破胶絮凝-预氧化-深度氧化处理压裂返排液

第14卷第19期2014年7月1671—1815(2014)19-0155-04科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVol.14No.19Jul．20142014Sci.Tech.Engrg.环境科学破胶絮凝-预氧化-深度氧化处理压裂返排液林海李笑晴董颖博刘泉利贺银海(北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083)摘要以四川德阳某气田作业现场的压裂返排液为研究对象，通过对其水质特征、治理现状进行分析，提出了破胶絮凝-预氧化-深度氧化的处理工艺。通过实验研究，确定了性能优良的破胶絮凝剂、预氧化剂及Fenton氧化体系;并得出最佳实验条件:CaO、Al2(SO4)3及FeSO4的投加量均为5000mg/L;在不调节出水pH、加入预氧化剂高锰酸钾500mg/L、反应时间15min的条件下，CODCr去除率达到58%;调节废水pH至3.0～4.0，再采用Fenton氧化处理，其投加量为H2O2(30%)6mL/L、及FeSO4·7H2O5000mg/L，反应时长2h。采用上述处理工艺，处理后废液的主要污染指标CODCr降低了79%，从而为达标处理创造了条件。关键词压裂返排液破胶絮凝预氧化深度氧化中图法分类号X703;文献标志码B2014年2月21日收到第一作者简介:林海(1966—)，男，四川南充人，教授，博士生导师。E-mail:linhai@ces.ustb.edu.cn。在油气田开发过程中，井下作业产生的压裂返排液是一类处理难度较大的污染物［1］。压裂液主要成分是胍胶、交联剂、破胶剂等众多添加剂，故压裂废液残存着胍胶、甲醛、原油、返排时所带出地层中的部分盐水及其他有机添加剂等多种有毒有害难降解物质，从而导致压裂返排液具有较高CODCr、高稳定性、高黏度［2］及氯化物含量高等特点。如果直接排入环境，将会对水体造成污染，使土壤变质、无法耕种，对人、动物、植物均有一定危害［3］。目前对油气田压裂返排液的处理方法主要包括物理法、化学法、物理化学法以及生物法，其中物理法处理效果难以达标，生物法具有驯化周期长、不适应水质的变化等缺点，而化学氧化法的处理效果尤为突出［4］，且符合该废液的排放特点。本文以四川德阳某气田压裂返排液为研究对象，由于其有机添加剂种类多、难降解以及含盐量高等特点，处理难度很大，在大量探索试验的基础上，采用破胶絮凝-预氧化-深度氧化法进行处理，对各工艺环节进行了详细的优化，达到了较好的CODCr去除效率，且该工艺简单，便于控制。1实验部分1.1仪器及试剂主要仪器:DIS-1A型数控多功能消解仪;Seven-CompactpH计;MY3000-6M彩屏混凝实验搅拌仪器;平凡TG18M离心机;oil-less真空泵等。主要试剂:氧化钙、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸、H2O2(30%)、高锰酸钾、次氯酸钠、过硫酸钾、氢氧化钠等为分析纯试剂，高铁酸钾为工业品。1.2水质指标分析本研究处理的压裂废水呈淡黄色，有较明显的刺激气味，表观黏度大，相关指标的分析方法如表1所示。表1水质指标的分析方法Table1Analysisofwaterqualityindex水质指标分析方法标准代号pH值玻璃电极法GB/T6920—86化学耗氧量(CODCr)滴定法GB11914—89生化耗氧量(BOD5)稀释与接种法HJ505—2009Cl－含量硝酸银滴定法GB11896—89氨氮纳氏试剂分光光度法HJ535—2009电导率玻璃电极法HJ/T97—20031.3破胶絮凝处理方法取500mL的压裂废水于1L烧杯中，不调节pH，设置混凝搅拌器转速为400r/min，每隔5min依次加入CaO、Al2(SO4)3和FeSO4，反应结束后，静置10min，取上清液测试其CODCr值，主要研究CaO、Al2(SO4)3和FeSO4的投加量对废水破胶絮凝处理效果的影响，以确定适宜的破胶絮凝条件。1.4预氧化处理方法采用1.3所确定的最佳实验条件处理压裂返排液后的出水，对其进行预氧化。分别取500mL水样于干燥洁净的烧杯中，再分别加入500mg/L的高锰酸钾、高铁酸钾、次氯酸钠以及过硫酸钾，快速搅拌15min，以处理后废水上清液CODCr去除率为评价指标，优化了pH、氧化剂种类和投加量。1.5深度氧化处理方法采用1.4所确定的最佳实验条件，对处理后废水进行Fenton试剂氧化处理。取200mL破胶絮凝、预氧化处理后的上清液，用70%的硫酸将其pH调整为3.0～4.0，依次加入H2O2(30%)试剂和FeSO4·7H2O，固定对CODCr去除率影响最小的因素-H2O2的用量［5］，加入6mL/L30%的H2O2，优化Fenton试剂m(Fe2+)与V(30%H2O2)的比值，控制反应时间2h。反应2h后，将水样p