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探究铁碳微电解法处理油田钻井废水

文档作者：关正昊1 刘嘉康1 马锐1 关涛2 文档来源： 1.东北石油大学地球科学学院 2.中国石油大连润滑油分公司		点击数：	更新时间： 2024年08月08日
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Chenmical Intermediate
60 当代化工研究 绿色化工 2017·02
探究铁碳微电解法处理油田钻井废水
＊关正昊1　刘嘉康1　马锐1　关涛2
（1.东北石油大学地球科学学院 黑龙江 163000
2.中国石油大连润滑油分公司 辽宁 116021）
摘要：近年来，铁碳微电解法在废水处理领域得到了较好的应用。基于这种认识，本文以油田钻井废水为研究对象，开展了利用铁碳微电
解法处理油田钻井废水的实验。实验结果表明，在铁碳比例为1:1、溶液pH值为3.2、铁碳投加量为0.8kg/L和150min的反应时间下，使用铁
碳微电解法进行700mL油田钻井废水处理，能够使废水COD浓度由586.42mg/L降低至174.46mg/L，从而使废水中有机污染物得到有效去除。
关键词：铁碳微电解法；油田钻井；废水处理
中图分类号：T 文献标识码：A
Discussion of Oilfield Drilling Wastewater Treatment by Iron-Carbon Micro-Electrolysis Technology
Guan Zhenghao 1, Liu Jiakang 1, Ma Rui 1, Guan Tao 2
（1.School of Earth Sciences, Northeast Petroleum University, Heilongjiang, 163000
2.PetroChina Dalian Lubricating Oil Branch Office, Liaoning, 116021）
Abstract：Recently, the iron-carbon micro-electrolysis technology has a better application in the field of wastewater treatment, on which
cognition, this paper has developed the experiment of making use of iron-carbon micro-electrolysis technology to process the oilfield drilling,
wastewater. The result has shown that under the condition that iron-carbon proportion 1:1, pH value of solution 3.2, iron-carbon dosage 0.8kg/L and
reaction time 150min, use the iron-carbon micro-electrolysis technology to take the 700mL oilfield drilling wastewater treatment, which can reduce the
wastewater COD concentration from 586.42mg/L to 174.46mg/L, so that to remove the organic pollutant in wastewater effectively.
Key words：iron-carbon micro-electrolysis technology；oilfield drilling；wastewater treatment
引言
随着环境污染的逐渐加重，高浓度工业的有机废水处理
问题也引起了人们的重视。而油田钻井废水拥有COD浓度
高、组分复杂和色度高等特点，所以废水的处理更具难度。
但由于油田钻井废水量较大，所以还要确保废水处理达标。
针对这一情况，还应加强油田钻井废水处理方法的研究和探
索，以便更好的推动油田企业的发展。
1.铁碳微电解法的原理分析
采用铁碳微电解法进行废水处理，将使用废铁屑和碳
为反应原材料，并利用二者电位差进行金属离子的还原，从
而使废水中的重金属离子、苯胺和苯酚等物质发生沉淀或被
吸附，进而使溶液中胶体态和悬浮状的污染物得到去除。从
反应原理上来看，在反应时需要将经过活化处理的铁屑及碳
