用废弃钻井液制备废水处理吸附剂.pdf

第 2 6卷 第 4期 2 0 0 9年 7月 钻 井 液与 完 井 液 DRI L LI NG FL UI D C OM P LETI oN FLUI D Vo I ． 2 6 NO ． 4 J u l y 2 0 0 9 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 4 0 0 8 6 0 3 用废弃钻 井液制备废水处理 吸附剂 宋玲 陈集 高建林 何 冰月 魏美涛 王滟。 1 ． 西南石油 大学化学化工学 院， 成都 ； 2 ． 中原油 田分公 司采油工程技术研究 院， 河南濮阳 ； 3 ． 中国石油集团工程设计 有限公司西南分公司 ， 成都 摘要 提 出了高温焙烧处理废弃钻井液 ， 制备废水处理 吸附剂 的方法。分别 用直接焙 烧法对取 自井场 的 2种 钻井液进行 了处理 ， 制备 出 了2种废水处理 吸附剂 B 、 B ， 确定其最佳 焙烧温度为 6 0 0℃。用 B 、 B 处理 3种染料 溶液， 脱色率可达 6 9 ． 6 ～8 6 ． 7 ， 对 5种工业染料溶液的吸附容量略低 于活性碳 或与活性碳 相 当； 吸附剂 B 、 B 浸 出液的 C r 、 C 1 一、 C O Dc 、 p H 均不超标 ， 作为废水处理剂使 用不会产生二次污染。该吸附剂的制备方法简单， 成 本低 ， 并 能消除废弃钻 井液所产 生的污染， 因此具有一定的应用前景 ， 为废 弃钻 井液的处理 和利用提供 了一条新 的 参 考 思 路 。 关键词 废弃钻井液 ； 吸附剂； 焙烧 ； 废水处理 中 图 分 类 号 TE9 2 文 献标 识码 A 在油气 田钻井 和 完井 工序 结 束 后 ， 井 场 上遗 留 的废 弃钻井 液 中含有 膨 润土 、 加重 材料 、 各种 有机 和 无机 化学处 理 剂 、 污 水 、 污油 等 ，对 环境 水 体 和土壤 产生 了严 重 的污染 。 目前废弃 钻井 液 的处理 方法有 填埋 法 、 坑 内密 封 法 、 土 地 耕 作法 、 脱 稳 干化 场 处 理 法 、 注入地 层法 、 焚烧 法 、 微 生物 法 、 固化 法 等 等口 ] 。 尽管 这些 方法 各有 特 色 ， 对 解 决 废 弃钻 井 液 的污染 问题 起 到 了积 极 的推 动 作 用 ， 但 是 有 的方 法 效 果欠 佳 ， 有 的方法成 本 较高 ， 有 的方法 可能产 生一 定程 度 的二 次 污染 ， 因此 探 究新 的处 理 方 法仍 然是 非 常 必 要 的 。 提 出 了高温焙 烧处 理废 弃钻 井液 制备 废水处 理 吸附剂 的方法 。在适 当 的焙 烧 温度 下 ， 废弃 钻 井 液 中的膨 润土 、 有机 处理 剂 、 废 油 和无机 盐类 将发 生一 系列 的物理 、 化学 变化 ， 生成 具有 较大 比表 面积 和吸 附能力 的多孔 性 吸附材 料 ， 可作 为废水 处理 吸 附剂 。 如 果在 处理 过程 中添加 适 量 的铝 盐 ， 通 过 化学 反 应 和高温焙烧 ， 使其转化为吸附性能很强的活性氧化 铝 ， 则可能大大提高其水处理效果。分别对取 自井 场 的 2种钻 井液 进 行 了处 理 ， 优 选 了焙 烧 温 度 。用 所制备的吸附剂处理 5种染料溶液和钻井废水 ， 评 价 了其 水处 理效 果 。并 通 过 浸 出实 验 ， 证 明了所 制 备 的吸附剂不会产生二次污染 。 1 实验 仪 器 、 试 剂和 方 法 1 ． 1 实验仪器和试剂 F A1 0 0 4电子 天 平 ， KX D R 马 弗 炉 ， 硅 胶 干 燥 器 ， 7 8 1磁 力 搅 拌 器 ，UV7 6 2紫 外一 可 见 分 光 光 度 计 ， L D4 2高速 离 心 机 ， 转 速为 3 0 2 r ／ mi n的 翻 转式 搅拌 机 ， 恒温 烘箱 。