油气田废水强化混凝预处理实验研究

摘要

在油气资源的开采开发过程中，会产生大量的采出水、压裂液、钻井等油气田废水，危害周边环境和水土资源，并影响油气田的进一步开发。这类废水由于开采工艺的问题以及水中混合了地层水甚至泥浆的缘故，通常具有高COD浓度、高含油量、高含盐量、高悬浮物含量及含有大量的化学添加剂等特点，而且根据工艺和当地地层条件的不同，其水质状况和溶液中的成分复杂多变，因此无法形成固定的处理工艺。对于油气田废水的处理往往是根据其水质特点采用多种不同的工艺形成联合处理，才能使其满足回注、回用或排放的相关标准。气田泡排液作为一种压裂返排液，是一类较难处理的油气田废水，且由于泡沫压裂技术仅气田开发的中后期才会采用，因此，当前关于泡排液的处理应用和研究并不多。 本课题来源于国家科技重大专项“油气开发环境保护技术集成及关键设备”，项目编号为2016ZX05040005—003。实验以气田泡排液为研究对象，进行混凝及强化混凝处理。通过一系列影响因素试验和强化混凝工艺实验，确定了泡排液的最佳混凝条件和有效的强化混凝方式，在节省药剂投加量的同时提高了对泡排液中主要污染物质的去除效率。以强化混凝作为预处理工艺，能够为泡排液及类似油气田废水的后续处理有效缓解压力。研究的主要内容和成果如下： （1）通过水力条件实验和影响因素正交实验，得出各因素的最佳水平分别是：混凝剂投加量为4000mg/L，助凝剂投加量为60mg/L，pH值为5，温度为60℃，混合阶段的搅拌速率为250r/min、搅拌时间为120s，絮凝反应阶段的搅拌速率为 40r/min、搅拌时间为 540s。实验确定了各因素对混凝处理的影响程度为：pH值>混凝剂>温度>助凝剂。 （2）通过一系列混凝影响因素实验和分点加药的实验，确定了以PAC对污染物的电性中和作用为主导混凝过程的影响机理，以及PAM作为助凝剂其吸附架桥作用主要在絮凝阶段对混凝处理起到帮助。并结合该机理和混凝技术的发展现状进行了分析论证。结果表明，泡排液中存在着大量的金属离子和天然有机物，这也是造成泡排液的高 COD 浓度、高悬浮物浓度和高溶解性固体浓度的主要原因之一。 （3）通过对泡排液的一系列改变工艺的强化混凝实验，强化了混凝处理的效果，对溶液中各主要污染物的去除率都有提升。确定了曝气氧化和分点加药对提升混凝效率的作用机理分别是：曝气能使溶液中污染物质发生氧化反应，破除溶液的乳化状态，并破坏胶体的稳定性，使溶液中的悬浮固体、有机物以及胶体微粒等更容易被混凝剂所吸附凝聚并发生絮凝反应，从而提升混凝效率；分点加药能够使PAC和PAM分别在不同的阶段发挥其最大作用，以PAC的电性中和为作用机理促进混合阶段的凝聚及絮凝反应，以高分子聚合物的吸附架桥为作用机理促进絮凝反应中絮体的聚集结大，从而提升混凝效率。

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