油气开采和集输过程中，由于井下工况变化和井下作业会产生非常规采出液，其中含有大量高稳定性的乳化原油，其与大量有机杂质及无机杂质裹挟在一起形成稳定的悬浮物^〔1〕。杂质悬浮物由于密度与水接近，且粒径很小，很难通过常规手段去除^〔2-3〕。实际生产中将其与流程各环节污油等合并处理，统称为含油污泥水，使处理变得更加困难。

通常含油污泥水的处理方法中，絮凝-静置沉淀法最常用^〔4〕，但用药量较高，絮凝剂将油滴和无机杂质一并絮凝，造成油资源浪费，清除污泥费时费力，且占地面积大，不适用于集约的海上油田和陆地终端^〔5〕。悬浮污泥过滤(SFF)污水净化连续工艺逐渐在含油污泥水领域得到应用^〔6〕。在连续化处理含油污泥水的工艺过程中，通常使用的高分子量阳离子聚丙烯酰胺(C-HPAM)清水剂容易导致絮凝体板结，堵塞管道使流程中断^〔7〕。聚铝类水处理剂絮体松散，易导致絮体二次分散，使水质不达标。且2种药剂复配仍不能满足现场需求^〔8-9〕。C-HPAM由自由基溶液聚合得到，经干燥后现场配制，溶液黏度高且有效含量低，整个过程能耗高^〔10-11〕。此外，在处理过程中，C-HPAM絮凝剂往往会堵塞加药泵。因此，研究和开发并生产高含量、节能低耗、投加方便的含油污泥水处理剂，是含油污泥水处理的核心技术之一^〔12-13〕。

通常，高分子量、高阳离子度的聚合物具有较好的絮凝效果，但二者几乎不能同时提高。对于含油污泥水，聚合物的主要作用是静电中和与架桥，因此应保证水处理剂具有较高的阳离子度和较低的黏度^〔14〕。本研究开发了环氧氯丙烷-二甲胺缩聚交联水处理剂，以期解决这一问题。

材料：二甲胺、环氧氯丙烷、乙二胺，均为化学纯，天津麦克林试剂公司。无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂公司；石油醚，沸程为60~90 ℃，国药集团化学试剂公司；溴化钾，光谱纯，成都市科龙化工试剂厂；聚合氯化铝，河南卫澜环保科技有限公司；阳离子聚丙烯酰胺FOLPAM 4190清水剂，爱森(中国)有限公司；含油污泥水取自现场。

仪器：DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限公司；R-201型旋转蒸发器，无锡申科仪器有限公司；Nicolet6700型红外光谱仪，美国热电公司；Bruker AVANCE Ⅲ HD400型核磁共振分析仪，瑞士布鲁克；KC100-MK2型全自动表面张力仪，德国克吕士公司；库尔特颗粒计数及粒度分析仪，贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司。

将装有搅拌器、冷凝管、温度计、滴液漏斗的250 mL四口烧瓶置于冰水浴中，加入51.0 g二甲胺水溶液(40%)和2.0 g蒸馏水；将50.0 g的环氧氯丙烷加入滴液漏斗中，并缓慢滴加到四口瓶中；滴加结束后，加入1.75 g乙二胺；升温至70 ℃，反应6 h，即可得到产物，标记为XS-01，反应方程式见图 1。

该反应为缩合聚合反应，二甲胺沸点为7 ℃，常用40%水溶液沸点为49 ℃，进料及反应初期需要低温，反应过程放热且放热导致的温度变化对合成过程的影响较大。合成的中试试验将其一步放大至1 m³。合成反应釜的工艺条件为：不锈钢高压反应釜，内置冷凝盘管，所用冷却液为乙二醇水溶液，夹套用于储存冷却水；螺旋式搅拌桨，磁力密封。

合成过程为：分别加入二甲胺水溶液(40%)、工业纯水，开启内置冷凝管降温至10 ℃以下，开启搅拌，在10~20 ℃温度范围内滴加环氧氯丙烷，滴加结束后升温至70 ℃，通过开启循环冷却液保持温度在65~70 ℃，持续搅拌下反应6 h。

