氣田泡排液的強(qiáng)化混凝工藝實(shí)驗(yàn)研究

任 聰 苗 群

(青島理工大學(xué)，山東青島 266033)

1 概述

在氣田開采的中后期，會(huì)采用水力壓裂的方式進(jìn)行開采解決地層壓力減小以及井底積液等一系列問題，但這種技術(shù)會(huì)產(chǎn)生大量的壓裂返排液。壓裂返排液在返排時(shí)會(huì)挾帶大量的地層水和地底懸浮物以及殘留的化學(xué)添加劑，由于添加劑的不同和當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況特點(diǎn)，返排液通常水質(zhì)復(fù)雜多變，是一類較難處理的工業(yè)廢水。

氣田泡排液是壓裂返排液的一種，是采用泡沫壓裂液進(jìn)行氣田開采的產(chǎn)物，其水質(zhì)和其他壓裂返排液及采出水的特性基本相似，有著較高的COD、高懸浮物含量，礦化度高，含有大量離子，有一定含油量且溶液存在乳化狀態(tài)的情況。有著復(fù)雜的成分和水質(zhì)狀況，目前對其進(jìn)行的處理研究較少，但同樣需要多種工藝的互相配合組成多級處理才能使其滿足排放或回用的標(biāo)準(zhǔn)。

2 強(qiáng)化混凝技術(shù)

鑒于化學(xué)混凝工藝為常見的水處理工藝，應(yīng)用廣泛，優(yōu)點(diǎn)明顯，能夠較好的完成大多數(shù)廢水的預(yù)處理任務(wù)，去除水中大部分懸浮物(SS)、膠體類以及COD和溶解性固體等污染物質(zhì)。且本次對氣田泡排液主要進(jìn)行的為預(yù)處理工藝的實(shí)驗(yàn)研究，因此基于化學(xué)混凝的原理，探究強(qiáng)化混凝工藝對氣田泡排液的處理情況和可靠的強(qiáng)化混凝方式。

化學(xué)混凝原理主要包括有壓縮雙電層、吸附架橋、網(wǎng)捕和卷掃作用等。強(qiáng)化混凝通常是在常規(guī)混凝處理的基礎(chǔ)上增加藥劑投加量，或改善工藝及影響因素條件來提升混凝處理的效果，增強(qiáng)混凝的效率。隨著水處理技術(shù)的不斷發(fā)展和演變，強(qiáng)化混凝技術(shù)因其諸多優(yōu)勢和較好的處理效果得到了廣泛的應(yīng)用和研究。本次主要通過實(shí)驗(yàn)研究的方法探尋可靠的強(qiáng)化混凝方式和對泡排液的處理程度。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果討論

實(shí)驗(yàn)是以聚合氯化鋁(PAC)作為混凝劑，聚丙烯酰胺(PAM)作為助凝劑，機(jī)械攪拌作為混合方式，對氣田泡排液進(jìn)行室內(nèi)混凝處理。

3.1 曝氣混凝實(shí)驗(yàn)

首先在常規(guī)混凝處理的基礎(chǔ)上添加曝氣流程，并改變其流程順序，對泡排液進(jìn)行混凝處理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 曝氣混凝實(shí)驗(yàn)表

數(shù)據(jù)表明，在常規(guī)混凝的基礎(chǔ)上添加曝氣流程的方式能夠提升混凝處理的效率，尤其是對COD的去除效果有了明顯的提升。經(jīng)過分析和論證后，認(rèn)為曝氣能夠氧化溶液中的有機(jī)物等污染物質(zhì)，同時(shí)劇烈的曝氣過程會(huì)破壞溶液乳化狀態(tài)以及有利于膠體的破穩(wěn)，這些都有助于提升混凝處理的效果。

3.2 分點(diǎn)加藥混凝實(shí)驗(yàn)

在常規(guī)混凝處理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，改變加藥方式和順序，采用分點(diǎn)加藥的方式進(jìn)行混凝處理實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

