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聚丙烯酰胺的降解方法

  聚丙烯酰胺的降解方法

  随着聚合物驱油技术在我国油田的大面积推广,聚丙烯酰胺污水的产量也在逐年增加,该污水具有粘度高、油水分离难度大、可生化性差等特点,造成的环境负面影响越来越明显。

  聚合物驱采油废水中不仅含油量高,而且还含有大量的聚丙烯酰胺。从长远来看,聚合物驱采出水的最终出路只有外排或者处理后达到用于低渗透地层的注水标准。聚合物驱采出水处排要解决的关键问题是使聚丙烯酰胺完全降解,以避免外排后累积在环境中造成污染,目前研究较多的主要有生物降解、化学氧化降解、光化学氧化、光催化氧化降解、机械降解和热降解等。

  1.生物法降解聚丙烯酰胺

  聚合物驱油产生的大量含聚丙烯酰胺的污水需要处理,其中生物处理技术是最有发展前景的绿色技术。由于PAM为人工合成的水溶性高分子,很难进行生物降解。目前,关于PAM生物降解性能研究的文献较少,且多数研究结果表明高分子量PAM难以被微生物利用和降解。

  农业土壤中存在的微生物对PAM的降解作用:PAM能作为细菌的唯一氮源,但不能作为唯一的碳源。对硫酸盐还原菌降解聚丙烯酰胺的情况进行了研究,结果发现,在接种量为3.6×104个/毫升,温度为30℃下培养7d后,1000mg/l的聚丙烯酰胺溶液的粘度降低了19.6%。采用高效降解聚丙烯酰胺菌和烃类氧化菌处理聚丙烯酰胺质量浓度为563.3 ﹣163.4mg/l的采油污水,60h后聚丙烯酰胺的去除率达到92%以上。

  2.化学氧化降解聚丙烯酰胺

  Fenton试剂具有极强的氧化能力,特别适用于某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理。以聚丙烯酰胺污水为处理对象,通过正交试验确定了Fenton试剂处理聚丙烯酰胺污水的最佳条件;Fe2+和H2O2浓度分别为400mg/l、1.0ml/l,反应温度40℃、反应时间15min,反应体系的pH为3左右,HPAM的降解率能达到88%以上,COD降解度高达97%。

  高铁酸钾对油田含聚丙烯酰胺污水进行降解和降粘的效果,试验结果表明,控制pH值为3-4,温度为45℃左右,对低浓度含PAM油田污水,投加0.001mol/l高铁酸钾,反应15min时,PAM的降解率达90%以上,同时污水的粘度可将至与蒸馏水相近,出水的油含量达到排放标准。

  对聚合物驱采油污水进行曝气处理,污水粘度也会明显下降,而且在污水中加入少量亚铁盐后,污水粘度下降幅度更大。

  3.光化学氧化和光催化氧化降解

  光化学氧化和光催化氧化以其可在常温、常压下进行,可彻底去除有机污染物,无二次污染等优点,而被广泛用于难降解有机物处理上。

  以纳米二氧化钛为催化剂,对三次采油污水中的聚丙烯酰胺进行了光催化氧化可行性研究,研究结果表明在以中压汞灯为光源的条件下,污水中聚丙烯酰胺的降粘率可达90%以上。

  采用紫外/臭氧/过氧化氢组合,聚丙烯酰胺的降解规律,在pH值为4,臭氧和过氧化氢的投加量分别为230mg/l(l h)和660mg/l的条件下,质量浓度为93.7mg/L的聚丙烯酰胺在反应120min后,其去除率可达90%以上。

  光化学法处理难降解有机物具有高效彻底的优点,只是处理成本相对较高。

  4.机械降解

  三次采油的注水中加入线形聚丙烯酰胺可增大其粘度,防止“指进”现象的出现;而在原油或其他流体输送过程中,在流体中加入少量的线性PAM。则可以起到减阻的作用。以上两种应用中,均会由于流体流动过程中的剪切作用,使PAM发生降解,分子量降低,降低PAM的增粘或减阻作用。

  5.PAM的热降解

  由于PAM主要以水溶液的形式被应用。因此对固态PAM的热降解性的研究较少。目前已有的文献中,对PAM热降解性的研究主要是利用热重分析和微分扫描量热的方法,根据不同升温速率下PAM的失重曲线判断PAM的降解机理。通过对比PAM和PMM的N取代烷基衍生物的失重曲线研究,认为PAM在升温过程中发生率两次降解,反应温度分别为326℃和410℃,其中第一次降解过程主要为相邻酰胺基之间相互缩合,脱氨并形成酰亚胺的过程;第二次降解主要是脱氮、形成二氧化碳的过程,则进一步根据不同温度下的热重曲线计算出了两次降解过程的活化能分别为137.1kj/mol和190.6kj/mol。

  6.结语

  目前,聚丙烯酰胺的应用范围和规模正呈快速增长的趋势,同时其在环境中的累积,迁移、转化带来的毒性亦将逐渐显露出来,并将给生态环境带来不可估量的长期危害。近年来,人们对于PAM降解的研究已逐步深入,但是在有效控制PAM的降解方面,特别是在对PAM的彻底无机化,防止PAM环境累计方面,还有许多工作要做。