酸化-中和-混凝處理鉆井廢水試驗(yàn)研究

張 峙

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,廣東湛江524057)

梅 平,陳 武

(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北荊州434023)

鉆井廢水的水質(zhì)隨井深、地質(zhì)條件的不同而差異很大,主要污染物為泥漿添加劑、油類物質(zhì)、懸浮物等,表現(xiàn)為鉆井廢水中的COD值高,色度大;此外,采用鹽水鉆井液鉆井以及當(dāng)?shù)氐貙拥V化度較高會(huì)使廢水中Cl-的含量增高[1]。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的提高及石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)難度和深度的增加,鉆井廢水的治理也越來(lái)越困難。現(xiàn)有的處理技術(shù)和設(shè)備已不能滿足目前鉆井廢水治理的需要,據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,到1998年國(guó)內(nèi)石油企業(yè)外排鉆井廢水達(dá)標(biāo)率僅為14.49%,嚴(yán)重污染了環(huán)境[2]。因此,尋求經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上可行的鉆井廢水的治理技術(shù)勢(shì)在必行[1,2]。因此,人們對(duì)鉆井廢水處理進(jìn)行了大量研究,文獻(xiàn)[3]用Fenton試劑催化氧化工藝處理鉆井廢水,COD去除率可達(dá)82%、色度去除率為98.5%;文獻(xiàn)[4]采用一步混凝法處理鉆井廢水,再經(jīng)H2O2進(jìn)行氧化處理,同時(shí)輔以FeSO4·7H2O作催化劑,控制好各種氧化條件,COD的去除率達(dá)80%以上,色度的去除率達(dá)90%以上;文獻(xiàn) [5]對(duì)鉆井廢水酸化中和預(yù)處理的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果表明可使COD的去除率達(dá)到50%,懸浮物的去除率達(dá)到80%[5]。筆者針對(duì)油田鉆井廢水直接混凝沉降效果差的情況,開(kāi)展了 “酸化-中和-混凝”處理鉆井廢水試驗(yàn)研究,旨在為有效處理石油工業(yè)鉆井廢水、降低處理成本、提高鉆井廢水達(dá)標(biāo)排放率和保護(hù)環(huán)境提供有益參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

1)儀器 電子天平、電熱爐、帶250ml錐形瓶的全玻璃回流裝置、50ml酸式滴定管、25ml具色比色管、烘箱、p H計(jì)。

2)試劑 重鉻酸酸鉀、濃硫酸、硫酸銀、硫酸亞鐵銨、試亞鐵靈指示劑、氧化鈣、硝酸、鹽酸、聚合氯化鋁等。

3)水樣 水樣來(lái)自于XX油田實(shí)際產(chǎn)生的鉆井廢水,經(jīng)測(cè)定原水性質(zhì)如下:pH值為6.0,色度為3200倍,濁度為22500NTU,COD為2962.2mg/L,固含量為13.2%。

1.2 主要方法

COD測(cè)定采用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)法;色度測(cè)定采用稀釋倍數(shù)法;濁度測(cè)定采用濁度儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸化試驗(yàn)

1)最佳酸化p H值的確定 鉆井廢水高濃度化的主要原因是鉆井液中的粘土、稀釋劑和降失水劑等有機(jī)添加劑作用形成較穩(wěn)定的膠體懸浮體系。當(dāng)加酸酸化時(shí),可降低部分基團(tuán)的水化能力,進(jìn)而降低水化膜厚度,使粘土顆粒穩(wěn)定性得以破壞而沉降分離,并在沉降的同時(shí)吸附一部分有機(jī)物共同沉降。為了弄清楚酸化處理鉆井廢水的效果,用HNO3、H2SO4、HCl分別酸化鉆井廢水到不同的pH值,靜置0.5h,觀察現(xiàn)象并取上清液測(cè)其色度與濁度,結(jié)果如圖1和圖2所示。從圖1和圖2可以看出,p H值在2.0和1.5時(shí)上清液的色度與濁度均較小,但從酸的加量來(lái)看,將p H值調(diào)至1.5比將pH值調(diào)到2需要的酸的量要多,綜合考慮,將酸化p H值調(diào)至2為宜。

圖1 酸化pH對(duì)鉆井廢水色度的影響

圖2 酸化pH對(duì)鉆井廢水濁度的影響

2)酸化藥劑的篩選 為了從幾種不同的酸化藥劑中篩選出最適合的酸,分別用HNO3、H 2SO4、HCl將廢水p H值調(diào)至2時(shí),測(cè)定在相同的沉降時(shí)間內(nèi)的處理效果,結(jié)果如圖3和圖4所示。沉降時(shí)間越長(zhǎng),廢水的色度濁度去除率越大,酸化后沉降相同的時(shí)間時(shí),HNO3與HCl的處理效果均優(yōu)于H 2SO4,但由于HCl中氯離子易對(duì)水樣COD的測(cè)定產(chǎn)生干擾,因此,酸化藥劑選擇HNO3。沉降時(shí)間1h以上,如果現(xiàn)場(chǎng)處理?xiàng)l件允許,盡可能沉降時(shí)間長(zhǎng)一些,以便固液充分分離。

