混凝預(yù)處理油田采出水及BP網(wǎng)絡(luò)混凝投藥預(yù)測(cè)模型的研究.pdf

1、隨著我國(guó)大部分油田已進(jìn)入開采的中后期，油田綜合含水率提高，油田采出水的產(chǎn)生出量不斷增加。油田采出水具有油含量高、含硫酸還原菌、含有機(jī)色素及機(jī)械雜質(zhì)高等特點(diǎn)，需要經(jīng)過凈化、殺菌、過濾等一系列工藝處理才能回用。由于油田采出水水質(zhì)復(fù)雜、乳化程度高，其中的乳化油難以用物理法或生化法單獨(dú)處理，因此目前普遍采用混凝工藝預(yù)處理油田采出水。絮凝劑作為混凝處理油田采出水的關(guān)鍵，其性質(zhì)直接決定絮凝效果，進(jìn)而影響到后續(xù)水處理過程。因此，研制一種高效的油田采出

2、水處理用絮凝劑是提高污水處理效率和降低處理成本的關(guān)鍵。目前，混凝—沉淀—過濾三段工藝是處理油田采出水的一種常用處理方法?；炷鳛橛吞锊沙鏊念A(yù)處理階段，其處理效果主要取決于混凝劑的投加量?；炷齽┑耐都恿磕壳岸际峭ㄟ^人工定期做燒杯試驗(yàn)確定的，由于燒杯試驗(yàn)需要一定的絮凝反應(yīng)時(shí)間，通過這種方法確定的系統(tǒng)設(shè)定值只適合某一時(shí)間內(nèi)的近似最優(yōu)值，并不能及時(shí)反映當(dāng)時(shí)的水質(zhì)狀況，因而難以對(duì)投藥量進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。而且混凝過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，而

3、影響混凝劑投加量的因素又很多，如原水濁度、溫度、pH值、流量、電導(dǎo)率等，使得系統(tǒng)的設(shè)定值即經(jīng)濟(jì)最優(yōu)投藥量需要根據(jù)水質(zhì)變化不斷修正。因此，針對(duì)影響混凝劑投藥量的因素與混凝劑投藥量之間的關(guān)系，建立起恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，對(duì)于確定最優(yōu)混凝劑投藥量和實(shí)現(xiàn)及時(shí)在線混凝投藥控制具有重大意義。
　　本文以無機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁鐵(PAFC)分別與有機(jī)絮凝劑陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)、聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)和殼聚糖(CTS)來制備無機(jī)

4、-有機(jī)復(fù)合絮凝劑。通過正交試驗(yàn)，確定了PAFC-CPAM、PAFC-PDMDAAC、PAFC-CTS的最佳制備工藝參數(shù)，并用紅外光譜、掃描電鏡等手段對(duì)復(fù)合絮凝劑進(jìn)行了表征。通過投加量、pH值、沉降時(shí)間、攪拌時(shí)間等因素對(duì)復(fù)合絮凝劑處理模擬油田采出水的絮凝性能進(jìn)行了初步的探討，從而選出絮凝性能最優(yōu)的復(fù)合絮凝劑。采用均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)，通過燒杯實(shí)驗(yàn)法，采用最佳復(fù)合絮凝劑處理模擬油田采出水，為BP網(wǎng)絡(luò)混凝劑投加量預(yù)測(cè)模型的建立采集樣本數(shù)據(jù)，用于BP神

5、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混凝劑投加量預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練、仿真及預(yù)測(cè)。
　?。?）以聚合氯化鋁鐵(PAFC)和陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)為原料，采用燒杯混凝實(shí)驗(yàn)，以模擬油田采出水為處理對(duì)象，以去油率為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過 L9(34)正交試驗(yàn)，確定PAFC-CPAM的最佳制備工藝參數(shù)為：CPAM/PAFC復(fù)合比（質(zhì)量比）為0.20，反應(yīng)溫度為60℃，攪拌時(shí)間為1.0h，反應(yīng)pH值為3。分別采用PAFC-CPAM、PAFC和CPAM處理模擬油田采出水，考察

6、了投加量、pH值、沉降時(shí)間、攪拌時(shí)間等因素對(duì)模擬油田采出水處理效果的影響，結(jié)果表明：相比PAFC和CPAM，復(fù)合絮凝劑PAFC-CPAM具有用量少、處理成本低、處理效率高、沉降速度快、pH適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
　?。?）以聚合氯化鋁鐵(PAFC)和聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)為原料，采用燒杯混凝實(shí)驗(yàn)，以模擬油田采出水為處理對(duì)象，以去油率為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過 L9(34)正交試驗(yàn)，確定PAFC-PDMDAAC的最佳制備工藝

