蒸汽驱作为主要驱油工艺，在油田应用广泛。风城油田作业区是新疆油田稠油开采主产区，随着油田蒸汽辅助重力泄油（SAGD）、直井与水平井组合泄油（VHSD）等开发模式的推广，过热锅炉、燃煤锅炉已成为SAGD、VHSD的必要手段^〔1〕。SAGD的工艺原理主要是将过热蒸汽注入岩层，之后将过热油水混合物提出，油水分离提出原油。因此其废水温度一般在80~90 ℃，夏季甚至达到90 ℃以上。回用水中有机物和悬浮物含量高，如不有效去除这些污染物，会导致回用过程中过热锅炉系统堵塞、沉积结垢，运行不稳定。目前采用的重力除油+镁剂除硅+混凝沉降+压力过滤的净化工艺无法满足有效去除有机物和SS的要求，且当时设计未考虑水回用和零排放要求，未考虑镁剂除硅过程中残留镁剂造成的电导率和矿化度升高，无法按要求回用。且该工艺药剂用量大、产泥量高^〔2〕。

电絮凝法可通过电流驱动阳极产生铝、铁等阳离子，形成絮凝剂，在电场作用下发生压缩双电层、架桥、卷扫等作用，达到加速絮凝的效果；同时，阴极产生的气体具有一定气浮作用^〔3〕，被广泛应用于油田采出水处理和工业水回用中。针对SAGD工艺的超高温采出水，电絮凝具有投加药剂少、不显著提高出水电导率和矿化度、运行费用小、便于调节等优势，是针对现有工艺存在问题和零排放要求的解决方案。然而目前电絮凝法处理超稠油高温采出水的研究存在局限：为节省能源，超稠油高温采出水往往在高于85 ℃的条件下被处理，而实验水温多为常温或不高于60 ℃的中温，因此相关研究对实际水处理工艺设计和运行的指导意义有限。其次，同一批次实验中，无法对实际水处理工艺中较为可控的水质条件、运行条件等进行较为全面的研究。亟需开展较为全面的高温条件下电絮凝法去除超稠油高温采出水中有机物和SS的研究。

笔者在高温条件下采用电絮凝法去除超稠油高温采出水中的有机物和悬浮物，研究反应器参数（极板面积）、运行参数（电流强度和电压）和水质条件（进水pH和水温）在实际水处理工艺中对去除效果的影响，继而合理选择设计参数和运行条件，为电絮凝法处理超稠油高温采出水的回用水处理工艺的设计和运行提供理论与技术支撑。

试验用水为新疆油田风城作业区SAGD工艺的超稠油高温采出水，其水质为：pH 7.75、电导率9.20×10³ μS/cm、TOC 136 mg/L、石油类33.4 mg/L、SS 92 mg/L。

水质分析所用试剂均满足各指标检测方法要求，试剂纯度为分析纯。采用质量分数为50%的H₂SO₄和50%的NaOH调节原水pH。

仪器：油浴/水浴锅（DF-101T集热式恒温装置，上海秋佐科学仪器有限公司），自制不锈钢反应器（1.0 L）、RNX-3010D直流电源（深圳兆信电子仪器设备有限公司）。其中铝电极为自制，每片有效面积50 cm²，厚度3.0 mm，极板间距5.0 mm。

取1.0 L超稠油高温采出水加入到反应器中，调节pH至指定值，开启磁力搅拌（120~180 r/min）升温至指定温度（90 ℃）后放入电极，开启电源至指定电流并开始计时；10 min后关闭电源及磁力搅拌器，将混合液倒入金属量杯中静置至室温，取上清液进行水质检测。

试验影响因素分别取4个值，其他影响因素取默认值。具体取值见表 1。

pH采用pHS-3C酸度计测定（GB/T 6920— 1986）；TOC采用TOC-L CPH总有机碳分析仪测定（HJ 501—2009）；石油类采用OIL460红外分光测油仪测定（HJ 637—2018）；SS按GB 11901—1989方法测定；电导率按GB/T 11007—2008方法测定。

极板面积对有机物和悬浮物去除率的影响如图 1所示。

由图 1可见，TOC去除率随极板面积的增大先升高后稳定，当极板面积超过300 cm²时去除率稳定在60.5%~61.0%；石油类去除率随极板面积的增大呈现逐渐升高的趋势，当极板面积达到400 cm²时去除率达到最大值71.5%。在电流一定的条件下，提高极板面积会强化有机物的去除，尤其是石油类。根据电絮凝反应机理^〔4-5〕，增加极板面积能提高离子的溶出作用，因此可提高有机物和石油类的去除率。

