2022年铁碳微电解_Fenton氧化处理海上废弃钻井液液相实验 .pdf

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1、大庆石油学院学报第 36 卷第 2 期2012 年 4 月JOURNALOF DAQINGPET ROLEU M INSTITUT EVol.36No.2Apr.2012收稿日期:20120113;编辑:任志平基金项目:中国海油科技攻关项目(JD11ZCJX075W)作者简介:岳前升(1973-),男,博士,副教授,主要从事油田化学方面的研究.铁碳微电解-Fenton 氧化处理海上废弃钻井液液相实验岳前升1,杨立平2,朱益辉2,吴洪特1,白超峰1,傅雄涛1,马锡涛2(1.长江大学化工与环境工程学院,湖北 荆州434023;2.中海油能源发展股份有限公司 监 督监理技术分公司,天津320045)

2、摘要:为处理海上油田废弃钻井液,以我国海上油田广泛使用的有机正电胶钻井 液为例,研 究采用铁 碳微电解-Fenton 氧化处理工艺可行性.结果表明,废弃有机正电胶钻井液及其固液分离后的废水COD 超过废水排放标准.优 化铁碳微电解-Fenton 氧化的适宜条件:微电解时间不低于 3 h;双 氧水质量分数为0.5%,氧化时 间为 2 h.铁碳 微电解-Fenton 氧化 处理工艺对废弃钻井液废液COD 有较 明显的处理效果,但 一轮次处理无法达 到排放标准.铁碳 微电解-Fenton 氧化)次氯酸钠深度氧化以及多轮次铁碳微电解-Fenton 氧化处理可以使固液分离后的废弃钻井液达到工业污水排放二

3、级标准.关键词:废弃钻井液;铁碳微电解;Fenton 氧化法;COD;环境保护中图分类号:TE991.5;T E254.2文献标识码:A文章编号:10001891(2012)020086040引言渤海湾是我国海上油气主要聚集区之一,同时又是内海,水体交换速度慢,一旦水体受到污染,即使治理后生态恢复周期也相当长,因此对海上油气钻井的环保要求也越来越严格,废弃钻井液的处理达到标准显得至关重要.渤海湾属于一级海域,使用油基钻井液和相应钻屑禁止排放;在油层中钻进的水基钻井液和钻屑禁止排放 1;在非储层段使用水基钻井液和相应的钻屑有时可以直接排放.为保护渤海湾生态环境,所有海上油气钻井所涉及到的钻井液和

4、钻屑做到/零0排放势在必行,必须对废弃钻井液进行处理.目前,我国废弃钻井液处理主要有固化法和固液分离处理法两类 2-3,固化法处理成本相对较低,也比较容易操作,但治标不治本,存在二次污染环境的可能性;固液分离处理法虽然成本较高,但治污较彻底.由于我国海上油田钻井作业的特殊性,以前对水基废弃钻井液处理研究很少;虽然废弃钻井液固液分离技术相对成熟,但对于特定的钻井液体系采用的处理剂种类和质量分数有较大差异.笔者以海上油田广泛使用的有机正电胶钻井液体系为研究对象 4,针对固液分离后液相COD 等指标超标问题,采用铁碳微电解-Fenton 氧化处理工艺 5-14处理废弃钻井液固液分离后的液相.1铁碳微

5、电解和Fenton 氧化原理1.1铁碳微电解原理在酸性条件下,由于铁和碳之间电势不同而存在电势差,因而形成 Fe/C 原电池 9-11.其中 C 为阳极,Fe为阴极.Fe/C 原电池反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液.反应产生的H 原子和Fe2+为初生态,具有很高化学活性,能够有效降解有机物.在曝气条件下发生反应生成Fe3+,水解后生成Fe(OH)3胶体,作为高效絮凝剂能够增强对废水的净化效果.1.2Fenton 氧化反应原理Fenton 氧化反应是指在Fe2+与双氧水 H2O2作用下,生成具有极强氧化能力的羟基自由基(H O#),#86#网络出版时间：2012-07-23 09:

