摘要：利用两级内循环浮选技术处理三元复合驱污水，考察了PAM质量浓度、SDBS质量浓度、污水温度、供气量、pH值和水力停留时间对油一水分离的影响。利用显微镜成像技术分析油粒数量随时间的变化规律结果表明，PAM的存在能够减小SDBS对油一水分离性能的影响，提高油去除率。三元复合驱污水温度和初始油浓度对油去除率影响较小，而污水pH值、供气量和水力停留时间的影响较大。当pH>9.5、供气量为1.5～2.0m。/h和水力停留时间2.0h时，三元复合驱污水油去除率较高，达到85%以上。显微镜成像显示，油粒直径在3.O～15.0m范围，水力停留时间前1.0h中污水中油粒数量减少较多，而后1.0h中减少缓慢。
关键词：油一水分离;内循环;浮选;聚丙烯酰胺(PAM)
随着大庆油田进入开发中后期，三元复合驱开采逐渐成为其提高原油采收率的重要技术手段。三元复合驱开采是将碱、表面活性剂和聚合物按一定比例配制成水溶液，注入地层后形成原油和水溶液的混合液，然后被开采出来的技术。采出的混合液中除含有油和水基本成分外，还含有碱、表面活性剂和聚合物等物质，使油一水分散体系十分稳定，油一水不容易分离。
目前，油田主要采用重力分离法和气浮法对含油污水进行预处理，再利用过滤工艺完成后续处理。由于三元复合驱含油污水中残留表面活性剂和聚合物等物质，污水的黏度大、乳化严重、油粒在水中分散程度和稳定性高，使油田预处理工艺分离效率降低，聚合物在过滤器内累积，导致滤料板结，也导致处理后水质远不能满足油田回注水质的要求。
浮选技术自2O世纪60年代Tremblay等I1]获专利后不断发展起来，并获得广泛应用。该技术可极大提高油去除率，但传统的气浮工艺不能适用于水质复杂的三元复合驱污水的处理，开发一种新型预处理工艺已迫在眉睫。根据浮选柱分离技术和气提原理_2]，采用内外浮选柱相互嵌套结构的两级内循环浮选分离技术，克服了传统气浮气泡和油粒黏附效率低的弊端，在运行方式上可实现气泡和油粒的多次黏附，极大地提高三元复合驱污水的油水分离效率，在油田三元复合驱和含聚污水处理上具有广阔的应用前景。
1实验部分
1.1实验装置
实验装置由两级内循环浮选油一水分离器、微型空气压缩机、流量计、蠕动泵、数显剪切乳化搅拌机和温控系统组成。内循环浮选油一水分离器由下部内外筒嵌套式结构的浮选分离区和上部油～水气沉淀分离区构成，内筒下部安装美国Mott公司烧结金属气体扩散器。空气经扩散器分配后进入内筒，使内筒和内外筒间环形空间含气率不同，产生一定的密度差，形成了内循环流动的推动力。内循环夹带分散油粒运动，实现了油粒和气泡的多次碰撞和黏附，产生微气泡浮选作用口]，强化了油一水分离。同时分离器在构造上采用了两级串联，在运行方式上可以实现两级内循环浮选分离作用。两级间设置锥形导流罩_6]，可加强液体的内循环流动，从而增加气泡与油粒的黏附机会，避免了常规浮选柱的雾沫夹带和返混的缺陷。
分离器主体尺寸为0.2m×1.5m，由有机玻璃制成，有效容积0.04m。。德国THOMAS微型空气压缩机(2660CGHI37D)，气体最大流量3.0/h。配制pH值为9.5的三元复合驱污水，其中油质量浓度(c)为500.0mg/L、聚丙烯酰胺质量浓度(c(PAM))为200.0mg/L、十二烷基苯磺酸钠质量浓度(c(SDBS))为2O.0mg/L。将配制好的三元复合驱污水注入溶液箱内，利用剪切乳化搅拌机不断搅拌。采用蠕动泵连续进液，温控仪控制分离器内三元复合驱污水温度，每隔30.0min取样，测定油浓度。主要考察温度()、水力停留时间(t)、供气量(q)和初始油浓度()等条件对三元复合驱污水油一水分离性能的影响规律。
1.3油样及试剂