SS去除率随极板面积的增大而升高，当极板面积达到400 cm²时达到最大值40.97%。需要注意的是，极板面积过小时可能出现出水SS大于进水SS的现象。综上，实际工程中建议增大极板面积至300 cm²/L以上，同时应加强后续固液分离。

初始pH对有机物和悬浮物去除率的影响如图 2所示。

由图 2可见，TOC去除率随初始pH的增大先升高后稳定，初始pH为8时达到最大值；石油类去除率随初始pH增大略有下降，初始pH从6升至9，石油类物质去除率降低了13.5%。初始pH过高或过低均会降低有机物的整体去除率，弱碱性条件更有利于TOC的去除，弱酸性条件更有利于石油类物质的去除，权衡两者认为pH中性更有利于有机物的去除。初始pH会改变溶液中铝的存在形态，在近中性的环境中，电絮凝反应可生成带正电的金属离子水解产物，提高污染物的去除效果。常规工况下电絮凝最适反应pH在7~8，考虑到稠油污水性质复杂，存在缓冲体系，最适反应pH会在近中性范围内略有变化。SS去除率随初始pH的增大先降低后升高，初始pH为8时去除率最低，为24.07%，这是由于pH为8时絮体产生量较大，也从侧面证明了pH为8时电絮凝处理稠油污水的效果更好。去除SS可后置固液分离单元进行强化，因此电絮凝单元需先满足有机物的去除。

电絮凝处理稠油污水的初始pH应控制在近中性范围，最适pH为8。在实际工程应用中，为提高反应效率，可在电絮凝前增加调节pH的设备，并后置固液分离单元强化絮体去除。

不同反应温度下有机物和悬浮物去除率的变化情况如图 3所示。

图 3中，随着温度逐渐升高，TOC去除率逐渐增大，由58.3%升至63.8%，石油类去除率变化不大；SS去除率随反应温度的增加先升高后下降，反应温度为70 ℃时达到最大值70.37%。反应温度提高虽然可加强传质效果，但升温后剧烈的分子热运动会降低絮凝体的沉淀性能，温度＞70 ℃可能造成絮体不密实，导致SS去除率低，而过高的SS可通过后续固液分离单元去除。在实际工程中需合理调节反应温度。为提高有机物的去除效果，可在电絮凝过程进行保温，以提高反应效率，但需后置固液分离单元强化絮体去除。

反应电流对有机物和悬浮物去除率的影响如图 4所示。

由图 4可见，对于有机物，TOC去除率、石油类去除率均随反应电流的增大而升高，电流达到4 A时达到最大值77.9%、83.6%。说明提高反应电流能强化有机物的去除，尤其是石油类的去除。对于SS，其去除率随反应电流的增大先增大后下降，3 A时达到最大值38.1%，电流提高至4 A时出现反应后SS大于原水SS的现象。增加反应电流可提高SS的架桥、卷扫等作用，因此提高原水中SS的去除效果，但电流过高会形成过量絮体，固液分离不彻底，最终导致出水SS增高。实际工程中提高电流需要后置固液分离单元强化絮体去除。

反应电压对有机物和悬浮物去除率的影响见图 5。

图 5中，TOC去除率随着反应电压的增大几乎不变，保持在66.5%~69.5%；石油类去除率随反应电压的增大而升高，当反应电压达到5 V时达到最大值86.6%。提高反应电压会强化石油类的去除，与电流升高石油类去除能力加强的机理类似。但恒压反应较大概率会出现反应后SS升高现象，是由于恒压运行时产生絮体不密实，导致固液分离不彻底。

综上，对比2种运行模式，恒压运行可表现出去除有机物和石油类的优势，然而有较大可能出现絮体不密实，后续固液分离困难，且恒流运行更方便在实际工程中应用，因此应选择恒流运行方式。

（1）高温条件下，电絮凝能有效去除超稠油高温采出水中的有机物，尤其是石油类，去除率均保持在45.5%~87.6%，并可通过运行条件的合理选择，保证去除率在80%以上。电絮凝工艺不额外加入药剂，不会恶化采出水的水质，可作为SAGD采出水回用的水质保障技术。

（2）对于有机物的去除，尤其是石油类的去除，应增大极板面积至300 cm²/L以上，提高反应电流至30 mA/cm²，保持反应温度，并在pH中性条件下运行。

（3）由于恒流运行便于工程应用，且产生的絮体更为密实，建议实际工程中选择恒流运行方式，同时后置固液分离单元，强化悬浮物的去除。