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探究鐵碳微電解法處理油田鉆井廢水

文檔作者：關(guān)正昊1 劉嘉康1 馬銳1 關(guān)濤2 文檔來源： 1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 2.中國石油大連潤滑油分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年08月08日
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Chenmical Intermediate
60 當(dāng)代化工研究 綠色化工 2017·02
探究鐵碳微電解法處理油田鉆井廢水
＊關(guān)正昊1　劉嘉康1　馬銳1　關(guān)濤2
（1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 黑龍江 163000
2.中國石油大連潤滑油分公司 遼寧 116021）
摘要：近年來，鐵碳微電解法在廢水處理領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文以油田鉆井廢水為研究對(duì)象，開展了利用鐵碳微電
解法處理油田鉆井廢水的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在鐵碳比例為1:1、溶液pH值為3.2、鐵碳投加量為0.8kg/L和150min的反應(yīng)時(shí)間下，使用鐵
碳微電解法進(jìn)行700mL油田鉆井廢水處理，能夠使廢水COD濃度由586.42mg/L降低至174.46mg/L，從而使廢水中有機(jī)污染物得到有效去除。
關(guān)鍵詞：鐵碳微電解法；油田鉆井；廢水處理
中圖分類號(hào)：T 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Discussion of Oilfield Drilling Wastewater Treatment by Iron-Carbon Micro-Electrolysis Technology
Guan Zhenghao 1, Liu Jiakang 1, Ma Rui 1, Guan Tao 2
（1.School of Earth Sciences, Northeast Petroleum University, Heilongjiang, 163000
2.PetroChina Dalian Lubricating Oil Branch Office, Liaoning, 116021）
Abstract：Recently, the iron-carbon micro-electrolysis technology has a better application in the field of wastewater treatment, on which
cognition, this paper has developed the experiment of making use of iron-carbon micro-electrolysis technology to process the oilfield drilling,
wastewater. The result has shown that under the condition that iron-carbon proportion 1:1, pH value of solution 3.2, iron-carbon dosage 0.8kg/L and
reaction time 150min, use the iron-carbon micro-electrolysis technology to take the 700mL oilfield drilling wastewater treatment, which can reduce the
wastewater COD concentration from 586.42mg/L to 174.46mg/L, so that to remove the organic pollutant in wastewater effectively.
Key words：iron-carbon micro-electrolysis technology；oilfield drilling；wastewater treatment
