油田开发后期可以使用化学驱来提高原油采收率，但驱油剂如表面活性剂、聚合物等的使用致使油田污水乳化油含量和稳定性增大，油水分离难度增加^〔1-5〕。目前，处理油田污水普遍采用絮凝的方法，但絮凝剂易与驱油剂阴离子聚丙烯酰胺（HPAM）发生聚电解质反应，消耗自身并污染过滤材料，不仅会降低破乳效果，而且会影响水处理装置的正常运行^〔6-7〕。

物理法处理油田污水具有环保、原油可回收的优势，而且不会像化学絮凝剂那样与驱油剂发生化学反应，因此有必要开展化学驱油田污水物理处理方法的研究。聚结破乳是油田最常用的物理处理方法^〔8-10〕，但要提高对乳化油的破乳效果，好的聚结材料是关键。

不锈钢网本身具有一定强度，研究人员通过对其进行表面改性，使其表面具有超疏水和超亲油性，进而成为一种具有开发潜力的油水分离材料^〔11-14〕。目前，使用改性钢网进行油水分离多采用在重力作用下或在一定压差作用下的过滤方式，并且多是分离水中粒径较大的浮油，对乳化油的分离研究极少，未见其用于处理化学驱油田污水的报道。本研究以聚丙烯溶液涂敷不锈钢网进行表面疏水改性，研究了改性钢网对模拟化学驱油田污水的聚结破乳除油效果。

试剂：阴离子聚丙烯酰胺（HPAM），相对分子质量800万，水解度25%，大庆油田生产；聚丙烯T30S，大庆石化公司生产；OP10，AR，沈阳市华东试剂厂。实验所用不锈钢网孔径：250目（61.6 μm）、300目（54.0 μm）、350目（47.0 μm）。

仪器：BME100LX型高剪切混合乳化机，上海申瑞测试设备制造有限公司；722型光栅分光光度计，山东高密分析仪器厂；LS-POP（Ⅲ）型激光粒度分析仪，珠海欧美克科技有限公司；场发射ZEISS EVO18扫描电镜，德国卡尔蔡司；JJ-1型电动数显搅拌器，常州国华电器有限公司；TX-500C型旋转滴界面张力仪，美国科诺工业有限公司。

用丙酮浸泡不锈钢网去除表面油渍，之后用乙醇和去离子水冲洗，干燥后使用细砂纸对表面进行适当打磨。140 ℃下用二甲苯溶解聚丙烯（PP），溶解完毕降温至120 ℃，保持恒温条件下将不锈钢网浸入，然后迅速将其拉出，反复3次。将涂敷后的钢网在通风厨里室温干燥24 h，然后放入真空烘箱，在45 ℃下真空干燥6 h。

分别配制70 mg/L OP10表面活性剂水溶液、225 mg/L HPAM水溶液以及70 mg/L OP10和225 mg/L HPAM的混合水溶液。之后将大庆油田石蜡基原油用少量石油醚溶解，高速剪切下（转速4 500 r/min）将原油按照1 g/L的质量浓度缓慢加入到所配制的3种溶液中。加毕，保持高速剪切条件继续剪切乳化10 min，然后静置1 h。除去上层浮油，得到模拟表活剂驱污水、模拟聚驱污水和模拟二元驱污水。配制好的污水要立即使用。

将模拟污水搅拌均匀，一部分作为空白样静置1 h，取下层水测定透光率和含油量；一部分用于聚结破乳实验。将模拟污水加入到烧杯中，然后将改性钢网做成圆筒状放置于烧杯内，底部与烧杯接触，上沿低于污水液面2 cm，半径较烧杯半径小2 cm。将其与烧杯同轴固定好，电动搅拌器放在烧杯正中间，恒温45 ℃下搅拌一定时间。静置30 min，取下层水测定透光率和含油量。

