AOPs氧化處理聚合物驅(qū)采油污水的研究.pdf

1、目前,我國(guó)大部分油田己進(jìn)入三次采油階段,其中聚合物驅(qū)采油技術(shù)是提高原油采收率的一種重要方法.經(jīng)過(guò)多年的研究,礦場(chǎng)試驗(yàn)取得全面成功,并且該技術(shù)已在油田進(jìn)行大面積工業(yè)化推廣應(yīng)用,其技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平.隨著油田聚合物驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用,含聚合物(聚丙烯酰胺,HPAM)污水作為油田的一個(gè)新的難題出現(xiàn),采用傳統(tǒng)油田水處理技術(shù)處理含聚合物污水很難達(dá)到同注指標(biāo),特別是聚合物驅(qū)面積的擴(kuò)大,采出污水的數(shù)量也在不斷增加,部分污水需要排放,更難達(dá)到排放指標(biāo).為

2、此,必須研究特殊技術(shù)對(duì)含聚合物污水進(jìn)行處理.高級(jí)氧化技術(shù)(AOPs)作為水處理的新方法,其特點(diǎn)是通過(guò)具有強(qiáng)氧化能力的自由基氧化污水中的有機(jī)物,具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)及廣闊的應(yīng)用前景.為此,我們提出AOPs作為深度氧化技術(shù)對(duì)聚合物驅(qū)的污水進(jìn)行深度處理,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),也可作為常規(guī)油田水處理技術(shù)中一個(gè)中間(或預(yù)處理)手段處理回注污水.本論文以油田含聚合物污水為研究對(duì)象,以HPAM為污染物目標(biāo),采用AOPs中光催化法、光-Fenton法和Fe(Ⅵ)法研

3、究其在油田含HPAM污水處理中的應(yīng)用,并且研究了上述三種方法降解HPAM的影響因素及降解機(jī)理,取得了創(chuàng)新性研究成果. (1)顯微圖像研究表明,在聚合物存在下,含聚合物驅(qū)污水油水乳化較嚴(yán)重,含油量很高,污水中的聚合物吸附在油/水界面,與天然乳化劑一起組成油/水界面的復(fù)合膜,此界面膜具有較大的強(qiáng)度和良好的彈性,破除此膜更難. (2)根據(jù)聚合物驅(qū)污水中油和HPAM的存在形式與乳化機(jī)理的分析結(jié)果,提出了油和HPAM在聚合物驅(qū)

4、污水中存在形式及乳化機(jī)理,本文指出聚合物驅(qū)污水的處理關(guān)鍵就是破壞、去除形成油/水界面膜的物質(zhì)(天然乳化劑和聚合物),即加入一種物質(zhì),能夠進(jìn)入油水界面膜,氧化成膜物質(zhì),破壞油/水界面膜,達(dá)到破乳和去除有機(jī)物(石油)的目的. (3)采用溶膠-凝膠法(Sol-Gel法)及摻雜調(diào)制技術(shù)制備了納米TiO<,2>光催化劑,考察不同的熱處理?xiàng)l件對(duì)二氧化鈦(TiO<,2>)納米粒子的晶粒尺寸、晶體結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)的影響,并研究了納米TiO<,2

5、>在油/水體系中的形態(tài)與存在形式,顯微圖像觀察結(jié)果表明,TiO<,2>納米粉可以進(jìn)入油/水界面,在油/水體系中具有較好的分散性能和界面性質(zhì),形成一層固體膜,并且具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性.這一結(jié)果也證明我們采用光催化處理污水的設(shè)想是可行的. (4)考察了納米TiO<,2>光催化劑的催化活性和影響催化活性的因素.光催化活性研究表明,納米級(jí)TiO<,2>光催化粒徑、焙燒溫度等因素對(duì)催化劑的活性影響也很火；各因素對(duì)水中HPAM降解影響研究表明

