油田压裂返排液的絮凝沉淀及高级氧化处理研究

发布时间：2020-11-16 00:22

　　 随着现代社会对能源的需求及消耗普遍提高,石油行业为提高其采收率会将额外的水注入到储层中保持水压,由此产生大量压裂返排液。这些废液的主要特征是组分较为复杂,污染物的类型众多,主要表现在废水中含有较高的悬浮固体,矿化度及有机物,给压裂返排液的处理增加了一定的难度。通过对长庆油田第五采油厂(定边)油田压裂返排液污染成分分析,表明:压裂返排液呈弱酸性,悬浮物质高达596 mg/L,有机物浓度高达4400 mg/L,并且可生化性低,离子色谱的测定结果表明废水含盐量非常高。因此针对此油田压裂返排液的特点,选用絮凝法对废水进行预处理,以去除其中的悬浮固体;经絮凝沉淀处理之后对废水进行深度处理,包括Fenton氧化处理和纳米ZnO光催化处理,去除废水中高浓度的难降解有机物。对每步工艺操作参数进行优化,得出如下结论:(1)采用絮凝沉降工艺得到的最佳处理条件为:当废水的pH=7,药剂投加量为PAC1.5 g/L,PAM 0.03 g/L,搅拌强度为250 r/min时,废水的COD从4400 mg/L降至1991 mg/L,COD的去除率达到了54.75%,SS从589 mg/L降至18 mg/L,去除率达到96.9%,Ca~(2+)、Mg~(2+)去除率达59.87%,43.83%,Cl~-去除率达到47.01%。絮凝机理的初步探究通过对絮体形貌及絮体强度的分析,得出在最佳处理条件下的絮体团聚状态较好,支化结构更加明显,因此絮凝物更容易聚集并因此吸附更多的颗粒物质。(2)Fenton氧化得到的最佳处理条件为:每100ml压裂返排液中,FeSO_4·7H_2O投加量为0.4 g,H_2O_2投加量为4ml,pH值为4,增加紫外光照75min时,COD的去除效率最高,可达73.73%,处理之后的COD值降为523 mg/L。采用利用统计学软件Design Expert V7.1.3,通过响应面法模拟出最佳的处理条件为:当FeSO_4·7H_2O投加量为0.47 g、H_2O_2投加量为4.35 ml和pH值为4.01时,模拟压裂废水的COD去除率可达到79.09%,与实测值接近,说明模型拟合效果较好。在最佳拟合参数下得到Fenton处理对该油田压裂返排液中Mg~(2+)的去除率高达78.61%,Ca~(2+)的去除率高达78.94%。(3)光催化深度处理技术筛选出椰壳活性炭负载纳米ZnO的降解效率均优于其他两种光催化剂,最佳处理条件为:pH值为4,紫外照射时间为4h,负载型光催化剂的剂量为2 g/L。经处理之后的COD为71.54 mg/L,满足石油化学工业污染物排放标准(GB31571-2015)。考虑催化剂的重复使用性,对椰壳活性炭负载的纳米ZnO在最佳处理条件下反复使用4次,发现其对COD的去除效率大致一样,证明该催化剂满足了经济适用性。经三个工艺处理之后,压裂返排液的出水COD达到72 mg/L,SS为10 mg/L,满足石油化学工业污染物排放标准(GB31571-2015),同时废水中其他污染指标也有大幅度的降低。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X741
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景和意义
    1.2 油田压裂返排液的处理现状概述
        1.2.1 处理工艺
        1.2.2 处理药剂
    1.3 高级氧化技术应用于油田压裂返排液的处理研究概述
        1.3.1 臭氧氧化
        1.3.2 高铁氧化
        1.3.3 Fenton氧化
        1.3.4 光催化氧化
    1.4 研究思路及方法
        1.4.1 研究思路
        1.4.2 技术路线图
    1.5 研究内容
    1.6 特色和创新点
第二章 油田压裂返排液污染成分分析
    2.1 分析方法
        2.1.1 pH
        2.1.2 SS
        2.1.3 COD
5'>        2.1.4 BOD5

        2.1.5 阴阳离子
    2.2 测试结果
    2.3 讨论
第三章 油田压裂返排液的絮凝沉淀处理
    3.1 实验材料及方法
        3.1.1 实验材料
        3.1.2 实验方法
    3.2 絮凝效果的影响因素研究
        3.2.1 pH对絮凝沉淀效果的影响
        3.2.2 药剂投加量对絮凝沉淀效果的影响
        3.2.3 搅拌强度对絮凝沉淀效果的影响
        3.2.4 沉降时间对絮凝沉淀效果的影响
        3.2.5 最佳絮凝沉淀处理条件的探究
    3.3 絮凝沉淀机理初步探究
        3.3.1 絮体形貌
        3.3.2 絮体稳定性
        3.3.3 絮凝效果
    3.4 本章小结
第四章 Fenton氧化技术对油田压裂返排液的深度处理
    4.1 实验材料及方法
        4.1.1 实验材料
        4.1.2 实验方法
    4.2 Fenton氧化深度处理效能的影响因素研究
        4.2.1 pH对 Fenton氧化深度处理效能的影响
2O₂ 投加量及FeSO₄·7H₂O投加量的影响'>        4.2.2 H₂O₂ 投加量及FeSO₄·7H₂O投加量的影响
        4.2.3 反应时间的影响
        4.2.4 反应条件的优化
    4.3 Fenton氧化深度处理的最佳条件优化
        4.3.1 正交实验
        4.3.2 响应面实验
    4.4 Fenton反应机理初步探究
    4.5 本章小结
第五章 光催化技术对油田压裂返排液的深度处理
    5.1 实验材料及方法
        5.1.1 实验材料
        5.1.2 实验方法
    5.2 负载型光催化剂
        5.2.1 光催化剂的制备
        5.2.2 光催化剂的负载
        5.2.3 光催化剂的表征
    5.3 光催化处理效能影响因素研究
        5.3.1 不同光催化剂对处理效能的影响
        5.3.2 不同p H对负载型光催化剂处理效能的影响
        5.3.3 不同投加量对处理效能的影响
        5.3.4 负载型光催化剂的重复利用性
    5.4 本章小结
结论与展望
    1 主要结论
    2 问题与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果
    1 发表学术论文
    2 参与科研项目及科研获奖
致谢

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本文编号：2885388

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