放入到含有酸性电解质的水溶液中，从而构成腐蚀电池。而
电池的阳极会产生具有较高活性的二价铁离子，并在酸性溶
液中起到降解有机物的作用。铁离子的不断产生，能够使阳
极极化作用得到克服，并使溶液保持较高化学还原性。电极
产生的[H]，则能与较多组分发生氧化还原，从而使发色和
助色基团得到破坏，继而使废水得到脱色处理。在铁碳构成
的电池中，将有较多小电场产生，从而促使废水中有机物及
重金属离子发生氧化还原和电絮凝反应。在电场效应的作用
下，溶液中胶体的稳定体系也将得到破坏，分离出的离子则
将吸附在电极上或沉淀。就目前来看，铁碳微电解法已经在
各种废水的处理中得到了应用，不仅能够获得较好的废水处
理效果，还能有效降低废水处理成本，具有投资少、操作简
便等多种优势。
2.利用铁碳微电解法处理油田钻井废水
自上世纪70年代出现以来，铁碳微电解法就引起了人
们的注意。在80年代引入国内后，铁碳微电解法在石化废
水、印染废水和造纸废水等多种废水的处理中得到了应用，
并且取得了较好的废水处理效果。这些废水大多具有较高
COD浓度，并且废水中含有较多的重金属。而油田钻井废
水也具有COD浓度高和重金属含量大等特点，所以可以尝
试使用铁碳微电解法进行废水处理。但是考虑到油田钻井废
水还具大量油类污染物和悬浮物等物质，所以还要确定采用
铁碳微电解法处理该种废水能够取得的效果。此外，还要进
行铁碳微电解法使用条件的确认，以确保方法的使用能够给
油田企业带来一定的经济效益。因此，还要开展利用铁碳微
电解法处理油田钻进废水的实验，以便通过实验确定废水处
理效果，并得到最佳的铁碳投加量、铁碳比例、反应时间和
溶液pH值等参数，进而获得更好的废水处理效果。
(1)油田钻井废水特性
从组成上来看，油田钻井废水包含压裂液、钻井废水
和试油废水。在油田开发初期，冲洗钻井设备的废水和部分
地层水将随着钻具被排出，其中包含较多的COD、石油类
和pH值，具有COD浓度高、pH值高、色度高和稳定性高等
特征，难以进行生化降解。随着钻井周期的延长，废水中又
会含有大量的油类污染物和钻井液，而钻井液中不仅包含黏
土、添加剂等物质，还包含固体颗粒状的钻井岩屑。此时，
钻井废水具有COD浓度高、pH偏碱性、粘度大、悬浮物和
石油类含量高等特点。就目前来看，国内在油田钻井废水处
理方面，主要采用了活性炭吸附、混凝沉淀、生物降解等技
术手段。采用活性炭吸附法，仅仅能够通过吸附和过滤进行
污染物和水体的分离，无法改变废水化学成分，所以获得的
处理效果有限。采用混凝沉淀法，就是利用化学药剂使废水
中的污染物凝聚和沉淀。采用生物降解法，则是利用生物消
万方数据
2017·02 绿色化工 Chenmical Intermediate 61
当代化工研究
化作用进行废水中污染物的降解，可以凭借生物作用将废水
中有机物转化为甲烷和二氧化碳等，从而实现水质的净化。
但就目前来看，钻井废水处理由于具有成分复杂的特点，所
以一直是困扰油田开采企业发展的一大问题。
(2)实验材料
为研究利用铁碳微电解法处理油田钻井废水能够取得的
效果，还要选用某油田钻井废水预处理后的出水为实验用废
水。经过检测，该种废水的COD浓度可达586.42mg/L，pH
值为8.35，石油类浓度为1.20mg/L，色度则为20倍。实验
使用的铁碳材料为柱状活性碳和某加工车间的铁屑，使用的
试剂均为分析纯，包含浓硫酸、硫酸亚铁、重铬酸钾、硫酸
汞、盐酸、无水乙醇等。
(3)实验方法
在实验前，需要完成材料的预处理。具体来讲，就是利
用3.5%稀硫酸溶液进行废铁屑处理，需浸泡3h，从而使铁
屑表面的氧化物得到去除。将浸泡完的铁屑取出后，还要利
用15%氢氧化钠溶液进行表面清洗，清洗时间为15min，然
后使用蒸馏水将铁屑洗净。在处理活性炭时，需要将其放入
到废水中浸泡20min，并直至碳吸附饱和。在开展微电解实
验时，还要按照一定的比例进行预处理得到的活性炭和铁屑
的称量，然后进行均匀混合。将混合好的铁碳装入微电解反
应装置后，还要进行废水酸度的调节，然后将调节好的废水
倒入装置。在微电解反应过程中，还要完成反应体系pH值
的实时检测，并确保其保持稳定。每隔半小时，则要完成一
次水样采集。反应完成后，需要利用氢氧化钠进行废水pH
值的调节，然后进行废水过滤，并对滤液进行水质检测。在
实验过程中，需要使用精密pH计进行pH值测定，并利用红
外分光测油仪完成石油类含量的测定。此外，在废水COD
浓度测定上，可使用重铬酸钾法。
(4)实验结果
①铁碳量对处理效果的影响
从实验结果来看，在废水量固定为700mL的条件下，
改变铁碳投加量获得的废水处理效果并不相同。在铁碳比
例为1:1，电解液pH值为3.2的情况下，在微电解反应达到