6、,光催化劑用量在0.5﹪～1﹪范圍內(nèi),低濃度HPAM污水降解效果較好,在光催化反應(yīng)過(guò)程中,加入微量的Fe<'3+>(含量為3.70×10<'3->mol/L)或H<,2>O<,2>(含量為5×10<'-3>mol/L)時(shí),對(duì)水中HPAM的降解有較好的效果:利用太陽(yáng)光處理HPAM水溶液經(jīng)過(guò)4h光照降解率達(dá)到80﹪以上. (5)由于聚合物驅(qū)污水中HPAM的存在使污水黏度增加,導(dǎo)致污水處理更加困難,利用光催化法對(duì)HPAM降黏進(jìn)行了研

7、究,首次提出光降黏的概念.研究結(jié)果表明,利用光催化法對(duì)HPAM水溶液降黏在技術(shù)上是可行的,且降黏效果顯著,光源、催化劑的類型與用量、氧化劑的加入等對(duì)HPAM光催化降黏有不同的影響,在HPAM濃度為200mg/L,光催化劑用量為1﹪體系中,加入微量的Fe<'3+>(含量在10<'-3>mol/L數(shù)量級(jí))、H<,2>O<,2>(含量在10<'-3>mol/L數(shù)量級(jí))時(shí),5min左右污水基本達(dá)到了蒸餾水黏度；太陽(yáng)光輻射對(duì)HPAM光催化降黏結(jié)果

8、表明,光照3 h同樣達(dá)到了蒸餾水的黏度,因此利用太陽(yáng)能進(jìn)行HPAM光催化降黏是可行的. (6)系統(tǒng)地研究了油田聚合物驅(qū)含HPAM污水的光催化降解和降黏性能.研究結(jié)果表明,油田聚合物驅(qū)污水光輻射2h后HPAM降解率達(dá)到70﹪以上,可以預(yù)計(jì)延長(zhǎng)光照時(shí)間或加入微量的氧化劑,光催化降解聚合物驅(qū)含HPAM污水將會(huì)達(dá)到預(yù)想的效果；污水光催化降黏速度非常快,含量為370 mg/L HPAM的污水,光照5min左右,黏度下降90﹪以上,10

9、min后,黏度同蒸餾水接近,含量為520mg?L HPAM的污水,光照30min黏度也接近蒸餾水的黏度；在370mg/L,油田聚合物驅(qū)污水中,加入1﹪光催化劑和5×10<'-3>mol/L的H<,2>O<,2>,太陽(yáng)光輻照5h后,油田聚合物驅(qū)污水中的HPAM降解95﹪以上,HPAM濃度降到15mg/L以下,由此可知太陽(yáng)光降解油田聚合物驅(qū)污水的可行性. (7)采用光-Fenton試劑對(duì)HPAM進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn),考察其對(duì)HPAM降解的

10、影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,光-Fenton試劑(UV/Fenton/C<,4>H<,4>O<,6><'2->)組合體系能快速有效去除HPAM；溶液的pH值對(duì)Fenton體系有顯著的影響,弱酸性環(huán)境有利于降解反應(yīng)的進(jìn)行；對(duì)于確定的反應(yīng)體系來(lái)說(shuō),H<,2O<,2>的濃度對(duì)HPAM氧化表現(xiàn)出一個(gè)最佳值. (8)系統(tǒng)地合成了Fe(Ⅵ)基化合物,并對(duì)其氧化能力和容量進(jìn)行了調(diào)制,使其滿足氧化油田污水中的HPAM的氧化電位和能力,并采用Fe(Ⅵ

11、)基化合物為氧化劑,對(duì)油田含聚合物污水中HPAM進(jìn)行了氧化降解實(shí)驗(yàn)研究.結(jié)果表明,選擇Fe(NO<,3>)<,3>·9H<,2>O作為鐵源,并控制鐵鹽投加量在85﹪～95﹪之間,KOH吸收液的濃度為10.5mol/L、溫度在0～5℃條件下,通過(guò)二次結(jié)晶,可獲得較高的產(chǎn)率和高純度Fe(Ⅵ)基化合物；Fe(Ⅵ)氧化法降解HPAM污水時(shí),最佳溫度范圍為40～60℃,初始濃度對(duì)氧化性能的影響不大,最佳的pH條件為pH=3.Fe(Ⅵ)濾液,是一種