H_2O_2預(yù)氧化對(duì)Fe_C微電解處理油田壓裂廢水的作用研究

1、第41卷第6期2009年12月西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)J1XianUniv.ofArch.&Tech.(NaturalScienceEdition)Vol.41No.6Dec.2009H2O2預(yù)氧化對(duì)Fe/C微電解處理油田壓裂廢水的作用研究周立輝(長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院,陜西西安710021)摘要:通過對(duì)油田壓裂廢水的系列實(shí)驗(yàn),研究了H2O2預(yù)氧化對(duì).研究結(jié)果表明,H2O2預(yù)氧化可顯著促進(jìn)Fe/C,其主要原因在于H2O2預(yù)氧化能夠降低壓裂廢水的粘度,并能利用Fe/C微電解反應(yīng)中產(chǎn)生的Fe2+以激發(fā)氫氧自由基(H).,結(jié)果指出H2O2/Fe/C,該結(jié)果對(duì)于壓裂廢水的在實(shí)際生產(chǎn).

2、關(guān)鍵詞:;H2;氫氧自由基36文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):100627930(2009)0620867204壓裂工藝是油氣田開發(fā)中的一個(gè)重要部分,壓裂的目的主要是改善油氣層滲透能力和解堵等,在新井試油、老區(qū)油井挖潛和單井增產(chǎn)中占有不可替代的位置.因此應(yīng)用比較普遍,但壓裂作業(yè)過程中產(chǎn)生的返排廢液是油田一個(gè)不容忽視的污染源.壓裂返排廢水具有高COD值、高穩(wěn)定性、高粘度等特點(diǎn),已成為當(dāng)前油田水體污染源之一,其對(duì)環(huán)境的影響,已越來(lái)越引起人們的關(guān)注.關(guān)于壓裂廢水處理的工藝研究,目前應(yīng)用較多的是Fe/C微電解工藝,但是由于壓裂廢水的水質(zhì)特性,Fe/C微電解工藝在處理壓裂廢水的過程中還存在一些不能解決的問題,如

3、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、處理后水質(zhì)顏色差等122,因此,研究壓裂廢水的預(yù)處理及其Fe/C微電解聯(lián)合處理工藝是當(dāng)今壓裂廢水處理的主體方向324.本論文基于上述問題,分析探討了H2O2對(duì)Fe/C微電解處理油田壓裂廢水的影響作用,對(duì)該工藝處理壓裂廢水的水質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià).1壓裂廢水水質(zhì)特點(diǎn)表1為油田壓裂廢水的典型水質(zhì)特征.由表1可以看出壓裂廢水不僅有機(jī)物和石油類污染物質(zhì)含量高,而且壓裂廢水較其他廢水而言,其粘度大.通常情況下,水在20的粘度約為1×1023Pas,而壓裂水的粘度是水的310倍,這是壓裂水不同于其他污水的主要之處,也是壓裂水難于處理的主要問題所在.水的粘度越大,水的流動(dòng)性越差.因此,

4、在處理壓裂水中,投加的化學(xué)藥劑在壓裂廢水中很難擴(kuò)散,傳質(zhì)作用緩慢,造成反應(yīng)體系時(shí)間很長(zhǎng),處理效果差.表1壓裂廢水水質(zhì)特點(diǎn)Tab.1CharacteristicsoffracturingfluidwastewaterColor/c.u.200500COD/(mgL-1)200010000pH89SS/(mgL-1)50200Oil/(mgL-1)2050Viscosity/(10-3Pas)3103收稿日期:2008211212修改稿日期:2009210202基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50708088)作者簡(jiǎn)介:周立輝(19652),男,甘肅靈寶人,高級(jí)工程師,主要從事油田安全與環(huán)保研

5、究.868西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第41卷2研究方法概述2.1實(shí)驗(yàn)用水實(shí)驗(yàn)用水為油田壓裂廢水實(shí)際水樣,其COD為3100mg/L,色度293c.u.,pH為8.6,石油類含量為39.3mg/L,懸浮性物質(zhì)64mg/L,粘度為5.67×1023Pas.2.2實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)實(shí)驗(yàn).Fe粉采用平均粒徑為0.53mm的還原鐵粉,C采用平均粒徑為1mm的活性碳.Fe/C反應(yīng)首先將液體pH值降低至1左右,在實(shí)驗(yàn)器皿中靜態(tài)反應(yīng)一定時(shí)間,然后通過石灰(Ca(OH)2)調(diào)節(jié)pH至8左右.加入石灰的作用有兩個(gè):一是中和水質(zhì),提高pH值;凝功能去除Fe/C微電解過程中分解的有機(jī)物,凈化水質(zhì).

6、H2O230min.試驗(yàn)中色度采用分廣光度法分析,氫氧自由基(OOH產(chǎn)生的分子探針,定量測(cè)定其產(chǎn)率526.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3.1H2O2預(yù)氧化對(duì)Fe/圖1C結(jié)果.由圖1,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),COD和色度都有所下降,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為12h后,Fe/C微電解可將壓裂廢水COD降低至100mg/L以下,圖1H2O2預(yù)氧化對(duì)Fe/C微電解反應(yīng)的促進(jìn)影響色度降低為40c.u.但是,在Fig.1EffectofpreoxidationbyH2O2onFe/CtreatmentFe/C微電解之前進(jìn)行30min的H2O2預(yù)氧化處理(H2O2投加量為1g/L),COD和色度都得到大幅度的降低,反應(yīng)5h即可達(dá)到與單獨(dú)