引言
隨著環(huán)境污染的逐漸加重，高濃度工業(yè)的有機(jī)廢水處理
問題也引起了人們的重視。而油田鉆井廢水擁有COD濃度
高、組分復(fù)雜和色度高等特點(diǎn)，所以廢水的處理更具難度。
但由于油田鉆井廢水量較大，所以還要確保廢水處理達(dá)標(biāo)。
針對(duì)這一情況，還應(yīng)加強(qiáng)油田鉆井廢水處理方法的研究和探
索，以便更好的推動(dòng)油田企業(yè)的發(fā)展。
1.鐵碳微電解法的原理分析
采用鐵碳微電解法進(jìn)行廢水處理，將使用廢鐵屑和碳
為反應(yīng)原材料，并利用二者電位差進(jìn)行金屬離子的還原，從
而使廢水中的重金屬離子、苯胺和苯酚等物質(zhì)發(fā)生沉淀或被
吸附，進(jìn)而使溶液中膠體態(tài)和懸浮狀的污染物得到去除。從
反應(yīng)原理上來看，在反應(yīng)時(shí)需要將經(jīng)過活化處理的鐵屑及碳
放入到含有酸性電解質(zhì)的水溶液中，從而構(gòu)成腐蝕電池。而
電池的陽極會(huì)產(chǎn)生具有較高活性的二價(jià)鐵離子，并在酸性溶
液中起到降解有機(jī)物的作用。鐵離子的不斷產(chǎn)生，能夠使陽
極極化作用得到克服，并使溶液保持較高化學(xué)還原性。電極
產(chǎn)生的[H]，則能與較多組分發(fā)生氧化還原，從而使發(fā)色和
助色基團(tuán)得到破壞，繼而使廢水得到脫色處理。在鐵碳構(gòu)成
的電池中，將有較多小電場產(chǎn)生，從而促使廢水中有機(jī)物及
重金屬離子發(fā)生氧化還原和電絮凝反應(yīng)。在電場效應(yīng)的作用
下，溶液中膠體的穩(wěn)定體系也將得到破壞，分離出的離子則
將吸附在電極上或沉淀。就目前來看，鐵碳微電解法已經(jīng)在
各種廢水的處理中得到了應(yīng)用，不僅能夠獲得較好的廢水處
理效果，還能有效降低廢水處理成本，具有投資少、操作簡
便等多種優(yōu)勢(shì)。
2.利用鐵碳微電解法處理油田鉆井廢水
自上世紀(jì)70年代出現(xiàn)以來，鐵碳微電解法就引起了人
們的注意。在80年代引入國內(nèi)后，鐵碳微電解法在石化廢
水、印染廢水和造紙廢水等多種廢水的處理中得到了應(yīng)用，
并且取得了較好的廢水處理效果。這些廢水大多具有較高
COD濃度，并且廢水中含有較多的重金屬。而油田鉆井廢
水也具有COD濃度高和重金屬含量大等特點(diǎn)，所以可以嘗
試使用鐵碳微電解法進(jìn)行廢水處理。但是考慮到油田鉆井廢
水還具大量油類污染物和懸浮物等物質(zhì)，所以還要確定采用
鐵碳微電解法處理該種廢水能夠取得的效果。此外，還要進(jìn)
行鐵碳微電解法使用條件的確認(rèn)，以確保方法的使用能夠給
油田企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。因此，還要開展利用鐵碳微
電解法處理油田鉆進(jìn)廢水的實(shí)驗(yàn)，以便通過實(shí)驗(yàn)確定廢水處
理效果，并得到最佳的鐵碳投加量、鐵碳比例、反應(yīng)時(shí)間和
溶液pH值等參數(shù)，進(jìn)而獲得更好的廢水處理效果。
(1)油田鉆井廢水特性
從組成上來看，油田鉆井廢水包含壓裂液、鉆井廢水
和試油廢水。在油田開發(fā)初期，沖洗鉆井設(shè)備的廢水和部分
地層水將隨著鉆具被排出，其中包含較多的COD、石油類
和pH值，具有COD濃度高、pH值高、色度高和穩(wěn)定性高等
特征，難以進(jìn)行生化降解。隨著鉆井周期的延長，廢水中又
會(huì)含有大量的油類污染物和鉆井液，而鉆井液中不僅包含黏
土、添加劑等物質(zhì)，還包含固體顆粒狀的鉆井巖屑。此時(shí)，
鉆井廢水具有COD濃度高、pH偏堿性、粘度大、懸浮物和
石油類含量高等特點(diǎn)。就目前來看，國內(nèi)在油田鉆井廢水處
理方面，主要采用了活性炭吸附、混凝沉淀、生物降解等技
術(shù)手段。采用活性炭吸附法，僅僅能夠通過吸附和過濾進(jìn)行
污染物和水體的分離，無法改變廢水化學(xué)成分，所以獲得的
處理效果有限。采用混凝沉淀法，就是利用化學(xué)藥劑使廢水
中的污染物凝聚和沉淀。采用生物降解法，則是利用生物消
萬方數(shù)據(jù)
2017·02 綠色化工 Chenmical Intermediate 61
當(dāng)代化工研究
化作用進(jìn)行廢水中污染物的降解，可以憑借生物作用將廢水
