目前，我國大部分油田已進(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)過多年的研究，礦場試驗(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)到回注指標(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)。為此，必須研究特殊技術(shù)對含聚合物污水進(jìn)行處理。高級氧化技術(shù)(AOPs)作為水處理的新方法，其特點(diǎn)是通過具有強(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)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TiO_2光催化粒徑、焙燒溫度等因素對催化劑的活性影響也很大；各因素對水中HPAM降解影響研究表明，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)過程中，加入微量的Fe~(3+)(含量為3.70×10~(-3)mol／L)或H_2O_2(含量為5×10~(-3)mol／L)時(shí)，對水中HPAM的降解有較好的效果；利用太陽光處理HPAM水溶液經(jīng)過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HPAM降黏進(jìn)行了研究，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)、H_2O_2(含量在10~(-3)mol／L數(shù)量級)時(shí)，5min左右污水基本達(dá)到了蒸餾水黏度；太陽光輻射對HPAM光催化降黏結(jié)果表明，光照3h同樣達(dá)到了蒸餾水的黏度，因此利用太陽能進(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�？�，含量為370mg／L HPAM的污水，光照5min左右，黏度下降90％以上，10min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_2O_2，太陽光輻照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，由此可知太陽光降解油田聚合物驅(qū)污水的可行性。 (7)采用光-Fenton試劑對HPAM進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，考察其對HPAM降解的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光-Fenton試劑(UV／Fenton／C_4H_4O_6~(2-))組合體系能快速有效去除HPAM；溶液的pH值對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；對于確定的反應(yīng)體系來說，H_2O_2的濃度對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)基化合物為氧化劑，對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_2O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，是一種強(qiáng)氧化劑，其對油田高濃度三元復(fù)合驅(qū)污水的化學(xué)需氧量(CODcr)去除率達(dá)60％以上，對高濃度的油田含HPAM污水CODcr去除率達(dá)70％以上。由于Fe(Ⅵ)同時(shí)具有強(qiáng)氧化性和絮凝作用，這使其處理含油污水和含聚合物污水時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)越性。因此，F(xiàn)e(Ⅵ)是一種獨(dú)特的高效水處理劑。 根據(jù)上述研究，三種氧化技術(shù)用于降解HPAM均具有可行性、創(chuàng)新性，這一成果為聚合物采油污水回注或排放處理提供一種新技術(shù)和理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：大慶石油學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：X741
【部分圖文】：

由親水基與親油基組成，具有很強(qiáng)的乳化作用，形成O/W型乳化油，表活劑的親油基深入油相，親水基深向水相，形成一層介于油水之間的表活劑薄膜，乳化油不但被水包住，而且形成雙電層油/水界面膜，一般帶有負(fù)電荷。如圖2一1所示為油田普通污水中油水乳化顯微圖像，其中連續(xù)相為水，乳化類型為O/W型，可以看出，微小的油珠分散在水中。圖2一1油田污水中油的存在形式顯微圖像(40倍)Fig.2一 1MieroscoPieImageoftheemulsionofwastewaterfromoilfield(40X)油水界面膜可按照受壓縮時(shí)的流動(dòng)性分為三類:固體剛性膜，為相對不溶性膜，界

聚合物驅(qū)污水中油和H隊(duì)M的存在形式與乳化機(jī)理為J‘對聚合物馬!、護(hù)，水(人J大采油六)一樣)進(jìn)行i’r細(xì)f!)于究，我們采川f包鏡進(jìn)行了掃描如圖2一2)聽小·?沖一，一了‘/圖2一2在聚合物污水中H隊(duì)M存在形式電鏡掃描圖像 F19.2一 2SEM111飛 ageofHPAMInwastewaterfro:11polynlerflood一ng少}i飛宋掃川、在聚合物存在卜，油水乳化較嚴(yán)重，油含星很啟，(見表卜l)，并且宏觀性JI方發(fā)’}一J’{民，、變化，油水界而膜隨著H隊(duì)M濃度的增大而增加，聚合物是兩親性分子，，。}、然了l{匕壽IJ分J幾豐}!似，l吸lj付了}一呀山/水界11!r

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【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 盧磊;油田聚合物驅(qū)采油污水處理藥劑及工藝研究[D];山東大學(xué);2008年

本文編號：2846427