導(dǎo)語：鉆井泥漿廢水混凝處理實(shí)驗(yàn)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］以天津某鉆井作業(yè)場地泥漿廢水為研究對(duì)象，研究了不同混凝劑（FeSO4、PAC、PFS）、混凝劑投加量、初始pH，助凝劑PAM的投加對(duì)混凝處理后上清液濁度、TOC和泥漿沉降比的影響，優(yōu)化確定了混凝處理的最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明，PAC對(duì)泥漿廢水混凝處理的效果優(yōu)于FeSO4和PFS，當(dāng)PAC投加量為200mg/L，廢水初始pH為10.0時(shí)，混凝處理靜置30min后，上清液濁度可降至38.3NTU，TOC去除率可達(dá)91.5%，處理藥劑成本約為0.52元/t，具有較好的應(yīng)用可行性。此外，雖然PAM的投加能夠降低泥漿沉降比，但會(huì)造成上清液濁度升高。

［關(guān)鍵詞］鉆井廢水；混凝處理；聚合氯化鋁；濁度；總有機(jī)碳

鉆井工程中所產(chǎn)生的大量泥漿廢水具有污染負(fù)荷高、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，主要包括懸浮物、黏土、無機(jī)鹽、以及鉆井過程中所使用的添加劑等。泥漿廢水組成的復(fù)雜程度隨著鉆井深度的增加而增加，相應(yīng)的泥漿水處理難度也越來越大〔1-3〕。泥漿廢水含水率約為30%~90%，pH偏堿性，若不經(jīng)處理直接排放會(huì)對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染〔4〕。在工程現(xiàn)場，鉆井泥漿廢水通常被排入貯水池中，經(jīng)較長時(shí)間的重力沉降固液分離后，上清液進(jìn)行外排，這一處理方法存在占地面積大、泥水分離效果差、處理時(shí)間長等缺點(diǎn)。因此，如何快速有效地將泥漿廢水進(jìn)行固液分離是其處理的關(guān)鍵，分離所得上清液可回用于鉆井工程中，減少水資源消耗，而沉淀泥漿在固結(jié)處理后可用于燒磚等行業(yè)〔5〕。本研究以天津某鉆井作業(yè)場地泥漿廢水作為研究對(duì)象，探討了不同混凝劑、初始pH和助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）對(duì)其固液分離的影響，并采用上清液濁度、總有機(jī)碳（TOC）、以及泥漿沉降比對(duì)比分析固液分離效果，以期為泥漿廢水的混凝處理工程實(shí)踐提供數(shù)據(jù)支持。

1材料與方法

1.1試劑與儀器。試劑：氫氧化鈉、七水合硫酸亞鐵（FeSO4•7H2O）、鹽酸均為分析純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；PAM（陽離子型、相對(duì)分子質(zhì)量約為900萬）、聚合氯化鋁（PAC）（Al2O3有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%）、聚合硫酸鐵（PFS）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%）均為工業(yè)品，由無錫綠達(dá)環(huán)保工程有限公司提供。儀器：CM-02SS型臺(tái)式濁度儀，北京雙暉京承電子產(chǎn)品有限公司；pH計(jì)，梅特勒-托利多儀器有限公司；multiN/C3100TOC型總有機(jī)碳/總氮分析儀，德國耶拿分析儀器股份公司。1.2混凝條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。泥漿廢水采集于天津某鉆井作業(yè)場地，水質(zhì)偏堿性，pH約為10.0，含泥量較高，自由沉降30min后，上清液濁度為100.1NTU，TOC為48.2mg/L。采用FeSO4、PAC、PFS作為混凝劑，分別考察了混凝劑投加量、初始pH和助凝劑PAM對(duì)泥漿廢水上清液濁度和TOC的去除效果，以及泥漿沉降比的影響，從而優(yōu)化確定了混凝工藝的最佳運(yùn)行參數(shù)。1.2.1不同混凝劑及其投加量對(duì)混凝效果的影響取150mL泥漿廢水于若干燒杯中，分別投加25、50、100、200、400mg/L的FeSO4、PAC、PFS，快速攪拌3min，靜置30min，固液分離后測定上清液濁度和TOC，同時(shí)記錄泥漿沉降比。1.2.2初始pH對(duì)混凝效果的影響取150mL泥漿廢水于若干燒杯中，使用濃度為1.0mol/L的鹽酸溶液和1.0mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)泥漿廢水pH分別為6.0、8.0、9.0、10.0、11.0，加入200mg/L混凝劑，快速攪拌3min，靜置30min，固液分離后測定上清液濁度和TOC，同時(shí)記錄泥漿沉降比。1.2.3PAM對(duì)混凝效果的影響取150mL泥漿廢水于若干燒杯中，加入200mg/L混凝劑，再分別投加5、10、15、20、30mg/L的PAM，快速攪拌3min，靜置30min，固液分離后測定上清液濁度和TOC，同時(shí)記錄泥漿沉降比。

