聚结机理更加明朗化。

1.4.2粗粒化技术存在问题

在当前所采用的粗粒化反应器中存在着诸多的问题：

(1) 目前粗粒化反应器的出水很难达到SY／T5329—94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》所规定的低渗透油田回注水A1级水质标准(出水含油量<5mg/L， SS去除率<1mg/L)。

(2) 在实验室条件下，粗粒化的反应机理还有待进一步确定，粗粒化填料的选择，虽然现在普遍认为亲油疏水性材料为粗粒化的首选，但是否还有比它更加高效的材料可以应用还有待研究，粗粒化器中填料的级配及如何强化反冲洗效果，确定粗粒化技术的使用条件和高效发挥作用的环境因素等；

(3) 对来水中油滴大小、粗粒化材料空隙、水流速度的控制； (4) 如何将实验室理想条件下的粗粒化技术转化到大工业生产中去； (5) 粗粒化反应器的选型等，如何解决粗粒化反应器中填料易堵塞，在有表面活性剂存在时效果较差；

(6) 设备定期维护保养，因资金投入不足造成的填料长期未能更换，使填料中毒失效，反应器的其它部位的失修使粗粒化效果下降等问题。

(7) 污水处理药更换频繁，且大部分未经严格的筛选，及其药剂的配伍性和投加量的试验评价等问题；

(8) 工艺和设备落后，处理技术简单，现场管理不善，如在粗粒化器中积油没有及时回收等；

(9) 粗粒化技术处理含油废水的处理成本及经济效益问题等。

1.5 本文研究的背景及主要内容

1.5.1课题产生的背景

我国有相当多的油田已进入石油开发的中后期，随着驱油技术的发展，各油田为挖掘油层潜力，已开始进行二次采油、三次采油，这使得石油开采废水的水质情况更加复杂，也为石油开采废水处理回用技术提出了新的要求。为挖掘油层潜力，各油田已开始应用多元聚合物化学驱采技术。由于在回注水中投加了大量的聚合物(以聚丙烯酰胺为主)和表面活性剂等化学药剂，导致水质情况比水驱石

油废水要复杂得多，增加了处理难度。

与水驱采油废水的水质情况比较可以看出，聚合物驱采废水中的原油主要是以粒径很小的乳化油状态存在的，这使其具有较高的稳定性。另外，水中还含有大量的聚合物、表面活性剂等物质，这些物质的存在又进一步增加了原油在水中的稳定性，使得现有的重力除油设施除油率很低，效果极差；而根据聚合物驱采回注水质的要求，在处理过程中应将废水中的聚合物、表面活性剂等物质予以保留，这使得聚合物驱采废水的除油处理变得异常困难，也给石油废水处理回用技术提出了更高的要求。根据聚合物驱采废水的特点及其回用要求，处理过程应采用物理法和物理化学法，但表面活性剂等物质的存在增加了除油的难度。在现有的处理技术中，只有粗粒化法可以大幅度提高物理法的除油效果，但由于粗粒化材料的种类较少，聚结效率不高，导致粗粒化聚结工艺的除油效果较差。另外，到目前为止，粗粒化聚结除油的机理仍处于探讨阶段，未形成统一的理论。因此，完善聚结除油机理，开发新型粗粒化材料，改善粗粒化工艺条件，进而提高聚结除油效率是解决聚合物驱采废水处理的有效办法。

针对现有油田采出水处理技术的种种弊端，本课题与山东铝业公司合作利用武汉理工大学研制的拥有自主知识产权的新型环保陶瓷净水材料设计一套粗粒化除油装置，作为油田采出水预处理设备；并结合破乳混凝——精细过滤工艺，形成了“破乳混凝——粗粒化——精细过滤”组合处理工艺。通过模型装置，在实验室条件下研究取得相关技术的开发应用研究的参数，探寻一种简便、经济的油田采出水的处理新方法及新工艺，应用到油田采出水处理中，从而解决油田采出水排放超标这一环保难题。有鉴于此，本课题重点研究粗粒化工艺的影响因素及其设计参数，开发新型的内循环粗粒化除油装置。

1.5.2本文研究的主要内容

为解决含油废水处理难的问题，本课题将设计一套新型内循环粗粒化装置，拟进行如下研究：

(1) 选择粗粒化形式。通过查阅大量文献和资料，确定粗粒化形式选择实验中所要用到的分离器类型和填料种类；通过对比实验，确定适当的粗粒化形式；

(2) 分析考察粗粒化效果的影响因素。包括粗粒化材料的性质、原水性质以及运行条件等方面的影响；

(3) 测定粗粒化工艺处理含油废水的出水、进水的含油量以及其他指标，分析探讨聚结除油机理；

(4) 通过对各工况下处理效果的分析，确定最佳运行条件；在参考前人研究成果的基础上，建立粗粒化数学模型，并进行实际模拟；

(5) 考察粗粒化装置在实际生产中的处理效果。 论文拟通过以上实验研究，预期达到以下目标：

(1) 选择出适合的粗粒化形式，研究粗粒化效果的影响因素，确定最佳运行参数；

(2) 建立粗粒化的数学模型，进行实际模拟，并设计出粗粒化反应器； (3) 将粗粒化反应器模型放大，运用到江汉油田废水的生产性试验。 (4) 对粗粒化装置的处理效果和经济效益进行全面综合的评估，为今后的大规模生产应用提供很好的参考依据。

