改性硅藻土用于油田采油污水处理的试验研究 3页

第38卷第2期非金属矿Vo1．38NO．22015年3月Non．MetallicMinesMarch，2015改性硅藻土用于油田采油污水处理的试验研究赵成博张殿潮吴照洋郑水林(1中国矿业大学(北京)化学与环境学院，北京100083；2中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南郑州450006)摘要以改性硅藻土为处理剂，研究了硅藻土污水处理剂对油田污水的处理效果及影响处理效果的主要因素，采用紫外分光光度计对处理过污水水样的化学需氧量等进行了表征。结果表明，改性硅藻土处理油田采油污水的优化工艺条件为：pH值4左右、处理温度3O℃、处理时间1．5-2h、用量4．5g／L，经过处理之后的污水水样COD值降低率为50．52％。关键词油田污水；硅藻土；改性；化学需氧量中图分类号：TQ424．22；X741文献标识码：A文章编号：1000-8098(2015)02—0066—03StudyonApplicationofModifiedDiatomiteinWastewaterTreatmentinOilfieldZhaoChengboZhangDianchaoWuZhaoyangZhengShuilin(1SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing)，Beijing100083；2InstituteofMultipurposeUtilizationofMineralResources(Zhengzhou)，Zhengzhou，Henan450006)AbstractUsingmodifieddiatomiteasoilfield—wastewaterstreatmentagent，diferentprocessesandmaininfluencefactorsofdiatomitesewagetreatmentagentwerestudiedinthispaper．Theultravioletvisiblespectrophotometerwasappliedtocharacterizethechemicaloxygendemand．Theresultsshowedthattheoptimumtreatmentconditionsforoilfiledwastewaterofdiatomitewasasfollows：pHvalueof4．temperatureat30℃，timefor1．5～2h．modifieddiatomitedosageof4．5g／L；WhenCODinwastewatersampleis110~120mgm，theCODreducingratewasupto50．52％．Keywordsoilfieldwastewater；diatomite；modifiedtreatment；COD在原油开采过程中，油田除了产出原油之外还有理油田废水的要求对其进行改性，研究了改性硅藻土部分污水产生，这些污水一般被称为油田采油污水。处理油田污水效果和主要影响因素。在石油开采过程中，无水采油期往往很短，绝大部分1实验部分时间是在中、高含水期下(含水20％-70％)进行，到油1．1原料硅藻土，取自吉林省临江市北峰硅藻土田采油后期原油含水可高达90％以上，随之带来的采有限公司选矿后的硅藻精土，其化学成分(w／％)为：油污水也不断增加[1】，由于此类污水处理难度大，如SiO2，86．68；A12O3，4．28；Fe2O3，1．7；TiO2，0．16；CaO，何有效处理这些污水已经是每个油田的重要问题。0．29；MgO，0．53；K2O，0．86；Na：O，0．5；烧失量，4．93。近年来非金属矿在油田污水处理中的应用越来油田采油污水，取自辽河油田的生化出水，其中pH值越广泛。郭继香等口利用蛭石、蛇纹石、膨润土作为为6～7．5，COD值为241．92mg门L，悬浮物较少，污水吸附剂对油田污水进行吸附处理研究。刘春英等p比较清澈略显淡黄色。污染物质多为水溶性小分子针对混凝处理之后COD值降低不理想的油田污水，有机物，成分比较复杂，降解难度大，是一种非常难处采用Cu(NO，)溶液对活性炭进行活化后对此油田污理的污水。水进行深度处理。池帛洋等研究了硬脂酸改性磁1．2试剂及仪器设备重铬酸钾(K~Cr：O)、硫酸铝铁矿粉吸附油田污水中油类的性能。