2結(jié)果與討論

2.1不同混凝劑及其投加量對(duì)混凝效果的影響?？疾觳煌炷齽┘捌渫都恿繉?duì)泥漿廢水混凝效果的影響，結(jié)果見圖1。由圖1（a）可知，隨著混凝劑投加量的逐漸增大，上清液濁度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢（FeSO4除外），且FeSO4和PAC對(duì)上清液濁度的去除效果總體優(yōu)于PFS。當(dāng)混凝劑投加量為200mg/L時(shí)，F(xiàn)eSO4、PAC混凝處理上清液濁度分別為37.9、38.3NTU，而當(dāng)混凝劑投加量增大至400mg/L時(shí)，除PFS對(duì)上清液濁度去除有所改善外，F(xiàn)eSO4作為混凝劑時(shí)的上清液濁度出現(xiàn)反彈。相比之下，當(dāng)PAC作為混凝劑，投加量分別為200、400mg/L時(shí)，上清液濁度相對(duì)穩(wěn)定，可維持在40NTU以下。由圖1（b）可知，混凝處理對(duì)泥漿廢水TOC同樣具有較好的去除效果。上清液TOC去除率隨著混凝劑投加量的增大而總體呈現(xiàn)出升高趨勢，與FeSO4和PFS相比，PAC對(duì)上清液TOC去除效果最好，PAC投加量為100~400mg/L時(shí)對(duì)TOC的去除率可保持在91%以上。相比之下，F(xiàn)eSO4混凝對(duì)上清液TOC的去除效果最差，TOC去除率約為77%。由此可見，相比于FeSO4和PFS，采用PAC對(duì)泥漿廢水進(jìn)行混凝處理效果最好，當(dāng)PAC投加量為200mg/L時(shí)，混凝上清液濁度可降至38.3NTU，TOC去除率可達(dá)91.5%以上，而繼續(xù)增大PAC投加量對(duì)上清液濁度和TOC的去除效果影響不大，這與劉鵬〔6〕在對(duì)比篩選鋁、鐵和鎂等無機(jī)混凝劑對(duì)油田鉆井廢水混凝處理結(jié)果相似。泥漿廢水主要是由微米級(jí)尺寸、帶負(fù)電荷的礦物質(zhì)組分所形成的分散懸浮體系，PAC溶于水后會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)生成羥基配合物，具有較大的比表面積，且其所攜帶的正電荷有利于與帶有負(fù)電荷的礦物顆粒之間發(fā)生靜電吸附作用，達(dá)到較好的混凝效果〔4〕?？疾觳煌炷齽┘捌渫都恿繉?duì)泥漿沉降比和上清液pH的影響，結(jié)果見表1。由表1可知，PAC對(duì)泥漿廢水混凝固液分離效果相對(duì)較好，當(dāng)PAC投加量為200mg/L，靜置30min后，泥漿廢水沉降比約為66.7%，上清液pH由初始的10.0降至9.0左右，混凝劑的加入會(huì)造成上清液pH的降低，其混凝劑投加量越大，上清液pH降低幅度越大，這主要是由于FeSO4、PAC、PFS本身呈酸性所導(dǎo)致的。因此，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，混凝劑投加量均采用200mg/L進(jìn)行不同工藝參數(shù)的優(yōu)化。2.2初始pH對(duì)混凝效果的影響?？疾炷酀{廢水初始pH對(duì)不同混凝劑混凝效果的影響，結(jié)果見圖2。由圖2（a）可知，隨著初始pH的增大，F(xiàn)eSO4混凝處理后上清液濁度相應(yīng)降低，當(dāng)初始pH從6.0升高至10.0時(shí)，上清液濁度可從95.1NTU降至37.9NTU。相比之下，當(dāng)采用PAC作為混凝劑時(shí)，初始pH對(duì)上清液濁度的去除影響相對(duì)較小，當(dāng)初始pH圖2初始pH對(duì)不同混凝劑混凝效果的影響從6.0升高至10.0時(shí)，上清液濁度從41.5NTU降至38.3NTU。當(dāng)初始pH繼續(xù)從10.0增大至11.0時(shí)，F(xiàn)eSO4和PAC混凝對(duì)上清液濁度去除的影響很小，基本維持穩(wěn)定，且效果優(yōu)于PFS。由圖2（b）可知，PAC對(duì)上清液TOC的去除效果始終優(yōu)于FeSO4和PFS，且初始pH對(duì)其影響較小，在不同pH條件下對(duì)上清液TOC的去除率均可維持在85%以上，表現(xiàn)出較好的混凝效果。通常情況下，無機(jī)鐵鹽混凝劑在pH范圍為4~11時(shí)都會(huì)形成絮體，鐵離子能與水中的氫氧根離子反應(yīng)生成Fe（OH）2和Fe（OH）3膠體，對(duì)泥漿廢水中的膠體物質(zhì)和細(xì)小固體顆粒具有較好的捕集分離作用，且廢水TOC隨著溶液pH的升高而降低〔7〕。