2019年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会 (第十届)日程暨邀请函
 
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详细介绍
废弃油基泥浆处理方法研究
王嘉麟闰光绪郭绍辉孟苗

(中国石油大学环境研发中心.北京102249)

摘要针对废弃油基泥浆的特点,通过声化法处理对泥浆中油分进行回收,再加入絮凝剂破坏胶体稳定性,使其固液
两相有效分离。并通过进一步实验确定处理样品泥浆的最佳操作参数。结果表明:通过超声波与化学破乳剂相结合
的方法,可以有效地对泥浆中的油分进行回收,回收率可达到80%以上,加入絮凝剂后可使剩余的泥、水两相分离.出
水COD可降到100mg/L以下,透光率达到90%以上,可循环利用。

关键词废弃泥浆超声波除油率絮凝


0 引言
钻井废弃泥浆是油井开采过程中产生的固体污
染物。它是一种含有矿物油、酚类化合物及重金属的
复杂多相体系,其浸出液有较高毒性。油田钻井生产
每天都要产生大量的废弃泥浆,钻井废泥浆直接排放
会影响到作物生长的营养环境条件及其品质⋯,长期
堆积会造成地表植被的严重破坏,污染土壤和水源,
危及人类的生存。因此,油田钻井废弃泥浆的处理,
除了在安全工程方面需要予以重视¨1,在废弃泥浆的
后续处理方面也需要更好的方法及工艺。本研究针
对辽河油田油井开采中产生的钻井泥浆进行综合性
的处理研究,通过超声波与化学破乳剂相结合的方法
(声化法)将废弃泥浆中的油分进行回收。然后通过混
凝处理将泥水两相有效分离。
l 实验原理
1.1声化法的破乳原理
超声波对水包油和油包水型乳状液均可以起到
破乳的作用,并能除去大部分水。其破乳脱水机理是
超声波作用于乳状液后,由于油、水等粒子的物性不
同,对超声波的响应不同,出现油、水等粒子各自集聚
的现象,称之为位移效应[3】,此效应能促使乳状结构
破坏,从而促进同种物质微粒凝聚,使得油、水分离加
快H1。其中,超声波为粒子碰撞提供了积聚的条件,
化学添加剂则为改变表面张力提供了条件。因此,声
化破乳技术能够使油水乳状液在超声波和化学破乳
剂的联合作用下更有效地进行油、水分离。
1.2声化法的清洗原理
强超声会在液体中产生声空化,空化气泡突然闭
合时发出的冲击波可在其周围产生100 MPa以上的压
力。对污物层直接进行反复的冲击,一方面破坏污物
与清洗件表面的吸附,另一方面也会引起污物层的破
坏而脱离清洗件表面并使它们分散于清洗液中。另
外超声空化在固体和液体界面上所产生的高速微射
流能够除去或消弱边界污层,腐蚀固体表面,增加搅
拌作用,加速可溶性污物的溶解,强化化学药剂的作
用¨1。不同的化学药剂能获得不同的清洗效果,主要
与被清洗物的表面性质及附着的污物的性质有关。
1.3絮凝剂的破胶原理
根据泥浆的稳定机理,黏土矿物因晶格取代,使
其表面带负电荷。在碱性条件下,黏土颗粒可与水形
成稳定的胶体悬浮物分散体系;添加的高分子材料在
碱性条件下电离成带负电的基团,因分子内电荷的斥
力作用,使分子形态舒展;同时由于其所带的负电荷,
当其吸附在黏土颗粒表面时,也可以提高黏土颗粒的
Zeta电位,有利于形成稳定的泥浆体系。据此分析,
破胶剂的选择方向是阳离子型强电解质。
2实验部分
2.1泥浆的主要成分分析
实验中泥浆含水率的测定采用了国家标准的
水一油混合体系含水率的测定方法;含水率测定后,
采用索式提取法¨1测量其中的含油率;剩余的砂和杂
质(含有机物和挥发性物质)经过滤、洗涤、烘干、静
置,得到分离出的砂,称重得出泥砂量;泥浆总重与以
上三者的差值即为其他有机物及挥发性物质的量,实
验结果见表1。
2.2声化法除油
取10 g泥浆放入100 nlL烧杯中,加入40 mL水,
在超声波发生器中水浴恒温至65℃,加入破乳剂。搅
拌,反应5 rain;然后在65℃下进行超声波处理。超声
频率为25 kI-Iz,同时继续强烈搅拌3ⅡIin。反应完全


