废弃油基泥浆处理方法研究
王嘉麟闰光绪郭绍辉孟苗
(中国石油大学环境研发中心．北京102249)
摘要针对废弃油基泥浆的特点，通过声化法处理对泥浆中油分进行回收，再加入絮凝剂破坏胶体稳定性，使其固液
两相有效分离。并通过进一步实验确定处理样品泥浆的最佳操作参数。结果表明：通过超声波与化学破乳剂相结合
的方法，可以有效地对泥浆中的油分进行回收，回收率可达到80％以上，加入絮凝剂后可使剩余的泥、水两相分离．出
水COD可降到100mg／L以下，透光率达到90％以上，可循环利用。
关键词废弃泥浆超声波除油率絮凝
0 引言
钻井废弃泥浆是油井开采过程中产生的固体污
染物。它是一种含有矿物油、酚类化合物及重金属的
复杂多相体系，其浸出液有较高毒性。油田钻井生产
每天都要产生大量的废弃泥浆，钻井废泥浆直接排放
会影响到作物生长的营养环境条件及其品质⋯，长期
堆积会造成地表植被的严重破坏，污染土壤和水源，
危及人类的生存。因此，油田钻井废弃泥浆的处理，
除了在安全工程方面需要予以重视¨1，在废弃泥浆的
后续处理方面也需要更好的方法及工艺。本研究针
对辽河油田油井开采中产生的钻井泥浆进行综合性
的处理研究，通过超声波与化学破乳剂相结合的方法
(声化法)将废弃泥浆中的油分进行回收。然后通过混
凝处理将泥水两相有效分离。
l 实验原理
1．1声化法的破乳原理
超声波对水包油和油包水型乳状液均可以起到
破乳的作用，并能除去大部分水。其破乳脱水机理是
超声波作用于乳状液后，由于油、水等粒子的物性不
同，对超声波的响应不同，出现油、水等粒子各自集聚
的现象，称之为位移效应[3】，此效应能促使乳状结构
破坏，从而促进同种物质微粒凝聚，使得油、水分离加
快H1。其中，超声波为粒子碰撞提供了积聚的条件，
化学添加剂则为改变表面张力提供了条件。因此，声
化破乳技术能够使油水乳状液在超声波和化学破乳
剂的联合作用下更有效地进行油、水分离。
1．2声化法的清洗原理
强超声会在液体中产生声空化，空化气泡突然闭
合时发出的冲击波可在其周围产生100 MPa以上的压
力。对污物层直接进行反复的冲击，一方面破坏污物
与清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的破
坏而脱离清洗件表面并使它们分散于清洗液中。另
外超声空化在固体和液体界面上所产生的高速微射
流能够除去或消弱边界污层，腐蚀固体表面，增加搅
拌作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学药剂的作
用¨1。不同的化学药剂能获得不同的清洗效果，主要
与被清洗物的表面性质及附着的污物的性质有关。
1．3絮凝剂的破胶原理
根据泥浆的稳定机理，黏土矿物因晶格取代，使
其表面带负电荷。在碱性条件下，黏土颗粒可与水形
成稳定的胶体悬浮物分散体系；添加的高分子材料在
碱性条件下电离成带负电的基团，因分子内电荷的斥
力作用，使分子形态舒展；同时由于其所带的负电荷，
当其吸附在黏土颗粒表面时，也可以提高黏土颗粒的
Zeta电位，有利于形成稳定的泥浆体系。据此分析，
破胶剂的选择方向是阳离子型强电解质。
2实验部分
2．1泥浆的主要成分分析
实验中泥浆含水率的测定采用了国家标准的
水一油混合体系含水率的测定方法；含水率测定后，
采用索式提取法¨1测量其中的含油率；剩余的砂和杂
质(含有机物和挥发性物质)经过滤、洗涤、烘干、静
置，得到分离出的砂，称重得出泥砂量；泥浆总重与以
上三者的差值即为其他有机物及挥发性物质的量，实
验结果见表1。
2．2声化法除油
取10 g泥浆放入100 nlL烧杯中，加入40 mL水，
在超声波发生器中水浴恒温至65℃，加入破乳剂。搅
拌，反应5 rain；然后在65℃下进行超声波处理。超声
频率为25 kI-Iz，同时继续强烈搅拌3ⅡIin。反应完全
环境工程
2008年8月第26卷第4期
后，静置，将上层油相去除，考察除油率。
表1废弃泥浆基本组成
2．2．1破乳剂种类及加量的筛选
分别使用3种破乳剂wY．1、WY．2、wY．3进行声
化处理，并改变其加量分别为100、150、200、250、
300 mg／L，考察除油率，结果见图1。
图l 不同蔹乳刑及其加量与除油犟的关系
从图l可以看到。wY．2型破乳剂的除油效果最
好，因此采用wY．2聚醚型破乳剂，加量为150 mg／L。
2．2．2不同超声时间与除油率的关系
分别改变超声时间为l、3、5、10、15 rain，考察除