中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的凈化。
但就目前來看，鉆井廢水處理由于具有成分復(fù)雜的特點(diǎn)，所
以一直是困擾油田開采企業(yè)發(fā)展的一大問題。
(2)實(shí)驗(yàn)材料
為研究利用鐵碳微電解法處理油田鉆井廢水能夠取得的
效果，還要選用某油田鉆井廢水預(yù)處理后的出水為實(shí)驗(yàn)用廢
水。經(jīng)過檢測(cè)，該種廢水的COD濃度可達(dá)586.42mg/L，pH
值為8.35，石油類濃度為1.20mg/L，色度則為20倍。實(shí)驗(yàn)
使用的鐵碳材料為柱狀活性碳和某加工車間的鐵屑，使用的
試劑均為分析純，包含濃硫酸、硫酸亞鐵、重鉻酸鉀、硫酸
汞、鹽酸、無水乙醇等。
(3)實(shí)驗(yàn)方法
在實(shí)驗(yàn)前，需要完成材料的預(yù)處理。具體來講，就是利
用3.5%稀硫酸溶液進(jìn)行廢鐵屑處理，需浸泡3h，從而使鐵
屑表面的氧化物得到去除。將浸泡完的鐵屑取出后，還要利
用15%氫氧化鈉溶液進(jìn)行表面清洗，清洗時(shí)間為15min，然
后使用蒸餾水將鐵屑洗凈。在處理活性炭時(shí)，需要將其放入
到廢水中浸泡20min，并直至碳吸附飽和。在開展微電解實(shí)
驗(yàn)時(shí)，還要按照一定的比例進(jìn)行預(yù)處理得到的活性炭和鐵屑
的稱量，然后進(jìn)行均勻混合。將混合好的鐵碳裝入微電解反
應(yīng)裝置后，還要進(jìn)行廢水酸度的調(diào)節(jié)，然后將調(diào)節(jié)好的廢水
倒入裝置。在微電解反應(yīng)過程中，還要完成反應(yīng)體系pH值
的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并確保其保持穩(wěn)定。每隔半小時(shí)，則要完成一
次水樣采集。反應(yīng)完成后，需要利用氫氧化鈉進(jìn)行廢水pH
值的調(diào)節(jié)，然后進(jìn)行廢水過濾，并對(duì)濾液進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)。在
實(shí)驗(yàn)過程中，需要使用精密pH計(jì)進(jìn)行pH值測(cè)定，并利用紅
外分光測(cè)油儀完成石油類含量的測(cè)定。此外，在廢水COD
濃度測(cè)定上，可使用重鉻酸鉀法。
(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
①鐵碳量對(duì)處理效果的影響
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，在廢水量固定為700mL的條件下，
改變鐵碳投加量獲得的廢水處理效果并不相同。在鐵碳比
例為1:1，電解液pH值為3.2的情況下，在微電解反應(yīng)達(dá)到
150min后進(jìn)行測(cè)定可以發(fā)現(xiàn)，在鐵碳投加量分別為0.4、0.6、
0.8、1.0和1.2kg/L時(shí)，廢水COD的去除率分別為30.2%、
59.7%、70.3%、72.8%和75.4%。由此可見，隨著鐵碳
投加量的不斷增多，廢水的COD去除率也在不斷提高。
從0.4kg/L提升至0.8kg/L時(shí)，COD去除效果得到了明顯改
善，去除率增加了約40%。而在鐵碳投加量超過0.8kg/L
后，COD去除率并未出現(xiàn)較大幅度的變化。所以從廢水處
理效果和經(jīng)濟(jì)性角度考慮，0.8kg/L為最佳的鐵碳投加量。
除了鐵碳投加量，鐵碳質(zhì)量比也將對(duì)廢水處理效果產(chǎn)
生影響。從實(shí)驗(yàn)情況來看，取0.8kg/L的鐵碳投加量，并且
在電解液pH值為3.2的情況下，在微電解反應(yīng)達(dá)到150min
后進(jìn)行測(cè)定，可以發(fā)現(xiàn)在鐵碳比例分別達(dá)到2:1、1:1和1:2
時(shí)，COD去除率依次為43.2%、70.3%和80.4%。由此可
見，廢水處理效果受到鐵碳比例的影響較大，在鐵碳比例不
斷減小的情況下，廢水中COD去除率則得到了提高。從2:1
降低至1:1時(shí)，COD去除效果得到了明顯改善，去除率增加
了約27%。而在鐵碳比例降低至1:1以下后，COD去除率并
未出現(xiàn)較大幅度的變化。所以從廢水處理效果和經(jīng)濟(jì)性角度
