电气浮法处理钻井废水实验研究李祥华

·14·2005年6月油气田环境保护治理技术电气浮法处理钻井废水实验研究李祥华1魏平方2邓皓3赵彩珍4(1.江苏石油勘探局钻井处；2.长江大学化学与环境工程学院；3.中国石油天然气集团公司环境工程技术中心；4.陕西省西安市环境保护研究所)摘要对电气浮法处理模拟钻井废水进行了实验研究，分析了工艺参数（电气浮时间、电极间距、电气浮后静止停留时间、废水温度和电流密度）对电气浮法处理效果的影响。实验结果表明，电气浮法处理钻井废水受许多因素的影响，掌握这些因素对电气浮处理的影响规律，有助于合理选取最佳参数，达到既高效又节能地处理钻井废水的效果。研究结果表明：最佳电气浮时间为10min，电极间距推荐选用1.0cm，电气浮后静止停留时间选用5min，废水适宜处理温度为30～50℃，选择电流密度小、电气浮处理时间长的组合工艺能达到最佳处理效果。关键词钻井废水处理工艺电气浮法实验研究0引言钻井废水是油气田开发中产生的主要废水之一，随着我国石油工业的发展，钻井数量日益增多，钻井废水量也相应增大；而随着钻井泥浆技术的不断发展，钻井废水处理难度也越来越大；同时钻井作业面广，流动性强，对环境的危害性很大。目前，国内钻井废水还没有理想的处理方法，利用现有的方法及设备处理日趋复杂的钻井废水已远远不能满足日益严格的排放标准（GB8978-1996）。因此，适时研究钻井废水处理新方法，提高处理效率，是企业急需解决的问题之一。电气浮法是运用电化学方法来去除钻井废水中的悬浮物、油类、有机物等有害杂质的一种方法。处理时，将正负相间的多组电极安插于废水中，并通以直流电，通过产生的电解、颗粒极化、电泳、氧化、还原、电解产物间及废水间的相互作用等除去废水中污染物，达到净化废水的目的。1实验1.1设备GC-2型硅充电机，徐州无线电三厂722型分光光度计，上海分析仪器总厂DDS-11型电导率仪，上海光电仪器厂DJS-1型电导电极，上海电光器件厂TG328A分析天平，湘仪天平仪器厂1.2方法实验中为了简化钻井废水，采用模拟钻井废水，即自配的钠般土悬浊液及钻井液基浆的高倍稀释物为处理废水。实验时，固定其它参数，改变其中一个要研究的影响参数X，当参数变化时，记录浊度去除效率或出水水质（剩余浊度）随时间变化的关系，从而研究该参数对电气浮法处理钻井废水的影响。实验电极采用铝电极，电极联结为两块电极的单极联结。2结果与讨论2.1电气浮时间对处理效果的影响实验表明，电气浮处理时间对钻井废水的处理效果有很大影响。当Tn＜Tn1时，废水浊度直线增加。此时形成的大量微絮体还没有上浮，充满整个电气浮器。随着电气浮进行，当Tn从Tn1增加到Tn2并保持到Tn3时，出水剩余浊度减少并保持在一定范围。水中絮凝剂量进一步增加至最佳加量，通过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥等作用，在气泡的携载下去除水中的污染物质（悬浮物）当Tn＞Tn3时继续电解，出水剩余浊度随电气浮时间增加而增加。一方面是由于浮渣返混；另一方面是污染物发生再稳定并伴随发生凝聚的恶化。由上可知，在一定范围内增加电气浮时间能提高浊度去除率，而且相应的电解条件与废水有一最佳电气浮时间，如本实验中选定最佳时间为10min，实际应用时，应由实验找出最佳时间。──────────李祥华，98年毕业于江汉石油学院化学工程专业，现任江苏石油勘探局钻井处泥浆公司书记兼副经理。通讯地址：江苏省江都市邵伯钻井处机关大院，225261治理技术油气田环境保护第15卷·第2期·15·2.2电极间距对处理效果的影响电极合适间距d选为1～3cm。实验表明：电极间距越大，相同电气浮时间内出水浊度越大，出水悬浮物达到排放标准所需的电气浮时间相应增加。这是因为极板间距越小，阴极产生的气泡在阴极区形成大量微气泡强烈搅动溶液（强大气浮），增强了溶液中的传质作用，电极/溶液处扩散层变小，该作用可将阳极区形成的铝复合物浮选出来，进而阳极铝进一步溶解，加速了金属／溶液界面化合物的形成。