廢棄油基泥漿處理方法研究
王嘉麟閏光緒郭紹輝孟苗
(中國石油大學環(huán)境研發(fā)中心．北京102249)
摘要針對廢棄油基泥漿的特點，通過聲化法處理對泥漿中油分進行回收，再加入絮凝劑破壞膠體穩(wěn)定性，使其固液
兩相有效分離。并通過進一步實驗確定處理樣品泥漿的最佳操作參數(shù)。結果表明：通過超聲波與化學破乳劑相結合
的方法，可以有效地對泥漿中的油分進行回收，回收率可達到80％以上，加入絮凝劑后可使剩余的泥、水兩相分離．出
水COD可降到100mg／L以下，透光率達到90％以上，可循環(huán)利用。
關鍵詞廢棄泥漿超聲波除油率絮凝
0 引言
鉆井廢棄泥漿是油井開采過程中產(chǎn)生的固體污
染物。它是一種含有礦物油、酚類化合物及重金屬的
復雜多相體系，其浸出液有較高毒性。油田鉆井生產(chǎn)
每天都要產(chǎn)生大量的廢棄泥漿，鉆井廢泥漿直接排放
會影響到作物生長的營養(yǎng)環(huán)境條件及其品質⋯，長期
堆積會造成地表植被的嚴重破壞，污染土壤和水源，
危及人類的生存。因此，油田鉆井廢棄泥漿的處理，
除了在安全工程方面需要予以重視¨1，在廢棄泥漿的
后續(xù)處理方面也需要更好的方法及工藝。本研究針
對遼河油田油井開采中產(chǎn)生的鉆井泥漿進行綜合性
的處理研究，通過超聲波與化學破乳劑相結合的方法
(聲化法)將廢棄泥漿中的油分進行回收。然后通過混
凝處理將泥水兩相有效分離。
l 實驗原理
1．1聲化法的破乳原理
超聲波對水包油和油包水型乳狀液均可以起到
破乳的作用，并能除去大部分水。其破乳脫水機理是
超聲波作用于乳狀液后，由于油、水等粒子的物性不
同，對超聲波的響應不同，出現(xiàn)油、水等粒子各自集聚
的現(xiàn)象，稱之為位移效應[3】，此效應能促使乳狀結構
破壞，從而促進同種物質微粒凝聚，使得油、水分離加
快H1。其中，超聲波為粒子碰撞提供了積聚的條件，
化學添加劑則為改變表面張力提供了條件。因此，聲
化破乳技術能夠使油水乳狀液在超聲波和化學破乳
劑的聯(lián)合作用下更有效地進行油、水分離。
1．2聲化法的清洗原理
強超聲會在液體中產(chǎn)生聲空化，空化氣泡突然閉
合時發(fā)出的沖擊波可在其周圍產(chǎn)生100 MPa以上的壓
力。對污物層直接進行反復的沖擊，一方面破壞污物
與清洗件表面的吸附，另一方面也會引起污物層的破
壞而脫離清洗件表面并使它們分散于清洗液中。另
外超聲空化在固體和液體界面上所產(chǎn)生的高速微射
流能夠除去或消弱邊界污層，腐蝕固體表面，增加攪
拌作用，加速可溶性污物的溶解，強化化學藥劑的作
用¨1。不同的化學藥劑能獲得不同的清洗效果，主要
與被清洗物的表面性質及附著的污物的性質有關。
1．3絮凝劑的破膠原理
根據(jù)泥漿的穩(wěn)定機理，黏土礦物因晶格取代，使
其表面帶負電荷。在堿性條件下，黏土顆�？膳c水形
成穩(wěn)定的膠體懸浮物分散體系；添加的高分子材料在
堿性條件下電離成帶負電的基團，因分子內電荷的斥
力作用，使分子形態(tài)舒展；同時由于其所帶的負電荷，
當其吸附在黏土顆粒表面時，也可以提高黏土顆粒的
Zeta電位，有利于形成穩(wěn)定的泥漿體系。據(jù)此分析，
破膠劑的選擇方向是陽離子型強電解質。
2實驗部分
2．1泥漿的主要成分分析
實驗中泥漿含水率的測定采用了國家標準的
水一油混合體系含水率的測定方法；含水率測定后，
采用索式提取法¨1測量其中的含油率；剩余的砂和雜
質(含有機物和揮發(fā)性物質)經(jīng)過濾、洗滌、烘干、靜
