綠色化學(xué)技術(shù)在油田壓裂廢液處理中的原理與應(yīng)用

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1、綠色化學(xué)技術(shù)在油田壓裂廢液處理中的原理與應(yīng)用　　綠色化學(xué)技術(shù)很有必要應(yīng)用在油田壓裂廢液的處理中。在論述油田壓裂廢液的危害和綠色化學(xué)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，簡要介紹了幾種處理油田壓裂廢液的綠色化學(xué)技術(shù)：高鐵酸鹽氧化法，臭氧氧化法，芬頓試劑氧化法，光催化氧化，電化學(xué)法，超聲法，混凝法和吸附法。重點(diǎn)討論了綠色化學(xué)技術(shù)在油田壓裂廢液處理的原理和應(yīng)用效果，并對其在油田壓裂廢液處理方面進(jìn)行了展望?！　∮吞飰毫鸭夹g(shù)在油氣井增產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，該技術(shù)在應(yīng)用于剩余油的潛力發(fā)掘和致密油開采中效果明顯，壓裂技術(shù)主要是把壓裂液強(qiáng)行注入含油地層后使得

2、地層產(chǎn)生裂縫，因而更多的石油會流入生產(chǎn)井，使得油田實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。而壓裂液隨后需外排，稱之為壓裂廢液，其特點(diǎn)為COD值高，懸浮物含量高，礦化度高和高粘度等[1]?！　?壓裂廢液的危害及主要處理方法　　水基壓裂液在常規(guī)壓裂作業(yè)中應(yīng)用最為普遍，生產(chǎn)作業(yè)完成后所產(chǎn)生的壓裂廢液中主要含有有機(jī)物例如胍爾膠和酚類、石油類、陰離子例如氯離子及各種添加劑等，與此同時大部分廢液中含有大量未處理原油、醛類及胺類等有害物質(zhì)，這些決定了其內(nèi)在污染物的成份復(fù)雜，并且比較穩(wěn)定難以降解[2]。如果不經(jīng)過有效處理措施即排出其中的難降解物質(zhì)就會對周圍環(huán)境

3、，地表水系，農(nóng)作物，大氣環(huán)境等造成嚴(yán)重污染。與此同時大量含有重金屬離子的廢水會進(jìn)入大自然，對生態(tài)系統(tǒng)和水資源的破壞無法恢復(fù)，因此采取措施降低其污染程度是勢在必行。　　處理壓裂廢液的方法主要有化學(xué)氧化法，絮凝沉淀法，過濾/吸附法，光催化氧化，電催化氧化，F(xiàn)enton氧化和超聲波氧化等。其中化學(xué)氧化中主要使用的氧化劑包括臭氧、次氯酸鹽、高錳酸鉀、高鐵酸鉀、過氧化氫、二氧化氯和氯氣?！　?綠色化學(xué)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)　　美國化學(xué)會提出綠色化學(xué)這一概念，目前已經(jīng)在世界得到廣泛的支持和響應(yīng)。根本理念為在源頭上利用化學(xué)原理減少或進(jìn)一步消

4、除工業(yè)或工業(yè)化工生產(chǎn)對環(huán)境的污染;期望將反應(yīng)物的原子100%轉(zhuǎn)化為理想終產(chǎn)物。綠色化學(xué)應(yīng)用和具體實(shí)施在化工生產(chǎn)中更為普遍，綠色化學(xué)技術(shù)在處理全球污染問題上占有重要地位，旨在減少甚至完全消除不利于人類健康和環(huán)境的反應(yīng)原料的使用，反應(yīng)過程的利用，從而在根本上減少或消除污染的化學(xué)技術(shù)[3]。　　3綠色化學(xué)技術(shù)在壓裂廢液處理中的應(yīng)用　　3.1高鐵酸鹽氧化法　　一般認(rèn)為高鐵酸鹽在水中分解方程為　　FeO42-+8H++3e→Fe3++4H2O(1)　　FeO42-+4H2O+3e→Fe(OH)3+5OH-(2)　　2FeO4

5、2-+3H2O→2FeO(OH)+(3/2)O2+4OH-(3)　　高鐵酸鹽氧化有機(jī)物首先發(fā)生二聚反應(yīng)，即高鐵酸鹽與反應(yīng)物形成復(fù)合體，然后在復(fù)合體上發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，形成初級產(chǎn)物，六價Fe離子被順序還原為四價Fe離子，三價Fe離子和二價Fe離子。由上式不難看出反應(yīng)產(chǎn)物為含有Fe離子的水，高鐵酸鹽一般在工業(yè)上應(yīng)用為預(yù)氧化，不需要改變現(xiàn)有工藝流程，不需要增加大的設(shè)備，可替代工場上的預(yù)氯化手段，從而減少三鹵甲烷，鹵乙酸等強(qiáng)致癌有機(jī)污染物。由此可以看出高鐵酸鹽氧化法處理壓裂廢液時符合綠色化學(xué)第四條設(shè)計(jì)安全的化學(xué)品和第十條產(chǎn)物應(yīng)

6、設(shè)計(jì)為發(fā)揮完作用可分解為無毒降解產(chǎn)物原則，是一種綠色化學(xué)技術(shù)。　　郭威等在用K2FeO4處理壓裂液時發(fā)現(xiàn)在K2FeO4加量為3000mg/L，反應(yīng)條件為pH=13.0反應(yīng)時間40min，非常規(guī)壓裂返排液的粘度降低到1.4mPa/s，COD、SS、油含量和色度的去除率分別達(dá)到59.1%，93.3%，95.2%和88.9%，能夠有效的去除壓裂液中的污染物質(zhì)[4]。劉旭東等在運(yùn)用高鐵酸鹽處理壓裂液時發(fā)現(xiàn)在初始pH=9，氧化反應(yīng)時間30min，高鐵酸鈉投加量5mmol/L，試驗(yàn)中COD的去除率達(dá)到50%以上[5]。　　3.

7、2臭氧氧化法　　臭氧間接氧化的作用機(jī)理一般為　　3O3+OH-+H+→2OH-+4O2(4)　　在水溶液中的臭氧易被誘導(dǎo)發(fā)生自我分解反應(yīng)，通過鏈反應(yīng)生成羥基自由基(OH-)，它是一種強(qiáng)氧化劑，因此臭氧與污染物間接反應(yīng)為兩個步驟：首先臭氧發(fā)生自分解反應(yīng)生成羥基自由基，然后是具有強(qiáng)氧化功能的羥基自由基氧化污染物。另一種情況是臭氧直接氧化污染物，選擇性較強(qiáng)，一般來說都是臭氧直接作用于有機(jī)物中的飽和鍵上生成羥基過氧化物和過氧化氫。由此可以看出臭氧氧化法處理壓裂廢液時符合綠色化學(xué)第四條設(shè)計(jì)安全的化學(xué)品和第十條產(chǎn)物應(yīng)設(shè)計(jì)為發(fā)揮

8、完作用可分解為無毒降解產(chǎn)物原則，是一種綠色化學(xué)技術(shù)?！　×譀_等對外排水進(jìn)行臭氧處理使其中中大分子有機(jī)物降解為小分子，并且臭氧將會繼續(xù)對小分子有機(jī)物產(chǎn)生礦化作用，將不飽和價鍵的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槁确磻?yīng)惰性的有機(jī)物，表現(xiàn)為被氧化后外排水氨氮、氰化物和硫氰化物等的同步降低或去除[6]。秦芳玲在處理壓裂廢液時發(fā)現(xiàn)臭氧直接氧化和間接反應(yīng)。直接反應(yīng)在低pH條件下進(jìn)行，該反應(yīng)速