高分子絮凝剂在油田生化污水处理中的应用研究
高分子絮凝剂在油田生化污水处理中的应用研究
渤海油田某终端处理厂的采出水经污水站处理后悬浮物、ＣＯＤ指标达不到回注要求，无法进行回注。合成３种高分子絮凝剂，在不同浓度下对该污水进行处理，并与市售同类产品进行对比。实验结果表明，ＣＰＡＭ的离子度对絮凝效果有较大影响，且高离子度的ＣＰＡＭ与ＰＡＣ复配使用时对污水处理效果更佳。
按照设计，渤海油田某终端处理厂联合站污水经污水处理站处理后回注。污水站的处理工艺流程为调节池→澄清沉降池→双滤料过滤器→酸化水解池→ＭＢＲ池→活性炭过滤器。工艺中投加复合絮凝剂ＰＡＣ＋ＣＰＡＭ进行絮凝处理。实际运行发现该污水站存在以下问题：
（１）处理出水中悬浮物和ＣＯＤ脱除率低，水质达标率在９０％左右；
（２）絮凝效果差，产生许多碎的小絮体，絮团沉降速度慢，水质不澄清；
（３）由于产生絮体较小，絮团残留在过滤膜上，导致装置反洗频繁，增加操作成本，降低工作效率。
有鉴于此，我们对原工艺中使用的高分子阳离子絮凝剂进行优化。通过实验合成了３种不同阳离子度的高分子絮凝剂，考察了它们的处理效果，并采用优化后的ＣＰＡＭ代替市售ＣＰＡＭ，处理效果达到了设计要求。
注水技术要求及污水站现有处理效果
污水站现有出水水质及技术要求见表１。
表１ 污水站出水水质及技术要求
项目 | 出水水质 | 技术要求 |
悬浮物／（ｍｇ·Ｌ－１） | ９～１５ | ＜１０ |
水中含油／（ｍｇ·Ｌ－１） | １．５ | ＜１０ |
ＣＯＤ／（ｍｇ·Ｌ－１） | ３５～５０ | ＜４０ |
ｐＨ | ７．４ | ６～９ |
实验部分
１试剂与仪器
采用分散聚合法制备了离子度分别为８２％、５４％、２６％的聚丙烯酰胺（ＣＰＡＭ，相对分子质量６００万～８００万）。
市售阳离子聚丙烯酰胺（离子度３５％，相对分子质量为６００万～８００万）。
ＣＡＲＹ５０ＢＩＯ紫外分光光度计，美国瓦里安公司；全玻璃微孔滤膜过滤器。
２实验用水
实验用水为污水站来水经生化处理出水，放置１ ｄ进行实验，其水质情况为：悬浮物９５ ｍｇ／Ｌ、油１．５ ｍｇ／Ｌ、ｐＨ ８．３、ＣＯＤ １３５ ｍｇ／Ｌ。
３絮凝剂评价方法
取２５０ ｍＬ实验水样，分别加入５６ ｍｇ／Ｌ ＰＡＣ和不同浓度ＣＰＡＭ进行絮凝实验。搅拌３ ｍｉｎ后静置沉降５ ｍｉｎ，观察实验现象。按ＳＹ／Ｔ ０５３０—１９９３《油田污水中含油量测定方法分光光度法》测定含油量。按ＧＢ １１９０１—１９８９测定悬浮物。取絮凝后的上清液，于６００ ｎｍ波长处测定吸光度，计算透光率。
絮凝效果与分析
１絮团状态
针对水质特点，ＰＡＣ用量取５６ ｍｇ／Ｌ，考察自制的不同离子度ＣＰＡＭ的絮凝性能，并与市售ＣＰＡＭ对比，结果见表 ２。
表 ２ 自制不同离子度ＣＰＡＭ与市售ＣＰＡＭ的协同絮凝效果
投加量／（ｍｇ·Ｌ－１） | 絮凝剂 | 实验现象 |
８ | ＣＰＡＭ（低离子度） | 絮体小、碎，絮体不沉降 |
ＣＰＡＭ（中离子度） | 絮体小、上浮，水较清 | |
ＣＰＡＭ（髙离子度） | 絮体小，下沉，水清 | |
ＣＰＡＭ （市售） | 絮体小，大部分不沉降，少量上浮 | |
１６ | ＣＰＡＭ（低离子度） | 絮体碎，不沉降，水较清 |
ＣＰＡＭ（中离子度） | 絮体较多，上浮 | |
ＣＰＡＭ（髙离子度） | 产生大量絮体，絮体沉降，水清 | |
ＣＰＡＭ（市售） | 絮体碎、不沉降，水清 | |
２４ | ＣＰＡＭ（低离子度） | 絮体碎，部分沉降，水较清 |
ＣＰＡＭ（中离子度） | 絮体较多，上浮 | |
ＣＰＡＭ（髙离子度） | 产生大量絮体，絮体沉降，水清 | |
ＣＰＡＭ（市售） | 絮体较多，上浮，水清 | |
３２ | ＣＰＡＭ（髙离子度） | 大量絮体、碎，部分上浮 |
