壓裂廢水

1. 石油壓裂廢水處理的方法及其特徵

壓裂作業是低滲透油田普遍採用的增產措施，在壓裂過程中會產生一定量的油井壓裂廢水。油井壓裂廢水成分復雜，具有高COD、高濁度，高總溶解性固體含量（TDS）的特點。該類廢水對環境和人類健康的影響已經越來越引起人們的普遍關注，因此如何有效的處理此類廢水已經成為油氣田企業亟待解決的重要問題。目前常用的絮凝劑如聚合氯化鋁鐵（PAFC）、聚合氯化鋁（PAC）等對油井壓裂廢水的處理效果欠佳。聚硅酸金屬鹽類絮凝劑是20世紀90年代中後期在聚硅酸和傳統鋁鹽、鐵鹽絮凝劑的基礎上發展起來的一種新型無機高分子絮凝劑。該絮凝劑綜合了聚硅酸粘結聚集、吸附架橋效能強，鋁鐵鹽電中和能力強，以及鋁鹽絮凝劑絮體大且脫色性能好和鐵鹽絮凝劑絮體密實且沉降速率快等優點，在除濁、脫色、去除有機物和高價金屬離子等方面較同類其他品種有更好的效果，是目前國內外水處理劑領域研究開發的熱點。
本工作研究了聚合硅酸鋁鐵絮凝劑對油井壓裂廢水的處理效果，對於現場應用有一定的指導意義。
1 實驗部分
1.1 材料、試劑和儀器
實驗水樣取自於我國西部某油田油井壓裂廢水，其水質特徵為濁度186.2 NTU，COD 5 236.8mg/L，TDS為7 350.6 mg/L，pH 7.9。
Na2SiO3·5H2O、硫酸（質量分數98%）、Al2（SO4）3、Fe2（SO4）3、Na2CO3：均為化學純。PAC：工業品。
DC-506型六聯攪拌機：東莞市興萬電子廠；752型紫外-可見分光光度計：上海光譜儀器有限公司；Model ESJ205-4型電子天平：沈陽龍騰電子稱量儀器廠；pHS-3C型精密pH計：上海雷磁儀器廠；AF-Z1型電熱培養乾燥箱：江蘇省東台市電器廠；XZ-1A-Z型智能濁度儀：上海海恆機電儀表有限公司。
1.2 實驗方法
1.2.1聚合硅酸鋁鐵絮凝劑的制備
（1）取一定量的Na2SiO3·5H2O加入去離子水溶解，用硫酸調節pH，在不同活化溫度下攪拌一定時間使其活化，得到聚硅酸溶液。
（2）在聚硅酸溶液中分別加入一定濃度的Al2（SO4）3溶液和Fe2（SO4）3溶液，攪拌均勻，形成聚合硅酸鋁鐵溶液（n（Al）∶n（Fe）∶n（Si）=5∶2∶1），然後加入一定量的Na2CO3調節其鹼化度為2.0。
1.2.2油井壓裂廢水絮凝處理實驗
取250 mL的油井壓裂廢水，以Na2CO3調節pH後，加入聚合硅酸鋁鐵溶液，在200 r/min的轉速下快速攪拌2 min，接著在50 r/min的轉速下慢速攪拌5 min，靜置沉降30 min，取清液測定其水質指標。
1.3 分析方法
採用快速消解法測定COD109-110；採用重量法測定TDS 210-213。
2 結果與討論
2.1 聚合硅酸鋁鐵絮凝劑制備工藝參數的優化
2.1.1聚硅酸活化pH對廢水濁度去除率的影響
當活化溫度為25 ℃、活化時間為1.5 h時，聚硅酸活化pH對廢水濁度去除率的影響見圖1。由圖1可見：隨著聚硅酸活化pH的增加，濁度去除率減小；低pH條件下制備的活性硅酸具有較好的絮凝效果，當聚硅酸活化pH為1~2時，濁度去除率達到85％左右。因此聚硅酸活化pH應為1~2。
2.1.2活化溫度對廢水濁度去除率的影響