7、參數(shù)為：PAFC/PDMDAAC復(fù)合比（質(zhì)量比）為20:1，反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng) pH值為4，攪拌時(shí)間為45min。分別采用PAFC-PDMDAAC、PDMDAAC和PAFC處理模擬油田采出水，考察了投加量、pH值、沉降時(shí)間、攪拌時(shí)間等因素對(duì)模擬油田采出水處理效果的影響，結(jié)果表明：相比 PAFC和PDMDAAC，PAFC-PDMDAAC具有用量少、處理成本低、處理效率高、沉降速度快、pH適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
　?。?）以聚合氯化鋁

8、鐵(PAFC)和殼聚糖(CTS)為原料，采用燒杯混凝實(shí)驗(yàn)，以模擬油田采出水為處理對(duì)象，以去油率為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過L9(34)正交試驗(yàn)，確定PAFC-CTS的最佳制備工藝參數(shù)為：PAFC/CTS復(fù)合比（質(zhì)量比）為10:1，反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng)pH值為4，攪拌時(shí)間為1.0h。分別采用PAFC-CTS、CTS和PAFC處理模擬油田采出水，考察了投加量、pH值、沉降時(shí)間、攪拌時(shí)間等因素對(duì)模擬油田采出水處理效果的影響，結(jié)果表明：相比PAFC和

9、CTS，PAFC-CTS具有用量少、處理效率高、沉降速度快、pH適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
　?。?）采用復(fù)合絮凝劑PAFC-CPAM、PAFC-PDMDAAC和PAFC-CTS分別對(duì)模擬油田采出水進(jìn)行處理，考察不同投加量和pH值時(shí)復(fù)合絮凝劑對(duì)模擬油田采出水的處理效果。當(dāng)投加量為2.0mg/L時(shí)，復(fù)合絮凝劑PAFC-CPAM、PAFC-PDMDAAC和PAFC-CTS對(duì)模擬油田采出水的去油率分別為96.48％、96.23%、94.75%，

10、對(duì)模擬油田采出水的去濁率分別為98.08%、97.21%和96.06%，處理模擬油田采出水后的殘余鐵含量分別為0.0583 mg/L、0.2112 mg/L和0.2448mg/L；當(dāng)投加量為2.0mg/L、pH值在4~10時(shí)，與PAFC-PDMDAAC和PAFC-CTS相比，復(fù)合絮凝劑PAFC-CPAM的絮凝性能隨pH的變化相對(duì)較小。結(jié)果表明：復(fù)合絮凝劑 PAFC-CPAM具有較強(qiáng)的除污能力和較廣泛的 pH值適用范圍（4~10）。

11、>　?。?）采用均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)，通過燒杯實(shí)驗(yàn)法，采用復(fù)合絮凝劑PAFC-CPAM處理模擬油田采出水，為BP網(wǎng)絡(luò)混凝劑投加量預(yù)測(cè)模型的建立采集樣本數(shù)據(jù)。以溫度、pH值、進(jìn)水濁度、進(jìn)水油含量、出水濁度和出水油含量為輸入變量，以混凝劑投加量為輸出變量，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立混凝劑投加量預(yù)測(cè)模型。采用6-15-1型的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)混凝劑投加量進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)訓(xùn)練樣本的預(yù)測(cè)結(jié)果可知，訓(xùn)練樣本預(yù)測(cè)值的平均相對(duì)誤差為2.607%，預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差≤5%的樣

12、本數(shù)據(jù)點(diǎn)占總的樣本數(shù)據(jù)的比率達(dá)到87.69%；同時(shí)對(duì)訓(xùn)練樣本的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值進(jìn)行線性回歸分析，其相關(guān)系數(shù) R2=0.9987， MSE=0.00373mg/L。結(jié)果表明BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型具有良好的預(yù)測(cè)性能。采用訓(xùn)練樣本以外的測(cè)試樣本對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)能力進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果如下：測(cè)試樣本預(yù)測(cè)值的平均相對(duì)誤差為2.627%，預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差≤5.0%的樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)占總的樣本數(shù)據(jù)的比率達(dá)到93.33%；同時(shí)對(duì)測(cè)試樣本的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值進(jìn)行線性回歸分