目前我國大多數(shù)油田已處于開發(fā)中后期，為維持油田的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，包括聚合物驅(qū)在內(nèi)的三次采油工藝技術(shù)已大規(guī)模應(yīng)用〔1〕。我國已成為世界上使用聚合物驅(qū)油技術(shù)規(guī)模最大、大面積增產(chǎn)效果最好的國家〔2, 3〕。但這也使得采出污水中聚合物的含量在逐年增加，如東部某油田聯(lián)合站脫后污水含聚物高達(dá)480 mg/L〔1〕。聚合物的存在使污水黏度成倍增大，地面污水設(shè)施處理能力下降，嚴(yán)重時會導(dǎo)致處理后污水含油量和懸浮物含量嚴(yán)重超標(biāo)〔4, 5〕，對污水回注和污水排放影響很大。陰離子型部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）是目前油田現(xiàn)場應(yīng)用較多的聚合物之一，其穩(wěn)定性較高、不易降解，必須在極高的溫度及強(qiáng)氧化性的環(huán)境下才能降解〔6, 7〕。
臭氧氧化在處理難降解聚合物時具有氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)速率快、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但是臭氧成本高，限制了其在水處理方面的應(yīng)用〔8〕。微波輻射水溶液，不僅能使局部微小點(diǎn)的溫度急劇上升而形成瞬間高溫，可降解聚合物，而且也可為氧化劑降解聚合物創(chuàng)造一個良好的反應(yīng)環(huán)境〔9, 10〕。筆者研究了微波強(qiáng)化臭氧降解聚合物技術(shù)，以期為油田的現(xiàn)場應(yīng)用提供參考。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 材料和儀器
試驗(yàn)污水：油田聯(lián)合站處理后污水（用于注聚站配制注聚污水）。
聚合物：國產(chǎn)陰離子型部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），相對分子質(zhì)量2 000萬，水解度30%。
儀器：MCL-2型微波化學(xué)實(shí)驗(yàn)爐，四川大學(xué)無線電系濟(jì)南康來微波設(shè)備有限公司；NPF30W臭氧發(fā)生器，以空氣為氣源，山東綠邦光電設(shè)備有限公司；電熱恒溫水浴鍋，金壇市大地自動化儀器廠。
1.2 實(shí)驗(yàn)裝置
用油田聯(lián)合站處理后污水和陰離子型部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）配制含聚污水。實(shí)驗(yàn)在自制反應(yīng)器中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置見圖 1。
圖 1 實(shí)驗(yàn)裝置
將反應(yīng)器放置于微波化學(xué)實(shí)驗(yàn)爐器內(nèi)部，周邊分別開有進(jìn)水口、出水口、進(jìn)氣口、出氣口。微波爐頻率為2 450 MHz，微波功率連續(xù)可調(diào)。配制溶液溫度由電熱恒溫水浴鍋控制。實(shí)驗(yàn)時取一定量配制好的模擬污水放入反應(yīng)器中，再放入微波爐中，先開啟臭氧發(fā)生器，然后打開微波發(fā)生器進(jìn)行反應(yīng)，同時開始計(jì)時，間隔一定時間取樣測試溶液內(nèi)的HPAM濃度。臭氧投加量通過臭氧管路上的流量計(jì)精確計(jì)量，剩余臭氧通過放空設(shè)備放空。含聚污水溶液配制方法參照《用于提高石油采收率的聚合物評價的推薦作法》（SY/T 6576—2003）執(zhí)行，HPAM濃度測定采用淀粉-碘化鎘法。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 微波強(qiáng)化臭氧降解HPAM效果分析
聚合物溶液HPAM初始質(zhì)量濃度250 mg/L，溫度為25 ℃時，在微波頻率為2 450 MHz，輻射功率為600 W，臭氧流量100 mg/（L·h）條件下，分別用單獨(dú)微波、單獨(dú)臭氧及微波+臭氧進(jìn)行HPAM的降解實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 2。
圖 2 微波、臭氧及微波+臭氧對HPAM的降解對比
由圖 2可知，HPAM在單獨(dú)臭氧和單獨(dú)微波作用30 min后，溶液中HPAM降解率分別為86.2%、38.3%，而采用微波與臭氧同時處理配制溶液時，相同作用時間內(nèi)，HPAM降解率達(dá)到97%以上。而且加入微波輻射后，HPAM降解率達(dá)到80%時的反應(yīng)時間比臭氧單獨(dú)作用下縮短了約10 min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微波的存在對HPAM的氧化降解具有明顯的強(qiáng)化作用。