４０ | ＣＰＡＭ（髙离子度） | 大量絮体、碎，部分上浮 |
由表 ２可见，随着ＣＰＡＭ投加量的大，产生的絮体变大、水质变清，但不同离子度的ＣＰＡＭ絮凝效果不同。ＣＰＡＭ投加量相同时，随着离子度的大，产生的絮体变大，更易沉降，水质更清。与市售ＣＰＡＭ相比，投加量相同的情况下，自制的高阳离子度ＣＰＡＭ产生的絮体多，沉降速度快、水清，产生的絮团优于中、低离子度ＣＰＡＭ，也优于市售ＣＰＡＭ。
２对悬浮物的去除效果
不同离子度的自制ＣＰＡＭ及市售ＣＰＡＭ对ＳＳ的去除效果如图 ２所示。
由图 ２可以看出，随着自制ＣＰＡＭ投加量的大，水中的ＳＳ先减少后增加，原因主要是ＣＰＡＭ投加量较大时产生的絮体越多，且ＣＰＡＭ投加量过大会产生许多碎的小絮体并影响处理效果。ＣＰＡＭ在合理的投加范围内会降低水中的ＳＳ。投加量相同时，与中、低离子度的ＣＰＡＭ相比，高离子度ＣＰＡＭ处理后水样中的ＳＳ低。高离子度ＣＰＡＭ在较低的投加量下可使水中的ＳＳ降到３０ ｍｇ／Ｌ以下，优于市售ＣＰＡＭ。
综上可知，高离子度ＣＰＡＭ对ＳＳ的去除效果优于中、低离子度ＣＰＡＭ及市售ＣＰＡＭ。
３对油的去除效果
不同离子度的自制ＣＰＡＭ及市售ＣＰＡＭ对油的去除效果见图 ３。
图 ３ 各ＣＰＡＭ对油的去除效果
从图 ３可以看出，随着ＣＰＡＭ投加量的增加，水中含油量逐渐降低。其中，中、高离子度的ＣＰＡＭ比低离子度的ＣＰＡＭ有更高的除油率。与市售ＣＰＡＭ相比，同等质量浓度下，中、高离子度的ＣＰＡＭ对污水的除油效果更好。
４透光率分析
加入不同离子度的自制ＣＰＡＭ及市售ＣＰＡＭ，水样透光率如图 ４所示。
图 ４ 加入ＣＰＡＭ后水样的透光率变化
由图 ４可见，除高离子度ＣＰＡＭ外，随着投加量的增加，ＣＰＡＭ处理后溶液的透光率上升；高离子度ＣＰＡＭ处理后，溶液的透光率先上升后下降，在１５ ｍｇ／Ｌ左右达到较大值。原因可能是ＣＰＡＭ质量浓度较高时，溶液产生许多小絮体，引起溶液透光率下降，因此高离子度ＣＰＡＭ的投加质量浓度为１０～２５ ｍｇ／Ｌ。在投加范围区间，相同投加量下加入高离子度ＣＰＡＭ的水样透光率明显高于中、低离子度ＣＰＡＭ及市售ＣＰＡＭ的透光率。
综合考虑絮团状态、悬浮物去除能力、除油能力及透光率，实验合成的高离子度ＣＰＡＭ的絮凝效果好，明显优于市售ＣＰＡＭ。
５实际应用效果
采用自制高离子度ＣＰＡＭ，污水站的实际运行处理效果见表 ３。
表 ３ 污水站采用自制高离子度ＣＰＡＭ处理后的出水水质
处理时间／ｄ | 悬浮物／ | 水中含油／ | ＣＯＤ／ | ｐＨ |
１ | ８．１ | １．５２ | ３０.０ | 7.4 |
３ | ７．７ | １．５０ | ２９.７ | 6.7 |
５ | ７．９ | １．４８ | ２７.５ | 7.3 |
１０ | ８．３ | １．５０ | ３０.５ | 7.4 |
１５ | ７．５ | １．５１ | ２７.８ | 7.5 |
２０ | ７．９ | １．４９ | ２９.６ | 7.4 |
３０ | ８．０ | １．５０ | ２８.７ | 7.4 |
成本分析
考虑人工成本、设备及折旧成本、动力成本、原料成本等，合成的高离子度絮凝剂成本为１．１万元／ｔ。市售ＣＰＡＭ为１．４万元／ｔ，因此合成的高离子度ＣＰＡＭ有一定的价格优势。此外，合成的高离子度ＣＰＡＭ性能优于市售ＣＰＡＭ，可在满足水质达标的前提下，降低加药量，进一步降低污水吨处理费用，提高市场竞争力。
结论
自制阳离子型ＣＰＡＭ与ＰＡＣ复配使用处理该污水时具有良好的协同作用。在实验考察的质量浓度范围内，ＣＰＡＭ的离子度对污水的絮凝效果有较大影响。实际运行监测数据表明，与市售ＣＰＡＭ相比，自制高离子度ＣＰＡＭ更适于该水处理体系，出水水质达标且具有长周期稳定性。高离子度ＣＰＡＭ相比市售ＣＰＡＭ也有一定价格优势。
（来源：《工业水处理》２０１８年第８期，参考文献略。）