0号柴油，大庆炼化公司产品;聚丙烯酰胺(PAM)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，分析纯，天津市大茂化学试剂厂产品;NaOH，分析纯，天津市津北精细化工有限公司产品;浓硫酸，试剂级，哈尔滨市新达化工厂产品。利用蒸馏水配制1mol/L氢氧化钠和硫酸储备溶液。
2结果与讨论
2.1三元复合驱污水组成对油一水分离性能的影响
2.1.1聚丙烯酰胺浓度的影响
在pH值9.5、水温30.0℃、供气量1.6rn。/h和水力停留时间2.0h的条件下，考察无十二烷基苯磺酸钠(SDBS)复合驱污水中聚丙烯酰胺浓度(c(PAM))对油去除率的影响，其结果如图1所示。
由图1可见，无十二烷基苯磺酸钠(SDBS)复合驱污水的油去除率随着聚丙烯酰胺质量浓度的增加呈现先增加后减小的趋势。当聚丙烯酰胺浓度为180.0mg/L时，油去除率最高，达到94.3%。这是因为聚丙烯酰胺是链状高分子聚合物，分子中大量极性基团能吸附水中分散油粒口，使其更加容易与气泡黏附，因而随着聚丙烯酰胺浓度的增加，油去除率增加口川。若聚丙烯酰胺浓度继续增加，链状分子会相互形成网状结构，使污水黏度增加、气泡微细并且十分稳定口。。。气泡数量急剧增加，使内筒和内外筒环形空问的密度差反而减小，导致液体的内循环流量减小，气泡和油粒间的多次黏附效应受到破坏，导致油去除效率下降。
2.1.2表面活性剂浓度的影响
在pH值为9.5、水温为30.0℃，供气量为1.6m。/h和水力停留时间为2.0h的条件下，考察无聚丙烯酰胺复合驱污水中十二烷基苯磺酸钠浓度(c(SDBs))对油去除率的影响，其结果如图2所示。
由图2可见，无聚丙烯酰胺复合驱污水的油去除率随着SDBS表面活性剂浓度的增加呈现下降的趋势;当c(SDBS)<120.0mg/L时，油去除率下降较慢，而c(SDBS)>20.0mg/L时，油去除率下降较快，表明SDBS的存在对污水的油一水分离性能影响较大。这是因为SDBS是离子型的表面活性剂，在水中电离成亲水一亲油基团离子，亲水一亲油基团离子吸附到油粒表面使其带有电荷，油粒间的静电互斥作用会阻止油粒聚并。随着SDBS浓度的增加，带电油粒在油一水界面的两侧构成双电层结构，进一步加强了油粒亲水性和排斥作用口。同时表面活性剂存在大大降低了污水的表面张力，使气泡和油粒间的接触角增大，气泡和油粒的黏附性变差，使油去除率随表面活性剂浓度的增加而降低。
2.1.3聚丙烯酰胺和SDBS共存时的影响
在PAM和SDBS质量浓度分别为180.0mg/L和5.0mg/L条件下，考察PAM和SDBS共存时对复合驱污水油一水分离效能的影响。在pH值9.5、水温30.0℃、供气量1.61TI。/h的条件下，测定了水力停留时间分别为1.0和2.0h的油去除率，并与单因素进行比较，其结果列于表1。
从表1可以看出，延长t能够提高油一水分离效率。与PAM相比，SDBS对油一水分离性能的影响较大，但PAM和SDBS共存时会减小SDBS对油一水分离性能的影响程度。在t一2.0h、PAM和SDBS共存时的油去除率比PAM单独存在时的油去除率减小，但却比SDBS单独存在时的油去除率高。这是因为污水中PAM浓度远大于SDBS的浓度。PAM长链状高聚物分子的大量极性基团能吸附水中悬浮的油粒和SDBS_l，原本已经架桥的油粒同样会吸附SDBS，使油粒表面带上电荷而降低了油水分离效果。然而PAM对含有SDBS的污水具有吸附架桥和絮凝作用，可增加油一水分离效果。
2.2三元复合驱污水pH值对油一水分离性能的影响
在水温30.0℃、PAM和SDBS质量浓度分别为180.0mg/L和5.0mg/L、供气量1.6II1。/h条件下，考察污水中pH值对其油去除率的影响，结果如图3所示。