废弃 钻井 液 1 、 2 ， 工业 染料 耐 晒 翠 蓝 、 直 接 桃 红 1 2 B 、 直 接 毛 蓝 、 直 接 深 蓝 、 直接 耐酸 大红 ， 粉末 状活 性炭 。 1 ． 2 实验方法 1 吸 附剂 的制 备 方 法 。取 1 和 2 废 弃 钻 井 液若 干 置 于 恒 温 烘 箱 中 ， 在 9 0 。 C下 烘 干 ， 升 温 至 1 1 0。 C， 保温 1 h ， 取出冷却后 ， 研磨成 细颗粒 ， 然后 放 人 马弗炉 中 ， 在 一 定 温度 下 焙 烧 2 h ， 取 出 冷却 ， 即分别 制得 吸 附剂 B 、 B ， 保 存 于硅胶 干燥 器 中 。 2 吸 附剂性 能 的评 价 方 法 。取 1 0 0 mL浓度 为 5 0 mg ／ L的耐 晒翠 蓝染 料溶 液 ， 加 入 0 ． 5 0 g自制 吸 附剂 ， 在磁力搅拌器上低速搅拌 1 h ， 静置或高速离 心分离， 取上层清液 ， 在其最大吸收波长下测定其吸 光度 A ； 在 相 同条件 下测 得未 经处 理 的染料 溶 液 的 吸光度 A。 ， 用下式计算脱色率 D D一 [ A。 一A1 ／ A。 ] 1 O 0 。 脱 色 率 越 高 ， 说 明所 制 备 的 吸 附 剂 的 比表 面 第一作 者简 介 宋玲 ， 1 9 8 3年 生， 在 读硕 士研 究生。地 址 成都 市西 南石 油 大学硕 O 7级 五班 ； 邮政 编码 6 1 0 5 0 0 ； 电话 1 3 54 06 02 45 1。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6 卷 第 4期 宋玲 等 用废 弃钻 井液 制备废 水 处理 吸 附剂 8 7 越 大 ， 吸附 能力越 强 ， 水处 理效 果越 好 。 3 浸 出 实 验 方 法 『 2 _ 3 _ 。分 别 取 一 定 量 的 1 和 2 废 弃 钻 井 液 在 不 同 温 度 下 的 焙 烧 产 物 ， 按 照 GB 5 0 8 6 ． 1 1 9 9 7的规 定 ， 用 翻 转法 作 浸 出实验 ， 测 定 浸 出液 的 C r 。 浓 度 、 p H 值 、 c l 浓 度 、 C O D 值 等 指标 。 2 实验 结 果及 讨论 2 ． 1 测量 波长 的确 定 取 各 种 染 料 溶 液 ， 使 用 纯 水 作 参 比 ， 分 别 在 UV7 6 2型 紫 外一 可 见 分 光 光 度 计 上 从 2 0 0 ～ 1 1 0 0 n m 进行 扫 描 ， 得 到 各 种 染 料 溶 液 的紫 外一 可 见 吸收 光 谱 ， 并 选择 可见 光 区 的最 大 吸 收 波长 作 为 该 染 料 溶 液 的测 量 波 长 。得 到 各 种 染 料 溶 液 的 测 量 波 长 为 耐 晒翠 蓝 为 6 2 0 n m； 直 接 深 蓝 为 5 6 0 n m； 直 接 桃红 1 2 B为 5 2 0 n m； 直接 毛蓝 为 5 7 5 n m； 耐 酸 大 红 为 5 0 0 n m。 2 ． 2 焙 烧 温度 的选 择 取 1 和 2 废 弃 钻 井 液 ， 按 照 吸 附剂 的制 备 方 法 分别 在 4 0 0 、 4 5 0 、 5 0 0 、 5 5 0 、 6 0 0和 6 5 0 ℃下 焙 烧 2 h ， 制得 吸 附剂 B 、 B 2 。然 后用 吸 附剂 性 能 的评 价 方 法 处理 耐晒翠 蓝 溶 液 ， 取 上 层 清 液 ， 测 其 吸 光 度 ， 计 算脱 色率 D， 脱 色 率 与 焙 烧 温 度 的关 系 曲线 如 图 1 所示 。 ℃ 图 1 吸附剂脱色率 与焙烧 温度 的关 系 从 图 1可 以 看 出 ， 当 焙 烧 温 度 从 4 0 0 。C升 至 6 0 0。 C左 右 时 ， B 、 B 吸 附剂 的脱 色 率 均 随 温 度 升 高而增大， 其中 B 增 幅更大 ； 焙烧温度大于 6 0 0℃ 后 ， 脱色率开始下降。这是因为搅拌后 的钻井液在 高温条件下， 将发生一系列复杂的物理 、 化学变化 水分 的蒸 发 ， 油 类 和其 他 有 机 物 的 挥 发 、 炭 化 或 氧 化 ， 无 机盐 类 的高温 反应 或挥 发 ， 膨润 土 中的表 面 吸 附水 、 层 间水 、 晶体结 构 中 的氢 氧水 以及 晶体层 问 的 一 些杂质的失去等等， 这些过程能够在钻井液细颗 粒 内形成 许 多微小 的孔道 ， 增大 其 比表 面积 ， 减少 水 膜 对 污染 物质 的 吸 附阻 力 ， 提 高对 废 水 中污 染 物 分 子 的吸 附能力 。当焙 烧 温 度 较 低 时 ， 上 述 过 程进 行 较 缓慢 或不 完 全 ， 特别 是有 机 成 分 的氧 化 反应 不 能 彻 底完 成 ， 因此 制得 的 吸附剂 的 吸附 能力较 弱 ； 随着 温 度 的升高 ， 上 述过 程加 快 ， 所 得 吸 附剂 的吸 附能力 提 高 ； 但 是 当温度 过 高 时 ， 膨润 土 晶体表 面结 构 因开 始失 去 氢氧 水 而变化 ， 产 生卷 边收 缩 ， 其 比表 面积 反 而 减小 ， 吸 附能力 降低 [ 4 - 3 。因此 选择 6 0 0。C为 焙烧 温度 。 由于 2种 钻 井 液 中膨 润 土 和 有 机 物 等含 量 不 同 ， 因此在 同一温度 下 ， 2种 吸 附剂 的 吸 附脱 色 能 力 不 同 。通 常膨 润土 和有 机物 含量 高 的钻井 液制 备 的 吸附剂 吸 附能力 较 强 。 2 ． 3 废水处理实验 1 染 料废 水 的处 理 。取 浓 度 为 5 0 mg ／ L 的直 接深 蓝 、 酸 性 大 红 、 直 接 桃 红 1 2 B 染 料 废 水 各 1 0 0 mL， 分 别 用 所 制备 的 吸附剂 B 、 B 。 处 理 ， 结 果 见 图 2 、 图 3 。 褂 蛆] 舀 塑 吸 附剂／ ％ 图 2 脱 色率与吸附剂 B 加量的关系 吸附刑／ ％ 图 3 脱 色 率 与 吸 附 剂 B2 加 量 的 关 系 由图 2 、 图 3可以看 出， 由于吸附容量 的限制 ， 当吸 附剂用 量很 小 时 ， 脱 色率 较低 ， 随着吸 附剂 用量 的增 加 ， 脱色 率逐 渐上 升 ； 当加量 为 0 ． 5 时 ， B 、 B 对 3种染 料 的脱 色率 为 6 9 ． 6 ～8 6 ． 7 ％ ； 如 果 进 一 步提 高加 量 ， 脱色 率可 达 9 0 以上 。这 表 明 由直 接 焙 烧 废弃 钻井 液所 制 备 的 吸附 剂 ， 对 染 料 废 水 的处 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 9年 7月 理有较 好 的效果 。 2 吸附剂 B 。 、 B 与活性 碳 吸附 容量 的 比较 。 称 取 吸附剂 B 、 B 和 活性 碳 粉 末各 0 ． 5 0 g ， 分别 加人 到 1 0 0 mL的 5种 染料 溶 液 中 ， 搅 拌 1 h后 ， 离 心然 后取 上层 清 液 测 吸 光 度 ， 计 算 吸 附 容 量 Q mg ／ g ， 结果 见 图 4 。 1 O 8 6 莲4 2 O _活性炭 翠蓝 深蓝 毛蓝 桃红 大红 染料名称 图 4 自制 吸附 剂 与 活 性 碳 吸 附谷 量 的 比较 从 图 4可 知 ， 由废弃 钻井 液制 备 的吸 附剂 B 对 各种 染料 的 吸附容 量都 略小 于 活性 碳 ， B 的 吸附 容 量 除翠蓝 较d l- ， 其 余 的 与 活性 碳 相 近 或 略 大 。 