图书在版编目（CIP）数据
聚合物驱采油污水深度净化技术的研究书 / 任广萌 著 . -- 天津 : 天津科学技术出版社 , 2022.6
ISBN 979-7-5576-9924-6
Ⅰ . ① 聚…Ⅱ . ①任…Ⅲ . ①石油开采－污水处理 Ⅳ . ① X741.03
中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2022) 第 037875 号
内容简介
对聚合物驱采油污水进行深度处理，满足油田回注用水或排放水质要求，是油田生产可持续发展的重要内容。作者基于自身多年研究成果和国内外文献，从污水回注深度处理和污水外排深度处理两个方面，重点介绍了纤维过滤技术、高级氧化技术、超滤技术在污水回注深度处理和生物膜技术、高级氧化技术在污水外排深度处理中的应用效果。全书共分为四章，主要内容包括：绪论、实验设备材料与分析方法、聚合物驱采油污水回注和污水外排深度处理工艺研究。
本书可供污水处理技术研究领域的科研人员和技术人员阅读，也可供高等学校环境工程及相关专业的师生参考。
前 言
聚合物驱采油污水 (ORWPF) 是伴随油田聚合物驱油技术的应用而出现的一种新型采油污水。它除含有石油烃类、固体颗粒、无机盐等常规采油污水含有的物质外，还含有大量残余的聚丙烯酰胺 (PAM)，其相对分子质量为 4×106 ~ 5×106。ORWPF 是一种乳化程度较高、难以生物降解的有机废水。经油田现有工艺（沉降或浮选—过滤）处理后，ORWPF 达不到油田回注水质标准的要求，无法回注，外排又严重污染环境。针对这个问题，根据处理后污水去向的不同，本文在保留油田现有处理工艺的基础上，采用不同工艺对 ORWPF 进行了深度处理研究。
针对处理后 ORWPF 用于回注的要求，在保留油田现有处理工艺的基础上，本文采用“改性纤维球过滤 -O3 / UV / H2O2氧化 - 超滤”工艺对其进行深度处理。在回注深度处理工艺中，改性纤维球过滤单元的功能主要是去除 ORWFP 中的油和悬浮物。研究结果表明，改性纤维球过滤单元可以在较高的过滤速度下稳定运行。过滤出水中油浓度不超过 7.27 mg / L，油的去除率可以达到 77.56%；改性纤维球过滤可以显著减低ORWPF 中悬浮物的浓度，其出水中悬浮物浓度≤ 6.81 mg / L，悬浮物去除率为84.17%；改性纤维球过滤出水中颗粒粒径中值为 3.11μm，较处理前减小了 59.53%。但改性纤维球过滤ORWPF 中大量存在的 PAM 没有去除作用。采用气水联合反冲洗可以实现滤料的清洗再生，反冲洗气体和水流强度分别为16.72L / m2 ·s 和 5.22 L / m2 ·s，反冲洗时间为 15 ~ 20 min。虽然改性纤维球过滤对油和悬浮物的去除效果明显，但其出水中悬浮物浓度和颗粒粒径中值仍然没有达到油田注水标准的要求。
在回注深度处理工艺中，采用 O3 / UV / H2O2 处理单元对改性纤维球过滤出水进行进一步处理，主要去除 ORWPF 中的PAM 和部分石油烃类有机物。研究发现，H2O2 和 O3 投加量、PAM 初始浓度、紫外辐照强度和 pH 是影响 PAM 氧化降解的重要因素。通过对 O3 / UV / H2O2 氧化 PAM 反应的动力学分析，发现该反应符合准一级动力学规律，计算得到该反应的表观速率常数与主要影响因素之间的关系，确定了 O3 / UV / H2O2 体系氧化 PAM 的反应宏观动力学方程。实验结果表明，在 PAM初始浓度为 103.18 mg / L、H2O2 和 O3 投加量分别是 165 mg / h和 230.2 mg / h、紫外辐照强度为 2.2 mw / cm2 、pH 7 的条件下，反应 60 min 后，PAM 的转化率可以达到 62.60%，其相对分子质
量可以降至 10000 以内。
在回注深度处理合工艺中，采用超滤膜对 O3 / UV / H2O2处理单元的出水进行深度处理，进一步去除污水中不达标的悬浮物和颗粒。研究发现，在超滤过程中，操作压力、操作温度和污水的 pH 都会对膜的通量产生影响，一般的膜通量随操作压力、操作温度和 pH 的增加而增大，但高操作压力下，膜通量衰减的较快。采用超滤出水对膜进行反洗的效果好于使用自来水，使用 0.5% 氢氧化钠溶液基本可以实现膜的彻底清洗。超滤对污水中残余的悬浮物和细微颗粒有很好的过滤效果，其出水悬浮物浓度降至 2 mg / L 左右，ORWPF 中颗粒的粒径中值可以降至 1.3μm 以下，完全可以达到回注水标准的要求。
