磁场作用下处理油气田废水

Posted 2023-01-13 磁场

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油气田废水是产生于钻井作业过程中的一种特殊的工业废水。油气田废水水质复杂，其特点为：有机物含量较高，色度大，含有大量的无机盐类物质，如：Na+、Cl-、Ca2+ 等，还含有许多悬浮物、重金属等。目前国内外处理该类废水主要采用的技术有：氧化一吸附法、电解法、电凝聚法、生物流化床法等。

这些方法各有优缺点.其中电凝聚法具有设备简单、操作方便、运行费用低、对污染物的去除兼有氧化还原、电场吸附、物理吸附等多重作用，可以去除废水中的悬浮颗粒、重金属、有机物、油脂、乳化油、氟离子、放射性元素及细菌微生物等。许多研究表明，外加磁场作用对废水的悬浮颗粒进行分离，与传统的沉降分离相比表现出诸多优点。本文研究在磁场作用下，电凝聚法处理油气田废水的效果，为探讨处理油气田废水提供新的方法和思路。

1.材料与方法

1.1试验装置

试验以铁板作电极，阳极为普通类铁，阴极为不锈钢。阴阳极板尺寸均为60 mm×40mm× mm，电解絮凝池有效容积为600cm3。外加磁场的磁体选用西南应用磁学研究所生产的NdFeB磁块(0.55 T，60 mm×60 mm×15 mm)。试验装置见图1。

1．2试验废水

取自西南某采油站高含盐含油废水。废水pH值为6．2～6．9，其它各主要水质指标见表1，试验废水根据试验目的作适当调节。

1．3试验方法

通过单因素试验研究磁场作用对电凝聚法处理油气田废水效果的影响。试验分不加磁场的对照组和加磁场的试验组进行。废水分析项目SS、COD均采用国家水质标准分析方法。

2结果与讨论

2．1反应时间对处理效果的影响调节废水COD的质量浓度为500mg／L，SS的质量浓度为150mg／L，pH值为7，电流密度为6mA／cm，在室温(25℃)下，考察两装置废水SS和COD的去除率和反应时间的关系．试验结果如图2、图3所示。

结果表明：随着反应时间的增加，两装置的SS和COD去除率也逐渐增加。但是，对于对照组来讲，当反应时间在60min内，效果不是很理想，但是当反应时间到达90min时，SS和COD去除率分别达到50．3％和45-3％，到120min时．SS和COD去除率均已接近最大值，继续增加反应时间。

对SS和COD去除率没有明显影响。而对于外加磁场作用下的试验组来讲，在60min内．SS和COD去除率效果比较明显．分别达到62．8％和58．0％。当反应时间到达90min时，SS和COD去除率分别达到78．2％和66．2％，已经接近最大去除效果，SS和COD去除率均明显高于对照组。可见，外加磁场缩短了反应时间，并且提高了SS和COD去除效率。

2．2pH值对处理效果的影响

调节废水的pH值，反应时间为90min．其它因素不变。考察两装置废水SS和COD的去除率和废水pH值的关系，试验结果如图4、图5所示。试验结果表明，两装置的SS和COD去除率均随着废水pH值的变化而变化。对于对照组来讲，当废水pH值为7时，其对废水SS的去除率最好。

达到64．2％，而对COD的最佳去除效果却出现在废水pH值为8时，其最高COD去除率可达59．4％。而对于外加磁场作用下的试验组来讲，当废水pH值为7～8时，对SS和COD去除率均取得良好效果。二者的去除率分别达到74％和66％以上，均明显高于对照组。

2．3电流密度对处理效果的影响

电流密度是指单位面积电极上的电流强度，电流密度大，电极反应速度快，耗电量大；电流密度小，电极反应速度慢，耗电量小。改变电流密度保持其它因素不变，考察两装置废水SS和COD去除率的变化情况，试验结果如图6、图7所示。

试验结果表明：在一定的电流密度下，随着电流密度的增加．两装置对废水SS和COD的去除率均有所增加，尤其在电流密度由2mA／cm增加到4mA／cm：，效果比较明显。电流密度的增大可以加速阳极溶解．电解产生更多的Fe：+／Fen水解产生的羟基络合物，絮凝效果就越好。表现为废水SS和COD的去除率增高。对于对照组来说．在电流密度为6mA／cm时．SS和COD的去除率分别达到67．2％和58．4％，以基本接近电流密度为8mA／cm时的最大去除率(68．9％和59．6％)，而磁场作用下的试验组，在电流密度为4mA／cmz时，SS和COD的去除率分别达到77-3％和66．7％，当电流密度为6mA／cm2时。SS和COD的去除率分别达到82．6％和71．4％，明显高于对照组。可见，在磁场作用下。可节约能耗，并得到高效的SS和COD的去除率。考虑到电耗的因素，本试验电流密度宜采用4mA／cm。

3.原理分析

电凝聚法处理废水的过程机理比较复杂．对污染物的作用，包括电解气浮、絮凝、电解氧化还原3部分。
采用磁化法处理废水是近年来发展的一种新技术。电解过程中，阴极区产生大量微小氢气泡，废水的悬浮物随气泡上浮到液面而得以分离。铁金属阳极电解时发生溶解，形成Fe(OH)等不溶于水的金属氧化物活性凝聚体，对废水中的污染物起凝聚和吸附作用，形成絮状颗粒而一起沉降并得以分离。阳极区发生氧化反应，溶液中的部分还原性物质被氧化。阴极区发生还原反应，氧化性物质被还原。电凝聚工作过程中，阳极电解时产生的活性凝聚体(Fe(OH)、Fe(H20)63+等)从阳极向阴极运动，施加外部垂直运动方向的磁场．根据物理学原理．带电的凝聚体离子在磁场中运动，受到磁场洛伦兹力的作用，在磁场中做圆周运动，加上搅拌使凝聚体的运动轨迹呈不规则的曲线运动，进而使原本直接从阴阳两级直线运动的凝聚体运动路线加长，和水中的污染物接触的机会大大增加，在凝聚体的凝聚与吸附污染物的过程中，由于碰撞消耗动能，运动速度减慢，在重力的作用下产生沉积。

除了上述原因外，还有水的磁化作用也加速了废水的SS与COD的去除速度与效率。水是一种极性分子．自然的水经磁化之后其物理化学性质发生变化，最主要的是H：0的2个氢键的夹角改变，导致水的表面张力、电导率、水对矿物质的溶解度发生变化等。由于Fe(OH)：结晶的结构疏松，抗拉、抗压能力差，粘结性弱，在电解水中不易凝结成核，因而存在大量OH一与Fe，使去除效率提高。。

电化学反应在溶液中形成电场效应和外源的磁场作用可以增加Fe(OH)：等活性凝聚体凝聚速度与数量，同时增加活性凝聚体运动空问，提高废水中悬浮物和有机物的去除。

4.结论

在0．55T磁场作用下，电凝聚法处理油气田废水经济、高效的处理条件为：废水SS和COD的质量浓度分别为150和500mg／L，pH值为7—8，电流密度为4mA／cm，反应时间为90min。该条件下，废水SS和COD的去除率分别达到77．3％和66．7％．比单独的电凝聚法节约了能耗和处理时间，并且提高了废水的SS和COD的去除率．是值得推广的一种处理外排油气田废水的经济、高效的方法。