目前我國大多數油田已處于開發中后期，為維持油田的穩產增產，包括聚合物驅在內的三次采油工藝技術已大規模應用〔1〕。我國已成為世界上使用聚合物驅油技術規模最大、大面積增產效果最好的國家〔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，嚴重時會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、反應速率快、無二次污染等優點，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造一個良好的反應環境〔9, 10〕。筆者研究了微波強化臭氧降解聚合物技術，以期為油田的現場應用提供參考。
1 實驗部分
1.1 材料和儀器
試驗污水：油田聯合站處理后污水（用于注聚站配制注聚污水）。
聚合物：國產陰離子型部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），相對分子質量2 000萬，水解度30%。
儀器：MCL-2型微波化學實驗爐，四川大學無線電系濟南康來微波設備有限公司；NPF30W臭氧發生器，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，金壇市大地自動化儀器廠。
1.2 實驗裝置
用油田聯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。實驗在自制反應器中進行，實驗裝置見圖 1。
圖 1 實驗裝置
將反應器放置于微波化學實驗爐器內部，周邊分別開有進水口、出水口、進氣口、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。實驗時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，先開啟臭氧發生器，然后打開微波發生器進行反應，同時開始計時，間隔一定時間取樣測試溶液內的HPAM濃度。臭氧投加量通過臭氧管路上的流量計精確計量，剩余臭氧通過放空設備放空。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，分別用單獨微波、單獨臭氧及微波+臭氧進行HPAM的降解實驗，實驗結果見圖 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處理配制溶液時，相同作用時間內，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%時的反應時間比臭氧單獨作用下縮短了約10 min。實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，而微波強化臭氧會顯著加快臭氧分解產生·OH，使得自由基反應機理占主導地位，反應速率會明顯提高〔11〕。
2.2 臭氧進氣量對HPAM降解效果的影響
聚合物溶液HPAM初始質量濃度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30 min條件下，調節通入的臭氧混合氣體進氣量，考察臭氧進氣量對HPAM降解率的影響，結果見圖 3。
圖 3 臭氧進氣量對HPAM降解效果的影響
從圖 3可知，在一定進氣量范圍內，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。
分析認為原因是：在整個反應過程中，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，當液相主體中臭氧的濃度逐漸增大至臭氧在溶液中溶解、反應和分解的動態平衡時，再增加臭氧的進氣量，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，但隨著反應的持續進行，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 油田現場含聚污水微波+臭氧處理實驗
實驗所用的聚合物驅采油污水為大港油田某污水處理站經“沉降+二級過濾”處理后污水，其中油質量濃度10.35 mg/L，HPAM 230.69 mg/L，懸浮固體質量濃度9.00 mg/L。根據以上實驗結果確定實驗條件：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，懸浮物質量濃度降至1.5 mg/L，水質完全能滿足現場回注需要。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
4 結論
（1）從實驗結果看，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、投加方式和設備簡單、操作方便等優點，因此油田含聚污水處理現場工藝設計應該考慮物理法和化學氧化法的協同效應，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濟反應條件，應根據現場實際情況確定。