7、F/C微電解處理的效果.進(jìn)一步延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,色度和COD還能得到一定幅度的降低,但幅度較小.圖1的反應(yīng)結(jié)果說(shuō)明,H2O2預(yù)氧化處理能夠縮短Fe/C微電解反應(yīng)的處理時(shí)間,提高反應(yīng)效率.3.2H2O2預(yù)氧化促進(jìn)Fe/C反應(yīng)的機(jī)理分析由表1的結(jié)果可知,壓裂廢水的粘度是控制Fe/C微電解反應(yīng)過程中電子轉(zhuǎn)移的主要因素,粘度影響了物質(zhì)反應(yīng)的傳質(zhì)作用.此外,由于Fe/C反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生Fe2+728,而H2O2和Fe2+在低pH條件下會(huì)形成Fenton實(shí)際,激發(fā)反應(yīng)體系產(chǎn)生氫氧自由基(OH)9210,從而提高反應(yīng)效果.為了明確H2O2預(yù)氧化對(duì)Fe/C反應(yīng)的促進(jìn)作用,研究分析了H2O2預(yù)氧化對(duì)壓裂廢水粘度降低

8、情況和反應(yīng)過程中氫氧自由基的產(chǎn)生量.3.2.1對(duì)粘度的降低情況圖2為H2O2預(yù)氧化對(duì)上述壓裂廢水的粘度降低情況.由圖3可以看出,Fe/C微電解直接反應(yīng)對(duì)粘度的降低作用有限,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)和COD的逐漸降低,粘度也開始下降,說(shuō)明Fe/C微電解反應(yīng)受到粘度物質(zhì)的控制.當(dāng)加入H2O2預(yù)氧化劑后,反應(yīng)1h,水的粘度即得到極大程度的降低,在反應(yīng)2h候基本和常規(guī)水的粘度相近.這一結(jié)果說(shuō)明,H2O2能夠很好破壞水體中的粘度物質(zhì)構(gòu)造,降低水的圖2H2O2對(duì)水的粘度降低情況粘度,提高Fe/C微電解反應(yīng)的傳質(zhì)效應(yīng).3.2.2氫氧自由基的產(chǎn)生情況Fig.2DecreasingofviscositybyH2O2圖

9、3為H2O2預(yù)氧化劑加入反應(yīng)30min后,再加入Fe/C反應(yīng)劑在1h和3h后用二甲亞砜(DM2SO)捕捉水中的氫氧自由基,并通過HPLC監(jiān)測(cè)水中氫氧自由基的出峰情況.由圖3可以看出,在6.4第6期周立輝等:H2O2預(yù)氧化對(duì)Fe/C微電解處理油田壓裂廢水的作用研究869min左右出現(xiàn)了顯著的峰,說(shuō)明H2O2與Fe/C反應(yīng)確實(shí)激發(fā)了水中氫氧自由基的產(chǎn)生,從而提高了水中污染物質(zhì)的氧化速度.圖3氫氧自由基產(chǎn)生情況(HPLC分析圖)Fig.3OHanalyzedresultbyHPLCProductionradical根據(jù)圖3的分析結(jié)果,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)圖譜,的量進(jìn)行分析計(jì)算,可得到圖1系中產(chǎn)生的氫氧自由基的量

10、,由圖4可以看出,8h后達(dá)到峰值.H2O2的消耗有關(guān).在反應(yīng)初期,加入的H2O2,在Fe2+的催化下,可以產(chǎn)生出大量圖4不同時(shí)間體系中OH產(chǎn)生量的氫氧自由基,但是隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),水中有機(jī)物不斷消耗Fig.4ProductionofOHatdifferenttimeH2O2的量,從而造成體系中的氫氧自由基的量逐漸減少.3.3H2O2/Fe/C反應(yīng)對(duì)不同濃度壓裂廢水的工藝控制在實(shí)際生產(chǎn)中,壓裂廢水的COD變化多端,水質(zhì)情況各異.為了方便實(shí)際應(yīng)用,試驗(yàn)中不同濃度的壓裂廢水進(jìn)行了系列研究,對(duì)H2O2和Fe/C的用量以及該用量下最終的COD進(jìn)行了分析評(píng)價(jià),結(jié)果表2所示.由表2可以看出,H2O2/Fe

11、/C反應(yīng)體系能夠有效降低壓裂廢水中的COD,控制其中的污染物質(zhì),該結(jié)果對(duì)于壓裂廢水的在實(shí)際生產(chǎn)中的合理處理具有指導(dǎo)價(jià)值.表2不同濃度壓裂廢水處理工藝參數(shù)Tab.2TreatmentparameteroffracturingfluidwastewaterbyH2O2/Fe/CRawwaterCOD/(mgL-1)TreatedwaterCOD/(mgL-1)H2O2Dosage/(gL-1)Fe/CDosage/(gL-1)Reactiontime/h936340.2211260480.2311820860.2332360900.533310076135476093246512010835105

12、800994515630010255154結(jié)論通過對(duì)實(shí)際壓裂廢水的系列實(shí)驗(yàn),可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)H2O2預(yù)氧化可顯著促進(jìn)Fe/C微電解處理工藝對(duì)壓裂廢水污染物的降解,提高反應(yīng)效率.(2)H2O2預(yù)氧化改善Fe/C微電解處理效率的主要原因在于能夠降低壓裂廢水的粘度,提高Fe/C微電解的傳質(zhì)速度,并能利用Fe/C微電解反應(yīng)中產(chǎn)生的Fe2+以激發(fā)氫氧自由基(OH).(3)對(duì)不同濃度壓裂廢水的研究表明,H2O2/Fe/C反應(yīng)體系能夠有效降低壓裂廢水中的COD,控制其中的污染物質(zhì),該結(jié)果對(duì)于壓裂廢水的在實(shí)際生產(chǎn)中的合理處理具有指導(dǎo)價(jià)值.參考文獻(xiàn)References1萬(wàn)里平,趙立志,孟英峰.Fe/

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