而极板间距太小时，电极间形成的絮凝物在气泡的夹带作用下上浮时受两边极板的阻碍大，堵在极板间，从而降低金属溶液界面化合物的形成，使电气浮效率降低，可采取移动电极或搅拌溶液方法来消除或减弱絮凝物堵塞。从表1可知,电流密度相同时，随电极间距增加,电气浮电压也增加。这是因为溶液中的电阻与电极间距呈正比关系，电极间距越大，溶液中的电阻也越大，相同时间内电能消耗也越大；同理，电极-溶液间和溶液中的反应速度越慢，处理效率越低。因此要提高废水污染物的去除率，降低电气浮电能消耗，必须适当减小电极间距d。但是电极间距太小而废水中固相含量或悬浮物含量很高时，水中絮凝物会堵塞在电极间，故实际应用时推荐选用d为1.0cm。2.3电气浮后静止停留时间Tm的影响通过实验可以看出，废水通电并在电气浮器中停留一段时间，电气浮处理效率有所增加，随静止停留时间增加，去除（浊度）效率增加，增加到一定值后再停留，其去除效率基本稳定。若停止通电后再停留一段时间，水中还未上浮的微小气泡继续粘附携带絮体物质上浮，因此水中的污染物继续减少，去除效率增加；一定时间后，水中剩余的气泡已基本上浮，这时再延长停留时间，对水中还未上浮或下沉的与水密度相当的絮体或带气絮体来说没有作用，故去除率不再变化。虽然增加停留时间能提高去除效率，但停留时间过长，又会增加设备的负荷，使水处理周期变长，同时也延长了工作时间，相对增加了工作量，工作效率不高，无形之中增加了处理成本。由实验可知，不管废水初始浊度和电气浮时间为多少，Tm为5min时电气浮去浊率基本稳定，故实际应用时推荐电气浮处理后停留5min。2.4废水温度对处理效果的影响实验结果还表明，高温有利于废水的电气浮处理。在相同电解条件和相同电气浮时间内，随废水温度升高，电气浮去除浊度效率增加。因此，夏季用电气浮法处理钻井废水容易些，冬季特别是北方的冬季，钻井废水的电气浮法处理就相对困难些。实验得出，废水适宜处理温度为18～50℃。相同电流条件下，电气浮电解电压随废水温度降低而升高。这样，电能效率、电压效率和电流效率就越低，电流损失就越大，因此处理费用也越高。表2实验数据表明：废水经电气浮处理后温度都有所上升。这表明，电气浮所消耗的电能有一部分是消耗在提高出水温度上了。温度对电气浮处理的影响从理论上分析有以下几个方面的因素：◆废水温度影响理论分解电解电压废水温度越高，理论分解电压越小，因此电解电压也越小，相同实验条件下，电能消耗越小。◆废水温度影响电絮凝效果废水温度影响金属离子水解形成羟基络合物，水温越高，水解反应越快，单位水解时间内产生H+离子数就越多，促进胶粒脱稳絮凝，絮凝颗粒水化作用程度减小；另外，当温度从5℃增加到30℃时，水的粘度减少一半，但其密度只减少2％，故对不受或少受热运动影响的颗粒，提高水温将促进它上浮；但是，水温太高，布朗运动强度增加，被吸附的污染物质分解吸附，同时会引起絮凝剂老化。适当温度有利于提高电气浮处理废水效率和降低能耗。由于现场钻井过程中产生的新鲜钻井废水温度都不低，故推荐钻井废水的处理宜在过程中治理，这样能利用废热，达到高效节能。表1不同电极间距的电压情况电极间距d（cm）1.02.03.0电压U（V）13.52328注:实验中电流密度相同表2电气浮处理前、后出水温度变化℃实验号123处理前水温183651.8处理后水温203755水温上升213.2注:Tn=5min·16·2005年6月油气田环境保护治理技术2.5电流密度对处理效果的影响实验表明,在所有电流密度下电气浮处理初期,去除率急剧上升到一定值后，继续电气浮处理，去除率增加得极为缓慢，而且不管电流密度多大，最终去除率都在95％左右，即在所有电流密度下，废水中的污染物大部分是在电气浮初期被去除的，且经电气浮处理完后，废水可达到一定水质。电流密度主要影响废水污染物被去除的速度，电流密度越大，去除污染物速度越快，反之越慢。实验还表明，电流密度越大，相同电气浮时间内处理废水消耗的电能越多。因此电气浮处理废水时，应适当选择较小的电流密度，从而节约处理成本。