鉆井廢棄物無害化現(xiàn)場處理結(jié)果分析

黃曉霞，岳前升，吳洪特

(長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023)

王錦生

(中石油遼河油田分公司工程技術處，遼寧 盤錦 124000)

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鉆井廢棄物無害化現(xiàn)場處理結(jié)果分析

黃曉霞，岳前升，吳洪特

(長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023)

王錦生

(中石油遼河油田分公司工程技術處，遼寧 盤錦 124000)

采用室內(nèi)試驗方法，通過測定固相含水率、有機物含量以及液相pH值、色度和COD值，檢測蘇里格氣田鉆井現(xiàn)場鉆井廢棄物無害化處理后的固相和液相是否達到相關國家標準要求。研究結(jié)果表明，現(xiàn)場鉆井廢棄物無害化處理后的固相含水率為13.46%，有機物含量為18.64%，達到了污泥混合填埋、土地利用和焚燒用泥質(zhì)標準；液相pH值為6.52，色度為40，達到污水綜合排放一級標準，但COD值未達到污水綜合排放標準。采用鐵炭微電解-Fenton氧化對水樣進行深度處理，處理后液相COD值為91.04mg/L，達到了污水綜合排放一級標準。

鉆井廢棄物；無害化處理；環(huán)境保護；鐵炭微電解-Fenton氧化

隨著我國新環(huán)保法的實施，鉆井過程中產(chǎn)生的鉆屑和鉆井廢棄物造成的環(huán)境問題越來越受到重視，未經(jīng)處理的鉆屑和鉆井液廢液若直接排放或填埋，將對環(huán)境造成很大污染，尤其是在環(huán)境敏感地區(qū)[1,2]。雖然鉆井廢棄物無害化處理有多種技術，但目前比較認可、也是處理較徹底的技術措施是固液分離技術，這其中包括我國陸地上采用的“泥漿不落地”以及海上油田一級海域采用的“泥漿零排放”技術[3～5]。下面，筆者對蘇里格氣田鉆井現(xiàn)場鉆井廢棄物無害化處理后的固相和液相分別進行了檢測，以分析其是否達到了相關國家標準要求，并對分離出的液相采用深度處理以達到國家標準規(guī)定的排放要求。

1　試驗材料及儀器

該試驗所用泥餅及廢水取自蘇里格氣田鉆井現(xiàn)場鉆井廢棄物無害化處理后的固相和液相，試驗所用試劑及儀器見表1和表2。

表1　試驗所用試劑

表2　試驗所用儀器及材料

2　試驗方法及內(nèi)容

2.1固相分析方法

取現(xiàn)場鉆井廢棄物固液分離后的固相，測其固相含水率(濕基含水率和干基含水率[6])和有機物含量。檢測方法依照《城市污水處理廠污泥檢驗方法》(CJ/T 221—2005)[7]規(guī)定的重量法。

2.2液相分析方法

取現(xiàn)場鉆井廢棄物固液分離后的液相，測其pH值、色度和化學需氧量(COD)值。COD的測定采用重鉻酸鉀法[8]，pH值的測定采用玻璃電極法[9]，色度檢測采用稀釋倍數(shù)法[10]。

2.3液相COD去除研究

經(jīng)分析，液相COD值未達到《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)[11]。通過查閱大量的資料及試驗驗證，結(jié)合水質(zhì)特點，該研究采用鐵炭微電解-Fenton氧化-吸附-氧化綜合循環(huán)工藝處理廢水，以期達到降低COD的目的。

2.3.1鐵炭微電解機理

酸性充氧的條件下，鐵炭球浸沒在廢水中時，發(fā)生內(nèi)、外兩方面的電解反應。電解反應如下：

陽極(Fe)：Fe-2e→Fe2+電極電位Eθ(Fe2+/Fe)=-0.44V

陰極(C)：O2+4H++4e→2H2O電極電位Eθ(O2/H2O)=1.22V

電極反應產(chǎn)物具有高化學活性，新生態(tài)Fe2+能與水中許多組分發(fā)生氧化還原作用，F(xiàn)e2+能被氧化成Fe3+，F(xiàn)e2+與Fe3+都具有較高的吸附-絮凝活性，形成以Fe2+或Fe3+的水解產(chǎn)物為膠凝中心的膠粒或微絮體，其具有較高表面能，水中色度和污染物質(zhì)能被有效去除。

2.3.2Fenton氧化機理

Fenton氧化是Fe2+與H2O2在酸性條件下反應產(chǎn)生具有極強氧化性的羥基自由基(·OH)，氧化電位2.8V，能氧化水中大部分有機物，降低色度，去除有機污染物。

將第三代MSCs消化后制成細胞懸液，取50萬個細胞，重懸于0.5 ml細胞培養(yǎng)液中。根據(jù)商品說明書加入0.5 ml JC-1染色工作液，顛倒數(shù)次混勻，細胞培養(yǎng)箱中37℃孵育20 min。600 g 4℃離心5 min，沉淀細胞，棄上清。以JC-1染色緩沖液洗滌2次：加入1 ml JC-1染色緩沖液重懸細胞，600 g 4℃離心5 min，棄上清。再用300 μl JC-1染色緩沖液重懸細胞后，流式細胞儀測定相對熒光強度。

