目前我國大多數油田已處于開(kāi)發(fā)中后期，為維持油田的穩產(chǎn)增產(chǎn)，包括聚合物驅在內的三次采油工藝技術(shù)已大規模應用〔1〕。我國已成為世界上使用聚合物驅油技術(shù)規模最大、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480 mg/L〔1〕。聚合物的存在使污水黏度成倍增大，地面污水設施處理能力下降，嚴重時(shí)會(huì )導致處理后污水含油量和懸浮物含量嚴重超標〔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）是目前油田現場(chǎng)應用較多的聚合物之一，其穩定性較高、不易降解，必須在極高的溫度及強氧化性的環(huán)境下才能降解〔6, 7〕。
臭氧氧化在處理難降解聚合物時(shí)具有氧化能力強、反應速率快、無(wú)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(gè)良好的反應環(huán)境〔9, 10〕。筆者研究了微波強化臭氧降解聚合物技術(shù)，以期為油田的現場(chǎng)應用提供參考。
1 實(shí)驗部分
1.1 材料和儀器
試驗污水：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(wàn)，水解度30%。
儀器：MCL-2型微波化學(xué)實(shí)驗爐，四川大學(xué)無(wú)線(xiàn)電系濟南康來(lái)微波設備有限公司；NPF30W臭氧發(fā)生器，以空氣為氣源，山東綠邦光電設備有限公司；電熱恒溫水浴鍋，金壇市大地自動(dòng)化儀器廠(chǎng)。
1.2 實(shí)驗裝置
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)驗在自制反應器中進(jìn)行，實(shí)驗裝置見(jiàn)圖 1。
圖 1 實(shí)驗裝置
將反應器放置于微波化學(xué)實(shí)驗爐器內部，周邊分別開(kāi)有進(jìn)水口、出水口、進(jìn)氣口、出氣口。微波爐頻率為2 450 MHz，微波功率連續可調。配制溶液溫度由電熱恒溫水浴鍋控制。實(shí)驗時(shí)取一定量配制好的模擬污水放入反應器中，再放入微波爐中，先開(kāi)啟臭氧發(fā)生器，然后打開(kāi)微波發(fā)生器進(jìn)行反應，同時(shí)開(kāi)始計時(shí)，間隔一定時(shí)間取樣測試溶液內的HPAM濃度。臭氧投加量通過(guò)臭氧管路上的流量計精確計量，剩余臭氧通過(guò)放空設備放空。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(jià)的推薦作法》（SY/T 6576—2003）執行，HPAM濃度測定采用淀粉-碘化鎘法。
2 實(shí)驗結果及分析
2.1 微波強化臭氧降解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(shí)，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，分別用單獨微波、單獨臭氧及微波+臭氧進(jìn)行HPAM的降解實(shí)驗，實(shí)驗結果見(jiàn)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在單獨臭氧和單獨微波作用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(shí)處理配制溶液時(shí)，相同作用時(shí)間內，HPAM降解率達到97%以上。而且加入微波輻射后，HPAM降解率達到80%時(shí)的反應時(shí)間比臭氧單獨作用下縮短了約10 min。實(shí)驗結果表明微波的存在對HPAM的氧化降解具有明顯的強化作用。
分析認為微波+臭氧體系作用下，反應過(guò)程中既有微波熱分解及臭氧分子直接反應，也有·OH的自由基反應，而微波強化臭氧會(huì )顯著(zhù)加快臭氧分解產(chǎn)生·OH，使得自由基反應機理占主導地位，反應速率會(huì )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(shí)，在微波頻率為2 450 MHz，輻射功率為600 W，反應30 min條件下，調節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，結果見(jiàn)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，HPAM降解率隨著(zhù)臭氧混合氣體流量的增加而增加，但超過(guò)一定范圍，隨著(zhù)臭氧流量增加，HPAM降解率增加緩慢。
分析認為原因是：在整個(gè)反應過(guò)程中，溶液中臭氧的含量受臭氧的溶解、反應和分解的三重影響，首先臭氧在水溶液中的溶解度是一定的，當臭氧在水中達到飽和狀態(tài)后，再提高臭氧的流量，水中臭氧濃度也不會(huì )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(gè)自身的二級分解反應，當液相主體中臭氧的濃度逐漸增大至臭氧在溶液中溶解、反應和分解的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)間對HPAM降解率的影響，結果見(jiàn)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，起始階段反應速率較大，延長(cháng)微波的輻照時(shí)間，HPAM降解率提高不明顯。分析原因認為，在反應初始階段，HPAM和臭氧濃度較大，反應速率較快，但隨著(zhù)反應的持續進(jìn)行，HPAM和臭氧的濃度不斷降低，反應速率也隨之降低。
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30 min條件下，考察溶液溫度對HPAM降解率的影響，結果見(jiàn)圖 5。
圖 5 溫度對HPAM降解效果的影響
由圖 5可以看出，隨著(zhù)配制污水溫度的升高，起始階段HPAM降解率快速提高，當溫度超過(guò)40 ℃后降解率增加趨緩，分析原因是溫度升高會(huì )降低臭氧在水中的溶解度，從而影響HPAM降解效果。
3 油田現場(chǎng)含聚污水微波+臭氧處理實(shí)驗
實(shí)驗所用的聚合物驅采油污水為大港油田某污水處理站經(jīng)“沉降+二級過(guò)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。根據以上實(shí)驗結果確定實(shí)驗條件：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(mǎn)足現場(chǎng)回注需要。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 結論
（1）從實(shí)驗結果看，與傳統的臭氧氧化法處理含聚污水相比，微波強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、投加方式和設備簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，因此油田含聚污水處理現場(chǎng)工藝設計應該考慮物理法和化學(xué)氧化法的協(xié)同效應，能提高聚合物降解效率，降低污水處理成本。
（2）微波強化臭氧化降解油田污水聚合物有其最佳經(jīng)濟反應條件，應根據現場(chǎng)實(shí)際情況確定。
