印樹(shù)明

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營(yíng) 257000)

一廢棄硅基鉆井液脫水處理試驗(yàn)研究

印樹(shù)明

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營(yíng) 257000)

采用燒杯試驗(yàn)對(duì)廢棄硅基鉆井液脫水效果進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究。從分離清液水質(zhì)、絮體沉降性和離心分離性等方面研究無(wú)機(jī)混凝劑、有機(jī)絮凝劑對(duì)廢棄硅基鉆井液脫水效果的影響。最終優(yōu)選出最佳無(wú)機(jī)高分子混凝劑IPA-Ⅰ和最佳有機(jī)高分子絮凝劑OF-1。

鉆井液;硅基;脫水;高分子;混凝劑;絮凝劑

硅基鉆井液中含大量原油,色度高、COD值高、濁度高,并伴有劇烈的臭味,可對(duì)周圍環(huán)境造成污染,對(duì)周邊生態(tài)也會(huì)產(chǎn)生危害,因此不能直接外排[1]。固液分離法是目前減少鉆井廢棄物排放量最基本的方法。通過(guò)加入適當(dāng)?shù)男跄齽┖突炷齽┛梢愿淖冦@井液中黏土顆粒表面性質(zhì),破壞鉆井液膠體體系,讓更細(xì)的顆粒產(chǎn)生聚結(jié),從而更容易被除去[2]。室內(nèi)研究采用燒杯絮凝試驗(yàn)方法,在程控混凝攪拌儀上實(shí)現(xiàn)攪拌條件,最終從分離清液的水質(zhì)參數(shù)、絮體的沉降性、以及離心分離性等評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)藥品與儀器

試驗(yàn)藥品為IPA-Ⅰ、IPA-Ⅱ、IPF-Ⅰ、IPF-Ⅱ、OF-1、OF-2、OF-4、OF-7，儀器為T(mén)A6-3程控混凝試驗(yàn)攪拌儀、pHS-25精密酸度儀、HH-6型化學(xué)耗氧量測(cè)定儀、722分光光度計(jì)、分析天平(0.1 mg)等。

1.2 試驗(yàn)對(duì)象

試驗(yàn)用廢棄硅基鉆井液基本性質(zhì):密度為1.035 g/cm3,API濾失量為6 mL,pH值為10,濁度為42 120 倍,色度為40 000 倍,COD值為14 350 mg/L。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

2.1 無(wú)機(jī)高分子混凝劑評(píng)價(jià)與優(yōu)選

原鉆井液稀釋4倍后,取500 mL加入35 mL 0.1%的OF-1,再分別加入無(wú)機(jī)高分子混凝劑IPA-Ⅰ、IPA-Ⅱ、IPF-Ⅰ、IPF-Ⅱ,通過(guò)分析評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)選出效果好的混凝劑。

2.1.1 對(duì)分離清液水質(zhì)的影響

依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制混凝劑加藥濃度與色度去除率、濁度去除率、COD去除率和pH值去除率關(guān)系如圖1～4所示。

圖1 混凝劑加藥濃度與色度去除率關(guān)系

由圖1可見(jiàn),IPA-Ⅰ,IPA-Ⅱ在濃度較低時(shí)就對(duì)色度的去除率較高,且效果穩(wěn)定。而IPF-Ⅰ、IPF-Ⅱ?qū)ι热コЧ兓^大,且在低濃度和高濃度時(shí)處理效果差。在圖2中,從濁度去除效果看,除IPA-Ⅰ在低濃度時(shí)效果不佳外，其他難分伯仲。由圖3可知,IPA-Ⅰ,IPA-Ⅱ,IPF-Ⅱ?qū)OD的處理效果相差不大。IPF-Ⅰ的變化最大非常不穩(wěn)定,效果最差。從圖4可以看出,在加入混凝劑后pH值都呈降低趨勢(shì),變化規(guī)律基本一致。IPA-Ⅰ、IPA-Ⅱ加藥濃度的影響比IPF-Ⅰ、IPF-Ⅱ平緩。處理后清液pH值IPA-Ⅰ、IPA-Ⅱ比IPA-Ⅰ、IPF-Ⅱ高。

圖2 混凝劑加藥濃度與濁度去除率關(guān)系

圖3 混凝劑加藥濃度與COD去除率關(guān)系

圖4 混凝劑加藥濃度與pH值關(guān)系

2.1.2 對(duì)絮體沉降性能的影響

污泥沉降速度與絮凝顆粒的密度及尺寸有密切關(guān)系,因此沉降性能試驗(yàn)?zāi)芊从趁芏群统叽鐚?duì)沉降的影響。密度和尺寸越大,沉降越快。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制混凝劑加藥濃度與絮體初始沉降速度關(guān)系,如圖5所示。

由圖5可見(jiàn),隨著加藥濃度的增加絮體沉降速度下降,當(dāng)加藥濃度增大到一定值后沉降速度又呈上升趨勢(shì)。IPA-Ⅱ形成絮體的初始沉降速度變化大,且出現(xiàn)最大沉降速度;IPA-Ⅰ與IPF-Ⅱ的處理效果差異不大;IPF-Ⅰ的絮體沉降速度在低加藥濃度時(shí)最低,但當(dāng)加藥濃度高時(shí)卻超過(guò)了IPA-Ⅰ與IPF-Ⅱ。

