含聚采油废水中HPAM和油对电渗析离子交换膜污染性能研究

论文摘要

含聚采油废水经处理后作为聚合物驱溶液的配制用水,实现采油废水的循环利用,能够保护环境、节约资源,具有社会效益、经济效益和环境效益的有效统一等多重意义。目前利用聚驱采油废水配制回用为聚合物驱溶液的关键问题在于降低水的矿化度。大庆油田现使用部分水解阴离子型聚丙烯酰胺（HPAM）作为驱油聚合物。本课题组在前期研究中发现,利用超滤-电渗析组合工艺回用大庆油田聚驱采出水为配聚用水具有很好的实用性;但是超滤工艺无法降低水中矿化度,且其出水中仍含有少量的油和HPAM等污染物,这些都会使所配制的聚合物驱溶液质量下降,严重影响聚合物驱油效果。本论文主要研究超滤处理后的含聚采油废水中的HPAM和油对电渗析除盐效果的影响以及两者在离子交换膜上的静态吸附污染性能。固定电渗析运行条件和模拟超滤出水中的含盐量,考察盐水中只含油、只含HPAM及同时含有油与HPAM情况下对电渗析装置除盐效果的影响。结果表明,模拟盐水中油无论是单独存在还是与HPAM同时存在,其对脱盐效果的影响都不大;相比之下,HPAM对脱盐有较大影响,它的存在能使含盐水电导率降至1mS/cm的时间延长20%左右。另外,通过调节含盐水中HPAM的浓度、温度和pH值,更清楚地了解了对脱盐过程影响较大的因素,为进一步考察含聚水对离子交换膜的污染提供依据。HPAM的静态吸附试验中,首先研究了不同初始浓度HPAM溶液的吸附平衡时间,以及溶液浓度、温度、pH值和离子浓度等因素对吸附特性的影响。结果表明,膜吸附量随着HPAM溶液初始浓度和温度的升高而增加, pH值对不同初始浓度下的HPAM溶液的吸附具有相同影响趋势,在pH=6.0时吸附量达到最大值;离子浓度更是对吸附量影响显著。通过对该吸附过程进行热力学和动力学模型拟合,发现不同温度下,Freundlich模型在试验浓度范围内能很好拟合HPAM的吸附等温线,热力学参数表明HPAM的吸附是一个自发熵增的吸热过程,且属于物理吸附;伪二级动力学方程更适合于描述HPAM在阴膜上吸附而造成污染的过程。油的静态吸附试验中,考察了不同初始浓度油溶液的吸附平衡时间,以及溶液的油浓度、温度、pH值、离子浓度和HPAM浓度等因素对吸附特性的影响。结果表明,膜对油的吸附量随着溶液初始油浓度、温度和离子浓度的增大而增加, pH值对吸附亦有较大影响,在pH=7.0时吸附量达到最大;HPAM与油的共存使膜的吸附污染更加严重。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 含聚采油废水配聚回用处理现状
• 1.2.1 含聚采油废水的特点
• 1.2.2 含聚采油废水的主要处理途径与工艺
• 1.2.3 含聚采油废水配聚回用存在问题
• 1.3 含聚采油废水深度脱盐技术
• 1.3.1 深度脱盐的主要处理技术
• 1.3.2 电渗析脱盐工作原理
• 1.4 离子交换膜的污染
• 1.4.1 离子交换膜选择透过性机理
• 1.4.2 离子交换膜污染形成机理与影响因素
• 1.4.3 国内外离子交换膜污染研究现状及分析
• 1.5 本课题意义和研究内容
• 1.5.1 课题的目的和意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第2章 试验材料和分析方法
• 2.1 试验材料与方法
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 材料与设备
• 2.1.3 试验用水
• 2.1.4 吸附试验方法
• 2.2 试验水样分析项目和检测方法
• 2.2.1 聚丙烯酰胺浓度的测定
• 2.2.2 含油量的测定
• 2.2.3 电导率的测定
• 2.3 膜性能分析项目和检测方法
• 2.3.1 膜迁移数的测定
• 2.3.2 膜亲水性的测定
• 2.4 膜表面及微观结构分析项目和检测方法
• 2.4.1 扫描电子显微镜分析
• 2.4.2 原子力显微镜分析
• 第3章 HPAM 和油对电渗析脱盐效果的影响
• 3.1 引言
• 3.2 各种含盐水对电渗析脱盐效果影响
• 3.2.1 盐水中的油对电渗析脱盐效果影响
• 3.2.2 盐水中HPAM 对电渗析脱盐效果影响
• 3.2.3 盐水中共存的油和HPAM 对电渗析脱盐效果影响
• 3.3 盐水中仅含HPAM 时电渗析脱盐的影响因素
• 3.3.1 HPAM 溶液浓度
• 3.3.2 HPAM 溶液温度
• 3.3.3 HPAM 溶液pH 值
• 3.4 电渗析运行后污染膜表面微观形态分析
• 3.4.1 扫描电子显微镜分析
• 3.4.2 原子力显微镜分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 HPAM 在离子交换膜上的吸附特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 吸附过程中的影响因素
• 4.2.1 吸附平衡时间的确定
• 4.2.2 HPAM 溶液温度对吸附的影响
• 4.2.3 HPAM 溶液pH 值对吸附的影响
• 4.2.4 HPAM 溶液中离子浓度对吸附的影响
• 4.3 HPAM 吸附的热力学研究
• 4.3.1 吸附等温线
• 4.3.2 吸附等温线模型
• 4.3.3 各种吸附等温线模型拟合结果
• 4.3.4 吸附热力学参数计算
• 4.4 HPAM 吸附的动力学分析
• 4.4.1 吸附动力学模型
• 4.4.2 各种吸附动力学模型拟合结果
• 4.5 吸附污染后阴膜表面微观形态分析
• 4.5.1 扫描电子显微镜分析
• 4.5.2 原子力显微镜分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 离子交换膜吸附油的影响因素考察
• 5.1 引言
• 5.2 油在离子交换膜上的吸附影响因素
• 5.2.1 吸附平衡时间的确定
• 5.2.2 油溶液温度
• 5.2.3 油溶液pH 值
• 5.2.4 油溶液离子浓度
• 5.2.5 油溶液中的HPAM 浓度
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及专利情况
• 致谢