聚合物驅(qū)油技術(shù)是我國目前廣泛應(yīng)用的三次采油技術(shù)，但隨之產(chǎn)生大量含聚采油污水。如處理不當(dāng)，污水回注地層后水中雜質(zhì)會(huì)堵塞地層孔隙，從而降低注水能力及油井產(chǎn)量，且很難恢復(fù)原來的產(chǎn)能；如直接排放則會(huì)造成環(huán)境污染。因此，含聚采油污水處理是關(guān)系采油業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)〔1〕，而研制針對(duì)含聚采油污水的高效凈水劑是含聚采油污水處理工藝開發(fā)中最行之有效的方法。

筆者以多乙烯多胺、己二酸、二硫化碳等合成了一類凈水劑，用于處理油田含聚污水，取得了良好效果。

1 凈水劑的合成

1.1 試劑與儀器

試劑：多乙烯多胺、己二酸、環(huán)氧氯丙烷、二硫化碳、氫氧化鈉，均為分析純。

儀器：DF- 101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，河南予華儀器有限公司；SHB-111循環(huán)真空泵，鄭州長城科貿(mào)有限公司。

1.2 合成方法

在帶有溫度計(jì)、攪拌器、分水器及回流冷凝器的四口瓶中，加入反應(yīng)所需量的己二酸和多乙烯多胺，147 ℃下保持回流3 h，減壓蒸餾除去攜水劑及未反應(yīng)的胺，降至常溫，依次滴加環(huán)氧氯丙烷及二硫化碳，反應(yīng)5~7 h，制得二硫代氨基甲酸鹽型凈水劑，簡稱ST-1。

2 凈水劑的性能評(píng)價(jià)

2.1 試劑和儀器

水樣：錦州9-3油田含聚污水。

試劑： 四氯乙烯、鹽酸、硫酸亞鐵，分析純。

儀器： CVH 型紅外油分析儀，美國Wilks 公司；01-100X高剪切分散乳化機(jī)，西爾普機(jī)械制造有限公司；LRH-250A生化培養(yǎng)箱，廣東省醫(yī)療器械廠；2100P 便攜式濁度儀，美國哈森公司；CX31生物顯微鏡，OLYMPUS公司。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

取5 L含聚污水，50 ℃下預(yù)熱20 min，用乳化剪切機(jī)在3 000 r/min下乳化5 min，撇去表面未乳化的浮油，即得實(shí)驗(yàn)水樣。該水樣初始油質(zhì)量濃度400~500 mg/L，初始濁度＞1 000 NTU，初始懸浮物為450~500 mg/L。

凈水實(shí)驗(yàn)：取50 mL實(shí)驗(yàn)水樣分裝于實(shí)驗(yàn)瓶，置于50 ℃恒溫水浴中20 min；加入計(jì)算量的ST-1凈水劑，密閉實(shí)驗(yàn)瓶，上下震蕩20次混勻，同時(shí)進(jìn)行空白試驗(yàn)；將實(shí)驗(yàn)瓶放回恒溫水浴中，計(jì)時(shí)觀察。靜置一定時(shí)間后，在實(shí)驗(yàn)水樣中部取水樣測定油質(zhì)量濃度、濁度、懸浮物、COD，計(jì)算去除率。

殺菌實(shí)驗(yàn)：分別采用平皿計(jì)數(shù)法和MPN法，通過稀釋、接種、恒溫培養(yǎng)〔異養(yǎng)菌（29±1） ℃培養(yǎng)4 h，硫酸鹽還原菌35 ℃培養(yǎng)4 h〕等步驟測定凈水劑對(duì)異養(yǎng)菌和硫酸鹽還原菌的殺菌率。

緩蝕實(shí)驗(yàn)：采用失重法測定藥劑的緩蝕性能〔2〕。

2.3 分析方法

油質(zhì)量濃度采用紅外油分析儀測定；濁度采用便攜式濁度儀測定；懸浮物采用重量法測定；COD采用快速消解分光光度法測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 凈水劑的除油效果

50 ℃下向?qū)嶒?yàn)水樣中添加10 mg/L Fe2+和不同投加量的凈水劑，考察凈水劑對(duì)含聚污水的凈水效果。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該凈水劑除油性能優(yōu)良，投加量分別為30、50 mg/L 時(shí)，油質(zhì)量濃度降至172、145 mg/L，除油率可達(dá)63％。這是由于凈水劑分子含有親油基—R和親水基—CSS-，因此具有表面活性，能夠吸附在乳化油滴表面，替換原有的成膜物質(zhì)石蠟、瀝青質(zhì)、石油酸以及硅藻土微粒、黏土，破壞了原來界面膜的穩(wěn)定性，降低界面膜強(qiáng)度，使得乳化微粒容易聚并。且該凈水劑與Fe2+螯合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，兼具吸附架橋作用，加速了乳化微粒的聚集。

在沉降時(shí)間為1 h、凈水劑投加量為50 mg/L、Fe2+投加量為10 mg/L條件下，對(duì)比合成凈水劑與國外同類產(chǎn)品的除油、除懸浮物的性能，結(jié)果見表 1。

