柚子皮在廢棄鉆井液無害化處理中的應用

王金樹 周芳芳 王福魁

摘 要：目前廢棄鉆井液處理多采用無機絮凝劑和有機絮凝劑對其進行絮凝處理。但處理劑在使用過程中會對環(huán)境造成二次污染，還會產生高昂的費用，因此亟需一套環(huán)保、經濟、有效的廢棄鉆井液無害化處理工藝。本論文以天然的柚子皮為研究對象，通過柚子皮預處理、廢棄鉆井液處理效果評價、柚子皮進行改性優(yōu)化，得到最優(yōu)絮凝產品。通過對現(xiàn)場廢棄鉆井液絮凝實驗，驗證了柚子皮具有良好的絮凝效果。為環(huán)保、節(jié)約、可持續(xù)的廢棄鉆井液處理工藝提供了借鑒。

關鍵詞：廢棄鉆井液;柚子皮;改性實驗;環(huán)保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.058

1 引言

冀東油田地處唐山南部沿海、渤海灣中心地帶，屬于環(huán)境極度敏感地區(qū)。隨著油田的發(fā)展，油田廢棄物逐年增加，其中每年鉆井產生的廢棄鉆井液多達30萬噸，這些廢棄鉆井液成分復雜、處理難度大，若直接外排或處理不當會對油田周邊濱海、農場、鹽池、養(yǎng)殖池及曹妃甸生態(tài)區(qū)造成嚴重污染。

目前廢棄鉆井液處理主要使用無機絮凝劑和有機絮凝劑兩大類。但兩類處理劑在使用過程中不但會對環(huán)境造成二次污染，還會產生高昂的費用[1]。隨著石油行業(yè)的持續(xù)低迷和環(huán)保要求的不斷提高，廢棄鉆井液的處理無疑增加了油田企業(yè)的生產成本和資金壓力。因此亟需一套環(huán)保、經濟、有效的廢棄鉆井液無害化處理工藝。

我國是世界上水果生產大國，在水果加工和食用后，大部分果皮成為垃圾被丟棄。柚子皮中含有大量的木質素、單寧、纖維素和腐殖酸[2]，這些成分可直接作為廢棄鉆井液的處理劑[3]。水果加工處理過程中產生的大量果皮，若將廢棄果皮回收再利用，可變廢為寶，節(jié)省廢物處理費用，降低廢棄鉆井液處理成本，減少生態(tài)系統(tǒng)危害，從而創(chuàng)造巨大的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

2 實驗材料及儀器設備

2.1 實驗材料

本論文所用實驗材料如表1所示。

2.2 實驗儀器設備

實驗中使用的儀器包括：250mL燒杯、500mL燒杯、玻璃棒、250mL三口燒瓶、溫度計、10mL離心管、高速攪拌杯、500mL量筒、10mL量筒、蒸發(fā)皿、鐵架臺、溫度計、pH試紙等。

實驗主要設備如表2所示。

3 研究方法及內容

3.1 研究方法

在柚子皮預處理時考慮了烘干溫度和柚子皮粒度對柚子皮絮凝效果的影響[4]，設置了烘干溫度為在常溫下自然風干、45℃、65℃、85℃、105℃。柚子皮粉碎粒度6目、10目、40目、60目、100目、200目。將在市場上購買的柚子剝皮后放在蒸發(fā)皿上，放入鼓風干燥箱中，在設計的參數(shù)條件下干燥至恒重。用粉碎機將其粉碎，用標準檢驗篩將其按目數(shù)分級，裝袋備用。

（1）通過對柚子皮進行預處理和絮凝實驗，得到柚子皮作為鉆井液絮凝劑的最優(yōu)預處理方案。

（2）對柚子皮絮凝效果影響因素（加量、粒度）進行探究，完成影響柚子皮絮凝效果的評價實驗，確定天然柚子皮作為廢棄鉆井液絮凝劑的最優(yōu)的絮凝條件。

（3）對柚子皮進行改性，通過變量探究，確定柚子皮的改性實驗條件，得到最終的廢棄鉆井液絮凝劑產品，并進行現(xiàn)場廢棄鉆井液絮凝實驗。

3.2 研究內容

對柚子皮進行預處理，制備干燥顆粒狀固體;從柚子皮粒度、加量等方面確定天然果皮制備絮凝劑的影響因素，對天然果皮的絮凝影響因素進行分析，得到最優(yōu)的天然絮凝劑產品;為提高天然果皮的絮凝效果，對其進行化學改性，探究反應物料比、反應溫度、反應攪拌速度、反應攪拌時間等，得到最終的絮凝劑產品;通過絮凝離心實驗、黏土膨脹率對比實驗評價柚子皮的絮凝效果;最后對最終的柚子皮進行現(xiàn)場廢棄鉆井液絮凝試驗，評價絮凝效果。

4 實驗結果及分析

4.1 柚子皮預處理工藝探究

4.1.1 粒度探究

首先考察了柚子皮顆粒粒度對鉆井液基漿絮凝效果的影響，取配制好的鉆井液基漿6份與燒杯中，在六個燒杯中分別加入6目、10目、40目、60目、100目、200目的柚子皮粉粒（并用貼紙標注序號1-6），在攪拌器（聚四氟乙烯攪拌桿）下攪拌，設置攪拌速度為300r/min，攪拌時間為5min。攪拌完畢，分別將六個燒杯中的樣品取樣于10mL的離心管中，在離心速度為3000r/min下，離心15min。觀察離心效果，離心清液體積如表3所示。

由表3中數(shù)據(jù)可以看出，柚子皮粒度對鉆井液的絮凝效果有影響，柚子皮粒度越小，離心清液體積越大，說明絮凝鉆井液效果越好。但柚子皮顆粒越小，粉碎和過篩工序越繁瑣，綜合實驗數(shù)據(jù)和工藝要求，確定柚子皮絮凝最優(yōu)目數(shù)為60目。

4.1.2 干燥溫度探究

考察柚子皮干燥方式對鉆井液絮凝效果的影響，分別取不同干燥條件的柚子皮，粉碎為60目，按一定加量加入到5份鉆井液基漿中，貼好標簽。在300r/min條件下攪拌5min，取5份鉆井液樣品進行離心實驗，離心速度為3000r/min，離心時間為15min。觀察離心效果，離心清液體積如表4所示。

由表4中數(shù)據(jù)可以看出，在不同條件下干燥的柚子皮對鉆井液的絮凝效果影響不大，說明柚子皮絮凝效果與干燥方式無關。在實驗過程中，為縮短實驗時間，確定柚子皮干燥溫度為105℃，干燥時間為2h。

4.2 工藝條件對絮凝效果的影響

4.2.1 柚子皮粉粒加量對絮凝效果的影響

取4份配制好的鉆井液基漿各400mL于燒杯中，在各燒杯中按1%、2%、3%、4%（質量分數(shù)）分別加入60目的柚子皮粉粒，依次對燒杯進行編號。各燒杯在300r/min下攪拌5min，攪拌完畢，從各燒杯中取10mL均勻液體于離心管中，在3000r/min下離心15min，得到各組絮凝效果，記錄離心后清液體積如表5所示。