参照GB/T 30693—2014对污水液滴在改性钢网表面的接触角进行测定，水滴体积2 μL，每个样片测4点取平均值；根据SY/T 0530—1993对污水含油量进行测定；参照文献〔15〕采用单滴法测定破裂率100%的时间，作为液膜排液时间以评价油水界面膜强度；采用激光粒度分析仪的静态样品池（水样13 mL）对污水油珠粒径分布进行测定；采用分光光度计在波长410 nm处以蒸馏水为参比对污水透光率进行测定；采用旋转液滴法测定油水界面张力。

不锈钢网的疏水改性主要依据2个原则：一是尽可能减少涂敷液PP堵塞钢网网孔；二是增加材料表面疏水亲油性。基于此，本研究对涂敷液PP浓度与钢网目数进行优化。

涂敷液PP浓度增大，黏度也随着增加，可能会堵塞钢网网孔，而浓度过低又达不到好的涂敷效果。实验使用350目不锈钢网来优选涂敷液PP的浓度。PP浓度对改性钢网水接触角的影响如图 1所示。

由图 1可知，当溶液PP浓度较低时，随着PP浓度的增大，改性钢网水接触角也增大；当PP质量浓度增大至35~50 g/L时，接触角变化很小；继续增加PP浓度，接触角缓慢增大。用光学显微镜观察各改性钢网形态，发现PP质量浓度达到50 g/L以上时，改性钢网网孔堵塞明显增多。综合考虑，涂敷液PP质量浓度优选为40 g/L，此时改性钢网表面水接触角为153°，油滴能快速透过钢网。

采用40 g/L的PP溶液对不同目数不锈钢网进行涂敷改性，改性后钢网的水接触角如图 2所示。

由图 2可知，350目钢网改性后水接触角最大。因此，优选的钢网目数为350目。

采用40 g/L的PP溶液对350目钢网进行涂敷改性，改性后钢网表面的SEM形貌如图 3所示。

由图 3可知，改性后网丝表面聚集了直径几μm的聚丙烯球粒，形成了粗糙表面，增大了疏水性。后续均采用此条件下制备的改性不锈钢网进行实验研究。

在采用改性钢网对污水进行破乳除油处理中，搅拌速度是影响处理效果的关键性因素。合适的搅拌速度可以使改性钢网与污水充分接触以起到好的润湿聚结作用，同时利于调节聚结油膜的冲刷剥离程度以实现材料表面更新。本研究以透光率增长率为指标考察搅拌速度对改性钢网处理3种污水效果的影响。透光率增长率y=（处理水样透光率-对比值）/对比值，其中处理水样透光率采用实验温度45 ℃，污水搅拌时间30 min，之后静置30 min所测定值，对比值采用静置1 h未处理污水的透光率。实验结果见图 4。

由图 4可知，改性钢网对3种污水均具有破乳除油效果，其中对表活剂驱污水的破乳除油效果最好，对二元驱污水的处理效果最差，但其最高透光率增长率仍高于90%。此外，由图 4还可以看出，改性钢网对3种污水的处理效果均随搅拌速度的增加呈现先增加后降低的趋势，对于表活剂驱污水，最佳搅拌速度为500 r/min，对于二元驱污水和聚驱污水，最佳搅拌速度均为350 r/min。水中的油滴与钢网接触后，由于钢网的亲油性而在钢网表面润湿聚结形成油膜，油膜从钢网表面剥离除了依赖自身的浮力以外，还需要一定的冲击力来克服其与钢网之间的亲和力。当搅拌速度较低时，污水对钢网的冲击力过小，不容易使油膜剥离，钢网表面缺少更新，导致破乳效果降低；当搅拌速度过高时，污水循环过快而使油滴与钢网每次接触时间过短，降低了油珠聚结效果，另外较高的搅拌速度还会增大对油珠的剪切作用而使油珠粒径变小。因此，只有在适当的搅拌速度下，才能既有利于油珠在钢网表面聚结，又能使油膜从钢网表面剥离，使钢网表面更新，达到好的聚结破乳除油效果。改性钢网在最佳搅拌速度下对3种污水的除油效果如表 1所示。