环境工程
2008年8月第26卷第4期
后,静置,将上层油相去除,考察除油率。
表1废弃泥浆基本组成
2.2.1破乳剂种类及加量的筛选
分别使用3种破乳剂wY.1、WY.2、wY.3进行声
化处理,并改变其加量分别为100、150、200、250、
300 mg/L,考察除油率,结果见图1。
图l 不同蔹乳刑及其加量与除油犟的关系
从图l可以看到。wY.2型破乳剂的除油效果最
好,因此采用wY.2聚醚型破乳剂,加量为150 mg/L。
2.2.2不同超声时间与除油率的关系
分别改变超声时间为l、3、5、10、15 rain,考察除
油率的变化,结果见图2。
O.∞
O.75
0.70
鼍0.65
蓥0.60
O.55
O.50
O.45
圈2不同超声时间与除油率的关系
从图2可以看出,随着超声时间的延长,除油率
有所上升,这是因为超声作用的时间越长,冲击波对
黏土颗粒重复作用的次数越多,使得更多的油微滴从
黏土颗粒上剥落。但当超声时间超过10 min,除油率
反而会很大程度地下降,而且作用时间越长,能耗也
越大。因此选择超声时间为3 lIlin。
2.2.3反应温度对除油率的影响
改变反应温度为40、50、60、7b、80℃,考察除油
率的变化,结果见图3。
图3不同反应温度与除油翠的关系

从图3可看到,随着温度的升高,除油率会有所上
升,但当温度升至60℃后,继续升高,处理效果反而下
降。这可能是因为温度过高,使表面活性剂失去了亲
水性,从而失去了在油一水界面、固一油界面的吸附能
力,导致表面活性剂不能有效的改变油、水、固三相的
界面张力,不利于将铺展在黏土颗粒表面的油微滴进
行“卷缩”而除去。因此选择最佳反应温度为60℃。
2.2.4不同处理方法的比较
分别对废弃泥浆进行添加化学破乳剂,超声波处
理以及声化法处理,考察其不同效果,见表2。
表2不同处理方法的比较
方法超声时糊泥,水,wY.z,等善著麓譬
间,t|Iin ℃ g InL(唱。L一“
min ⅡIin %
化学破乳0 60 5 60 100 0 3 53.6
超声辐照3 60 5 60 0 5 3 醴.4
声化处理3 60 5 60 100 5 3 77.8
从表2中可以看到,不投加化学药剂处理废弃泥
浆的除油率为68.4%,低于声化法处理得到的底层
含油率77.8%,这说明化学药剂对声化处理具有极
大的强化作用;单纯使用化学破乳剂WY.2处理后的
除油率也仅为53.6%。可见,通过超声波处理可使
油、泥两相分离更彻底"1。
2.3破胶一絮凝实验研究
2.3.1无机破胶剂种类的筛选
破胶后废弃钻井泥浆中会有较大量的高分子物
质同黏土一同分离出来,因此,破胶剂不宜选用阳离
子高分子材料,主要考虑无机盐类及无机混凝剂,初
步选A1C13、CaCl2、A12(SO.)3、MgCl2、Fe2(S04)3进行破
胶实验研究。


12
环境工程
2008年8月第26卷第4期
取5 g泥加入60 mL的水,声化法处理除去上层
油相以后,将剩余的泥水混合物混匀,分别加入
1 500Ⅱ19,L的无机混凝剂,搅拌,反应完全后静置。观
察沉降现象并考察上清液的COD含量和透光率,见
表3。
表3不同无机混凝剂的破胶效果
从表3中可以看到,用A1C1,和AI:(SO。),的效果
很好,混凝后上清液澄清,不显色,且沉降速度快,絮
体大,但是由于氯离子的加入,使用AICI,CaCI:、MgCl:
混凝处理后上清液的COD的含量非常高,不易采用。
综合考虑,选用A1:(SO.),作为无机混凝破胶剂。
2.3.2 pH值对无机混凝剂作用效果的研究
取5 g泥加入60 mL水,逐滴加入2 mol/L的硫酸,
调节其pH值,搅拌混合均匀,各加人1.5 mL 10%的
Al:(so,),,反应完全后静置,考察上清液的COD含量
和透光率,分别见图4、图5。


暑。

¥凸
o
U

职』
图4不同pH值与上清液COD的关系
从图4可以看到,pH值过高或过低,混凝效果都
不好,当pH在6—7时,处理效果较好,上清液COD
浓度可以降到110 ms/L,透光率可以达到将近90%。
机理探讨:
图5 不同pH值与上清液透光率的关系
(1)水解初始阶段,由于pH值较低,OH一与三价金
属离子(Me3+)首先迅速络合生成单核羟基络离子。.
(2)聚合阶段,随着pH值升高,水解聚合反应迅
速进行,在两相邻单体羟基络离子问架桥形成共享一
对共同边的八面体结构的二聚体,此后,OH一与二聚
体或单体进一步水解聚合生成多核羟基络离子,并继
续随pH值增加,聚合形态迅速增大。
(3)凝胶一沉淀生成阶段,当pH值超过一定数
值后,生成的高聚形态逐渐向凝胶沉淀方向转变,最
后全部转化成Me(OH),沉淀凝胶。.
无论在水解的初始阶段,还是水解的最后阶段无
机混凝剂的处理效果都不理想,只有在水解的某种中
间阶段(中间形态)才有比较理想的效果。因此,每种
无机混凝剂都有其适用的pH范围。使用Al:(S04),
处理这种废弃泥浆,适用的pH范围在6。7。
2.3.3无机混凝剂与有机絮凝剂的协同作用研究
取5 g泥浆放入100 mL烧杯中,加60 mL水,调
节pH值在6—7,混合均匀,加入不同量10%的
A12(so,),,搅拌,再加入0.2 mLl%的PAM,反应完
全,静置,考察上清液的COD含量和透光率,结果见
图6、图7。
图6协向作用前后,不同加量的无机混凝剂与
上清液透光率的关系
从图6可以看到,加入有机高分子絮凝剂PAM
后,处理效果明显变好。当无机AI:(S04),加量为