合成中试产物经红外谱图和¹HNMR表征，证实为目标产物，标记为ZS-01。

水处理剂对含油污泥水的处理效果评价参考标准为SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》，分析了处理后含油污泥水的含油率、悬浮物含量、悬浮物粒径中值3个指标；使用KC100-MK2全自动表面张力仪中的“沉淀和渗透分析模块”，分别测定了小试样品、中试样品、聚合氯化铝清水剂、高分子量阳离子聚丙烯酰胺清水剂作用时的沉降速率。

小试样品XS-01的红外谱图见图 2。

由图 2可知，在3 444.39 cm^-1处为O—H键的伸缩振动峰，3 019.98 cm^-1处为不饱和烃=CH—伸缩振动峰，2 933.20 cm^-1处为—CH₂键的伸缩振动峰。2 859.92 cm^-1处为—CH₃键的伸缩振动峰，1 635.26 cm^-1为—CH₃键的伸缩振动峰，1 475.27 cm^-1为—C—CH₃、—(CH₂)₂的弯曲振动峰，1 108.86 cm^-1为—C—O键的伸缩振动峰，952.66 cm^-1为季铵盐的吸收振动峰。

小试样品XS-01的¹HNMR见图 3。

由图 3可知，δ 2.73处为环氧氯丙烷次甲基—CH—，δ 3.16处为次甲基—O—CH—，δ 3.26处为—O—CH(CH₂)—，δ 3.35处为季铵盐N原子相邻的亚甲基—N⁺—CH₂—，δ 3.43处为季铵盐上甲基—N⁺—CH₃，δ 3.66处为环氧氯丙烷亚甲基—CH₂—，δ 3.85处为环氧氯丙烷氯原子相邻的亚甲基—CH₂，δ 1.57、1.3处为烷烃链上的亚甲基氢。

利用GPC测定XS-01的分子质量，结果表明，样品的M_n为575 g/mol，M_w为683 g/mol，分子质量分布指数为1.19。分子质量分布指数较小，符合逐步聚合的特点。

将中试合成的ZS-01冷冻干燥(其外观和XS-01冷冻干燥后的外观一致)，红外谱图见图 4。

由图 4可知，中试样品由于含水(洗潮)较严重，所以其出现了较宽的水的缔合峰，但整体而言，两者的红外光谱可以完全重复，因此可以确认两者结构一致。

对比中试样品ZS-01与小试样品XS-01的¹HNMR发现，2种物质的化学位移基本可以对应重叠。不过中试合成样品ZS-01在δ 1.57、1.3处的峰强相对较弱，这可能是由于放大时乙二胺未完全反应所导致。

对现场含油污泥水，使用合成的XS-01、ZS-01、现场取回的聚氯化铝清水剂、C-PAM絮凝剂进行处理，投加量为20 mg/L(折合有效含量，与现场一致)，加药后静置取上清液检测，结果见表 1。

由表 1可知，经处理后，含油污泥水的各项指标均显著降低。其中，XS-01与ZS-01的处理效果相当，优于聚铝清水剂，接近C-PAM的处理效果。

除清水速率和水质指标外，含油污泥水对水处理剂的另一重要需求是絮体有中等紧密程度。经验表明，沉降速率适中时，絮体紧密度适当，便于SFF处理器进一步处理。含油污泥水中絮体沉降速率使用KC100-MK2型全自动表面张力仪中的“沉淀和渗透分析模块”测定。分别测定了XS-01、ZS-01、聚铝、C-PAM作用时的沉降速率(选择采样时间间隔为10 s)，结果见图 5。

由图 5可知，几种水处理剂均使含油污泥水中的絮体沉降，小试与中试合成的产物处理时沉降速度相当。XS-01、ZS-01和C-PAM三者在5 min时沉降完成，快于聚氯化铝，前三者最终沉降量相当，高于聚氯化铝。从沉降时间-沉降量关系曲线来看，XS-01、ZS-01两者的沉降速率适中，絮体紧密度适宜于SFF处理器的进一步处理。

