1 引言
针对当前油田污水处理的现状,将吸附性高分子材料的研究成果,应用到油田污水处理工程中,必将有力的促进油田污水处理工艺的发展,提升处理后油田污水的水质.
2 吸附性高分子材料的定义
吸附性材料主要是指那些对某些特定离子或分子有选择性亲和作用,使两者之间发生暂时或永久性结合,进而发挥各种功效的材料.
3 油田污水处理现状及问题
3.1 油田污水处理现状
油田污水处理,主要是对原油开采过程中的伴生污水进行相应处理,然后将处理达标后的污水再反注回地层的过程.伴随着我国绝大部分油田的开发都已进入中后期,原油开采过程中,油井井口产出物中水的含量不断攀升.油田污水处理的量越来越大,污水处理工作也越来越重要.
为使伴生污水不污染地层,不妨害油田开发,相应制定了一些油田污水回注地层水质标准.为了达到这个标准,当前油田采用的主要方法就是对污水进行加剂,然后再重力沉降分离,最后再通过精细过滤以达到去除污水中含有的机械悬浮杂质和原油液滴的目的.
3.2 油田污水处理存在的问题
在上述的油田污水处理过程中存在两个问题,即污水处理过程本身产生的污水难以处理和精细过滤成本过高.
在关键的重力沉降过程中,由于污水中含油和机械杂质在同一个步骤中同时被处理,絮凝沉降出的机杂中含有大量污油,这就使沉降过程中排出的污水很难处理.含油污泥一方面是长期难以干化;一方面即便干化也会对环境造成较大危害,不易处理.
精细过滤成本过高的问题.通过重力沉降后,为进一步降低污水中机杂含量,防止机杂对地层岩隙造成堵塞,妨害油田开发,摘要污水处理过程中还要对污水进行精细过滤.
精细过滤就是采用拥有较小孔隙度滤料的过滤器,对污水进行过滤.在这一过程中,由于滤料在吸附机杂的同时,不可避免的对水中污油也进行了吸附.这使得混有机杂和污油的滤料再生异常困难.因此,必须定期对过滤器滤料进行更换,加大了过滤的成本.
4 吸附型高分子材料在油田污水处理中的应用
针对上述油田污水处理过程中存在的问题,结合吸附性高分子材料具有高吸附容量、高选择性的特性,以及高分子吸附剂再生容易,耐热、耐辐射、耐氧化、强度高、寿命长的优点.将吸附性高分子材料应用到油田污水处理过程中,具有很大潜力.
4.1 非离子型吸附树脂在油田污水处理中的应用
根据吸附型高分子材料吸附作用高选择性的特点,将油田污水处理过程中去除含油和机杂的过程分步骤进行.根据非离子型吸附树脂能够有效吸附水中有机物的特性,首先采用非离子型吸附树脂去除污水中的含油.将水中含油先行分离后,再处理水中机杂将变得很容易,无论是沉降分离还是精细过滤,都将简单易行.
4.1.1 主要的三类非离子型吸附树脂的结构特点与性质
聚苯乙烯型:聚苯乙烯型吸附树脂是以苯乙烯为主料,形成的均聚物或共聚物.聚苯乙烯型吸附树脂的机理主要是通过被吸附物质的疏水基与吸附剂的疏水表面相互作用产生吸附.当被吸附物质的极性增加时,吸附能力下降,主要用于水溶液或空气中有机成分的吸附与富集.该吸附剂不同于活性炭等无机吸附剂,它属于可逆性吸附剂,即被吸附的物质可以通过适当的方法从吸附剂上100%脱除.脱附过程主要有热脱附法和溶剂脱附法.
聚丙烯酸型:以聚甲基丙烯酸-双甲基丙烯酸乙二酯交联体为例,它是仅次于聚苯乙烯型吸附树脂的吸附剂,由于其分子骨架中已经包含酯键,因此属于中等极性吸附剂.
能从水溶液中吸附亲脂性物质,也可以在有机溶液中吸附亲水性物质.聚甲丙烯酸甲酯型吸附树脂也可以做成凝胶型和大孔型两种结构,分别适用于溶胀体系和非溶胀体系.
其它类型:除了上述两种常见的吸附树脂外,聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚乙烯亚胺、纤维素衍生物等高分子材料也常作为吸附性树脂使用.
4.1.2 非离子型吸附树脂在油田污水处理过程中的应用浅析
根据油田污水处理实际,初步分析.由于污水中的悬浮油滴为非极性物质,初步选定聚苯乙烯型吸附树脂作为污油吸附材料.
考虑滤料脱附和污油回收的问题,该吸附过程应尽量避免吸附水中机杂,因此制作的吸附材料宏观外型不应为网状,而应是树枝状,可置于管线中或是卧式吸附槽中.脱附过程建议采用溶剂法脱附,因为油田伴生轻烃量大,可作为理想的脱附溶剂.而且溶合在一起的轻烃和原油可以全部回收,送至炼厂.
4.2 阴离子型高分子吸附材料在油田污水处理中的应用
在油田污水处理过程中,衡量处理后污水水质的标准,除了机杂和含油外,还有ph值、细菌含量等指标.而这些,都可以通过离子型高分子吸附材料对特定离子的吸附,来达到目的.
4.2.1 离子型高分子吸附材料简介
离子型吸附树脂是一种在聚合物骨架上含有离子交换基团的功能高分子材料.在作为吸附剂使用时,骨架上所带离子基团可以与不同离子通过静电引力发生作用,从而吸附环境中的各种反离子.
4.2.2 离子型高分子吸附材料的性质及分类
离子型吸附树脂应具有有良好的稳定性、良好的耐溶剂性质、良好的力学性能、具有一定的离子交换容量、对特定离子应具有选择性吸附能力、具有较大的比表面积及适宜的孔径和孔隙率.
离子型高分子吸附材料主要分为阳离子型吸附树脂和阴离子型吸附树脂.
4.2.3 阴离子交换树脂在油田污水处理中的应用
阴离子型吸附树脂的主要结构特征是分子内含有可解离的碱性基团.这种碱性基团可以是季铵化的强碱性基团,也可以是显示弱碱性的各种有机胺结构.阴离子型吸附树脂主要作为离子交换剂使用时被称为阴离子交换树脂.根据所带离子交换基团的碱性强弱,常常将阴离子交换树脂分成强碱性和弱碱性阴离子交换树脂.
由于特定的阴离子交换树脂,可以吸附交换特定的阴离子,而且完成交换后可以使溶液呈弱碱性.所以,我们可以设计生产专门针对硫酸根和亚硫酸根的阴离子交换树脂,用于油田的污水处理.在去除硫酸根和亚硫酸根不利影响的同时,达到调节污水ph值得目的.
当然,这只是初步的设想.对于具体的吸附剂选型和应用,还需对吸附型高分子材料进行深入研究和对油田污水处理现状进行仔细分析后,才能做出最终选择.
5 结论
本文通过分析油田污水处理过程中存在的几点问题,结合当前吸附性高分子材料的研究进展,简单谈了两种吸附性高分子材料在油田污水处理过程中的应用前景.相信如果能将吸附性高分子材料正确应用到油田污水处理工艺中,解决油田开发伴生污水的处理问题将指日可待.
参考文献:
[1] 赵文元,王亦军 . 功能高分子材料 [J]. 化学工业出版社,2008,(01)
