活性炭吸附法处理气田聚磺泥浆钻井废水

Posted 2023-01-13 活性炭

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摘要:采用混凝-二次絮凝-活性炭吸附法深度处理钻井废水。实验取200mL普光301-3井钻井废水,确定了最佳工艺条件:废水吸附pH值为1.5,活性炭加入量40g,吸附时间为1.5h,吸附后出水调整pH值9.0。处理后钻井废水COD去除率大于90%,色度去除率100%。

关键词:活性炭,三磺泥浆体系,钻井废水,聚丙烯酰胺,COD

聚磺泥浆体系是国内油气田普遍采用的一种性能优良、价格低廉的耐高温型泥浆体系,主要用于钻井深度达到3000m以上的深井或超深井钻井过程。聚磺泥浆体系就是在泥浆配方中,添加剂的主要成分为磺化酚醛树脂(SKP)、磺化褐煤(SMC)和磺化烤胶(SMK)等的泥浆体系[1]。

普光气田由于地层复杂,井深一般都在5600m以上,故钻井时使用的泥浆体系大多数为聚磺泥浆体系。使用聚磺泥浆体系时产生的钻井污水颜色深,一般呈黑褐色,COD含量高且很难降解去除。针对聚磺泥浆钻井废水特征,在用化学混凝技术进行第一步处理后,选择活性炭对钻井废水进行深度处理,取得了较满意的效果。

1实验材料及方法

1.1钻井废水水质分析

本实验用钻井废水取自中原油田普光分公司普光301-3井钻井泥浆池,钻井废水主要技术指标和分析方法见表1。

废水外观呈黑褐色、原水COD为12353mg/L,成分复杂,具有高色度、高浊度、高COD和高稳定性等特点。用文献[2]提出的化学混凝法进行第一步处理后,出水为棕红色、COD值为3056mg/L;再用二次絮凝法进行第二步处理,出水为黄色、COD值为1952mg/L,无法达到《污水综合排放标准》GB8978 - 1996的1 - 2级技术要求,需进行深度处理。

1. 2 实验仪器和药品

JBY - 2絮凝搅拌仪;电动搅拌器; PHS - 3C精酸度计; 721可见光分光光度计。活性炭(工业品) ;聚丙烯酰胺(工业品) ;铁屑(工业品) ;硫酸亚铁铵(AR) ;重铬酸钾(AR) ;硫酸银(AR)等。

1. 3 实验方法

取200 mL普光301 - 3井钻井废水的二级絮凝出水(COD为1 952 mg/L) ,调节适当的吸附pH值,加入一定量的活性炭吸附剂,然后快速搅拌,经一定时间后,停止搅拌,过滤,用石灰乳调节水样pH值为定值,再加入少量的聚丙烯酰胺慢速搅拌片刻,静置沉降。观察上层清液的颜色并分析其COD值。

2 结果与讨论

2. 1 活性炭吸附钻井废水的影响因素[ 3, 4 ]

2. 1. 1 吸附pH 值

控制活性炭加入量为20 g,吸附时间为2. 0 h,吸附后调整出水pH值为8. 0,改变吸附pH值,按1. 3所述实验方法考察吸附pH值对COD去除率的影响,结果见表2。

由表2可见,吸附pH值小于1. 5时, COD去除率随pH值升高而逐渐增加;吸附pH值为1. 5时,COD去除率达到最大值90. 16% ;吸附pH值大于1. 5时, COD 去除率随pH 值的升高而逐渐减小。实验确定吸附pH值为1. 5。

2. 1. 2 活性炭加量

控制水样吸附pH值为1. 5,搅拌时间为2. 0 h,吸附后出水调整pH值为8. 0,改变活性炭加量。考察活性炭加入量对COD 去除率的影响,结果见表3。

由表3可以看出, COD去除率随着活性炭加入量的增大而逐渐升高。这主要是因为当吸附剂和吸附质种类一定时,被吸附物质的量随吸附表面增大而增大,而活性炭用量增大也就是活性炭的吸附表面增大,因此吸附物质的量也就随着增大。但考虑到成本问题,将活性炭加入量选定为20 g。

2. 1. 3 吸附时间

控制水样吸附pH 值为1. 5,活性炭加入量为20 g,吸附后调整出水pH值为8. 0,改变吸附时间。考察吸附时间对COD去除率的影响,结果见表4。

由表4可知,吸附时间小于1. 5 h时, COD去除率随吸附时间的延长而增大;吸附时间为1. 5 h时,COD去除率达到最大值90. 85%;吸附时间大于1. 5h时, COD去除率不再增大反而减小。这是因为反应开始时吸附速度大于解吸速度,吸附起主导作用,被吸附物质的量不断增大;达到一定时间后,吸附速度与解吸速度相等,处于平衡状态,这时吸附速度最快,被吸附物质量最大。平衡状态以后,解吸速度大于吸附速度,一部分被吸附的物质从活性炭中解吸出来,从而使被吸附物质的量减小[ 2 ] 。因此吸附时间以1. 5 h为宜。

2. 1. 4 吸附后出水调整pH值

控制吸附pH值为1. 5,活性炭加入量为20 g ,吸附时间1. 5 h,改变吸附后出水调整pH 值的大小。考察吸附后出水调整pH值对COD 去除率的影响,结果见表5。。

由表5可知,随着吸附后出水调整pH值的增加, COD去除率逐渐增大;当吸附后出水调整pH值为9. 0时, COD去除率最大为90. 42% ;当吸附后出水调整pH值继续增大时, COD去除率反而减小。因此选定吸附后出水调整pH值为9. 0。（中国石化集团中原石油勘探局钻井工程技术研究院）

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