采用人造岩芯模拟实验考察回注深度处理工艺中各单元出水对岩芯渗透率的伤害程度。实验结果表明，各处理单元的出水对人造岩芯渗透率的伤害程度依次显著降低，均明显低于深度处理前 ORWPF 对岩芯渗透率的伤害程度。现场实验中，回注深度处理工艺的出水（超滤出水）对高、中、低渗透层岩芯渗透率伤害程度均低于 30%，较深度处理前分别减轻了 74.33%、75.15% 和 78.77%，达到了油田生产的要求。
针对 ORWPF 处理后外排的要求，在保留油田现有处理工艺的基础上，本文采用“移动床生物膜反应器 -O3 / UV / H2O2氧化”工艺对 ORWPF 进行深度处理。在外排深度处理工艺中，移动床生物膜反应器 (MBBR) 单元的主要功能为降解ORWPF 中的石油烃类物质，降低污水的 COD。研究发现，MBBR 可以在较宽的温度范围内稳定运行。在 25℃，水力停留时间为 9h 的条件下，经 MBBR 处理，ORWPF 的 COD 从326.15 mg / L 降至 210.43 mg / L，去除率为 35.48%；在进水油浓度为 12.25 ~ 210 mg / L 的范围内，MBBR 出水油浓度不高于10 mg / L，油的去除率维持在 90% 以上。但 MBBR 对 ORWPF中的 PAM 没有去除作用，处理前后其浓度和分子量均没有变化。
ORWPF 经 MBBR 处理后，其 COD 仍未达标，因此采用 O3 / UV / H2O2 体系对 MBBR 出水进行进一步处理。实验发现，在 O3 和 H2O2 投加量分别为 154.95 mg / h 和 225.63 mg / h、紫外光强为 2.2 mw / cm2 、反应体系 pH 为 6.0 的条件下，反应150 min 后，ORWFP 的 COD 从 210.43 mg / L 降为 94.34 mg / L，达到了国家污水综合排放一级标准的要求。
目 录
前 言………………………………………………………… 001
第 1 章 绪 论… ……………………………………………… 001
1.1 研究目的与意义… …………………………………… 001
1.2 聚合物驱采油污水处理的研究现状…………………… 003
1.2.1 物理方法除油和悬浮物 ……………………… 004
1.2.2 生物法降解聚丙烯酰胺的研究 ……………… 006
1.2.3 化学法降解聚丙烯酰胺的研究 ……………… 007
1.3 聚合物驱采油污水的水质特点和水质标准…………… 010
1.3.1 聚合物驱采油污水的水质特点 ……………… 010
1.3.2 处理后聚合物驱采油污水的水质标准 ……… 012
1.3.3 现有聚合物驱采油污水处理技术的局限性 … 014
1.4 采油污水中油的去除… ……………………………… 014
1.4.1 概述 …………………………………………… 014
1.4.2 移动床生物膜技术 …………………………… 016
1.5 采油污水中悬浮物的去除……………………………… 021
1.5.1 纤维过滤技术 ………………………………… 021
1.5.2 膜分离技术 …………………………………… 022
1.6 采油污水中聚合物的去除……………………………… 025
1.6.1 概述 …………………………………………… 025
1.6.2 高级氧化技术 ………………………………… 025
1.7 主要研究内容… ……………………………………… 031
第 2 章 实验设备、材料与分析方法… …………………… 033
2.1 实验设备… …………………………………………… 033
2.1.1 高级氧化反应器 ……………………………… 033
2.1.2 纤维过滤器 …………………………………… 036
2.1.3 移动床生物膜反应器 ………………………… 037
2.2 实验材料… …………………………………………… 038
2.2.1 纤维滤料 ……………………………………… 038
2.2.2 移动床生物膜反应器填料 …………………… 039