圖5 混凝劑加藥濃度與絮體初始沉降速度關(guān)系

2.1.3 對(duì)離心處理效果的影響

取經(jīng)絮凝處理的污泥放入離心機(jī),以3 400 r/min離心30 min污泥的含水率評(píng)價(jià)污泥可脫水程度。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制混凝劑加藥濃度與離心30 min污泥含水率的關(guān)系,如圖6所示。

圖6 混凝劑加藥濃度與離心30 min污泥含水率關(guān)系

由圖6可見(jiàn),IPA-Ⅰ的含水率變化比較大,且后期有增大的趨勢(shì)。IPA-Ⅱ的含水率隨加藥濃度的變化比較平緩,除在低濃度時(shí)含水率低外,含水率偏高。IPF-Ⅰ的含水率隨加藥濃度得增大而不斷降低。IPF-Ⅱ的含水率出現(xiàn)了先增大后減小的情況,最低含水率偏高。

2.2 有機(jī)高分子絮凝劑評(píng)價(jià)與優(yōu)選

原鉆井液稀釋4倍后,取500 mL。先加入20%的IPA-Ⅰ 25 mL,再分別加入OF-1、OF-2、OF-4、OF-7四種有機(jī)高分子絮凝劑,通過(guò)分析評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)選出效果好的絮凝劑。

2.2.1 對(duì)分離清液水質(zhì)的影響

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,繪制絮凝劑加藥濃度與色度去除率、濁度去除率的關(guān)系如圖7、8所示。

由圖7可見(jiàn),4種絮凝劑色度去除率均超過(guò)98%。其中OF-4的去除率最穩(wěn)定;OF-1除了在濃度較小時(shí)去除率低,其他濃度下去除率均為最高;OF-7的去除率波動(dòng)最大。由圖8可以看出,4種處理劑濁度去除率也都挺高,OF-1的波動(dòng)小,效果最穩(wěn)定。OF-2在濃度較高時(shí)處理效果反而變差。OF-7在濃度較高時(shí)處理效果也不好。

圖7 絮凝劑加藥濃度與色度去除率關(guān)系

圖8 絮凝劑加藥濃度與濁度去除率關(guān)系

2.2.2 對(duì)絮體沉降性能的影響

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制絮凝劑加藥濃度與絮體初始沉降速度關(guān)系,如圖9所示。

圖9 絮凝劑加藥濃度與絮體初始沉降速度關(guān)系

由圖9可見(jiàn),隨著加藥濃度的增加絮體沉降速度增大,當(dāng)濃度增大到一定值后沉降速度反而下降。OF-1的速度最大值為四種中最大,OF-7一直很穩(wěn)定但是速度最小,其他兩個(gè)則處于OF-1,OF-7之間。

2.2.3 對(duì)離心處理效果的影響

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制有機(jī)高分子絮凝劑加藥濃度與離心30 min污泥含水率的關(guān)系圖,如圖10所示。

圖10 絮凝劑加藥濃度與離心30 min污泥含水率關(guān)系

由圖10可見(jiàn),OF-2的污泥含水率變化最為明顯,在加藥濃度較低時(shí)污泥含水率就最小。其他3種絮凝劑的污泥含水率的變化趨勢(shì)相似。其中OF-1在濃度較低時(shí)污泥含水率呈穩(wěn)步降低趨勢(shì)。

3 結(jié) 論

(1)在無(wú)機(jī)高分子混凝劑優(yōu)選中,在水質(zhì)的COD,濁度,色度去除率方面IPA-Ⅰ和IPA-Ⅱ都表現(xiàn)較好。IPF-Ⅰ和IPF-Ⅱ?qū)ι?、濁度、COD的去除率不穩(wěn)定,曲線變化趨勢(shì)較大;從絮體沉降性能上看IPA-Ⅱ波動(dòng)大,不穩(wěn)定。IPF-Ⅰ和IPF-Ⅱ的絮體沉降效果較差;在離心效果上,IPA-Ⅱ波動(dòng)小,相對(duì)穩(wěn)定。IPA-Ⅰ去除率的各項(xiàng)指標(biāo)雖不是最好,但總體表現(xiàn)不錯(cuò);綜合分析,IPA-Ⅰ處理效果最好。

(2)在有機(jī)高分子絮凝劑優(yōu)選中,OF-1在色度去除率、濁度去除率方面表現(xiàn)都不錯(cuò),在絮體的沉降性能上,OF-1的沉降速度最快,而離心污泥含水率上雖不是最低,但處理效果總體好;OF-2的濁度去除率在濃度高時(shí)偏低,且沉降性能也不好,較難過(guò)濾;OF-4形成的絮體尺寸和密度不是很好,絮體沉降性能差。OF-7的離心污泥含水率較高,較難離心。綜合考慮OF-1的處理效果最好。

[1] 吳芳云,陳進(jìn)富,趙朝成,等.石油環(huán)境工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2002:300-302.

[2] 黎鋼,朱墨,錢家麟.固液分離法處理廢棄鉆井液的技術(shù)與現(xiàn)狀[J].工業(yè)水處理,1997,17(1):14- 17.

[責(zé)任編輯] 董 燕

2015-10-21

印樹(shù)明(1982—),男,山東東營(yíng)人,中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院助教,碩士,主要從事油氣井化學(xué)工程研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2015.04.007

TE922

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1673-5935(2015)04- 0027- 03