由 于其 制备 方法 简单 ， 成本 远 远低 于活性 碳 ， 并 且可 以 消 除废弃 钻井 液所 产 生 的污 染 ， 因此具 有 一 定 的应 用前 景 。 3 浸 出实 验结 果与讨 论 。高 温焙烧 废弃 钻井 液 法 制备 的 吸附剂 在水处 理 的过程 中是 否会产 生 二次 污 染 ， 需 通过 浸 出实 验来 证 实 。取 1 、 2 废 弃 钻 井 液 ， 按照 吸 附剂 的制备 方法 在不 同温度 下焙 烧 ， 所 得 产 物做 浸 出实 验 ， 结 果见 表 1 。由表 1可 以看 出 ， 当 焙 烧温 度从 4 0 0℃升 到 6 5 0℃时 ， 吸附剂 浸 出液 的 p H 值 均 接 近 中性 ， 不会 对 环境 造 成危 害 ； 浸 出液 中 C r ” 、 C 1 、 C O D 等指 标基 本上 随 温度升 高 而 降低 ， 符 合 GB 5 0 8 5 ． 3 ～ 1 9 9 6和 G B ／ T 1 5 5 5 5 ． 1 2 1 9 9 5 标 准 。因此 ， 废 弃钻 井液 经 过干 燥 、 6 0 0℃高温 焙烧 处 理后 ， 所 制得 的吸 附剂在 用 于废水 处理 时 ， 不 会产 生 二次 污染 。 3 结 论 1 ． 用 直 接焙烧 法处 理 2种 废 弃钻 井 液 ， 制 备 出 了 2 种 废水 处理 用 吸 附剂 ， 确 定其 最 佳 焙 烧 温 度 为 6 0 0 。C 表 1 不 同 温 度 焙 烧 产 物 的 浸 出实 验 结 果 2 ．使 用该 吸附 剂处理 3种染 料 溶 液 ， 脱色 率 可 以达 6 9 ． 6 ～8 6 ． 7 ， 处 理 5种 工业 染 料 溶液 的吸 附容 量 略低 于活性 碳 或 与 活 性碳 相 当 ； 浸 出实 验结 果 表 明 ， 该 吸附剂 浸 出液 的 C r 、 C 1 一、 C D 和 p H 值 均不 超标 ， 作 为废 水处 理 剂 使 用 不会 产 生二 次 污 染 。 3 ． 该 吸 附剂 的 制 备 方 法 简 单 ， 成 本 低 ， 并 能 消 除废弃 钻井 液所 产 生 的污 染 ， 因此 具 有 一定 的应 用 前 景 ， 为废弃 钻井 液 的处 理 和利 用 提 供 了 一条 新 的 参 考思 路 。 参 考 文 献 E l i 王蓉沙 ， 周建东 ， 刘光全． 钻井废弃 物处理技术 [ M] ． 北 京 石 油 工 业 出版 社 ， 2 0 0 1， 1 0 1 - 7 [ 2 ]朱 明华． 仪器 分析 第三 版 [ M] ． 北京 高等 教育 出版 社 ， 2 0 0 0， 7 2 8 3 2 8 4 E 3 ]陈集 ， 尹 忠 ， 冯 英 ， 等． 油气 田高 C 1 一 废 水 的 C O D测定 I- J ] ． 西南石油学 院学报 ， 1 9 9 2 ， 1 4 4 9 4 1 0 0 E 4 ] 陈集 ， 饶 小 桐 ， 许 源 ， 等 ． 用 加 碳 焙 烧 法 对 膨 润 土 改 性 的 研究 _ J ] ． 西南石 油学 院学 报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 4 O 6 5 6 7 E s ] 李织宏 ， 王滟 ， 陈集 ， 等． 膨润土加碳焙烧改性条件 研究 I J ] ． 天津化工 ， 2 0 0 6 ， 2 0 1 2 4 2 6 收稿 日期 2 0 0 8 1 2 2 3 ； HGF --0 9 0 4 N7 ； 编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m