钾(KAI(SO)：)、硫酸银(Ag2s04)、邻苯二甲酸氢钾硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要化学(CH5KO4)、钼酸铵(H8MoN204)、硫酸汞(HgSO)、组分是SiO：，矿物成分为蛋白石及其变种，经改性后十六烷基三甲基溴化铵(C9H42BrN)，均为分析纯。快硅藻颗粒表面和内部具有发达的孔隙结构和较大比速升温电阻炉，SX3—10—14，湘潭市仪器仪表有限公司；表面积。本实验在硅藻土天然特性的基础上，根据处数显恒温磁力搅拌机，Feb一85，金坛市江南仪器厂；紫外／可见分光光度计，UK-9000S，上海元析仪器有限收稿日期：2015-01—20公司；电子恒温水浴锅，DZKW-4，北京中兴伟业仪器基金项目：国家“十二五”科技支撑计划重点项目课题有限公司；消解仪，ET99125型，美国哈希公司。(2010BAE00316—07)；中国地质调查评价项目(12120113088200)。通讯作者，E-mail：shuilinzh@sina．com。l-3改性硅藻土制备方法称取一定量硅藻精土，．66—\n赵成博，张殿潮，吴照洋，等改性硅藻土用于油田采油污水处理的试验研究放入快速升温电炉中，于450℃下煅烧2h，称取一2-2处理时间试验条件：硅藻土用量＼2褂g警／L世，避poHo0值定质量的煅烧硅藻土并向其中按质量比l：50加入为4，试验温度为室温(30℃)，100mL趵鹌原水¨水样∞。∞处∞舛十六烷基三甲基溴化铵，加入蒸馏水使矿浆质量分数理时间对试验结果影响规律，见图2。保持在30％，放在电磁搅拌器上，反应温度为3O℃，以400r／min的速度搅拌1h，用蒸馏水对其洗涤，检测溴离子，抽滤，放入干燥箱中干燥，充分干燥之后，将其打散，即得改性硅藻土。1．4实验过程根据分析进行了改性硅藻土用量、处理时间、pH值、处理温度4个影响因素的单因素实1015202530验。分别按照一定条件取适量改性硅藻土置于油田处理时间／h采油污水里，经过一定时间吸附后过滤，对滤液进行图2处理时间对处理效果影响的规律化学需氧量测定。从图2可看出，处理时间在1．5～2h时COD值1．5化学需氧量值(COD值)把污水水样放在强酸降低率较高；2h之后降低率随着时间的延长而降低。条件下，并用重铬酸钾对其进行氧化处理，此过程所由于硅藻土对于污染物质的吸附主要是物理吸附，在消耗氧化剂的量，以mg／L为单位。还原性污染物污达到一定时间之后吸附与脱附逐渐处于平衡状态，继染水的情况可以由化学需氧量来表示，污水的还原性续搅拌使部分吸附不牢有机物重新进入污水中，从而物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。COD增加污水中有机物含量，故处理效果较好的时间段为，6＼褂单避Do0是我国污水排放的重要指¨标之∞一∞，本实s验；∞依照国家标1．5～2h。准重铬酸钾法进行COD值测定]。2．3pH值试验条件：硅藻土用量2g／L，处理时间2结果与讨论1．5h，试验温度为室温(30℃)，100mL原水水样。待2．1改性硅藻土用量试验条件：pH值为4，处理时测污水pH值对处理效果的影响规律，见图3。间为1．5h，试验温度为室温(30℃)，100mL原水水454O样。改l生硅藻土用量对处理效果影响的规律，见图1。35咄。0趔250o20o1524681012PH值图3溶液pH值对处理效果影响的规律Z530354．04．00030用量／(g／L)从图3可看出，随着pH值的增大COD值降低图1改性硅藻土用量对处理效果影响的规律率先升高后降低，当pH值为4左右时，COD值降低从图1可看出，随着改性硅藻土用量的增加，率最高，为43．78％，吸附效果最好，pH值过低和过高COD值降低率呈增大趋势，当用量为4．5g／L时，降低都会降低处理效果。率达到最大，为50．52％；用量进一步增大反而会增加2．4处理温度试验条件：硅藻土用量2g／L，pH值COD值，降低处理效果。原因是随着改性硅藻土用量为4，处理时间为1．5h，100mL原水水样。处理温度的增大，对有机物的粘附性增强。当用量小于4．5g／L对试验结果影响规律，见图4。时，随用量的增大对有机物去除率越高，污水中COD值也越小；当用量大于4．5g／L时，硅藻土对有机物的粘附量达到最大值，改性硅藻土对污染物质的吸附基本达到饱和，增加用量后不能再吸附污水中的有机物，并且硅藻改性剂为高分子有机物，其中可能有一些和硅藻土结合不牢固呈游离状态的高分子改性剂1020304050进入到污水之中，增加污水中有机物含量，从而增大温度／~C污水COD值。所以改陛硅藻土用量宜为4．5g／L。图4处理温度对处理效果影响的规律(下转第70页)．