置，得到分離出的砂，稱重得出泥砂量；泥漿總重與以
上三者的差值即為其他有機物及揮發(fā)性物質的量，實
驗結果見表1。
2．2聲化法除油
取10 g泥漿放入100 nlL燒杯中，加入40 mL水，
在超聲波發(fā)生器中水浴恒溫至65℃，加入破乳劑。攪
拌，反應5 rain；然后在65℃下進行超聲波處理。超聲
頻率為25 kI-Iz，同時繼續(xù)強烈攪拌3ⅡIin。反應完全
環(huán)境工程
2008年8月第26卷第4期
后，靜置，將上層油相去除，考察除油率。
表1廢棄泥漿基本組成
2．2．1破乳劑種類及加量的篩選
分別使用3種破乳劑wY．1、WY．2、wY．3進行聲
化處理，并改變其加量分別為100、150、200、250、
300 mg／L，考察除油率，結果見圖1。
圖l 不同蘞乳刑及其加量與除油犟的關系
從圖l可以看到。wY．2型破乳劑的除油效果最
好，因此采用wY．2聚醚型破乳劑，加量為150 mg／L。
2．2．2不同超聲時間與除油率的關系
分別改變超聲時間為l、3、5、10、15 rain，考察除
油率的變化，結果見圖2。
O．∞
O．75
0．70
鼉0．65
鎣0．60
O．55
O．50
O．45
圈2不同超聲時間與除油率的關系
從圖2可以看出，隨著超聲時間的延長，除油率
有所上升，這是因為超聲作用的時間越長，沖擊波對
黏土顆粒重復作用的次數(shù)越多，使得更多的油微滴從
黏土顆粒上剝落。但當超聲時間超過10 min，除油率
反而會很大程度地下降，而且作用時間越長，能耗也
越大。因此選擇超聲時間為3 lIlin。
2．2．3反應溫度對除油率的影響
改變反應溫度為40、50、60、7b、80℃，考察除油
率的變化，結果見圖3。
圖3不同反應溫度與除油翠的關系
●
從圖3可看到，隨著溫度的升高，除油率會有所上
升，但當溫度升至60℃后，繼續(xù)升高，處理效果反而下
降。這可能是因為溫度過高，使表面活性劑失去了親
水性，從而失去了在油一水界面、固一油界面的吸附能
力，導致表面活性劑不能有效的改變油、水、固三相的
界面張力，不利于將鋪展在黏土顆粒表面的油微滴進
行“卷縮”而除去。因此選擇最佳反應溫度為60℃。
2．2．4不同處理方法的比較
分別對廢棄泥漿進行添加化學破乳劑，超聲波處
理以及聲化法處理，考察其不同效果，見表2。
表2不同處理方法的比較
方法超聲時糊泥，水，wY．z，等善著麓譬
間，t|Iin ℃ g InL(唱。L一“
min ⅡIin ％
化學破乳0 60 5 60 100 0 3 53．6
超聲輻照3 60 5 60 0 5 3 醴．4
聲化處理3 60 5 60 100 5 3 77．8
從表2中可以看到，不投加化學藥劑處理廢棄泥
漿的除油率為68．4％，低于聲化法處理得到的底層
含油率77．8％，這說明化學藥劑對聲化處理具有極
大的強化作用；單純使用化學破乳劑WY．2處理后的
除油率也僅為53．6％�？梢姡ㄟ^超聲波處理可使
油、泥兩相分離更徹底"1。
2．3破膠一絮凝實驗研究
2．3．1無機破膠劑種類的篩選
破膠后廢棄鉆井泥漿中會有較大量的高分子物
質同黏土一同分離出來，因此，破膠劑不宜選用陽離
子高分子材料，主要考慮無機鹽類及無機混凝劑，初
步選A1C13、CaCl2、A12(SO．)3、MgCl2、Fe2(S04)3進行破
膠實驗研究。
12
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取5 g泥加入60 mL的水，聲化法處理除去上層
油相以后，將剩余的泥水混合物混勻，分別加入
1 500Ⅱ19，L的無機混凝劑，攪拌，反應完全后靜置。觀
