摘 要： 选用了强化混凝工艺对气田泡排液进行预处理实验研究, 采取增加曝气流程以及改变药剂添加方式的方法, 对混凝工艺进行优化改进实验。结果表明, 增加曝气流程和分点加药联合的方式是处理气田泡排液的最优强化混凝工艺, 不仅可以提升混凝效率, 还能有效去除泡排液中的大量悬浮物、COD、油类及溶解性固体等主要污染物质。该研究成果能够为泡排液及类似油气田废水的预处理提供一些参考。
关键词： 泡排液; 强化混凝; 曝气;
Abstract： In this paper, the enhanced coagulation process was used to pretreat the foam fracturing flowback fluid in gas field. Methods of increasing aeration process and changing the way of adding chemicals are adopted, optimizing and improving the coagulation process. The results show that, increasing the aeration process with change the adding chemical agentia point is the best enhanced coagulation processes for treating foam fracturing flowback fluid in gas field. It can not only enhance coagulation efficiency, it can also effectively remove a large number major pollutants as suspended solids, chemical oxygen demand, oil and soluble solids in effluent. The research results can provide some reference for the pretreatment of foam fracturing flowback fluid in gas field and similar oil-gas field wastewater.
Keyword： foam fracturing flowback fluid in gas field; enhanced coagulation; aeration;
1 概述
在气田开采的中后期, 会采用水力压裂的方式进行开采解决地层压力减小以及井底积液等一系列问题, 但这种技术会产生大量的压裂返排液。压裂返排液在返排时会挟带大量的地层水和地底悬浮物以及残留的化学添加剂, 由于添加剂的不同和当地地质情况特点, 返排液通常水质复杂多变, 是一类较难处理的工业废水。
气田泡排液是压裂返排液的一种, 是采用泡沫压裂液进行气田开采的产物, 其水质和其他压裂返排液及采出水的特性基本相似, 有着较高的COD、高悬浮物含量, 矿化度高, 含有大量离子, 有一定含油量且溶液存在乳化状态的情况。有着复杂的成分和水质状况, 目前对其进行的处理研究较少, 但同样需要多种工艺的互相配合组成多级处理才能使其满足排放或回用的标准。
2 强化混凝技术
鉴于化学混凝工艺为常见的水处理工艺, 应用广泛, 优点明显, 能够较好的完成大多数废水的预处理任务, 去除水中大部分悬浮物 (SS) 、胶体类以及COD和溶解性固体等污染物质。且本次对气田泡排液主要进行的为预处理工艺的实验研究, 因此基于化学混凝的原理, 探究强化混凝工艺对气田泡排液的处理情况和可靠的强化混凝方式。
化学混凝原理主要包括有压缩双电层、吸附架桥、网捕和卷扫作用等。强化混凝通常是在常规混凝处理的基础上增加药剂投加量, 或改善工艺及影响因素条件来提升混凝处理的效果, 增强混凝的效率。随着水处理技术的不断发展和演变, 强化混凝技术因其诸多优势和较好的处理效果得到了广泛的应用和研究。本次主要通过实验研究的方法探寻可靠的强化混凝方式和对泡排液的处理程度。
3 实验数据及结果讨论
实验是以聚合氯化铝 (PAC) 作为混凝剂, 聚丙烯酰胺 (PAM) 作为助凝剂, 机械搅拌作为混合方式, 对气田泡排液进行室内混凝处理。
3.1 曝气混凝实验
首先在常规混凝处理的基础上添加曝气流程, 并改变其流程顺序, 对泡排液进行混凝处理实验, 实验结果如表1所示。
表1 曝气混凝实验表
数据表明, 在常规混凝的基础上添加曝气流程的方式能够提升混凝处理的效率, 尤其是对COD的去除效果有了明显的提升。经过分析和论证后, 认为曝气能够氧化溶液中的有机物等污染物质, 同时剧烈的曝气过程会破坏溶液乳化状态以及有利于胶体的破稳, 这些都有助于提升混凝处理的效果。
3.2 分点加药混凝实验
在常规混凝处理实验的基础上, 改变加药方式和顺序, 采用分点加药的方式进行混凝处理实验。
实验数据见表2。
数据表明, PAC和PAM对泡排液的混凝处理其产生的作用是不同的, 因此PAC更适合在PAM投加之前即混合阶段进行投加。而PAM对混凝处理过程则主要起到的是吸附架桥作用, 因此不宜过早的投加。分点加药在保证药剂添加节点和顺序的正确情况下, 是能够有效提升混凝处理效率的, 这也是由于分点加药能够确保药剂能发挥的作用最大化, 且减弱了药剂间的相互作用, 更好的吸附凝聚溶液中的各类微粒和离子。
3.3 曝气分点加药混凝实验
在常规混凝处理的基础上, 同时添加曝气流程和改变加药方式, 对泡排液进行强化混凝工艺实验研究, 数据见表3。
表2 多点加药混凝实验数据表
表3 多点加药曝气混凝实验数据表
数据表明, 在保持药剂添加顺序和节点正确的情况下, 通过添加曝气流程和分点加药能够有效提升混凝处理的效率。同时实验现象发现, 二者相结合解决了在曝气前添加PAM会导致曝气过程中有过量气泡产生的问题。这种方式的强化混凝处理, 对泡排液中悬浮物的去除率可达97%以上, 对COD的去除率可达94%以上, 极大提高了混凝处理的效率和溶液中有机物的去除效果。
3.4 强化混凝实验处理结果对比
分别采用添加曝气、分点加药、曝气和分点加药结合的方式对气田泡排液进行强化混凝实验, 并与普通机械搅拌条件下的混凝实验相对比, 测量各项水质指标。
实验表明, 添加曝气流程后, 对泡排液中油类的处理得到了较好的提升, 曝气破坏了其乳化状态并使细小油珠上浮得以去除。在通过增加曝气流程和分点加药联合的强化混凝处理, 使泡排液各类污染物的去除率都得到了提升, 其悬浮物、COD、含油量、溶解性固体等污染物都得到良好的处理。对于泡排液或类似油气田废水的实际处理应用能够提供可靠的经验和有效的技术指导。
4 结论与建议
经过一系列的实验和对数据的分析讨论, 对于气田泡排液的混凝处理有了直观的认知和深入的了解, 明确了混凝及强化混凝能够很好的完成对泡排液的预处理任务, 对于悬浮物、有机物及油类都能够得到较好的去除效果。通过强化混凝实验确定了曝气、分点加药及二者结合的方式对于混凝处理的效率都能够起到提升, 可以作为处理泡排液的强化混凝方式。同时通过诸多的实验现象和分析, 认为助凝剂的添加应位于合适的顺位, 不宜过前且不宜在曝气前添加较多的量, 否则对于混凝处理会起到不好的效果和一定的阻碍。在实际应用中, 可以考虑采取使用曝气和分点加药相结合的方式对泡排液或类似油气田废水进行强化混凝预处理, 不仅能够提升混凝效率, 去除废水中的大量污染物质, 还能为后续处理减轻压力和负荷, 为整体处理一定程度上降低了要求。
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