67．\n第38卷第2期非金属矿2015年3月夹于其问的铝(镁)氧(羟基)八面体构成的2：1型吸附材料，其优化制备工艺条件为：改性剂钠铝比为层状硅酸盐[10]o硅氧四面体中的s常被置换，5：1，陛剂用量6％，改性时间2h。铝氧八面体中的Al常被Mg2和Na_等低价阳离子2．对低浓度模拟氨氮废水，改性后膨润土矿物材置换，使得层间产生多余的Ca2、Mg2、Li、H．等，这料吸附氨氮量明显高于酚l生前原矿；制得的吸附材料些阳离子以水化态出现，可相互交换，使得膨润土具对初始质量浓度为5mgm、100mL实验室模拟氨氮有阳离子交换性。因此，通过添加Na+、Al针改性膨润废水氨氮去除率达到79．03％。土，提高了膨润土阳离子交换容量。其改性和氨氮吸3．NaAI改性膨润土氨氮吸附机理为：氨氮吸附附机理见图5，Na十、A1置换膨润土中可交换阳离子，方式为阳离子交换吸附，Na．AI改性通过Na__、Al置从而提高阳离子交换容量，改善膨润土吸附性能；改换膨润土中可交换阳离子，从而提高阳离子交换容性膨润土吸附氨氮的本质是改性膨润土中的可交换量，改善膨润土吸附性能。阳离子，如A1"、Ca2、、1,ag2、N等与氨氮溶液中NH在浓度差和阳离子水化能差异下发生了离子交参考文献：换反应。[1]司静，卢少勇，金相灿，等．pH值和光照对镧改性膨润土吸附水中氮和磷的影响．中国环境科学，2009，29(9)：946—950．表3吸附前后离子质量浓度变化情况[2]于群．活性炭和膨润土强化SBR工艺脱氮性能研究[D】．青岛：中类别A1”ca2KMg2Na+NH国海洋大学，2010．吸附前／(mg／L)未检出未检出未检出未检出未检出6．422[3]任义，王磊，狄雅茹．氨氮废水处理技术进展综述[J】l西安丈理学吸附后／(mg／L)O．16012．1780．6818O．614111．871．362院学报，2008，11(3)：90—92．电荷变化量／(mmol／L10．01780．1089O．01750．0512O．5161—0．281[4]池汝安，王淀佐．稀土矿物加工[M】北京：科学出版社，2014：1-7．[5]何立光．氨氮废水处理技术综述[J]．化学安全与环境，2003，l1(3)：。Q。旦。。。。q。l8—19．。一匕——————]一●‘____●亡——————二二]●__If_●[——————一[6]张安龙，张佳．低浓度氨氮废水处理技术进展[J1．环保与综合利用，：：o：。。：o2011，60(5)：60—63．芒三三三j芒三三j芒三三兰[7]ReevesTG．Ni~ogenremoval：aliteraturereview[J]WaterPollutionoNa。KoNHoMgoCaoControlFederation，1972，44：1895—1908．图5Na．A1改性及吸附氨氮机理[8]张富韬，方少明，松全元钙基膨润土的组合改性及对垃圾渗滤液3结论的处理[J]．非金属矿，2004，27(5)：39-40．1．采用钠化一铝化改性的方法制备膨润土氨氮[9]HJ535—2009水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度计法[s]．^起(上接第67页)从图4可看出，随着处理温度的升高，COD值降条件为：pH值4左右，处理温度30℃，处理时间低率也逐渐增大，40℃时降低率达到最大，40℃之后1．5~2h，用量4．5，此条件下COD值降低率达到降低率逐渐下降。这是由于温度的上升会提高污水50．52％。中有机污染物分子的活性，有机物分子的无规则运动将会更加激烈，增加了硅藻土与这些分子的接触机会参考文献：和吸附于硅藻土的机会；随着温度增至40℃以上，去[1]张兴儒，昊振烈．油气田环境保护[M]．北京：石油工业出版社，1995：1一l5．除效果反而下降，可能是温度升高增加了有机污染物[2]郭继香，袁存光．吸附法处理石油污水中COD的研究[J1．精细化工，脱附的几率。但是，试验温度从30℃升高到40℃，2000，17(9)：522—525．COD值降低率从34．76％增加到36．45％，处理效果增[3]刘春英，袁存光，张超载．铜活性炭催化氧化深度降解石油污水中加并不明显；在工业上给污水加温也不经济，所以可的COD[J]．工业水处理，2001，21(4)：1922．以选择在常温下进行。[4]池帛洋，林永波．脂酸改性磁铁矿对石油污水的处理研究[环境3结论保护科学，2013，39(3)：2528．改性硅藻精土处理油田采油污水的优化工艺[5]GB11914—1989水质化学需氧量的测定重铬酸盐法【s】^以一70