150min后进行测定可以发现，在铁碳投加量分别为0.4、0.6、
0.8、1.0和1.2kg/L时，废水COD的去除率分别为30.2%、
59.7%、70.3%、72.8%和75.4%。由此可见，随着铁碳
投加量的不断增多，废水的COD去除率也在不断提高。
从0.4kg/L提升至0.8kg/L时，COD去除效果得到了明显改
善，去除率增加了约40%。而在铁碳投加量超过0.8kg/L
后，COD去除率并未出现较大幅度的变化。所以从废水处
理效果和经济性角度考虑，0.8kg/L为最佳的铁碳投加量。
除了铁碳投加量，铁碳质量比也将对废水处理效果产
生影响。从实验情况来看，取0.8kg/L的铁碳投加量，并且
在电解液pH值为3.2的情况下，在微电解反应达到150min
后进行测定，可以发现在铁碳比例分别达到2:1、1:1和1:2
时，COD去除率依次为43.2%、70.3%和80.4%。由此可
见，废水处理效果受到铁碳比例的影响较大，在铁碳比例不
断减小的情况下，废水中COD去除率则得到了提高。从2:1
降低至1:1时，COD去除效果得到了明显改善，去除率增加
了约27%。而在铁碳比例降低至1:1以下后，COD去除率并
未出现较大幅度的变化。所以从废水处理效果和经济性角度
考虑，1:1为最佳的铁碳比例。
②溶液酸碱性对处理效果的影响
将铁碳比例设定为1:1，投加量设定为0.8kg/L后，通过改变
溶液pH值，也能使废水处理效果得到改善。在其它条件均相同
的情况下，将溶液pH值分别调节为2.5、3.2、4.1、5.3、6.2，
然后在反应150min后进行测定可以发现，得到的COD去除率依
次为80.4%、70.3%、51.3%、29.9%和15.1%。分析实验结果
可知，随着电解液pH值的逐渐增大，COD去除效果逐渐变
差。出现这一情况，主要是由于微电解反应在酸性溶液中
拥有更大的速率。同时，酸性溶液能够使阳极的极化作用得
到克服，从而反应得到更多的亚铁离子，进而使铁的电化学
腐蚀作用得到增强，所以能使废水得到更好的处理。但是，
如果一味降低溶液pH值，就要在废水处理中投入更多的酸
液，并且在反应后利用更多的碱液进行得到的液体的调节。
因此，采取降低溶液pH值的措施，将导致油田钻井废水的
处理成本增加，并导致微电解填料遭到大量消耗，继而导致
更多污泥的产生。所以，为了给油田钻井废水的处理提供便
利，并降低废水处理成本，还要将溶液pH设定为3.2。
③反应时间对处理效果的影响
在油田钻井废水处理的过程中，还要对处理时间进行
控制。在实验中，将铁碳比例设定为1:1，投加量设定为
0.8kg/L，溶液pH设定为3.2后，对不同反应时间下的废水
COD去除率进行测定，则可以进行最佳反应时间的确定。
观察实验结果可以发现，随着反应时间的延长，废水处
理效果也明显得到了提高。在微电解反应时间达到150min
时，废水COD去除率已经达到了70.3%。在反应时间由0变
化至150min的过程中，COD去除率提升幅度较大，呈现出明
显的上升趋势。而反应时间由150min延长至180min的过程
中，COD去除率提升幅度有限，最终去除率仅达到了75.6%。
由此可见，经过了150min的反应，铁碳微电解反应已经接
近饱和，通过增加反应时间无法达到更好的处理效果。因
此，综合考虑废水处理需求和经济因素，可以将150min设
定为最佳的反应时间。
3.结论
通过研究可以发现，利用铁碳微电解法进行油田钻井废
水的处理，能够取得较好的废水处理效果。综合考虑废水处
理需求和经济因素，可以得到最佳的反应条件，即1:1的铁碳
比例、0.8kg/L铁碳投加量、pH值为3.2的溶液、150min的反
应时间。在该条件下进行700mL油田钻井废水处理，能够使
废水COD浓度由586.42mg/L降低至174.46mg/L，能够使废水
中有机污染物得到有效去除，从而使废水的后续深度处理更
加容易。因此，油田开发企业可以尝试引入铁碳微电解法进
行钻井废水的处理，以便为废水达标排放提供更多的保障。
•【参考文献】
[1]马丹丹,李立春,王玉洁等.铁碳微电解法在实际处理染料废
水中的应用[J].天津化工,2016,02:32-35.
[2]刘智峰.铁碳微电解法处理铅锌冶炼废水的研究[J].杭州化
工,2014,03:19-22.
[3]王顺武,李子旺,赵晓非等.微电解—Fenton氧化—絮凝组合工
艺处理油田压裂废水[J].化工环保,2016,04:434-438.
•【作者简介】
关正昊（1996~），男，东北石油大学地球科学学院；研究方
向： 含油污水的化学处理。
((责任编辑孔凡念)

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