從表1可以看出，與同類產(chǎn)品相比，實(shí)驗(yàn)合成的凈水劑對(duì)含聚污水的凈水性能更加優(yōu)異。

3.2 殺菌性能

實(shí)驗(yàn)合成的二硫代氨基甲酸鹽也是一類高效、低毒、對(duì)人畜植物安全的廣譜殺菌劑〔3〕。因此研究了該凈水劑的殺菌性能，結(jié)果見圖 1。

圖 1 凈水劑的殺菌效果

由圖 1可以看出，合成的凈水劑對(duì)含聚采油污水有一定的殺菌效果，當(dāng)投加量增加時(shí)殺菌率也相應(yīng)提高，其對(duì)異養(yǎng)菌的殺菌效果（50 mg/L時(shí)殺菌率為49.9%）好于硫酸鹽還原菌（相應(yīng)的殺菌率為37.5%）。

3.3 緩蝕性能

在模擬油田水（5% NaCl和20 mg/L Na2S水溶液，通2 min CO2）作腐蝕介質(zhì)，試片材質(zhì)為A3鋼，實(shí)驗(yàn)溫度60 ℃，時(shí)間24 h的條件下，考察該藥劑的緩蝕性能，結(jié)果見圖 2。

圖 2 凈水劑的緩蝕性能

由圖 2可以看出，該凈水劑具有較好的緩蝕效果，當(dāng)其質(zhì)量濃度＜20 mg/L時(shí)，隨著投加量的增加緩蝕率提高較快，當(dāng)其質(zhì)量濃度達(dá)到20 mg/L時(shí)，緩蝕率可達(dá)81.9％，此后緩蝕率隨投加量的增大而趨于平緩。這是由于凈水劑分子結(jié)構(gòu)含有N原子較多，能夠很好地吸附在金屬表面〔4〕，同時(shí)分子結(jié)構(gòu)中的疏水基團(tuán)能在金屬表面形成一層致密的疏水性保護(hù)層，阻礙與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷或物質(zhì)轉(zhuǎn)移，從而具有緩蝕性能。

4 作用機(jī)理研究

4.1 實(shí)驗(yàn)方法

乳化液滴穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)：采用Turbiscan動(dòng)態(tài)膠體穩(wěn)定儀測試加藥前后實(shí)驗(yàn)水樣透光率隨時(shí)間的變化情況，再根據(jù)測試數(shù)據(jù)計(jì)算乳化油顆粒直徑變化，研究含聚污水加藥前后的油水乳化特點(diǎn)。

顯微實(shí)驗(yàn)：采用生物顯微鏡觀察加藥前后含聚污水的乳化油滴變化。

4.2 含聚污水加藥前后的乳化油滴特點(diǎn)

圖 3為含聚污水加入凈水劑前后及加入國外同類產(chǎn)品后的乳狀液透光率變化情況。

圖 3 乳狀液的透光率變化
Fig. 3
注: a—加藥前;b—加入凈水劑;c—加入國外同類產(chǎn)品。 

由圖3可見，投加藥劑以前，含聚污水的透光率變化較小，初始透光率為4％，6 h后達(dá)到15％。表明隨著時(shí)間的推移，乳化油滴少量上浮。加藥后含聚污水的透光率均迅速增加，其中添加ST-1凈水劑的含聚污水初始透光率為30％，最終透光率為72％，明顯高于添加國外同類產(chǎn)品水樣的透光率（4％和63％），且前者乳化油滴聚并上浮的速度明顯高于后者。

對(duì)比了含聚污水加藥前、加入凈水劑、加入國外同類產(chǎn)品后的乳狀液顆粒直徑變化情況。由于污水中粒徑較大的油滴易于上浮，因此含聚污水中的乳化油滴粒徑逐漸降低，初始粒徑為0.11，6 h后降至0.09。加藥后，污水中乳化油滴粒徑均降低，其中添加凈水劑的含聚污水初始乳化油滴粒徑為0.07，1 h后即降至0.043，且不再隨時(shí)間延長而明顯降低；添加國外同類產(chǎn)品的含聚污水乳化油滴初始粒徑為0.11，4 h后穩(wěn)定至0.052。這表明實(shí)驗(yàn)合成的凈水劑對(duì)含聚污水的處理效果明顯優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

4.3 凈水作用的微觀過程

采用生物顯微鏡觀察含聚污水添加凈水劑前后的水樣并拍照，見圖 4。由圖 4可以看到：加藥前，含聚污水的油滴表面有一層水化膜，乳化油滴均勻分布在水中，為穩(wěn)定的水包油型（O/W）乳液；加入凈水劑后，污水中的小油滴逐漸聚集在一起〔圖 4（b）〕，而后油滴表面的水化層消失，界面膜破裂，同一小簇小油滴逐漸長大成一個(gè)整體，在蓋玻片及重力作用下變成一片油跡〔圖 4（c）〕。

圖 4 乳化油滴分散狀態(tài)的變化
Fig. 4
注：a—原水；b、c—加藥后。 

5 結(jié)論

（1）針對(duì)含聚污水處理困難的情況，合成了新型凈水劑。評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明合成凈水劑的除油性能優(yōu)良，且具有一定的殺菌緩蝕性能，是一類一劑多效的凈水劑。（2）通過生物顯微鏡觀測了凈水劑的作用過程，該凈水劑確有破乳架橋等作用。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。