压裂废水

1. 石油压裂废水处理的方法及其特征

压裂作业是低渗透油田普遍采用的增产措施，在压裂过程中会产生一定量的油井压裂废水。油井压裂废水成分复杂，具有高COD、高浊度，高总溶解性固体含量（TDS）的特点。该类废水对环境和人类健康的影响已经越来越引起人们的普遍关注，因此如何有效的处理此类废水已经成为油气田企业亟待解决的重要问题。目前常用的絮凝剂如聚合氯化铝铁（PAFC）、聚合氯化铝（PAC）等对油井压裂废水的处理效果欠佳。聚硅酸金属盐类絮凝剂是20世纪90年代中后期在聚硅酸和传统铝盐、铁盐絮凝剂的基础上发展起来的一种新型无机高分子絮凝剂。该絮凝剂综合了聚硅酸粘结聚集、吸附架桥效能强，铝铁盐电中和能力强，以及铝盐絮凝剂絮体大且脱色性能好和铁盐絮凝剂絮体密实且沉降速率快等优点，在除浊、脱色、去除有机物和高价金属离子等方面较同类其他品种有更好的效果，是目前国内外水处理剂领域研究开发的热点。
本工作研究了聚合硅酸铝铁絮凝剂对油井压裂废水的处理效果，对于现场应用有一定的指导意义。
1 实验部分
1.1 材料、试剂和仪器
实验水样取自于我国西部某油田油井压裂废水，其水质特征为浊度186.2 NTU，COD 5 236.8mg/L，TDS为7 350.6 mg/L，pH 7.9。
Na2SiO3·5H2O、硫酸（质量分数98%）、Al2（SO4）3、Fe2（SO4）3、Na2CO3：均为化学纯。PAC：工业品。
DC-506型六联搅拌机：东莞市兴万电子厂；752型紫外-可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司；Model ESJ205-4型电子天平：沈阳龙腾电子称量仪器厂；pHS-3C型精密pH计：上海雷磁仪器厂；AF-Z1型电热培养干燥箱：江苏省东台市电器厂；XZ-1A-Z型智能浊度仪：上海海恒机电仪表有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备
（1）取一定量的Na2SiO3·5H2O加入去离子水溶解，用硫酸调节pH，在不同活化温度下搅拌一定时间使其活化，得到聚硅酸溶液。
（2）在聚硅酸溶液中分别加入一定浓度的Al2（SO4）3溶液和Fe2（SO4）3溶液，搅拌均匀，形成聚合硅酸铝铁溶液（n（Al）∶n（Fe）∶n（Si）=5∶2∶1），然后加入一定量的Na2CO3调节其碱化度为2.0。
1.2.2油井压裂废水絮凝处理实验
取250 mL的油井压裂废水，以Na2CO3调节pH后，加入聚合硅酸铝铁溶液，在200 r/min的转速下快速搅拌2 min，接着在50 r/min的转速下慢速搅拌5 min，静置沉降30 min，取清液测定其水质指标。
1.3 分析方法
采用快速消解法测定COD109-110；采用重量法测定TDS 210-213。
2 结果与讨论
2.1 聚合硅酸铝铁絮凝剂制备工艺参数的优化
2.1.1聚硅酸活化pH对废水浊度去除率的影响
当活化温度为25 ℃、活化时间为1.5 h时，聚硅酸活化pH对废水浊度去除率的影响见图1。由图1可见：随着聚硅酸活化pH的增加，浊度去除率减小；低pH条件下制备的活性硅酸具有较好的絮凝效果，当聚硅酸活化pH为1~2时，浊度去除率达到85％左右。因此聚硅酸活化pH应为1~2。
2.1.2活化温度对废水浊度去除率的影响