2.3.3試驗內(nèi)容

取適量原水，調(diào)節(jié)pH值至2～3。廢水與鐵炭球(廢水體積數(shù)∶鐵炭球質(zhì)量數(shù)=1∶1)于2L的量筒曝氣3h；取出水樣，調(diào)pH值至3左右，加入0.5%水樣體積的H2O2，再將水樣倒入2L的量筒中，量筒底部放入曝氣頭、活性炭(廢水體積數(shù)∶活性炭質(zhì)量數(shù)=2∶1)，曝氣1h；取出水樣，加入85mg/L高錳酸鉀，曝氣1h。第1輪鐵炭微電解-Fenton氧化-吸附-氧化完成。取出少量水樣分析其COD，剩余水樣繼續(xù)下一輪鐵炭微電解-Fenton氧化-吸附-氧化試驗。第2輪循環(huán)加入氧化劑為3%的次氯酸鈉，第3輪和第4輪循環(huán)加入2%的次氯酸鈉，水樣COD值不超過100mg/L后，攪拌，用CaO調(diào)節(jié)水樣pH值至6～9，靜置30min，過濾。

3　結(jié)果分析

3.1固相分析結(jié)果

3.1.1固相含水率

圖1　現(xiàn)場鉆井廢棄物固液分離后固相形態(tài)

現(xiàn)場鉆井廢棄物固液分離后固相形態(tài)見圖1，泥餅呈灰褐色，厚度為2～3cm，泥餅硬且致密。測得固相含水率結(jié)果見表3。

從表3可以看出，現(xiàn)場鉆井廢棄物經(jīng)固液分離后的固相中平均濕基含水率為13.46%，平均干基含水率為15.55%，固相泥餅的平均固相含量為86.54%，現(xiàn)場鉆井廢棄物固液分離效果較好。該固相完全滿足污泥后續(xù)填埋、土地利用和焚燒等對含水率低于60%[12～14]的要求。該固相后續(xù)處理過程可以考慮采用填埋、土地利用和焚燒等處置方式，較為方便。

3.1.2固相有機物含量

表4為固相有機物含量檢測結(jié)果。從表4可以看出，現(xiàn)場鉆井廢棄物固液分離后的固相中平均有機物含量為18.64%。通過該固相有機物含量，可以間接得知液相中有機物污染的程度比較低。污泥中有機物含量對脫水效果影響比較大，有機物含量越低，脫水越容易，污泥含水率越低，表3中的數(shù)據(jù)很好地驗證了這一點。

表3　固相含水率

表4　固相有機物含量

3.2液相分析結(jié)果

圖2　現(xiàn)場鉆井廢棄物固液分離后液相處理前后水樣對比

現(xiàn)場鉆井廢棄物固液分離后液相及處理后水樣見圖2。水樣初始COD值為2923.58mg/L，利用鐵炭微電解-Fenton氧化-吸附-氧化循環(huán)工藝處理水樣，經(jīng)4輪處理前后的水樣COD值及其相對去除率見表5。

由圖2可見，處理前原水呈淺黃色，略顯渾濁。水樣初始pH值測得為6.52，色度為40，其值達到了《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)[11]一級標準。經(jīng)工藝處理后，水樣呈無色澄清透明，pH值為6.79，色度為0。從表5可以得到，利用鐵炭微電解-Fenton氧化-吸附-氧化循環(huán)工藝處理水樣，4輪處理后水樣COD值大幅下降，其值為91.04mg/L，達到了污水綜合排放一級標準。該循環(huán)工藝每輪COD去除率均超過45%，COD去除率最高達到65.43%，COD總?cè)コ蔬_到96.89%，說明該循環(huán)工藝對COD的去除效果比較理想。鐵炭球使用周期較長，經(jīng)鐵炭微電解后水樣中含有大量Fe2+，進入Fenton氧化階段時，不需另外補加Fe2+，降低了處理成本。

表5　液相處理前后COD值

4　結(jié)論

1)現(xiàn)場鉆井廢棄物固液分離后平均固相含水率為13.46%，平均干基含水率為15.55%，平均有機物含量18.64%，達到了污泥混合填埋、土地利用和焚燒用泥質(zhì)標準。

2)固液分離后液相pH值和色度可達到污水綜合排放一級標準，COD值為2923.58mg/L，未達到污水綜合排放標準。

3)對分離出的液相采用鐵炭微電解-Fenton氧化-吸附-氧化等深度處理，液相COD可達到污水綜合排放一級標準。

[1]王勇，鄢捷年，吳江，等.環(huán)境敏感區(qū)廢棄鉆井液無害化處理新技術[J].石油鉆探技術，2014，42(2)：64～68.

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[4]劉光全，陳海濱，胡彬，等.水基鉆井廢棄物“不落地”處理技術發(fā)展的分析[J].長江大學學報(自科版)，2015，12(35)：49～54.

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[6]麻紅磊.城市污水污泥熱水解特性及污泥高效脫水技術研究[D].杭州：浙江大學，2012.

[7] CJ/T221-2005，城市污水處理廠污泥檢驗方法[S].

[8] GB 11914-89，水質(zhì)：化學需氧量的測定：重鉻酸鉀法[S].

[9] GB/T 6920-1986，水質(zhì)：pH值的測定：玻璃電極法[S].

[10] GB11903-89，水質(zhì)：色度的測定：稀釋倍數(shù)法[S].

[11] GB8978-1996，污水綜合排放標準[S].

[12] GB/T 23485-2009，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)混合填埋用泥質(zhì)[S].

[13] GB/T 24600-2009，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)土地改良用泥質(zhì)[S].

[14] CJ/T 290-2008，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)單獨焚燒用泥質(zhì)[S].

[編輯]趙宏敏

2016-04-20

國家自然科學基金項目(51574040)。

黃曉霞(1993-)，女，碩士生，現(xiàn)主要從事油田廢棄物處理方面的研究工作；通信作者：岳前升，358207446@qq.com。

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1673-1409(2016)19-0010-04

[引著格式]黃曉霞，岳前升，吳洪特，等.鉆井廢棄物無害化現(xiàn)場處理結(jié)果分析[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(19)：10～13.