第二章 乳状液聚结的理论基础

2.1 乳状液的定义

一种或几种液体以液珠形式分散在另一种与其不互溶(或部分互溶)液体中所形成的分散系统统称之为乳状液（emulsion）。

乳状液中的分散相粒子大小一般在1000nm以上，用普通显微镜可以观察到，因此它不属于胶体分散系统而属于粗分散系统。在自然界，生产以及日常生活中都经常接触到乳状液，例如开采石油时从油井中喷出的含水原油、橡胶树割淌出的乳胶、合成洗发精、洗面奶、配制成的农药乳剂以及牛奶或人的乳汁等等都是乳状液。

2.2 乳状液的类型

乳状液分为油包水型乳状液，以符号W/O表示；水包油型乳状液，以O/W表示。

通常把形成的乳状液中的不互溶的两个液相分成内相和外相。如水分散在油中形成的油包水型，水是内相为不连续相，油为外相是连续相。确定一乳状液属于何种类型可用稀释、染色、电导测定等方法。乳状液可被与其外相相同的液体所稀释，例如牛奶可被水稀释，所以其外相为水，故牛奶为水包油型。又如，水包油型的乳状液较之油包水型的乳状液的电导高，因此测定其电导可鉴别其类型。

2.3 乳状液的物理性质和评价方法

乳状液的物理性质主要包括分散相粒径分布、流变性、稳定性和界面性质等。

2.3.1分散相粒径分布

乳状液液滴粒径大小及其分布是乳状液的重要标志之一。大多数实验中测得的是在各种尺寸范围内的颗粒数目，在液滴的粒径为单分散的情况下，可以用一个光滑的连续函数来表征液滴的粒径分布，称为分布函数。

目前，液滴粒径分布测定可采用显微统计法、激光散射法、超声波法和超速离心机法，其中在乳状液液滴粒径分布测定中应用最广的是激光散射法。近年来，准弹性光散射仪的出现使得多分散胶体颗粒粒径分布的测定精度大大提高，准弹性光散射仪与光导纤维的结合使胶体粒子粒径的在线和现场测量成为可能。

2.3.2 流变性

影响乳状液粘度的主要因素包括：(l)连续相介质的粘度；(2)分散相介质的粘度；(3)分散相体积分数；(4)界面膜的性质；(5)分散相粒径分布。

乳状液的粘度还会受界面膜性质的影响，界面上吸附的表面活性物质使界面膜产生粘弹性，阻碍液滴内的环流，使乳状液的粘度增大。乳状液粘度的非牛顿特性还可作为其稳定性评价的一个指标，其粘度随剪切速率增大降低得越明显，稳定性越差。

乳状液分散相液滴之间的作用力受其上所带的电荷影响产生电粘度效应。一般情况下，液滴表面上的电荷使乳状液粘度增大。

分散相体积分率大于某一临界值时，乳状液还具有粘弹性和屈服值。粘弹性的来源是两相间的界面张力，界面张力对液滴在剪切力作用下发生的变形有恢复作用。乳状液粘度随分散相液滴粒径减小而增大。

2.3.3稳定性

乳状液的稳定性主要取决于界面膜的性质、连续相和分散相的流变性、分散相液滴粒径分布、分散相体积分率和两相间的密度差。

用于乳状液稳定性评价的方法有多种多样，可分为以下几类： (1)测定液滴尺寸随时间的变化

(2)测定乳状液不同位置分散相浓度的变化 (3)测定分离出的分散相和连续相体积量 (4)测定乳状液不同位置电导率差值的变化情况

W/O型原油乳状液稳定性测试中主要采取测定分离出游离水量随时间变化的所谓“瓶试法(jar test)”，即将一定量的原油乳状液置于带有刻度的透明容器中进行重力或离心沉降，每隔一定的时间间隔读取容器底部分离出的游离水的体积量作为评价原油乳状液稳定性的依据。

含油量小于l%的O/W型原油乳状液(也称反相原油乳状液inverse crude oil emulsion)的稳定性测试也采用瓶试法，具体做法是将反相原油乳状液置于透明容器中进行重力或离心沉降，每隔一定的时间间隔从容器底部放出一定量的底水测定水中的含油量作为评价反相原油乳状液稳定性的依据。