2.2.3 膜 ……………………………………………… 041
2.3 实验分析方法… ……………………………………… 044
2.3.1 聚合物驱采油污水中污染物质的分析 ……… 044
2.3.2 高效液相色谱分析 …………………………… 044
2.3.3 岩芯渗透率伤害程度（C）的检测 …………… 045
第 3 章 聚合物驱采油污水回注深度处理工艺研究… …… 048
3.1 回注深度处理工艺的提出与可行性分析……………… 048
3.1.1 工艺的提出 …………………………………… 048
3.1.2 可行性分析 …………………………………… 049
3.2 改性纤维球处理聚合物驱采油污水的研究…………… 050
3.2.1 实验方法与装置 ……………………………… 050
3.2.2 过滤速度的影响 ……………………………… 050
3.2.3 进水油浓度的影响 …………………………… 053
3.2.4 进水悬浮物浓度的影响 ……………………… 054
3.2.5 改性纤维球对 PAM 的去除效果 ……………… 055
3.2.6 改性纤维球过滤精度的研究 ………………… 055
3.2.7 改性纤维球过滤阻力的研究 ………………… 057
3.2.8 改性纤维球滤料的过滤性能 ………………… 058
3.2.9 改性纤维球滤料的清洗效果研究 …………… 058
3.3 O3 / UV / H2O2 体系处理聚合物驱采油污水的研究… …062
3.3.1 聚合物驱采油污水水质 ……………………… 062
3.3.2 实验装置与方法 ……………………………… 063
3.3.3 不同高级氧化体系处理 PAM 的效果比较 …… 064
3.3.4 O3 / UV / H2O2 体系处理 PAM 的影响因素研究 …064
3.3.5 O3 尾气的处理 ………………………………… 074
3.4 超滤单元处理聚合物驱采油污水的研究……………… 078
3.4.1 实验装置与方法 ……………………………… 078
3.4.2 操作参数对膜通量的影响 …………………… 079
3.4.3 超滤膜去除悬浮物和 PAM 的效果研究 ……… 082
3.4.4 超滤膜的清洗 ………………………………… 084
3.5 人造岩芯模拟实验… ………………………………… 091
3.6 本章小结… …………………………………………… 094
第 4 章 聚合物驱采油污水外排深度处理工艺研究… …… 096
4.1 外排深度处理工艺的提出及可行性分析……………… 096
4.1.1 工艺的提出 …………………………………… 096
4.1.2 工艺的可行性分析 …………………………… 097
4.2 移动床生物膜反应器（MBBR）处理聚合物
驱采油污水的研究… ………………………………… 098
4.2.1 MBBR 进水水质分析 ………………………… 098
4.2.2 移动床生物膜反应器实验装置 ……………… 099
4.2.3 MBBR 的启动 ………………………………… 099
4.2.4 MBBR 去除污染物的效能研究 ……………… 099
4.2.5 MBBR 出水水质分析 ………………………… 103
4.3 高级氧化技术处理 MBBR 出水的研究… …………… 104
4.3.1 不同高级氧化体系处理 MBBR 出水的效果比较 105
4.3.2 H2O2 投加量的确定 …………………………… 106
4.3.3 O3 投加量的确定 ……………………………… 108
4.3.4 pH 对 O3 / UV / H2O2 体系除污效果的影响 … 110
4.3.5 反应时间对 O3 / UV / H2O2 体系除污效果的影响 …111
4.4 丙烯酰胺单体的检测… ……………………………… 113
4.4.1 概述 …………………………………………… 113
4.4.2 丙烯酰胺单体的检测 ………………………… 113
4.5 本章小结… …………………………………………… 116
结 论………………………………………………………… 117
参考文献……………………………………………………… 120
宁公网安备 64010602000777号