油率的变化，结果见图2。
O．∞
O．75
0．70
鼍0．65
蓥0．60
O．55
O．50
O．45
圈2不同超声时间与除油率的关系
从图2可以看出，随着超声时间的延长，除油率
有所上升，这是因为超声作用的时间越长，冲击波对
黏土颗粒重复作用的次数越多，使得更多的油微滴从
黏土颗粒上剥落。但当超声时间超过10 min，除油率
反而会很大程度地下降，而且作用时间越长，能耗也
越大。因此选择超声时间为3 lIlin。
2．2．3反应温度对除油率的影响
改变反应温度为40、50、60、7b、80℃，考察除油
率的变化，结果见图3。
图3不同反应温度与除油翠的关系
●
从图3可看到，随着温度的升高，除油率会有所上
升，但当温度升至60℃后，继续升高，处理效果反而下
降。这可能是因为温度过高，使表面活性剂失去了亲
水性，从而失去了在油一水界面、固一油界面的吸附能
力，导致表面活性剂不能有效的改变油、水、固三相的
界面张力，不利于将铺展在黏土颗粒表面的油微滴进
行“卷缩”而除去。因此选择最佳反应温度为60℃。
2．2．4不同处理方法的比较
分别对废弃泥浆进行添加化学破乳剂，超声波处
理以及声化法处理，考察其不同效果，见表2。
表2不同处理方法的比较
方法超声时糊泥，水，wY．z，等善著麓譬
间，t|Iin ℃ g InL(唱。L一“
min ⅡIin ％
化学破乳0 60 5 60 100 0 3 53．6
超声辐照3 60 5 60 0 5 3 醴．4
声化处理3 60 5 60 100 5 3 77．8
从表2中可以看到，不投加化学药剂处理废弃泥
浆的除油率为68．4％，低于声化法处理得到的底层
含油率77．8％，这说明化学药剂对声化处理具有极
大的强化作用；单纯使用化学破乳剂WY．2处理后的
除油率也仅为53．6％。可见，通过超声波处理可使
油、泥两相分离更彻底"1。
2．3破胶一絮凝实验研究
2．3．1无机破胶剂种类的筛选
破胶后废弃钻井泥浆中会有较大量的高分子物
质同黏土一同分离出来，因此，破胶剂不宜选用阳离
子高分子材料，主要考虑无机盐类及无机混凝剂，初
步选A1C13、CaCl2、A12(SO．)3、MgCl2、Fe2(S04)3进行破
胶实验研究。
12
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取5 g泥加入60 mL的水，声化法处理除去上层
油相以后，将剩余的泥水混合物混匀，分别加入
1 500Ⅱ19，L的无机混凝剂，搅拌，反应完全后静置。观
察沉降现象并考察上清液的COD含量和透光率，见
表3。
表3不同无机混凝剂的破胶效果
从表3中可以看到，用A1C1，和AI：(SO。)，的效果
很好，混凝后上清液澄清，不显色，且沉降速度快，絮
体大，但是由于氯离子的加入，使用AICI，CaCI：、MgCl：
混凝处理后上清液的COD的含量非常高，不易采用。
综合考虑，选用A1：(SO．)，作为无机混凝破胶剂。
2．3．2 pH值对无机混凝剂作用效果的研究
取5 g泥加入60 mL水，逐滴加入2 mol／L的硫酸，
调节其pH值，搅拌混合均匀，各加人1．5 mL 10％的
Al：(so,)，，反应完全后静置，考察上清液的COD含量
和透光率，分别见图4、图5。
乒
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暑。
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职』
图4不同pH值与上清液COD的关系
从图4可以看到，pH值过高或过低，混凝效果都
不好，当pH在6—7时，处理效果较好，上清液COD
浓度可以降到110 ms／L，透光率可以达到将近90％。
机理探讨：
图5 不同pH值与上清液透光率的关系
(1)水解初始阶段，由于pH值较低，OH一与三价金
属离子(Me3+)首先迅速络合生成单核羟基络离子。．
(2)聚合阶段，随着pH值升高，水解聚合反应迅
速进行，在两相邻单体羟基络离子问架桥形成共享一
对共同边的八面体结构的二聚体，此后，OH一与二聚
体或单体进一步水解聚合生成多核羟基络离子，并继
续随pH值增加，聚合形态迅速增大。
(3)凝胶一沉淀生成阶段，当pH值超过一定数
值后，生成的高聚形态逐渐向凝胶沉淀方向转变，最
后全部转化成Me(OH)，沉淀凝胶。．
无论在水解的初始阶段，还是水解的最后阶段无
机混凝剂的处理效果都不理想，只有在水解的某种中
