含油钻屑热脱附废水回用处理实验

含油钻屑热脱附废水回用处理实验

王茂仁 1,2 时汉峰 2 黄启飘 2

克拉玛依市金鑫科技有限公司， 新疆 克拉玛依 834000

克拉玛依金鑫油田环保工程有限公司， 新疆 克拉玛依 834000

摘要：为了探索含油钻屑热脱附废水回用于自身工艺的循环水和喷淋水，针对该废水中的悬浮物、还原性有机物筛选了氧化剂和混凝剂，实验结果表明：废水中加入10% H₂O₂+2%Fe²⁺+5% Ca(OH)₂+3%PAC，经过滤后，悬浮物、含油率都小于20mg/L，颜色清澈，满足本工艺回用要求，具有良好的应用前景。

关键词：热脱附、废水、悬浮物、氧化剂、混凝剂

含油钻屑热脱附是通过间接对含油岩屑加热至不高于600℃，将基础油（白油或柴油）与钻屑分离，实现基础油回收，化学助剂无害化，钻屑转为达标的还原土的一种处理技术^[1]，目前应用广泛。热脱附过程中含油钻屑中的基础油、水及遇高温挥发的有机物在一定温度下转化为热脱附蒸汽，需要冷凝才能实现油的回收。通常用循环水与热脱附蒸汽直接换热冷凝，换热效率高、不易堵塞管道，但含油钻屑中的水份，进入到循环水中，产生多余的废水。热脱附废水经除油、固液分离，降低还原性有机物和悬浮物后，资源化回用于循环水或用于还原土降温、降尘，筛选氧化、絮凝处理药剂，可为生产实践和进一步研究提供参考。

1 实验材料与方法

（1）热脱附废水

含油钻屑热脱附废水来自于克拉玛依金鑫公司含油钻屑热脱附项目，废水呈亮黄色（见图1），pH值6.98，悬浮物1086mg/L、含油率452 mg/L。

图1热脱附废水图片

（2）主要化学试剂：氯酸钠（NaClO）、高锰酸钾（KMnO₄）、双氧水（H₂O₂）、硫酸亚铁（FeSO₄）、聚合氯化铝（PAC）、氢氧化钙（Ca(OH)₂），均为分析纯，市售。

（3）实验方法

第一步：氧化剂筛选，取200mL废水于3个烧杯中，分别向3个烧杯中分别加入3%的NaClO、KMnO₄以及H₂O₂+Fe²⁺（Fenton试剂）进行预处理，搅拌10min后静置沉降，观察色度变化，色度变化越大，表明发生的反应越剧烈，进一步加入2%PAC，搅拌均匀后静止10min,测量固液分层后析出水的量，析出水量越大，其效果越好。

第二步：氧化剂加量筛选，取200mL废水于烧杯中，在上一步筛选出的氧化剂的基础上，对氧化剂的加量梯度进行实验，搅拌均匀后，加入3%-5%Ca(OH)₂, 搅拌均匀后静止10min,测量固液分层后析出水的量，析出水量越大，其效果越好。

第三步：混凝剂加量筛选：在第二步基础上，对PAC的不同加量进行实验，搅拌均匀后静止10min,测量固液分层后析出水的量，析出水量越大，其效果越好。

2 实验结果讨论

（1）氧化剂的筛选

图2热脱附废水加药后图片

（从左至右依次为加入了NaClO、KMnO₄、H₂O₂+Fe²⁺、KMnO₄+PAC、H₂O₂+Fe²⁺+PAC）

由图2可以看出，加入NaClO的烧杯内废水颜色几乎无变化，没有发生反应，H₂O₂+Fe²⁺反应比KMnO₄激烈，但都没有明显的固液分层。在后2个烧杯中加入了PAC混凝剂后，H₂O₂+Fe²⁺（Fenton试剂）所在的烧杯中固液分离后析出水的量较大，且水质相对透明。因此，氧化剂选用H₂O₂+Fe²⁺（Fenton试剂）。

（2）氧化剂加量优化

由Fenton试剂的作用机理可知，除去氧化物的有效基团为羟基自由基，但H₂O₂、Fe²⁺、OH^-都影响羟基自由基的产生^[2]，从而影响其对废水的处理效果。采用不同加量比例：1% H₂O₂+1% Fe²⁺（1^#）、2% H₂O₂+1% Fe²⁺（2^#）、3% H₂O₂+1% Fe²⁺（3^#）、4%H₂O₂+1% Fe²⁺（4^#）、5% H₂O₂+1% Fe²⁺（5^#），加入3%Ca(OH)₂，将pH控制在6～9，优选最佳加量，结果见图3。

图3热脱附废水变化（从左至右依次为1^#、2^#、3^#、4^#、5^#）

由图3可以看出，虽然烧杯中水体都明显出现了分层，但是出水浑浊不清澈，说明氧化不彻底，氧化剂加量不够，需要增大氧化剂的加量。

改变配比为：2% H₂O₂+2% Fe²⁺（6^#）、4% H₂O₂+2% Fe²⁺（7^#）、6% H₂O₂+2% Fe²⁺（8^#）、8% H₂O₂+2% Fe²⁺（9^#）、10% H₂O₂+2% Fe²⁺（10^#）进行氧化处理，搅拌10分钟后，加入5% Ca(OH)₂，将pH调节到6～9，效果见图4。

图4脱附废水变化（从左至右依次为6^#、7^#、8^#、9^#、10^#）

由图4可以看出，随着Fenton试剂比例加量的不断增加，出水越来越清澈，当加量到达10% H₂O₂+2%Fe²⁺的时候，出水最清澈。

（3）混凝处理

图5加入PAC后热脱附废水变化（从左至右加量依次为1%、2%、3%、4%、5%）

由图5可以看出，加入氧化剂和混凝剂PAC后，烧杯内废水分为上中下三层，上层为气泡状漂浮絮体，中间为水层，底部为泥状物。从左至右，随着PAC混凝加量从1%开始逐渐增大，中间水层的水质逐渐清澈明亮，透光性好，悬浮物5～15mg/L，含油率2～8.6 mg/L，可适用于回用于循环或还原土喷淋水。当加量达到3%以后，水层的体积由50%开始下降，当加量达到5%的时候，出水量下降到30%，水量减少，综合考虑水的透明度和出水量，选择混凝剂PAC加量为3%。

3 结论与建议

根据初步实验，含油钻屑热脱附后废水回用处理药剂配方为： 10% H₂O₂+2%Fe²⁺+5% Ca(OH)₂+3%PAC。

从生产实践角度，含油钻屑热脱附废水回用可以减少新鲜水的使用，降低废水处理量。若达到工业化利用，需从经济和简便等实用性角度，后续从工艺流程、药剂配方、成本控制等方面进行更系统性研究。

参考文献

[1] 刘宇程,王茂仁,李永刚,等.油基岩屑热脱附处理工艺参数优化[J].环境工程学报，2020, 14(6): 1639-1648.

[2] 张先,刘熙璘,花昱伉,等.芬顿试剂氧化工艺深度处理焦化废水及其出水水质研究[J].煤质技术,2021,36(01):43-48+57.

作者简介：王茂仁（1982— ），男，高级工程师，主要从事油田化学和油田固液废弃物环保治理工作。