无机絮凝剂和3种有机絮凝剂进行絮凝效果比较，选出无机絮凝剂聚氯化铝和有机絮凝剂相对分子质量800～1000的聚丙烯酰胺(PAM)为单一絮凝剂最佳品种。考察了复配絮凝剂配比、浓度及温度对絮凝率的影响。结果表明，在聚氯化铝与PAM复配比例6：1，复配剂浓度50ml/L条件下，油田采出水絮凝率达94％以上；絮凝时间约16 min。此复配絮凝剂适用于中低温（70℃)的絮凝环境。
关键词：絮凝剂 水处理 复配絮凝剂
随着我国油田采出液的含水量逐渐增加，油田采出水污染越来越严重，絮凝技术作为一种既经济又有效的水处理技术，被广泛应用于国内外的采出水处理中[1～3]。而水处理絮凝剂是使污水中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状沉淀的物质，在固液分离和水处理过程中，用以提高微细固体物的沉降和过滤效果[4～6]。目前单一絮凝剂实际使用时存在投加量大、絮体较松散、运行成本高等缺点，制约了其发展，而复合型絮凝剂不仅克服了以上缺点，而且解决了无机和有机高分子絮凝剂在水处理过程中需要分步加入、工艺繁琐、设备投资大、成本相应偏高的缺陷，所以它的适用范围广泛[7～13]。为进一步提高水处理效率，增加水资源利用率，笔者针对某油田采出水进行了单一絮凝剂的筛选和絮凝剂复配研究。
1实验部分
1.1主要仪器及药品
仪器：GKC双孔数显控温水浴锅，上海波洛石油设备有限公司；JJ—1型数显搅拌器，常州国华电器有限公司；721型分光光度计。
药品：3种不同相对分子质量的聚丙烯酰胺；聚氯化铝，分析纯；聚硫酸铝，分析纯；某油田采出水。
1.2絮凝剂的筛选
参照石油与天然气行业标准SY/T5796—93《絮凝剂的评定方法》的规定，将数个已标记的250mL烧杯中加入一定量的采出水，分别加入不同类型且具有一定梯度量的絮凝剂，充分搅拌后，静置60min，然后取其上清液测定其波长为680nm处的透光率，然后按照下式计算絮凝率：
式中，η为絮凝率；Ψ1絮凝前透光率，Ψ2絮凝后的透光率。
1.3絮凝剂复配研究
根据1.2节筛选步骤分别得到最佳无机和有机絮凝剂进行复配研究，确定最佳复配比例。
1.4复配絮凝剂的性能研究
根据1.3节得到絮凝剂的最佳配方进行其性能研究，最终确定其最佳使用浓度和温度。
2结果与讨论
2.1单一絮凝剂的筛选
根据1.2节絮凝剂筛选步骤，分别考察无机絮凝剂聚氯化铝和聚硫酸铝浓度、有机絮凝剂3种不同相对分子质量的聚丙烯酰胺( PAM)浓度对油田采出水絮凝率的影响，结果分别见图l和图2。
从图l可以看出，絮凝率随着铝类絮凝剂浓度的增加而增大，浓度低于50 mg/L时，絮凝率上升较快，浓度大于50 mg/L时絮凝率趋向平稳。而从图2可见，絮凝率随着PAM浓度的增加而增大，浓度高于8 mg/L时絮凝率也逐渐趋向平稳；有机絮凝剂和无机絮凝剂出现此类现象的原因是，随着无机絮凝剂浓度的增加，增大了分子的碰撞几率，絮凝效果增加从而增大絮凝率；有机絮凝剂浓度增加，逐渐中和了溶液中的电性，加强分子的卷扫作用或粒间架桥作用，进而保持絮凝率稳定。从图1可看出，聚氯化铝絮凝率高于聚硫酸铝，因此无机絮凝剂选择聚氯化铝。从图2可看出相对分子质量800～1000的PAM絮凝效果最好，因此，有机絮凝剂选择相对分子质量800～1000的PAM。
2.2絮凝剂复配比对絮凝率的影响
用筛选的无机絮凝剂聚氯化铝与有机絮凝剂相对分子质量800～1000的PAM进行复配，固定有机絮凝剂PAM浓度8 mg/L不变，改变聚氯化铝浓度，考察絮凝剂复配比对絮凝率的影响，结果见图3。
由图3可见，絮凝率随着无机絮凝剂与有机絮凝剂比例的增大而增大。当比例大于6:1时絮凝率趋向稳定，因此，无机絮凝剂聚氯化铝与有机絮凝剂相对分子质量800～1000的PAM浓度复配质量比选择6:1较合适。
2.3 复配絮凝剂絮凝性能评价
2.3.1 复配絮凝剂浓度对絮凝率的影响
聚氯化铝与PAM按最佳配比6:1复配的絮凝剂用于对油田采出水处理，通过改变复配絮凝剂浓度，考察复配絮凝剂浓度对絮凝率的影响，结果见图4。
由图4可以看出，絮凝率随着复配絮凝剂浓度的增加而增大，当絮凝剂浓度大于50 mg/L时，絮凝率趋向稳定，此时絮凝率达到94％以上。因此从经济性考虑，复配絮凝剂最佳浓度选择50 mg/L。
2.3.2复配絮凝剂浓度对絮凝时间的影响
通过改变复配絮凝剂浓度，考察复配絮凝剂浓度对絮凝时间的影响，结果见图4。
由图4可知，随着复配絮凝剂浓度从5 mg/L增加30 mg/L时，沉降速度增加并达到最快。随着絮凝剂浓度继续增加直至复配絮凝剂浓度达50 mg/L时，沉降速度趋稳，絮凝时间约16 min，再增加絮凝剂浓度，絮凝率继续增大而沉降速度反而下降，这可能是当浓度达到一定时，大分子链发生相互缠绕，不能有效舒展，架桥作用变弱，大分子覆盖胶粒的架桥作用减小，从而导致了沉降时间增大[14]。
2.3.3温度对絮凝率的影响
固定复配絮凝剂浓度50 mg/L不变，改变絮凝环境温度，考察温度对絮凝率的影响，结果见图5。由图5可以看出，温度较低（低于70℃）时絮凝率都高于190％，当温度较高时絮凝率下降，当温度高达110℃时，絮凝率下降至77.51％。这可能是，温度较低时，溶液内部分子布朗运动较慢，絮凝率较小，当温度升高，布朗运动加快，提高了分子相碰的概率，所以絮凝率上升。当温度继续上升，布朗运动更为激烈，分子絮凝的速度小于分散的速率，从而导致絮凝率下降，另一方面温度过高也有可能会使有机分子遭破坏或降解，从而降低絮凝率。因此复配絮凝剂只适用于中低温( <70℃)的絮凝环境。
3结论
(1)无机絮凝剂聚氯化铝与有机絮凝剂相对分子质量800～1000的PAM复配，在最佳复配比6:1条件下配制的复配絮凝剂絮凝效果最好。
(2)复配絮凝剂浓度50 mg/L时，絮凝率达94％以上，絮凝时间约16 min，此复配絮凝剂适用于中低温( <70℃)的絮凝环境。
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