间阶段(中间形态)才有比较理想的效果。因此，每种
无机混凝剂都有其适用的pH范围。使用Al：(S04)，
处理这种废弃泥浆，适用的pH范围在6。7。
2．3．3无机混凝剂与有机絮凝剂的协同作用研究
取5 g泥浆放入100 mL烧杯中，加60 mL水，调
节pH值在6—7，混合均匀，加入不同量10％的
A12(so,)，，搅拌，再加入0．2 mLl％的PAM，反应完
全，静置，考察上清液的COD含量和透光率，结果见
图6、图7。
图6协向作用前后，不同加量的无机混凝剂与
上清液透光率的关系
从图6可以看到，加入有机高分子絮凝剂PAM
后，处理效果明显变好。当无机AI：(S04)，加量为
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l 500 mg／L时，上清渡COD浓度能降到100 mg／L1)．足-F，
透毙率也麓达到90％以上。当AI：(S04)。避量时，有
机PAM的协同作用更加明显。
160
150
500 lO∞ 1500 2000 2500 3000
无机混凝剂加量／(rag·L．1)
图7协同作用莉后，不同加量的戈机混凝剂与
上清液COD的关系
祝理探讨：
(1)加入AI：(S04)，通过箍缩双电层，电性中和等
作用，降低了胶体的Zeta电位，胶体小颗粒间的排斥
力减小，相互聚集、降低颗粒表面能的趋势增强，形成
絮然。
(2)PAM的长分子链通过暇附桥连作用鸿j，W以
将小絮体连接在一起，形成的絮体粒径变大，沉降趋
势更加明显，并在絮体下沉过程中，通过絮体的携扫
作用，携带出更多的小絮体，从丽使处理效果更好。
(3)A12(s瓯)，搬量不是辩，存在于俸系中觞胶
体颗粒数量相对于A1：(S04)，过量时存在于体系中
的胶体小颗粒的数艇更多，而PAM对处于胶体状态
的小颗粒没有絮凝效果。因此A1：(S04)，过量时，加
入PAM处理效采会有更大的改善。
(4)充分实现茏机低分子阳离子的电性作用和有
机高分子的长分予链的作用，可以有效地提高处理
效州果。，
3结论与建议
遗遗声诧法处理凌弃泥浆，对其巾涵分送行霞
收，通过对各种条件的筛选，得出结论：加水稀释以
后，加入150 mg／L的wY，2型破乳剂，在60℃下超声
波处理3 rain，除油率可达到77％以上。
声优法除涵后酶泥浆浸匀加入l 500划L懿
A1：(S04)，，反应完全詹静置，上清液的COD浓度达
167 rag／L，透光率达73％，通过对条件的优化，发现
pH 6—7，并添加大约30 mg／L的PAM詹，处理效果更
佳，上渗液COD浓度达100 mg／L，透毙率达∞％，经
处理詹的水可循环利用。
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E—mall mengm2002@gohoo．corn．cn
控制造纸污染应改变用纸观念
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近年来，为有效解决造纸工业污染问题，国家加大产业结构凋整力度，陆续淘汰了小规模嫩产能力的中小企业．并注重加大
对造纸工业污染治理的科技投入，逐步加严《造纸工业水溺染物排放标准》。对解决污染问题起到积极作用。但纸制品消费总量
和纸磊产量的不叛增加，使造纸工韭污染物摊敷量占全匿掺放总量的比例鼹离不下，成为制约全国污染减排王撵深入发展的圭
要嚣豢之一。。
市场对商品的嚣洙，最终决定著巍灏的生产。我们程溺整造纸工韭产渡败策的同时，还邋调控纸品生产，减少污染物排救。
就当前而言，改变公众用纸习惯，减少用纸需求，是调控纸晶生产的一个重黉方面。在办公用纸方面，如果大部分办公室采取自
动化办公，成文之前尽照少用纸，可以节省至少2／3的办公用纸；在教科书、教材用纸方面，如果能实现教科书循环使用，每年可
以减少全国纸制品总避10％的需求量；辩如一些工具书、阅读书刊如果部分成大部采用电子书刊替代纸版印刷。能减少全国纸制
品总爨15％一20％的瓣求量。以上所鸯假设成为现实，不德霹以获褥巨大的经济效益和污染敞潦效益，对保护我国匿乏的栋本
炎懿魄将莛弱蘸圾懿露矮。徽弱这些，鬟要逶遘热大塞终教弯秀度，零l导瑟众繇境意谖戆觉酴鞫臻纸鬟念戆转交，鬟要鬣家裁定
籀波的政策来保障翻挟持，需要各行簸、备阶层共同努力去逐步实现。
捕自“中国环境报”
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2008年8月第26卷第4期