察沉降現(xiàn)象并考察上清液的COD含量和透光率，見
表3。
表3不同無機混凝劑的破膠效果
從表3中可以看到，用A1C1，和AI：(SO。)，的效果
很好，混凝后上清液澄清，不顯色，且沉降速度快，絮
體大，但是由于氯離子的加入，使用AICI，CaCI：、MgCl：
混凝處理后上清液的COD的含量非常高，不易采用。
綜合考慮，選用A1：(SO．)，作為無機混凝破膠劑。
2．3．2 pH值對無機混凝劑作用效果的研究
取5 g泥加入60 mL水，逐滴加入2 mol／L的硫酸，
調節(jié)其pH值，攪拌混合均勻，各加人1．5 mL 10％的
Al：(so,)，，反應完全后靜置，考察上清液的COD含量
和透光率，分別見圖4、圖5。
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一
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o
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職』
圖4不同pH值與上清液COD的關系
從圖4可以看到，pH值過高或過低，混凝效果都
不好，當pH在6—7時，處理效果較好，上清液COD
濃度可以降到110 ms／L，透光率可以達到將近90％。
機理探討：
圖5 不同pH值與上清液透光率的關系
(1)水解初始階段，由于pH值較低，OH一與三價金
屬離子(Me3+)首先迅速絡合生成單核羥基絡離子。．
(2)聚合階段，隨著pH值升高，水解聚合反應迅
速進行，在兩相鄰單體羥基絡離子問架橋形成共享一
對共同邊的八面體結構的二聚體，此后，OH一與二聚
體或單體進一步水解聚合生成多核羥基絡離子，并繼
續(xù)隨pH值增加，聚合形態(tài)迅速增大。
(3)凝膠一沉淀生成階段，當pH值超過一定數(shù)
值后，生成的高聚形態(tài)逐漸向凝膠沉淀方向轉變，最
后全部轉化成Me(OH)，沉淀凝膠。．
無論在水解的初始階段，還是水解的最后階段無
機混凝劑的處理效果都不理想，只有在水解的某種中
間階段(中間形態(tài))才有比較理想的效果。因此，每種
無機混凝劑都有其適用的pH范圍。使用Al：(S04)，
處理這種廢棄泥漿，適用的pH范圍在6。7。
2．3．3無機混凝劑與有機絮凝劑的協(xié)同作用研究
取5 g泥漿放入100 mL燒杯中，加60 mL水，調
節(jié)pH值在6—7，混合均勻，加入不同量10％的
A12(so,)，，攪拌，再加入0．2 mLl％的PAM，反應完
全，靜置，考察上清液的COD含量和透光率，結果見
圖6、圖7。
圖6協(xié)向作用前后，不同加量的無機混凝劑與
上清液透光率的關系
從圖6可以看到，加入有機高分子絮凝劑PAM
后，處理效果明顯變好。當無機AI：(S04)，加量為
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2008圣F 8月第26卷第4期13
l 500 mg／L時，上清渡COD濃度能降到100 mg／L1)．足-F，
透斃率也麓達到90％以上。當AI：(S04)。避量時，有
機PAM的協(xié)同作用更加明顯。
160
150
500 lO∞ 1500 2000 2500 3000
無機混凝劑加量／(rag·L．1)
圖7協(xié)同作用莉后，不同加量的戈機混凝劑與
上清液COD的關系
祝理探討：
(1)加入AI：(S04)，通過箍縮雙電層，電性中和等
作用，降低了膠體的Zeta電位，膠體小顆粒間的排斥