分析認(rèn)為微波+臭氧體系作用下，反應(yīng)過程中既有微波熱分解及臭氧分子直接反應(yīng)，也有·OH的自由基反應(yīng)，而微波強(qiáng)化臭氧會顯著加快臭氧分解產(chǎn)生·OH，使得自由基反應(yīng)機(jī)理占主導(dǎo)地位，反應(yīng)速率會明顯提高〔11〕。
2.2 臭氧進(jìn)氣量對HPAM降解效果的影響
聚合物溶液HPAM初始質(zhì)量濃度250 mg/L，溫度為25 ℃時，在微波頻率為2 450 MHz，輻射功率為600 W，反應(yīng)30 min條件下，調(diào)節(jié)通入的臭氧混合氣體進(jìn)氣量，考察臭氧進(jìn)氣量對HPAM降解率的影響，結(jié)果見圖 3。
圖 3 臭氧進(jìn)氣量對HPAM降解效果的影響
從圖 3可知，在一定進(jìn)氣量范圍內(nèi)，HPAM降解率隨著臭氧混合氣體流量的增加而增加，但超過一定范圍，隨著臭氧流量增加，HPAM降解率增加緩慢。
分析認(rèn)為原因是：在整個反應(yīng)過程中，溶液中臭氧的含量受臭氧的溶解、反應(yīng)和分解的三重影響，首先臭氧在水溶液中的溶解度是一定的，當(dāng)臭氧在水中達(dá)到飽和狀態(tài)后，再提高臭氧的流量，水中臭氧濃度也不會增加，即到一定流量后臭氧濃度對提高HPAM的降解已作用不大；其次臭氧的溶解伴隨有一個自身的二級分解反應(yīng)，當(dāng)液相主體中臭氧的濃度逐漸增大至臭氧在溶液中溶解、反應(yīng)和分解的動態(tài)平衡時，再增加臭氧的進(jìn)氣量，臭氧的利用率反而降低。
2.3 微波輻射功率及輻射時間對HPAM降解效果的影響
聚合物溶液HPAM初始質(zhì)量濃度250 mg/L，溫度為25 ℃時，在微波頻率為2 450 MHz，臭氧流量100 mg/（L·h）條件下，考察微波輻射功率及輻射時間對HPAM降解率的影響，結(jié)果見圖 4。
圖 4 微波功率對HPAM降解效果的影響
由圖 4可以看出，HPAM降解率隨微波功率的增加而不斷提高，在相同輻照功率下，起始階段反應(yīng)速率較大，延長微波的輻照時間，HPAM降解率提高不明顯。分析原因認(rèn)為，在反應(yīng)初始階段，HPAM和臭氧濃度較大，反應(yīng)速率較快，但隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，HPAM和臭氧的濃度不斷降低，反應(yīng)速率也隨之降低。
2.4 溶液溫度的影響
聚合物溶液HPAM初始質(zhì)量濃度250 mg/L，在微波頻率為2 450 MHz，臭氧流量100 mg/（L·h），反應(yīng)30 min條件下，考察溶液溫度對HPAM降解率的影響，結(jié)果見圖 5。
圖 5 溫度對HPAM降解效果的影響
由圖 5可以看出，隨著配制污水溫度的升高，起始階段HPAM降解率快速提高，當(dāng)溫度超過40 ℃后降解率增加趨緩，分析原因是溫度升高會降低臭氧在水中的溶解度，從而影響HPAM降解效果。
3 油田現(xiàn)場含聚污水微波+臭氧處理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)所用的聚合物驅(qū)采油污水為大港油田某污水處理站經(jīng)“沉降+二級過濾”處理后污水，其中油質(zhì)量濃度10.35 mg/L，HPAM 230.69 mg/L，懸浮固體質(zhì)量濃度9.00 mg/L。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定實(shí)驗(yàn)條件：微波頻率為2 450 MHz，輻射功率為600 W，臭氧流量200 mg/（L·h），污水溶液溫度40 ℃，反應(yīng)2 h后，污水中98.67%的HPAM被去除，水中的油可完全被去除，懸浮物質(zhì)量濃度降至1.5 mg/L，水質(zhì)完全能滿足現(xiàn)場回注需要。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 結(jié)論
（1）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，與傳統(tǒng)的臭氧氧化法處理含聚污水相比，微波強(qiáng)化臭氧氧化工藝具有臭氧用量少、處理速度快、處理效率高、出水溫度適宜、投加方式和設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，因此油田含聚污水處理現(xiàn)場工藝設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮物理法和化學(xué)氧化法的協(xié)同效應(yīng)，能提高聚合物降解效率，降低污水處理成本。
（2）微波強(qiáng)化臭氧化降解油田污水聚合物有其最佳經(jīng)濟(jì)反應(yīng)條件，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。