圖3 不同的酸酸化對(duì)鉆井廢水色度的影響

圖4 不同的酸酸化對(duì)鉆井廢水濁度的影響

3)酸加量對(duì)鉆井廢水色度和濁度的影響 為了確定酸化時(shí)硝酸的最佳用量,選取不同的硝酸與鉆井廢水體積比,酸化后沉降1h結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出,硝酸與水樣體積比為1∶1時(shí),濁度去除率可達(dá)93%,色度去除率為96%;體積比為1∶2時(shí),濁度去除率可達(dá) 91%,色度去除率為95%;體積比為1∶3時(shí),濁度去除率可達(dá) 90%,色度去除率為94%,綜合考慮算的用量和處理效果,確定硝酸與水樣體積比為1∶3較好。

圖5 硝酸加量對(duì)色度和濁度去除的影響

2.2 中和試驗(yàn)

1)中和藥劑的篩選 由于酸化時(shí)水樣的酸性很強(qiáng),為了不對(duì)后續(xù)處理造成影響,先將酸化處理后的廢水進(jìn)行中和處理。據(jù)文獻(xiàn) [5]報(bào)道,中和時(shí)最佳pH值為9,因此篩選中和藥劑時(shí)可先將p H值調(diào)到9,稱取5g NaOH固體和等量的生石灰分別配制成5%的溶液備用。中和采用3種中和方式,靜置1h后,取上清液測(cè)其色度濁度值如表1所示。由表1可知,取鉆井廢水酸化后上清液用石灰水中和時(shí)沉降快,處理效果好。用NaOH中和沉降慢、效果差。而且石灰水本身就具有助凝作用[5]。因此在后續(xù)研究中,中和藥劑劑選擇生石灰。

表1 不同藥劑和中和方式水處理結(jié)果

2)最佳中和p H值的篩選 中和時(shí)p H值不同,色度濁度的去除率也不同,因此需得出最佳的中和pH值,用生石灰中和時(shí),將處理水調(diào)至不同p H值,測(cè)定水處理效果,結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可知,當(dāng)p H值為7～9時(shí),除濁率無(wú)顯著差別,與文獻(xiàn) [5]報(bào)道的p H值為9最佳并不一致。因此,中和時(shí)最佳p H值確定為7就可,同時(shí)也可減少中和藥劑的量。

3)中和藥劑的最佳加量 為了確定石灰水的最佳用量,采用不同量的石灰水中和廢水,測(cè)定處理后沉降0.5h水的色度濁度,結(jié)果如圖7所示。由據(jù)圖7可知,石灰水與水樣體積比為1∶4時(shí),除濁率最大,因此,石灰水加量與水樣體積比為1∶4時(shí)最好。

圖6 用石灰水中和后p H值與除濁率的關(guān)系

圖7 石灰水與廢水體積比對(duì)除濁率的影響

2.3 混凝試驗(yàn)

聚合氯化鋁 (PAC)是一種無(wú)機(jī)高分子固體混凝劑,是一種較理想的鉆井廢水處理劑,具有混凝性能好、絮體大、用量少和操作方便等優(yōu)點(diǎn),可大幅降低鉆井廢水的COD、色度及懸浮物含量等[6]。因此,選擇PAC對(duì)酸化、中和到p H=7左右的鉆井廢水進(jìn)行處理。由于鉆井廢水中固體物質(zhì)很多,將廢水稀釋2倍后處理,靜置沉降2h后,取無(wú)色、透明上清液測(cè)定色度和濁度,PAC加量與處理效率之間的關(guān)系如圖8所示。由圖8可知,加混凝劑100mg/L時(shí),濁度去除率可達(dá)98%,色度去除率為97%。

圖8 PAC加量對(duì)脫色率和除濁率的影響

2.4 2種方式處理鉆井廢水效果對(duì)比

將鉆井廢水稀釋2倍,酸化、中和后,不加混凝劑與加PAC 100mg/L進(jìn)行處理效果對(duì)比,靜置沉降30min,取上清液測(cè)得色度濁度結(jié)果如表2所示。

由表2可知,加混凝劑比不加混凝劑的處理效果要好得多,因此,酸化-中和-混凝處理比酸化-中和處理效果好。

表2 2種方式處理廢水效果對(duì)比

[1]余紅波,李忠慶,韓志田,等.鉆井廢水處理方法研究淺論[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng),2006(1):130-131.

[2]朱權(quán)云,熊春平.鉆井廢水處理技術(shù)探討 [J].油氣田環(huán)境保護(hù),1999,9(2):33-34.

[3]馬文臣,劉宜利,徐世杰,等.催化氧化法在鉆井廢水處理中的應(yīng)用 [J].油氣田環(huán)境保護(hù),2004,(1):15-16.

[4]陳立榮,潘光澤,王榮,等.鉆井廢水深度氧化處理的試驗(yàn)研究 [J].鉆采工藝,2003,26(2):72-74.

[5]連西美,曾志農(nóng).鉆井廢水酸化中和預(yù)處理研究[J].油氣田環(huán)境保護(hù),2000,10(2):31-32.

[6]周毅,黃君敏.無(wú)機(jī)絮凝劑在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析[J].內(nèi)蒙古石油化工,2005,(2):23-25..