中海油某终端处理厂处理渤海某油田群的来液。2018年11月开始，因流程波动，上游污水中含有大量污油和不明杂质，现有处理设施及工艺很难达标处理，导致终端出水严重超标，污水无法外排至园区污水处理厂。根据含油污泥水的特点，现场工艺采用化学法-三相分离技术进行处理，流程见图 6。

上游流程波动产生的含油污泥水，根据pH情况，选择使用柠檬酸盐/柠檬酸调整pH至7~8，随后加入油泥综合破乳剂，药剂与污水经混合后进入除油器，上层回收的污油进入污油罐。剩余部分油滴和黏土微粒，加入本研究的高含量低聚阳离子清水剂后进入SFF污水净化装置，在药剂作用下完成悬浮物的絮凝。

SFF污水净化装置步骤中，使用聚铝类清水剂时絮体较小，絮渣易二次分散，造成出水水质不达标；使用C-PAM絮凝剂时，絮凝过快形成黏稠絮渣，不易流动，堵塞管道，造成设备中断，导致含油污泥水的积存。

第一阶段针对积存的含油污泥水，作业区将污水用罐车拉到污水岗，排放到原有回收池内待处理。在进入高效除油浓缩器前经过混合器，在混合器进水管线投加药剂。污水与药剂经混合器充分混合，进入化学法-三相分离流程。污水在流程内完成破乳、油滴聚结、絮凝、沉淀、过滤和污泥浓缩全过程，净化后水质达标的出水外排园区污水处理厂，污泥经干化后外送处理。2020年4月28日—2020年5月23日采用化学法-三相分离技术，使用本研究的高含量低聚阳离子清水剂进行了为期25 d的现场试验处理系统积存油泥水；处理后，油泥水大幅减量；累计处理油泥5 196 m³，回收污油286 m³，生成浓缩污泥758 m³，罐体占用空间减少4 438 m³，空间占用减少85.4%；因为SFF污水净化装置对含油污泥水的深度处理，在界面吸附和范德华力的作用下，其中的悬浮胶体颗粒、絮体等被悬浮泥层拦截，处理后水质比表 1中加药后静置的水质要好。最终出水油均低于5 mg/L，水相悬浮物＜20 mg/L，COD＜200 mg/L，除油率＞99%。处理过程无需现场配药，处理后水质达标，流程无中断。

对生产过程流程波动新产生的冲击来液，处理方法是将流程波动产生的污水直接接入流程，经本工艺和本研究的高含量低聚阳离子清水剂联用处理，实现油-泥-水三相分离，不产生污泥水的积存。装置运行至今，月均处理含油污泥水3 000~3 500 m³左右，回收污油约80 m³，产生干化污泥约120 m³，处理后含油污泥水大幅减量，说明此工艺适应性较好，处理后危险废弃物减量92%~97%。

因为流程波动较大，污泥水水质变化大，但经处理后出水油最高质量浓度仍低于10 mg/L，水相悬浮物＜20 mg/L，COD＜400 mg/L，水质全部达到现场需求，外排不受限。处理过程无絮体二次分散导致的水质变差和絮体成团导致的流程中断。

(1) 二甲胺水溶液(40%)∶蒸馏水∶环氧氯丙烷三者质量比为51∶2∶50，将环氧氯丙烷低温滴加入二甲胺水溶液后升温至70 ℃，反应6 h，合成了高含量低聚阳离子水处理剂，且经红外谱图和¹HNMR表征结果表明，中试与小试的产物一致。

(2) 合成的小试样品XS-01、中试样品ZS-01，现场取回的聚氯化铝清水剂、C-PAM絮凝剂，有效投加量为20 mg/L时，经处理后XS-01与ZS-01的水质指标与C-HPAM接近，优于聚铝清水剂。XS-01与ZS-01处理含油污泥水时的沉降速度相当，两者沉降速率适中，絮体紧密度适宜于SFF处理器的进一步处理。

(3) 经矿场应用试验，本研究合成的高含量低聚阳离子水处理剂可保证现场水质达标。处理过程药剂无需现场配制，无絮体二次分散导致的水质恶化和絮体成块导致的管道和流程中断。