电气石粉对油田采出废水处理效果实验研究 6页

第26卷
第4期岩
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志Vol.26,No.42007年7月

ACTA
PETROLOGICA
ET
MINERALOGICA

July,2007电气石粉对油田采出废水处理效果实验研究梁
岩,商
平,孙恩呈,王怀硕(天津科技大学海洋科学与工程学院,天津
300222)摘
要:将电气石粉应用于油田采出废水CODCr的处理中,实验表明处理效果主要受反应时间、电气石用量、电气石粒径和溶液pH值等因素的影响。通过正交实验得到处理的最佳条件为:溶液pH=9,反应时间60min,电气石用量200g/L,电气石粒径100
m,此时油田采出废水CODCr降至68
46mg/L,去除率达到了82
25%。结合紫外线、红外线、超声波等条件进行电气石粉的CODCr降解实验,结果表明,这3种方法是有效的,其中结合超声波处理使去除率达到了90%以上,结合紫外线使处理时间降低了83%。本实验的进行为电气石这种环境矿物材料拓宽了应用领域。关键词:电气石粉;油田采出废水;去除率;紫外线;红外线;超声波中图分类号:P579;P578.953




文献标识码:A




文章编号:1000
6524(2007)04
0375
06TheeffectoftourmalinepowderparticlesonthetreatmentofoilfieldwastewaterLIANGYan,SHANGPing,SUNEn
chengandWANGHuai
shuo(CollegeofMarineScienceandEngineering,TianjinUniversityofScience&Technology,Tianjin300222,China)Abstract:ThispaperhasstudiedtheeffectoftourmalinepowderonthetreatmentofCODCrinoilfieldwastewaterunderdifferentconditions.TheresultshowsthattherateofCODcrdegradationismainlyaffectedbysuchfactorsasprocessingtime,quality,particlediameterandaqueouspH.Undertheconditionsofprocessingtime60min,tourmalinepowderquality200g/L,particlediameter100
mandpH9
0,theCODCrofoilfieldwastewaterwasreducedto68
46mg/L,andthecleaningratereached82
25%
Forthepurposeoffindingthebesttreatmentconditions,theeffectoftourmalinepowderontheCODCrinoilfieldwastewaterwasstudiedincombinationwiththemeansofultravioletray,infraredrayandultrasonicwave.Theresultsshowthatthesethreemethodsareeffective.Thetreatmentrateexceeded90%whenthestudywascombinedwithultrasonicwave,andtheprocessingtimewasshortenedbymorethan83%whenthestudywascombinedwithultravioletray.Thisexperimenthasbroadenedtheapplicationfieldofthiskindofenvironmentalmineralmaterial.Keywords:tourmalinepowder;oilfieldwastewater;cleaningrate;ultravioletray;infraredray;ultrasonicwave

电气石是一种环状硅酸盐矿物,具有永久性自用的新途径(姚鼎山,2001)。电气石无二次污染,可发极化效应(Kubo,1989),表现在热电性和压电性反复使用,电气石颗粒的电极性影响水溶液的氧化上。通过电气石对水的电解作用和静电场对带电离还原电位(冀志江等,2002),在电场作用下,水+子的吸附与中和作用处理有机污染物是矿产资源利分子发生电解形成活性分子H3O,吸引水中的杂收稿日期:2006
11
20;修订日期:2007
03
19基金项目:天津市科技发展项目(06YFSF02500)作者简介:梁
岩(1979