3结论电气浮法处理钻井废水受到许多因素的影响，掌握这些因素对电气浮处理的影响规律，有助于合理选取最佳参数，既节能又可以高效地处理废水。◆电气浮法处理钻井废水时有一最佳电气浮时间，在该时间处理效率最好。◆电气浮处理效率和电能消耗随电极间距增加而降低，适当选取电极间距（d=1cm），既能提高处理效率，又能节能节耗。◆电气浮处理完后静止停留一段时间（5min）可以进一步改善出水水质。◆适时处理钻井废水（废水温度30～50℃）既能充分发挥水解产物的絮凝作用，节约电极消耗，提高电气浮处理效率；又能降低电解电压，节约电能消耗。◆电气浮处理效率、电解电压和电能消耗均随电流密度增加而增加，电流密度小时可以增加电气浮处理时间来提高处理效率，且小电流密度电气浮处理时间长电能消耗较小，故实际应用时应选择小电流密度长电气浮处理时间。参考文献[1]魏平方,邓皓等.含油污水处理技术与发展趋势.油气田环境保护,2000,10(1):34～36[2]邓皓,王蓉沙.采出水的电絮凝浮选法处理实验研究,江汉石油学院学报,1996,18(增):72～76[3]韩洪军.含油废水电解气浮的理论和试验.环境工程,1993,11(6):7～10[4]冯利,汤鸿霄.铝盐最佳混凝形态及最佳pH范围研究.环境化学,1998,17(2):163～168[5]魏平方,邹斌等.双极铝电极电凝聚除氟研究.油气田环境保护,2000,10(1):20～23(收稿日期2005-03-18)(编辑黎英)胡锦涛在中央人口资源环境工作座谈会上强调扎扎实实做好人口资源环境工作推动经济社会发展实现良性循环中央人口资源环境工作座谈会3月12日上午在人民大会堂举行。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席胡锦涛主持座谈会并发表重要讲话。他强调，全面落实科学发展观，进一步调整经济结构和转变经济增长方式，是缓解人口资源环境压力、实现经济社会全面协调可持续发展的根本途径。要加快调整不合理的经济结构，彻底转变粗放型的经济增长方式，使经济增长建立在提高人口素质、高效利用资源、减少环境污染、注重质量效益的基础上，努力建设资源节约型、环境友好型社会。（摘自《环保工作资料选》第16期）ABSTRACTENVIRONMENTALPROTECTIONOFOIL&GASFIELDSVol.15No.1·59·ENVIRONMENTALPROTECTIONOFOIL&GASFIELDSVol.15No.22005Tot.No.55ABSTRACTDesignofEnvironmentalProtectionPlanninginPetroleumEnterprises(1)PanHongleiDuWeidongXiePingZhangFang(PetroChinaEnvironmentalProtectionStation)ABSTRACTAccordingtothetaskanddevelopingtrendofenvironmentalprotection,thestatusandexistingproblemsintheenvironmentalprotectionofenterprisesareanalyzedandevaluated.Thenecessaryforcarryingoutenvironmentalprotectionplanningisdiscussed.Theplanningstepsandmethodsformakingdevelopmentstrategyofenvironmentalprotectioninpetroleumenterprisesarepresented.KEYWORDSpetroleumenterprises;environmentalprotection;planning;designmethodTaxPolicyforDevelopingCirculationEconomy(4)XieYongqing(JizhouTaxationA