力減小，相互聚集、降低顆粒表面能的趨勢增強，形成
絮然。
(2)PAM的長分子鏈通過暇附橋連作用鴻j，W以
將小絮體連接在一起，形成的絮體粒徑變大，沉降趨
勢更加明顯，并在絮體下沉過程中，通過絮體的攜掃
作用，攜帶出更多的小絮體，從麗使處理效果更好。
(3)A12(s甌)，搬量不是辯，存在于俸系中觴膠
體顆粒數(shù)量相對于A1：(S04)，過量時存在于體系中
的膠體小顆粒的數(shù)艇更多，而PAM對處于膠體狀態(tài)
的小顆粒沒有絮凝效果。因此A1：(S04)，過量時，加
入PAM處理效采會有更大的改善。
(4)充分實現(xiàn)蘢機低分子陽離子的電性作用和有
機高分子的長分予鏈的作用，可以有效地提高處理
效州果。，
3結論與建議
遺遺聲詫法處理凌棄泥漿，對其巾涵分送行霞
收，通過對各種條件的篩選，得出結論：加水稀釋以
后，加入150 mg／L的wY，2型破乳劑，在60℃下超聲
波處理3 rain，除油率可達到77％以上。
聲優(yōu)法除涵后酶泥漿浸勻加入l 500劃L懿
A1：(S04)，，反應完全詹靜置，上清液的COD濃度達
167 rag／L，透光率達73％，通過對條件的優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)
pH 6—7，并添加大約30 mg／L的PAM詹，處理效果更
佳，上滲液COD濃度達100 mg／L，透斃率達∞％，經(jīng)
處理詹的水可循環(huán)利用。
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控制造紙污染應改變用紙觀念
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近年來，為有效解決造紙工業(yè)污染問題，國家加大產(chǎn)業(yè)結構凋整力度，陸續(xù)淘汰了小規(guī)模嫩產(chǎn)能力的中小企業(yè)．并注重加大
對造紙工業(yè)污染治理的科技投入，逐步加嚴《造紙工業(yè)水溺染物排放標準》。對解決污染問題起到積極作用。但紙制品消費總量
和紙磊產(chǎn)量的不叛增加，使造紙工韭污染物攤敷量占全匿摻放總量的比例鼴離不下，成為制約全國污染減排王攆深入發(fā)展的圭
要囂豢之一。。
市場對商品的囂洙，最終決定著巍灝的生產(chǎn)。我們程溺整造紙工韭產(chǎn)渡敗策的同時，還邋調控紙品生產(chǎn)，減少污染物排救。
就當前而言，改變公眾用紙習慣，減少用紙需求，是調控紙晶生產(chǎn)的一個重黌方面。在辦公用紙方面，如果大部分辦公室采取自
動化辦公，成文之前盡照少用紙，可以節(jié)省至少2／3的辦公用紙；在教科書、教材用紙方面，如果能實現(xiàn)教科書循環(huán)使用，每年可
以減少全國紙制品總避10％的需求量；辯如一些工具書、閱讀書刊如果部分成大部采用電子書刊替代紙版印刷。能減少全國紙制
品總爨15％一20％的瓣求量。以上所鴦假設成為現(xiàn)實，不德霹以獲褥巨大的經(jīng)濟效益和污染敞潦效益，對保護我國匿乏的棟本
炎懿魄將莛弱蘸圾懿露矮�；杖踹@些，鬟要逶遘熱大塞終教彎秀度，零l導瑟眾繇境意諼戇覺酴鞫臻紙鬟念戇轉交，鬟要鬣家裁定
籀波的政策來保障翻挾持，需要各行簸、備階層共同努力去逐步實現(xiàn)。
捕自“中國環(huán)境報”
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環(huán)境工程
2008年8月第26卷第4期