),女,硕士研究生,环境工程专业,研究方向:环境矿物材料。n
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第26卷质、污垢,能够净化水质(吴瑞华等,2001);电气石可实验用水样采自大港油田,水温44,pH=2+以用于处理含Cu废水(汤云晖等,2002),还可以7
97,CODCr359
52mg/L,石油类44
5mg/L,挥发2+2+2+通过吸附作用对废水中的Cu、Pb、Zn进行净酚0
577mg/L,硫化物1
859mg/L,悬浮物1246+化处理(祖恩东等,2005)。因为溶液中金属离子、酸mg/L,氯化物1311mg/L,Cr0
12mg/L。均可通过吸附、浓集作用结晶在电气石表面,从而起实验所用方法和仪器包括COD测定(重铬酸钾到净化工业废水的作用(张晓晖等,2004)。法)、pH计、高压汞灯、红外反应器、超声波发生器、红外线的波长在0
76~1000
m,有较强的渗电子分析天平、800离心机、WH
4型多功能振荡器。透力和辐射力,具有显著的温控效应和共振效应,它1.2
实验方法易被物体吸收并转化为物体的内能(封莉,2006)。定量分取油田采出废水于烧杯中,改变实验条紫外线的波长>200
m,具有消毒杀菌功能,根据其件,加入一定量的电气石粉,使用多功能振荡器充分波长的不同可分为UVA、UVB、UVC。紫外线灯管振荡,静置一定时间取上清液,对于难以分离的使用类型分为低压、中压和高压系统,常用的是低压和中离心机离心分离。取滤液测定处理后废水及处理前4压系统(张欣,2002)。超声波的频率为210~5废水的CODCr值,得到不同条件下电气石粉对油田810Hz,具有化学效应(Richards,1927)、机械效应和采出水的CODCr去除率。CODCr去除率表示为:去除自由基氧化还原反应效应(Lorimer,1995),用于降解率=(0-t)/0100%,其中0、t分别为废水初始废水中的包括单环和多环芳烃等有机物多有报道和处理后的CODCr值。(谢伟立,2006)。应用超声波的高温热解原理(赵彬斌,2002)处理有机废水及用环境矿物材料与超声波2
结果与讨论结合处理校园有机污水的实验研究(商平等,2004),均取得了较好的实验效果。2.1
影响因素油田废水成分复杂,除了含有可溶性盐类和重2.1.1
反应时间对CODCr去除率的影响金属、悬浮的乳化的原油、固体颗粒、硫化氢等天然取粒径<75
m电气石粉2
5g,加入到50mL的杂质外,还含有一些用来改变采出水性质的化学油田采出废水中,使电气石粉用量为50g/L,油田采添加剂以及注入地层的酸类、除氧剂、润滑剂、杀菌出废水原始CODCr为385
70mg/L,温度为20,pH剂、防垢剂等(邹启贤,2001)。大港油田采用的油田值为8
23,置于振荡器之上反应不同时间,测定处理废水处理方法主要是采用生物处理技术来处理水中后水样CODCr值。结果如图1所示。COD、BOD和油含量超标(蔡维国等,2002)。从图1可知,处理时间的不同对采油废水的目前有关电气石粉与红外线、紫外线和超声波CODCr去除率有显著影响:0~20min内去除率随时结合处理油田废水的实验报道较少,本文采用电气间增加而增大,20min后反应基本达到平衡。因此石粉在不同条件下对油田采出废水的处理效果进行认为处理时间为20min时去除率达到最大且基本了实验研究。稳定,为最佳反应时间,此时去除率为44
08%,处理后采油废水的CODCr值为215
68mg/L。1
实验1.1
实验材料与仪器实验样品为内蒙古产的黑色电气石,其化学成分(wB/%)为F0
19%,B2O37
73%,SiO236
79%,Al2O332
00%,Fe2O32
54%,FeO8
97%,MgO5
18%,CaO0
64%,Na2O1
48%,K2O0
32%,H2O2
73%,TiO20
68%,P2O5图1
处理时间对CODCr去除率的影响0
16%,总和99
36%,为镁铁电气石。用蒸馏水清Fig.1
Theeffectoftheprocessingtimeupontherateof洗,以除去电气石颗粒表面附着的粉尘,80烘干10CODCrdegradationh备用。n
第4期











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岩等:电气石粉对油田采出废水处理效果实验研究









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7
2.1.2
电气石粉用量对CODCr去除率的影响径继续减小时,受高分散和悬浮性影响,粒径太小时取粒径<75
m的电气石粉质量分别为1
25、CODCr去除率反而有所降低。本实验认为,在粒径1502
5、5
0、10
0、15
0和25
0g,加入到50mL油田
m时达到最佳去除效果,去除率为45
46%,经过电采出废水中,废水原始CODCr为385
70mg/L,温度气石处理后采油废水的CODCr值为210
36mg/L。为20,pH值为8
23,置于振荡器之上反应202.1.4
油田采出废水的pH值对CODCr去除率的影响min,测定处理后水样CODCr值,结果如图2所示。取5g粒径150
m的电气石粉加入到50mL油田采出废水中,废水原始CODCr为385
70mg/L,温度为20,用盐酸和氢氧化钠溶液调整废水到不同pH值,置于振荡器之上反应20min,测定处理后水样的CODCr值及pH值,结果如图4所示。图2
不同用量对CODCr去除率的影响Fig.2
TheeffectofdifferentquantitiesupontherateofCODCrdegradation

