解決油田污水處理問題 保護農村生態環境

石有志

1 石油污水現狀

隨著中國工業的飛速發展，人們對化石能源的需求越來越大，化石能源的開采所帶來的污染也隨之加重，開采過程中所產生的廢水隨意排放到農田或者不合理處理，時刻威脅著人類賴以生存的土地及自然環境乃至人類的身體健康。在化石能源開采過程中，壓裂技術能夠起到增產、增注的作用，目前，使用最為廣泛的是水力壓裂技術，該技術的廣泛使用也帶來了新的環境污染問題，壓裂作業中最重要的部分是壓裂液，壓裂液由十幾種添加劑組成，在壓裂作業結束后會產生大量的壓裂廢水（每口井3000～6000cm3），其中含有高濃度的高分子聚合物以及多種添加劑，如羥丙基胍膠、有機硼、甲醛等，具有高COD、高粘度、濁度大、有毒有害、高穩定性難處理等特點，如果不經處理，將壓裂廢水直接排放，會污染周邊環境，尤其是給農作物及地表水系造成污染，因此，處理壓裂過程產所帶來的壓裂廢水的處理迫在眉睫。

2 壓裂廢水的處理方法

目前，壓裂廢水的處理方法主要包括電化學法、氧化法、微波法、生物法等。

2.1 電化學法

電化學法是指利用電化學反應處理壓裂廢水，主要分為電絮凝法、氣浮法、微電解法。

2.1.1 電絮凝法

電絮凝法是以Fe、Al作為電解過程的陽極，將待處理的壓裂廢水作為電解質，通電后，陽極的Fe、Al失去電子形成Fe2+、Al3+，并在水中形成Fe（OH）2、Al（OH）3膠體以及產生具有強氧化性的氧化基團，產生的氧化基團將壓裂廢水中難降解的大分子有機物氧化成小分子有機物，同時Fe（OH）2、Al（OH）3膠體通過絮凝作用將壓裂廢水中污染物形成膠團。實驗結果表明，當電流密度為70mA/cm2，陰陽電極間的距離為7mm，容積比為1：1.2， pH=7，電解時間70min，COD降解率為84.75%，該條件下電絮凝處理壓裂廢水的效果最為顯著。

2.1.2 微電解法

微電解法主要是將鐵屑和活性碳投入壓裂廢水中，電極電勢不同的碳和鐵在壓裂廢水溶液形成原電池，勿須外加電壓，形成一個動態吸附-電解-脫附過程，處理壓裂廢水中的污染物。其中鐵作為陽極，碳作為陰極，具體的反應式如下：

（1-1）

（1-2）

（1-3）

采用鐵碳微電解法處理壓裂廢水，研究了pH值、鐵屑與碳粉比例、反應時間對壓裂廢水COD去除率的性能的影響，通過單因素實驗分析，優化出最佳實驗條件：pH=3，鐵屑與碳粉的質量比為1：1，電解時間為120min，微電解處理壓裂廢水COD去除率為39%。

2.2 氧化法

2.2.1 Fenton氧化法

Fenton氧化法主要是Fenton試劑具有極強的氧化能力，Fenton試劑是由亞鐵離子（Fe2+）和過氧化氫（H2O2）組成，其中亞鐵離子（Fe2+）主要是作為一種同質催化劑，而過氧化氫（H2O2）則主要起到氧化作用。在亞鐵離子（Fe2+）的催化作用下，過氧化氫能夠轉化成活性極強的羥基自由基，能夠降解難以處理的污染物。反應方程式如下：

（1-4）

（1-5）

（1-6）

（1-7）

（1-8）

采用芬頓法處理經過破膠-絮凝處理后的壓裂廢水將其進行深度氧化降解成無毒無害的小分子化合物。探討壓裂廢水溶液的pH、亞鐵離子（Fe2+）加量、過氧化氫（H2O2）加量、反應溫度、反應時間對壓裂廢水COD去除率的影響。實驗結果表明，當pH=3，過氧化氫（H2O2）加量為4mL，亞鐵離子（Fe2+）加量為3～4mL，反應時間為90min，反應溫度為30℃的條件下，壓裂廢水的COD去除效果最佳，去除率達到99.3%。

2.2.2 臭氧氧化法

臭氧氧化技術主要是通過活性極強的自由基將工業廢水中的有機污染物氧化分解，可以使廢水難降解的有機污染物轉變成無毒或者低毒的小分子化合物或者直接氧化成CO2和H2O。具體的反應過程如下：

（1-9）

實驗結果表明，臭氧氧化技術能夠高效的處理壓裂水，H2O2和MnOx-GAC催化劑的加入能夠有效的提高臭氧氧化技術降解壓裂廢水的速率，并降低臭氧的消耗量。

2.2.3 高鐵酸鹽氧化法

高鐵酸鹽氧化法是高鐵酸鹽與壓裂廢水中的有機污染物形成復合體，復合體上的電子發生轉移，從而生成初級產物，Fe6+逐步還原成Fe2+。具體的反應過程如下：

（1-10）

（1-11）

運用高鐵酸鹽氧化法處理非常規油氣壓裂返排液，并研究了高鐵酸鹽的加量、溶液pH值、反應時間對高鐵酸鹽預處理壓裂廢水性能的影響，實驗結果表明，當高鐵酸鹽的加量為3g/L，pH=13，反應40min后，高鐵酸鹽的預處理效果最為顯著。

總之，在實踐中，油田應加強與高校合作，轉化科技成果，采取有效的切實可行的處理油田廢水方法，具有十分重要的現實意義，人類不能因對化石能源需求大，就無視對農田的污染，只有農田產出的作物才是人類賴以生存之本，人類不可以本末倒置。