6、24网络出版地址：http:/ 1 页，共 4 页 -H O#能将废水中的有机物氧化分解,最终生成CO2和 H2O 等化合物.同时,反应生成的Fe(OH)3胶体具有絮凝、吸附功能,也可以去除水中部分有机物,从而降低水相中的COD.羟基自由基(H O#)是氧化有机物的有效因子,而 Fe2+、H2O2和 pH 等决定羟基自由基(H O#)的产生及氧化程度.2实验2.1材料中国海油渤海油田有机正电胶钻井液,现场取样;铁碳微电解填料,潍坊普茵沃润环保科技有限公司生产,铁和碳经高温处理融合为一体化并呈蜂窝状,可以有效防止板结并易于更换;工业双氧水,有效质量分数为 27.5%;次氯酸钠,工业品,有效质量分

7、数为10%;高锰酸钾、过硫酸铵和过氧化钙均为工业级.2.2检测方法2.2.1微电解实验取实验流体 500 mL,调节 pH=2 3,置于 2.0 L 的量筒中,量筒底部放置曝气球,加入 Fe/C微电解填料,液面以刚好淹过填料为准.开空压机曝气,曝气釜压力控制为100 120 kPa,以 CODCr去除率考查微电解效果.2.2.2Fenton 氧化Fenton 氧化(H2O2)时采用炭吸附加曝气操作工艺;取微电解后水样500 mL,加入一定量的H2O2,调节 pH=2 3,置于 1 000 mL 的量筒中,量筒底部放置曝气球,再放入活性炭(水和活性碳质量比为1B 1).开空压机曝气,曝气釜压力控

8、制为100 120 kPa,氧化时间控制为60 min,以考查Fenton 氧化(H2O2)时加活性炭吸附对CODCr去除率的影响.2.2.3COD 测定废水 COD 等指标测定方法参照相关国家标准 15.3结果与讨论3.1有机正电胶钻井液固液分离指标废弃 PEC 钻井液采用固液分离技术的废水指标见表1.由表 1 可见,采用脱稳、絮凝等工艺处理后,废弃钻井液的色度、COD 和 BOD 大幅度下降,但 COD 高于常规工业废水数千倍,给后期处理带来困难.表 1废 弃有机正电胶钻井液固液分离废水指标项目pH色度/倍COD/(mg#L-1)BOD/(mg#L-1)悬浮物/(mg#L-1)GB 897

9、8-1996(二类)要求6.0 9.080150150200PEC 钻井液8.0 3 00099 430.02 578.5-PEC 固液分离后液相6.12 50022 023.42 187.31 500.63.2微电解时间影响经过固液分离后的钻井液废水与铁碳微电解填料不同接触时间的COD 去除率变化结果见图1.由图1可见,随废水与铁碳填料接触时间延长,废水 COD 下降,超过 3 h 后 COD 趋于稳定,但废水的COD 很高,超过 10.00 g/L.3.3Fenton 氧化3.3.1氧化时间在双氧水质量分数为8 j 时 Fenton 氧化时间对废水COD 去除率的影响见图2.由图 2 可见

10、,Fenton氧化最佳时间为2 h.在 Fe3+存在条件下,H2O2产生羟基自由基以及自由基氧化降解有机物需要一定过程才能完成,从而决定Fenton 氧化的适宜时间.3.3.2双氧水质量分数不同双氧水质量分数时经微电解后的钻井液废水氧化2 h 后的 COD 去除率影响见图3.由图 3 可见,双氧水质量分数在0.3%0.5%时具有较好的降解性,经过铁碳微电解-Fenton 氧化处理后废弃PEC#87#第 2 期岳前升等:铁碳微电解-Fenton 氧化处理海上废弃钻井液液相实验名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 4 页 -钻井液废水COD 在 7.00 g/L 以上.图

11、1接触时间对微电解效果影响曲线图 2Fenton 氧化时间对废水COD 去除率影响曲线3.4深度氧化剂3.4.1氧化剂种类由于钻井液废水经过铁碳微电解-Fenton 氧化处理后无法达到排放标准,对处理后的废水采用其他氧化剂进行深度处理,质量分数为0.5%、氧化 2 h 后的 COD 去除率见图 4.由图 4 可见,高锰酸钾和次氯酸钠效果相当,考虑成本和重金属离子影响,采用次氯酸钠作为深度氧化剂.图 3双氧水质量分数对 Fenton 氧化处理效果影响曲线图 4氧 化剂种类对废水深度氧化处理效果影响图 5次氯酸 钠质量 分数 对深度 氧化 处理 效果影响曲线3.4.2次氯酸钠质量分数次氯酸钠质量分