从图2可知,采油废水的CODCr去除率随用量的增加而增大。考虑到单位质量的去除效率,本实图4
pH值对CODCr去除率的影响验认为在电气石粉用量为5g(100g/L)时达到最佳Fig.4
TheeffectofdifferentpHvaluesupontherateofCODCrdegradation去除效果,去除率为35
28%,处理后采油废水的CODCr值为249
63mg/L。从图4可知,pH值的不同对采油废水的CODCr2.1.3
电气石粒径对CODCr去除率的影响去除率有显著的影响:酸度过大会抑制电气石的作取5g粒径分别为250、175、150、100和75
m用,使油田采出废水的CODCr去除率维持在一个较的电气石加入到50mL废水中,油田采出废水原始低的水平上;而碱性过大同样会影响去除的效果。CODCr为385
70mg/L,温度为20,pH值为8
23,pH值为9时处理效果最好,去除率为76
32%,用电置于振荡器之上反应20min,测定处理后水样气石处理后的采油废水CODCr值为91
33mg/L,超CODCr值,结果如图3所示。过国家一级排放标准。从图3可知,电气石粒径的不同对油田采出废另外,通过测定处理后油田采出废水的CODCr水的CODCr去除率有一定的影响。粒径范围在250值发现,处理后废水的水质在处理时间超过48h时~150
m内,去除率随粒径的减小而增加。但当粒pH值趋向于9。2.1.5
电气石粉对废水CODCr处理条件的优化在单因素实验基础上,以CODCr去除率为考察目标,选取反应时间、用量、粒径和溶液pH值4个影4响因素,采用了L16(4)正交实验法优化反应条件。表1为电气石处理油田采出废水CODCr去除率的正交实验因素水平表,表2列出了正交实验及极差分析结果。图3
不同粒径对CODCr去除率的影响极差大小代表该因素变化对考察指标的影响程Fig.3
Theeffectofdifferentparticlediametersuponthe度。由表2可知,各因素的极差分别为:RA(反应时rateofCODCrdegradation间)=38
91,RB(电气石用量)=27
54,RC(电气石粒n
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第26卷表1
正交实验因素水平表100
m、溶液pH为9的条件下进行实验,油田采出Table1
Impactingfactorsoforthogonalexperiments废水CODCr降至68
46mg/L,去除率达到了ABCD82
25%。因此这一组合条件为最佳处理工艺条件。因素水平(反应时间/min)(用量/g!L-1)(粒径/
m)(pH值)2.2
电气石粉与各种条件结合处理效果的测定152525052.2.1
红外线与电气石粉结合对油田采出废水中220501508CODCr的去除实验360100100941202007511油田采出废水原始CODCr为385
70mg/L,温度为20,用氢氧化钠溶液调整废水pH值到9,分表2
正交实验结果及极差分析表别取加入5g粒径100
m的电气石粉和未加入电气Table2
ResultsoforthogonalexperimentsandR
analysis石粉的油田采出废水各50mL,同时置于红外线反序号ABCD去除率/%应器内反应不同时间。由于红外线条件下,热蒸发11(5min)1(25g/L)1(250
m)4(11)7.21现象严重,每次去样前应在反应溶液中加入与蒸发212(50g/L)2(150
m)3(9)18.22量相应的蒸馏水,以保证溶液的体积不变,然后分别313(100g/L)3(100
m)2(8)7.85414(200g/L)4(75
m)1(5)6.33测定处理后水样CODCr值,以未加入电气石粉的石52(20min)12228.77油废水为空白参比。结果如图6所示。6221122.82从图6可以看出与红外线结合条件下,投加电7234453.528243378.92气石粉对油田采出废水的处理具有明显的作用。在93(60min)13122.45未投加电气石粉的空白参比中,油田采出废水的10324247.26CODCr值明显增加。投加电气石溶液达到最佳处理11331372.8312342452.68效果的停留时间为60min。同时,结合红外线条件134(120min)14317.69投加电气石粉对油田采出废水的处理效果比同条件14423443.16下单独采用电气石粉有所增加,最高处理率达到了15432136.5216441248.3880%以上。K139.6176.17151.2488.122.2.2
紫外线与电气石粉结合对油田采出废水中K2184.03131.46136.19132.26CODCr的去除实验K3195.22170.72152.38177.66K4145.75186.31124.80156.57油田采出废水原始CODCr为385
70mg/L,温k19.9019.0437.8122.03度为20,用氢氧化钠溶液调整废水pH值到9,分k246.0132.8734.0533.07k别取加入5g粒径100
m的电气石粉和未加入电气348.8142.6838.1044.42k436.4446.5831.2039.14石粉的油田采出废水各50mL,同时置于紫外线反极差R38.9127.546.9022.39应器内反应不同时间,分别测定处理后水样CODCr优水平A3B4C3D3值,以未加入电气石粉石油废水为空白参比。结果K1、K2、K3和K4分别为水平1、水平2、水平3和水平4的4次去除如图7所示。率之和;ki=Ki/4,其中i=1、2、3、4;R为某因素4个水平中kmax从图7可以看出结合紫外线条件下,不投加电气kmin。石粉对油田采出废水处理仍有一定效果,CODCr去除率约为10%。但投加电气石粉的作用明显,相比未投径)=6
90,RD(溶液pH值)=22
39。因此对考察加电气石粉在紫外线照射条件下的处理效果有明显指标(去除率)影响程度的顺序为:反应时间>电气增加。相比自然光条件下,紫外线条件投加电气石粉石用量>溶液pH值>电气石粒径。可以使达到最佳处理效果停留时间缩短为10min,但各因素水平与ki值的关系如图5所示。可以看去除率与同条件下自然光投加电气石粉基本相同。出,具有最高去除率的各因素水平分别是A3、B4、C32.2.3
超声波与电气石粉结合对油田采出废水中和D3。将此4个因素较优水平组合,得到的可能较CODCr的去除实验优水平组合为A3B4C3D3。按照这一组合条件,即在油田采出废水原始CODCr为385
70mg/L,温度反应时间60min、电气石用量200g/L、电气石粒径n
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图5
各因素水平与ki值的关系图Fig.5
Relationshipbetweenkiandeachfactor图8
超声波处理时间对CODCr去除率的影响图6
红外线条件下处理时间对CODCr去除率的影响Fig.8
TheeffectoftheprocessingtimeupontherateofFig.6
TheeffectoftheprocessingtimeupontherateofCODCrdegradationundertheconditionofultrasonicwaveCODCrdegradationundertheconditionofinfraredray