由表 1可知，经改性钢网聚结破乳后，3种污水的除油率均有较大提高，证明改性钢网具有较好的除油效果。其中，改性钢网对表活剂驱污水的除油率最高，聚驱其次，二元驱最低。

污水经改性钢网处理前后的油珠粒径分布变化见图 5。

通常将污水中油类物质划分为浮油、分散油、乳化油和溶解油，一般将粒径＜10 μm的油定义为乳化油，粒径10~150 μm的油为分散油。由图 5可知，表活剂驱污水处理前边界粒径（D90~D10）为2.41~ 8.38 μm，中位径（D50）为5.16 μm，粒径≤9.64 μm油珠数占83.88%；处理后边界粒径为13.07~ 42.61 μm，中位径为26.90 μm，粒径≤9.64 μm油珠数仅占1.44%。可见，表活剂驱污水中大部分为乳化油，经改性钢网处理后基本都转化为粒径更大的分散油，更易上浮实现油水分离。

聚驱污水处理前边界粒径1.87~2.97 μm，中位径2.48 μm；处理后边界粒径7.58~11.08 μm，中位径9.32 μm。二元驱污水处理前边界粒径1.36~2.90 μm，中位径2.17 μm；处理后边界粒径4.91~8.80 μm，中位径7.03 μm。虽然处理后油珠粒径增大，但仍属于较难上浮的乳化油，反映出改性钢网对聚驱及二元驱污水的破乳效果较表活剂驱污水差。

水中油珠在材料表面聚结分为润湿聚结和碰撞聚结2种机理^〔16〕，因为改性钢网的良好亲油性，油珠在钢网表面应以润湿聚结机理为主。钢网网孔还对聚结的油膜具有润湿毛细力，这也有助于油膜的剥离，对破乳起到好的辅助作用。

改性钢网对含油污水的破乳效果与污水油水界面性质密切相关。实验对3种污水的油水界面性质做了研究，结果如表 2所示。

油水界面张力反映了污水中油珠的稳定性，界面张力越低，油珠稳定性越大。由表 2可知，3种污水油水界面张力由小到大为表活剂驱污水＜二元驱污水＜聚驱污水。仅从界面张力看，表活剂驱污水油珠最稳定，应该最难处理，这显然与实验结果不符。

2个油珠聚并成一个大的油珠，必须经过排出油珠间液体的过程（简称排液）。排液时间长短能反映出油珠聚并难易程度即界面膜强度的大小，界面膜排液时间越长，界面膜强度越大，说明油珠越稳定。由表 2可知，3种污水的油珠液膜破裂率100%的时间由小到大为表活剂驱污水＜聚驱污水＜二元驱污水。可见，二元驱污水油水界面膜强度最大，理论上最难处理，与本研究结果相符。事实上，界面膜强度确实是乳状液破乳的关键性因素。

从3种驱油剂的作用原理来看，表活剂对聚结破乳效果的影响在于，一是使油水界面张力降低，增加了油珠稳定性；二是表活剂分子富集于油水界面，阻碍了钢网对油的润湿聚结作用。HPAM对聚结破乳效果的影响在于，一是HPAM使污水黏度增加，阻碍了油珠聚并；二是HPAM带负电，乳化油珠也带负电，因静电排斥增大了乳化油珠的分散性。二元驱污水中同时存在表活剂和聚合物，上述阻碍除油效果的因素都有，甚至表活剂与HPAM对油珠的稳定还有协同作用，因此在3种污水中对其的破乳效果最差。

（1）采用PP溶液涂覆不锈钢网进行表面疏水改性，优选PP质量浓度为40 g/L，钢网目数为350目，改性后钢网表面水接触角为153°。

（2）研究了改性钢网对模拟油田污水的破乳除油效果，结果表明，改性钢网对3种污水均有一定的除油效果，最佳搅拌速度下，对表活剂驱污水的除油率最高，聚驱污水其次，二元驱污水最低。

（3）分析了油水界面性质对聚结破乳的影响，结果表明，油水界面膜强度是影响改性钢网破乳除油效果的关键性因素。