环境工程
2008圣F 8月第26卷第4期13
l 500 mg/L时,上清渡COD浓度能降到100 mg/L1).足-F,
透毙率也麓达到90%以上。当AI:(S04)。避量时,有
机PAM的协同作用更加明显。
160
150
500 lO∞ 1500 2000 2500 3000
无机混凝剂加量/(rag·L.1)
图7协同作用莉后,不同加量的戈机混凝剂与
上清液COD的关系
祝理探讨:
(1)加入AI:(S04),通过箍缩双电层,电性中和等
作用,降低了胶体的Zeta电位,胶体小颗粒间的排斥
力减小,相互聚集、降低颗粒表面能的趋势增强,形成
絮然。
(2)PAM的长分子链通过暇附桥连作用鸿j,W以
将小絮体连接在一起,形成的絮体粒径变大,沉降趋
势更加明显,并在絮体下沉过程中,通过絮体的携扫
作用,携带出更多的小絮体,从丽使处理效果更好。
(3)A12(s瓯),搬量不是辩,存在于俸系中觞胶
体颗粒数量相对于A1:(S04),过量时存在于体系中
的胶体小颗粒的数艇更多,而PAM对处于胶体状态
的小颗粒没有絮凝效果。因此A1:(S04),过量时,加
入PAM处理效采会有更大的改善。
(4)充分实现茏机低分子阳离子的电性作用和有
机高分子的长分予链的作用,可以有效地提高处理
效州果。,

3结论与建议


遗遗声诧法处理凌弃泥浆,对其巾涵分送行霞
收,通过对各种条件的筛选,得出结论:加水稀释以
后,加入150 mg/L的wY,2型破乳剂,在60℃下超声
波处理3 rain,除油率可达到77%以上。
声优法除涵后酶泥浆浸匀加入l 500划L懿
A1:(S04),,反应完全詹静置,上清液的COD浓度达
167 rag/L,透光率达73%,通过对条件的优化,发现
pH 6—7,并添加大约30 mg/L的PAM詹,处理效果更
佳,上渗液COD浓度达100 mg/L,透毙率达∞%,经
处理詹的水可循环利用。

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控制造纸污染应改变用纸观念
,㈣l㈣
近年来,为有效解决造纸工业污染问题,国家加大产业结构凋整力度,陆续淘汰了小规模嫩产能力的中小企业.并注重加大
对造纸工业污染治理的科技投入,逐步加严《造纸工业水溺染物排放标准》。对解决污染问题起到积极作用。但纸制品消费总量
和纸磊产量的不叛增加,使造纸工韭污染物摊敷量占全匿掺放总量的比例鼹离不下,成为制约全国污染减排王撵深入发展的圭
要嚣豢之一。。
市场对商品的嚣洙,最终决定著巍灏的生产。我们程溺整造纸工韭产渡败策的同时,还邋调控纸品生产,减少污染物排救。
就当前而言,改变公众用纸习惯,减少用纸需求,是调控纸晶生产的一个重黉方面。在办公用纸方面,如果大部分办公室采取自
动化办公,成文之前尽照少用纸,可以节省至少2/3的办公用纸;在教科书、教材用纸方面,如果能实现教科书循环使用,每年可
以减少全国纸制品总避10%的需求量;辩如一些工具书、阅读书刊如果部分成大部采用电子书刊替代纸版印刷。能减少全国纸制
品总爨15%一20%的瓣求量。以上所鸯假设成为现实,不德霹以获褥巨大的经济效益和污染敞潦效益,对保护我国匿乏的栋本
炎懿魄将莛弱蘸圾懿露矮。徽弱这些,鬟要逶遘热大塞终教弯秀度,零l导瑟众繇境意谖戆觉酴鞫臻纸鬟念戆转交,鬟要鬣家裁定
籀波的政策来保障翻挟持,需要各行簸、备阶层共同努力去逐步实现。
捕自“中国环境报”



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