从图8可以看出,结合超声波时,投加电气石粉对油田采出废水的处理具有明显的作用。在未投加电气石粉的空白参比中,油田采出废水的CODCr值明显增加。超声波条件下电气石粉对石油采出水的去除率有显著提升,在较短时间内达到较高的去除率,当处理时间超过30min时,去除率可达90%以上。图7
紫外线条件下处理时间对CODCr去除率的影响Fig.7
TheeffectoftheprocessingtimeupontherateofCODCrdegradationundertheconditionofultravioletradiation3
结论为20,用氢氧化钠溶液调整废水pH值到9,分别(1)作为一种环境矿物材料,电气石粉可以有取加入5g粒径100
m的电气石粉和未加入电气石效地去除油田采出废水中的CODCr,其主要影响因粉的油田采出废水各50mL,同时置于超声波反应素有反应时间、电气石用量、电气石粒径和溶液pH器内反应不同时间,分别测定处理后水样CODCr值,值。以未加入电气石粉石油废水为空白参比。结果如图(2)通过正交实验得到利用电气石粉处理油田8所示。废水的最佳实验条件为:溶液pH=9,反应时间60n
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第26卷min,电气石用量200g/L,电气石粒径100
m,此时ZhangXiaohui,WuRuihua,TangYunhui,etal.2004.Studyofthespontaneouspolarizationeffectoftourmalineparticlesanditsapplica油田采出废水CODCr降至68
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