數(shù)據(jù)表明，PAC和PAM對泡排液的混凝處理其產(chǎn)生的作用是不同的，因此PAC更適合在PAM投加之前即混合階段進(jìn)行投加。而PAM對混凝處理過程則主要起到的是吸附架橋作用，因此不宜過早的投加。分點(diǎn)加藥在保證藥劑添加節(jié)點(diǎn)和順序的正確情況下，是能夠有效提升混凝處理效率的，這也是由于分點(diǎn)加藥能夠確保藥劑能發(fā)揮的作用最大化，且減弱了藥劑間的相互作用，更好的吸附凝聚溶液中的各類微粒和離子。

3.3 曝氣分點(diǎn)加藥混凝實(shí)驗(yàn)

在常規(guī)混凝處理的基礎(chǔ)上，同時(shí)添加曝氣流程和改變加藥方式，對泡排液進(jìn)行強(qiáng)化混凝工藝實(shí)驗(yàn)研究，數(shù)據(jù)見表3。

表2 多點(diǎn)加藥混凝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表3 多點(diǎn)加藥曝氣混凝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

數(shù)據(jù)表明，在保持藥劑添加順序和節(jié)點(diǎn)正確的情況下，通過添加曝氣流程和分點(diǎn)加藥能夠有效提升混凝處理的效率。同時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，二者相結(jié)合解決了在曝氣前添加PAM會(huì)導(dǎo)致曝氣過程中有過量氣泡產(chǎn)生的問題。這種方式的強(qiáng)化混凝處理，對泡排液中懸浮物的去除率可達(dá)97%以上，對COD的去除率可達(dá)94%以上，極大提高了混凝處理的效率和溶液中有機(jī)物的去除效果。

3.4 強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果對比

分別采用添加曝氣、分點(diǎn)加藥、曝氣和分點(diǎn)加藥結(jié)合的方式對氣田泡排液進(jìn)行強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)，并與普通機(jī)械攪拌條件下的混凝實(shí)驗(yàn)相對比，測量各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)表明，添加曝氣流程后，對泡排液中油類的處理得到了較好的提升，曝氣破壞了其乳化狀態(tài)并使細(xì)小油珠上浮得以去除。在通過增加曝氣流程和分點(diǎn)加藥聯(lián)合的強(qiáng)化混凝處理，使泡排液各類污染物的去除率都得到了提升，其懸浮物、COD、含油量、溶解性固體等污染物都得到良好的處理。對于泡排液或類似油氣田廢水的實(shí)際處理應(yīng)用能夠提供可靠的經(jīng)驗(yàn)和有效的技術(shù)指導(dǎo)。

4 結(jié)論與建議

經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)和對數(shù)據(jù)的分析討論，對于氣田泡排液的混凝處理有了直觀的認(rèn)知和深入的了解，明確了混凝及強(qiáng)化混凝能夠很好的完成對泡排液的預(yù)處理任務(wù)，對于懸浮物、有機(jī)物及油類都能夠得到較好的去除效果。通過強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)確定了曝氣、分點(diǎn)加藥及二者結(jié)合的方式對于混凝處理的效率都能夠起到提升，可以作為處理泡排液的強(qiáng)化混凝方式。同時(shí)通過諸多的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和分析，認(rèn)為助凝劑的添加應(yīng)位于合適的順位，不宜過前且不宜在曝氣前添加較多的量，否則對于混凝處理會(huì)起到不好的效果和一定的阻礙。在實(shí)際應(yīng)用中，可以考慮采取使用曝氣和分點(diǎn)加藥相結(jié)合的方式對泡排液或類似油氣田廢水進(jìn)行強(qiáng)化混凝預(yù)處理，不僅能夠提升混凝效率，去除廢水中的大量污染物質(zhì)，還能為后續(xù)處理減輕壓力和負(fù)荷，為整體處理一定程度上降低了要求。