钻井泥浆废水混凝处理实验分析.docx
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1、钻井泥浆废水混凝处理实验分析 摘要以天津某钻井作业场地泥浆废水为研究对象,研究了不同混凝剂(FeSO4、PAC、PFS)、混凝剂投加量、初始pH,助凝剂PAM的投加对混凝处理后上清液浊度、TOC和泥浆沉降比的影响,优化确定了混凝处理的最佳工艺参数。结果表明,PAC对泥浆废水混凝处理的效果优于FeSO4和PFS,当PAC投加量为200mg/L,废水初始pH为10.0时,混凝处理静置30min后,上清液浊度可降至38.3NTU,TOC去除率可达91.5%,处理药剂成本约为0.52元/t,具有较好的应用可行性。此外,虽然PAM的投加能够降低泥浆沉降比,但会造成上清液浊度升高。 关键词钻井废水;混凝处
2、理;聚合氯化铝;浊度;总有机碳 钻井工程中所产生的大量泥浆废水具有污染负荷高、成分复杂等特点,主要包括悬浮物、黏土、无机盐、以及钻井过程中所使用的添加剂等。泥浆废水组成的复杂程度随着钻井深度的增加而增加,相应的泥浆水处理难度也越来越大1-3。泥浆废水含水率约为30%90%,pH偏碱性,若不经处理直接排放会对周围生态环境造成严重污染4。在工程现场,钻井泥浆废水通常被排入贮水池中,经较长时间的重力沉降固液分离后,上清液进行外排,这一处理方法存在占地面积大、泥水分离效果差、处理时间长等缺点。因此,如何快速有效地将泥浆废水进行固液分离是其处理的关键,分离所得上清液可回用于钻井工程中,减少水资源消耗,而
3、沉淀泥浆在固结处理后可用于烧砖等行业5。本研究以天津某钻井作业场地泥浆废水作为研究对象,探讨了不同混凝剂、初始pH和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)对其固液分离的影响,并采用上清液浊度、总有机碳(TOC)、以及泥浆沉降比对比分析固液分离效果,以期为泥浆废水的混凝处理工程实践提供数据支持。 1材料与方法 1.1试剂与仪器。试剂:氢氧化钠、七水合硫酸亚铁(FeSO4•7H2O)、盐酸均为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司;PAM(阳离子型、相对分子质量约为900万)、聚合氯化铝(PAC)(Al2O3有效质量分数为28%)、聚合硫酸铁(PFS)(质量分数为10%)均为工业品,由无锡绿达环保工
4、程有限公司提供。仪器:CM-02SS型台式浊度仪,北京双晖京承电子产品有限公司;pH计,梅特勒-托利多仪器有限公司;multiN/C3101TOC型总有机碳/总氮分析仪,德国耶拿分析仪器股份公司。1.2混凝条件优化实验。泥浆废水采集于天津某钻井作业场地,水质偏碱性,pH约为10.0,含泥量较高,自由沉降30min后,上清液浊度为101.1NTU,TOC为48.2mg/L。采用FeSO4、PAC、PFS作为混凝剂,分别考察了混凝剂投加量、初始pH和助凝剂PAM对泥浆废水上清液浊度和TOC的去除效果,以及泥浆沉降比的影响,从而优化确定了混凝工艺的最佳运行参数。1.2.1不同混凝剂及其投加量对混凝效
5、果的影响取150mL泥浆废水于若干烧杯中,分别投加25、50、101、200、400mg/L的FeSO4、PAC、PFS,快速搅拌3min,静置30min,固液分离后测定上清液浊度和TOC,同时记录泥浆沉降比。1.2.2初始pH对混凝效果的影响取150mL泥浆废水于若干烧杯中,使用浓度为1.0mol/L的盐酸溶液和1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节泥浆废水pH分别为6.0、8.0、9.0、10.0、11.0,加入200mg/L混凝剂,快速搅拌3min,静置30min,固液分离后测定上清液浊度和TOC,同时记录泥浆沉降比。1.2.3PAM对混凝效果的影响取150mL泥浆废水于若干烧杯中,加入20
6、0mg/L混凝剂,再分别投加5、10、15、20、30mg/L的PAM,快速搅拌3min,静置30min,固液分离后测定上清液浊度和TOC,同时记录泥浆沉降比。 2结果与讨论 2.1不同混凝剂及其投加量对混凝效果的影响。考察不同混凝剂及其投加量对泥浆废水混凝效果的影响,结果见图1。由图1(a)可知,随着混凝剂投加量的逐渐增大,上清液浊度呈现逐渐下降的趋势(FeSO4除外),且FeSO4和PAC对上清液浊度的去除效果总体优于PFS。当混凝剂投加量为200mg/L时,FeSO4、PAC混凝处理上清液浊度分别为37.9、38.3NTU,而当混凝剂投加量增大至400mg/L时,除PFS对上清液浊度去除
7、有所改善外,FeSO4作为混凝剂时的上清液浊度出现反弹。相比之下,当PAC作为混凝剂,投加量分别为200、400mg/L时,上清液浊度相对稳定,可维持在40NTU以下。由图1(b)可知,混凝处理对泥浆废水TOC同样具有较好的去除效果。上清液TOC去除率随着混凝剂投加量的增大而总体呈现出升高趋势,与FeSO4和PFS相比,PAC对上清液TOC去除效果最好,PAC投加量为101400mg/L时对TOC的去除率可保持在91%以上。相比之下,FeSO4混凝对上清液TOC的去除效果最差,TOC去除率约为77%。由此可见,相比于FeSO4和PFS,采用PAC对泥浆废水进行混凝处理效果最好,当PAC投加量为
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