由图3可见，三元复合驱污水的油去除率随pH值增大呈现先下降后上升的趋势，pH值为中性时油去除率最差。当水力停留时间2.0h时，pH值为2.5的酸性三元复合驱污水的油去除率达到85.7;pH值大于9.5的碱性三元复合驱污水的油去除率大于82.6。
采用XSZ-HS7型显微镜观察碱性条件下三元复合驱污水中油粒的分布，利用PanasonicWV-CP240型数据采集器采集后输入计算机处理，所得图像如图4所示。由图4可知，碱性条件下三元复合驱污水中的油粒发生凝聚而相互聚集，并且这种聚集方式不同于乳化液中加入含高价金属离子的絮凝剂产生絮状物的油粒聚集方式。碱性三元复合驱污水获得较高的油去除率，可能是碱性条件下油粒问的自我凝聚和浮选效应共同作用的结果。
在酸性条件下三元复合驱污水中的油粒并无此聚集现象，但同样具有较高油去除率，可能是因为十二烷基苯磺酸钠是一种弱酸盐，酸性条件下电离平衡向生成酸分子方向进行，结合了更多的酸根离子，弱化了污水中表面活性剂的作用，使油粒所带电荷减少，由电效应产生的油粒稳定性减弱，有利于与气泡相黏和油粒的聚并，从而使酸性条件下油去除率较高。
2.3温度对三元复合驱污水油一水分离性能的影响
在pH值9.5、PAM和SDBS质量浓度分别为180.0mg/L和5.0mg/L、供气量L6m。/h和水力停留时问2.0h条件下，考察三元复合驱污水温度对其油去除率的影响，结果如图5所示。
由图5可见，总体上污水温度对油去除率影响不大。当污水温度低于30.0℃时，提高污水温度可使油去除率增大。污水温度高于30.0℃时，升高污水温度，油去除率基本不变。这是因为污水温度升高会减小界面膜的弹性和黏度，降低界面膜的强度，从而增强了气泡和油粒的黏附以及油粒问聚并作用。然而由于聚丙烯酰胺和表面活性剂的存在，使依靠污水温度升高形成的界面膜变形和挤压作用_】。导致的油粒问聚并，以及气泡与油粒黏附形成的微细气泡浮选作用有限，所以污水温度对油去除率影响较小。
相关论文还可参考：污水处理新改革管理方式制度
2.4供气量对三元复合驱污水油一水分离性能的影响
浮选油一水分离过程是气一液界面传质过程，气泡数量在一定范围内与供应气体量成正比，气泡数量的多少会影响油一水分离效率。在污水温度30.0。C、pH值9.5、污水中PAM和SDBS质量浓度分别为180.0mg/L和5.0mg/L、水力停留时间2.0h的条件下，考察供气量对三元复合驱污水油去除率的影响，结果如图6所示。
由图6可见，三元复合驱污水油去除率随供气量的增加呈现先增加后减小的趋势。当供气量为1.7m。/h时，油去除率达到最大;当供气量小于1.7m。/h时，随着供气量的增大污水中气泡数量增多，内筒与内外筒环形空间的密度差增大，使液体的内循环流量增大l1，内循环的油粒夹带作用使气泡和油粒问的多次黏附，并减小了返混现象，从而提高了油一水分离效率;当供气量大于1.7m。/h时，随着供气量的增大污水中气泡数量不断增多，导致内筒与内外筒环形空间的密度差减小，液体的内循环流量减小，内循环的夹带作用大大减弱，气泡和油粒间的黏附效应减小，从而降低了油去除率。另外，较高的供气量也使分离器紊流加剧造成筒内乳化液返混剧烈，油粒无法上浮到液面，反而使油去除率下降口。。
2.5初始油浓度对三元复合驱污水油一水分离性能的影响
在污水温度30.0℃、pH值9.5、污水中PAM和SDBS质量浓度分别为180.0mg/L和5.0mg/L、供气量1.6m。/h的条件下，考察三元复合驱污水初始油浓度C。分别为145.4、450和937mg/L情况下，油浓度和油去除率随水力停留时间的变化规律，结果如图7所示。
