任 聰 苗 群

(青島理工大學(xué)，山東青島 266033)

1 概述

在氣田開(kāi)采的中后期，會(huì)采用水力壓裂的方式進(jìn)行開(kāi)采解決地層壓力減小以及井底積液等一系列問(wèn)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(kāi)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(duì)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(jí)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(jiàn)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(duì)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(duì)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(lái)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(shì)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(guò)實(shí)驗(yàn)研究的方法探尋可靠的強(qiáng)化混凝方式和對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)COD的去除效果有了明顯的提升。經(jīng)過(guò)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(guò)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(jiàn)表2。

數(shù)據(jù)表明，PAC和PAM對(duì)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(duì)混凝處理過(guò)程則主要起到的是吸附架橋作用，因此不宜過(guò)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(duì)泡排液進(jìn)行強(qiáng)化混凝工藝實(shí)驗(yàn)研究，數(shù)據(jù)見(jiàn)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(guò)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(guò)程中有過(guò)量氣泡產(chǎn)生的問(wèn)題。這種方式的強(qiáng)化混凝處理，對(duì)泡排液中懸浮物的去除率可達(dá)97%以上，對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)比，測(cè)量各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)表明，添加曝氣流程后，對(duì)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(guò)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(duì)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(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)和對(duì)數(shù)據(jù)的分析討論，對(duì)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(duì)泡排液的預(yù)處理任務(wù)，對(duì)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(guò)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(duì)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(guò)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(guò)前且不宜在曝氣前添加較多的量，否則對(duì)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(duì)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。