12、数对废水 COD 去除率 影响见图 5.由图 5 可见,随着次氯酸钠质量分数增大,废水COD 去除 率上升,超 过 1%时 COD 去除 率基 本未变,因此次氯酸钠质量分数以1%为宜.3.5多轮处理经过铁碳微电解-Fenton 氧化-次氯酸钠处理后,钻井液废水COD 在 4.00 g/L 以下,还是高于工业废水二级排放标准;再将废 水采用铁碳微电解-Fenton 氧化处理 3 5 轮后其 COD 低于 0.15 g/L,从而达到国家废水二级排放标准 16.4现场处理取 1 m3海上废弃有机正胶钻井液放入带搅拌装置的罐中,加入 1 m3海水搅拌后加入脱稳、絮凝剂等,等充分沉降后用离心机进行固液分

13、离,分离后的液相先经过Fe/C 微电解-Fenton 氧化-次氯酸钠氧化,再经过 2 轮 Fe/C 微电解-Fenton 氧化处理后废水比较清亮.经过检测其各项指标已经达到国家废水#88#大庆石油学院学报第 36 卷2012 年名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 4 页 -二级排放标准,有些达到一级排放标准(见表 2).表 2废 弃钻井液固液分离后废水现场处理指标序号监测项目分析方法及依据使用仪器结果1pH玻璃电极法(GB 6920-86)PH S-3C 数字酸度计7.202色度稀释倍数法(GB 11903-89)具塞比色管3.03石油类质量法 水和废水监测分析方法(

14、第四版)分析天平等0.04BOD无汞压力法BOD 分析仪19 mg/L5COD密封闭塞消解法水和废水监测分析方法(第四版)NOVA60COD测试仪88 mg/L6氟化物离子色谱法(GB 13580.5-1992)PIC-8 型离子色谱仪5.21 mg/L7总汞原子荧光光度法水和废水监测分析方法(第四版)AFS-830A0.01 Lg/L8总砷原子荧光光度法水和废水监测分析方法(第四版)AFS-830A0.03 mg/L9总铬二苯碳酰二肼分光光度法(GB 7467-87)721 型分光光度计0.03 mg/L10六价铬二苯碳酰二肼分光光度法(GB 7467-87)721 型分光光度计0.02 m

15、g/L11总镉原子吸收分光光度法(GB 7475-87)AA-6800.000 1 mg/L12总铅原子吸收分光光度法(GB 7475-87)AA-6800.001 mg/L5结束语废弃有机正电胶钻井液固液分离后液相COD 值高,无法满足排放要求.铁碳微电解-Fenton 氧化处理工艺对废弃钻井液废液COD 有较明显的处理效果,但一轮次处理无法达到排放标准.铁碳微电解-Fenton 氧化)次氯酸钠深度氧化处理工艺对废弃钻井液固液分离后的废液具有可行性,处理后废水可以达到国家规定二级排放标准,固液分离技术能够应用于海上废弃钻井液处理.参考文献:1GB 4914-2008,海洋石油勘探开发污染物排

16、放浓度限值 S.2黎钢,朱墨,钱家麟.固液分离法处理废弃钻井液的技术与现状 J.工业水处理,1997,17(1):13-147.3赵雄虎,王风春.废弃钻井液处理研究进展 J.钻井液与完井液,2004,21(2):43-48.4张岩,吴彬,向兴金,等.BZ25-1 油田软泥页岩井壁稳定机理及其应用 J.钻井液与完井液,2009,26(3):20-22.5汪永红,潘倩,王丽燕,等.Fe)C)H2O2协同催化氧化处理印染废水 J.生态环境学报,2010,19(6):1374-1377.6黄健光,钟理.废 Fe 屑/活性碳微电解法预处炼油废水实验研究 J.化工科技,2010,18(5):10-14.7

17、朱乐辉,裴浩言,邱俊.铁碳微电解/H2O2混凝法处理焦化废水的试验研究 J.水处理技术,2010,36(8):117-120.8左妍,刘晶,边德军,等.铁碳微电解法处理聚四氢呋喃废水试验研究 J.环境科学与技术,2010,33(12):261-262.9原金海,雷菊,党亮.铁碳微电解及Fenton 氧 化法在染料废水处 理中的应用 J.重庆科 技学院学报:自然科 学版,2010,12(1):77-80.10蒋宝云,李浩,董国如,等.微电解-Fenton 联合工艺处理酸化压裂废水 J.环境科学与技术,2010,33(6E):327-331.11Jin Y-i zhong,Zhang Yue-fe

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