考慮，1:1為最佳的鐵碳比例。
②溶液酸堿性對(duì)處理效果的影響
將鐵碳比例設(shè)定為1:1，投加量設(shè)定為0.8kg/L后，通過改變
溶液pH值，也能使廢水處理效果得到改善。在其它條件均相同
的情況下，將溶液pH值分別調(diào)節(jié)為2.5、3.2、4.1、5.3、6.2，
然后在反應(yīng)150min后進(jìn)行測(cè)定可以發(fā)現(xiàn)，得到的COD去除率依
次為80.4%、70.3%、51.3%、29.9%和15.1%。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果
可知，隨著電解液pH值的逐漸增大，COD去除效果逐漸變
差。出現(xiàn)這一情況，主要是由于微電解反應(yīng)在酸性溶液中
擁有更大的速率。同時(shí)，酸性溶液能夠使陽極的極化作用得
到克服，從而反應(yīng)得到更多的亞鐵離子，進(jìn)而使鐵的電化學(xué)
腐蝕作用得到增強(qiáng)，所以能使廢水得到更好的處理。但是，
如果一味降低溶液pH值，就要在廢水處理中投入更多的酸
液，并且在反應(yīng)后利用更多的堿液進(jìn)行得到的液體的調(diào)節(jié)。
因此，采取降低溶液pH值的措施，將導(dǎo)致油田鉆井廢水的
處理成本增加，并導(dǎo)致微電解填料遭到大量消耗，繼而導(dǎo)致
更多污泥的產(chǎn)生。所以，為了給油田鉆井廢水的處理提供便
利，并降低廢水處理成本，還要將溶液pH設(shè)定為3.2。
③反應(yīng)時(shí)間對(duì)處理效果的影響
在油田鉆井廢水處理的過程中，還要對(duì)處理時(shí)間進(jìn)行
控制。在實(shí)驗(yàn)中，將鐵碳比例設(shè)定為1:1，投加量設(shè)定為
0.8kg/L，溶液pH設(shè)定為3.2后，對(duì)不同反應(yīng)時(shí)間下的廢水
COD去除率進(jìn)行測(cè)定，則可以進(jìn)行最佳反應(yīng)時(shí)間的確定。
觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，廢水處
理效果也明顯得到了提高。在微電解反應(yīng)時(shí)間達(dá)到150min
時(shí)，廢水COD去除率已經(jīng)達(dá)到了70.3%。在反應(yīng)時(shí)間由0變
化至150min的過程中，COD去除率提升幅度較大，呈現(xiàn)出明
顯的上升趨勢(shì)。而反應(yīng)時(shí)間由150min延長至180min的過程
中，COD去除率提升幅度有限，最終去除率僅達(dá)到了75.6%。
由此可見，經(jīng)過了150min的反應(yīng)，鐵碳微電解反應(yīng)已經(jīng)接
近飽和，通過增加反應(yīng)時(shí)間無法達(dá)到更好的處理效果。因
此，綜合考慮廢水處理需求和經(jīng)濟(jì)因素，可以將150min設(shè)
定為最佳的反應(yīng)時(shí)間。
3.結(jié)論
通過研究可以發(fā)現(xiàn)，利用鐵碳微電解法進(jìn)行油田鉆井廢
水的處理，能夠取得較好的廢水處理效果。綜合考慮廢水處
理需求和經(jīng)濟(jì)因素，可以得到最佳的反應(yīng)條件，即1:1的鐵碳
比例、0.8kg/L鐵碳投加量、pH值為3.2的溶液、150min的反
應(yīng)時(shí)間。在該條件下進(jìn)行700mL油田鉆井廢水處理，能夠使
廢水COD濃度由586.42mg/L降低至174.46mg/L，能夠使廢水
中有機(jī)污染物得到有效去除，從而使廢水的后續(xù)深度處理更
加容易。因此，油田開發(fā)企業(yè)可以嘗試引入鐵碳微電解法進(jìn)
行鉆井廢水的處理，以便為廢水達(dá)標(biāo)排放提供更多的保障。
?【參考文獻(xiàn)】
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藝處理油田壓裂廢水[J].化工環(huán)保,2016,04:434-438.
?【作者簡介】
關(guān)正昊（1996~），男，東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；研究方
向： 含油污水的化學(xué)處理。
((責(zé)任編輯孔凡念)

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