微电解联合工艺处理酸化压裂废水的研究

论文摘要

酸化压裂作业是油气田增产的主要措施,被各油田普遍采用,但作业过程中会产生大量的返排液返回至地面,返排液具有颜色深、CODCr值高、酸性强、粘度大、难降解等特点。若将返排废液不经处理而直接排放,将会对环境造成严重的污染。针对酸化压裂返排液的水质组成及特点,依据过硫酸铵氧化、微电解处理、Fenton氧化等原理,以CODCr降低率为处理效果的判断依据,提出了“过硫酸铵氧化-微电解-Fenton氧化-沉淀除氟”联合处理工艺,并通过实验优化了各分工艺的实验条件。本论文首先以羟丙基瓜尔胶溶液作为酸化压裂模拟废水（CODCr:752mg/L、pH=3.0、c（F-）= 114.3mg/L）开展了“微电解-Fenton氧化”处理工艺研究,通过单因素实验优化的工艺条件为:（1）微电解实验:m（Fe）/m（C）=5:1,t =90min,pH=2.5,其CODCr降低率可达26.3%;（2）联用Fenton氧化对模拟废水进行深度处理,当10%双氧水加入浓度为7.5mL/L,t=75min,pH=4.0时,CODCr总降低率为38.3%。（3）以Ca（OH）2为F-的沉淀分离剂,当加入浓度为20g/L时,废水中剩余F-浓度为8.5mg/L,符合废水排放标准。在上述工作的基础上,研究了胜利高清区块樊18-9井压裂废水（CODCr:11007mg/L）的联合处理工艺:（1）通过实验优化了过硫酸铵氧化工艺条件:5%（NH4）2S2O8溶液的加入浓度为25.0mL/L,t=30min、进水pH=3.0,其CODCr降低率可达22%;（2）采用铁碳微电解对过硫酸铵氧化后的压裂废水直接进一步处理,当t=120min、m（Fe）/m（C）=5:1时,其CODCr降低率可达35.8%;为进一步改善处理效果,本论文还研究了镀铜铁碳微电解工艺以及微电解池处理级数对处理效果的影响,当t=120min、m[Fe（Cu）]/m（C）= 6:1、微电解池级数为2时,CODCr降低率则提高至58.7%。（3）双级镀铜铁碳微电解后的出水继续采用Fenton氧化法深度处理,当10%双氧水加入浓度为7.5mL/L,pH=4.0,t =60min时,CODCr降低率可达22.6%。压裂废水经联合工艺处理后,CODCr总降低率可达75.6%。本论文的创新性主要为首次提出采用“过硫酸铵氧化-双级镀铜铁碳微电解-Fenton氧化”联合处理工艺深度处理高浓度有机压裂废水,处理效果良好,为酸化压裂废水的处理提供了一种新的方法。同时,通过对比实验对微电解法处理有机废水的工作机理进行了初步探讨,结果表明微电解处理过程是集絮凝、吸附、氧化还原、电富集等因素综合作用的结果,而非简单的絮凝、吸附过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 酸化压裂液概述
• 1.2.1 酸化压裂废水的来源
• 1.2.2 酸化压裂体系及添加剂
• 1.2.3 压裂液及其应用条件
• 1.3 酸化压裂废液处理现状
• 1.3.1 物理处理法
• 1.3.2 化学处理法
• 1.3.3 生化处理法
• 1.4 酸化压裂返排液处理设施及存在问题
• 1.5 微电解技术和Fenton 氧化技术国内外研究进展
• 1.5.1 微电解技术国内外应用及研究进展
• 1.5.2 微电解法及微电解反应器的发展
• 1.6 微电解法与Fenton 氧化技术的组合
• 第二章 实验原理
• Cr 测定原理'>2.1 COD_Cr测定原理
• 2.2 “三步法”处理废水基本原理
• 2.3 氟离子去除原理
• 2.4 铁离子含量的测定
• 第三章 实验部分
• 3.1 仪器设备
• 3.1.1 实验所用设备
• 3.1.2 玻璃仪器
• 3.2 实验试剂
• 3.3 实验流程图
• 3.4 常用溶液的配制及实验材料预处理
• Cr 测定方法'>3.5 COD_Cr测定方法
• 3.6 pH 值
• 3.7 溶液中亚铁离子浓度
• 3.8 水样来源
• 第四章 实验结果与讨论
• 4.1 模拟酸化压裂废水实验室处理研究
• 4.1.1 铁碳微电解法处理模拟废水实验室研究
• 4.1.2 Fenton 氧化处理模拟废水实验室研究
• 4.1.3 模拟废水中氟离子去除研究
• 4.1.4 模拟酸化压裂水处理小结
• 4.2 胜利高清区块樊18-9 井压裂废水实验室处理研究
• 4.2.1 过硫酸铵氧化实验条件的探讨
• 4.2.2 铁碳微电解反应实验条件的探讨
• 4.2.3 镀铜铁碳微电解实验条件探讨
• 4.2.4 Fenton 氧化实验条件优化
• 4.2.5 药剂成本估算
• 4.2.6 胜利高清区块樊18-9 井压裂废水实验室处理小结
• 第五章 联合处理工艺及微电解机理初探
• 5.1 联合处理工艺处理结果
• 5.2 酸化压裂返排液现场处理参照流程图
• 5.3 微电解机理初探
• 结论
• 参考文献
• 致谢