無機(jī)鋁鹽混凝劑PAC溶于水后會(huì)反應(yīng)生成〔Al6（OH）14〕4+、〔Al8（OH）15〕3+、〔Al13（OH）34〕5+等高價(jià)帶正電荷的離子，能夠有效地與泥漿廢水中帶有負(fù)電荷的黏土顆粒等發(fā)生電荷中和反應(yīng)，強(qiáng)化混凝效果〔5〕?？疾斐跏紁H對(duì)泥漿沉降比和上清液pH的影響，結(jié)果見表2。由表2可知，當(dāng)初始pH為6.0時(shí)，F(xiàn)eSO4、PAC、PFS混凝處理后泥漿沉降比均最小，分別為61.3%、56.0%、61.3%，這可能是因?yàn)榛炷齽┍旧砩傻臍溲趸锍恋碓谒嵝詶l件下會(huì)發(fā)生分解所導(dǎo)致的。當(dāng)初始pH為10.0時(shí)，不同混凝劑混凝處理后的泥漿沉降比較為接近，而繼續(xù)升高初始pH至11.0時(shí)，對(duì)泥漿沉降比基本無影響。2.3PAM對(duì)混凝上清液濁度、TOC及泥漿沉降比的作用影響。PAM作為助凝劑與無機(jī)鐵鹽或鋁鹽混凝劑聯(lián)用，已被廣泛應(yīng)用于廢水處理中〔8-10〕。為了考察PAM是否能夠進(jìn)一步強(qiáng)化PAC對(duì)泥漿廢水的混凝效果，本研究實(shí)驗(yàn)探討了在PAC投加量為200mg/L和初始pH為10.0時(shí)，不同PAM投加量對(duì)混凝上清液濁度和TOC的去除效果影響，結(jié)果見圖3。圖3PAM對(duì)泥漿廢水混凝效果的影響由圖3可知，當(dāng)PAM投加量從5mg/L升高至20mg/L時(shí)，上清液濁度相應(yīng)從249.7NTU降低至135.7NTU，但對(duì)上清液TOC總體影響不大。隨著PAM投加量繼續(xù)增大至30mg/L，上清液濁度和TOC濃度均出現(xiàn)反彈升高趨勢?？疾霵AM投加量對(duì)泥漿沉降比的影響，結(jié)果見表3。表3PAM投加量對(duì)泥漿沉降比的影響由表3可知，PAM投加量的增大對(duì)泥漿沉降比的影響不顯著，當(dāng)PAM投加量從5mg/L增大至10mg/L時(shí)，泥漿沉降比相應(yīng)從50%降至33.3%，而繼續(xù)增大PAM投加量對(duì)其無影響。綜上所述，通過實(shí)驗(yàn)研究，綜合考慮不同混凝劑對(duì)上清液濁度和TOC去除效果，以及泥漿沉降比的影響，確定泥漿廢水混凝處理最佳參數(shù)條件為：PAC作為混凝劑，PAC投加量為200mg/L，初始pH為10.0（泥漿廢水原始pH，無需調(diào)節(jié)）。在此工藝條件下，混凝處理靜置30min后，上清液濁度可降至38.3NTU，TOC去除率達(dá)91.5%，泥漿沉降比約為66.7%，根據(jù)廠家詢價(jià)，PAC價(jià)格按2600元/t進(jìn)行核算，則PAC藥劑成本約為0.52元/t。需要注意的是，盡管PAM的投加可以有效降低泥漿沉降比，但同時(shí)會(huì)造成上清液濁度大幅度升高，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，投加時(shí)建議投加量為20mg/L。泥漿廢水經(jīng)混凝處理后，上清液pH為9.0左右，可以滿足鉆井作業(yè)用水要求，因此可集中收集進(jìn)行回用，沉淀泥漿經(jīng)脫水后再行資源化處置。

3結(jié)論

（1）對(duì)泥漿廢水進(jìn)行混凝處理不僅能夠加快固液分離，而且可以有效地降低上清液濁度和TOC，相比FeSO4和PFS混凝劑，PAC的混凝效果最好。（2）經(jīng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化確定混凝最佳工藝條件：PAC投加量為200mg/L，泥漿廢水初始pH為10.0，混凝處理靜置30min后，上清液濁度為38.3NTU，TOC去除率為91.5%，泥漿沉降比約為66.7%，PAC藥劑成本約為0.52元/t，具有較好的應(yīng)用可行性。（3）PAM的加入雖然能夠降低泥漿沉降比，但會(huì)導(dǎo)致上清液濁度升高，因此建議在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)需進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)確定是否需要投加PAM。

作者:于冬冬 錢雅潔 劉保江 薛罡 高品 單位:1.東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 2.東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院