超声波协同硫酸根自由基氧化钻井污泥强化脱水的预处理方法与流程

本发明属于污泥处理技术领域。具体涉及一种超声波协同硫酸根自由基氧化钻井污泥强化脱水的预处理方法。

背景技术：

随着钻井深度的增加，各种有机护胶剂应用到钻井泥浆中来提高钻井泥浆性能和控制滤液流失。钻井作业完成后，随之产生了大量的钻井污泥，未经处理直接排放将对环境造成严重污染。常用的无害化处理方法，无论是化学固化处理、干燥焚烧处理、还是坑内填埋，在钻井污泥减量化的前提下进行都将节省更多资源。因此，有必要对钻井污泥进行脱水减量处理。由于钻井污泥成分复杂，含有水、粘土矿物、重金属和各种有机添加剂等，呈现稳定的胶体-悬浮状态，包含在污泥絮体中的束缚水难以释放出来，导致其机械脱水过程非常困难。

硫酸根自由基是一种高活性自由基，具有较高的氧化还原电势，可通过热、光辐射、过渡金属等活化过硫酸盐分解产生，可有效氧化降解有机污染物。对于采用硫酸根自由基氧化预处理污泥强化脱水的研究，近几年在国内外刚刚兴起。Zhen等用Fe²⁺激活S₂O₈^2-调理污泥起到了很好的脱水效果。其主要作用机理为破坏污泥的絮体结构，释放其中的束缚水，从而改善污泥的脱水性能。

超声波处理污泥技术已得到了广泛的研究，它具有操作方便，反应迅速和环境友好等优点。超声波作用在污泥体系中会产生空化效应，空化泡的瞬间破裂产生局部高温高压会引发一系列物理化学变化，产生较高的剪切力和羟基自由基，可降解污泥中难降解的有机物，破坏絮体的结构，改变絮体特性。同时，超声波可以有效提高化学反应效率，缩短反应时间。

在钻井污泥处理方面，主要通过添加絮凝剂的方法强化脱水，这种方法虽然在一定程度上可以提高过滤速度，但是包裹在污泥絮体中的束缚水却很难释放出来，不能有效地降低滤饼的含水率。因此，对于钻井污泥的强化脱水，有必要进行新技术的研究与应用。目前，尚未见有通过超声波协同硫酸根自由基氧化钻井污泥，强化其脱水的相关文献和专利公开。

技术实现要素：

针对钻井污泥成分复杂、体系稳定、难以脱水的问题，本发明的主要目的在于提供一种超声波协同硫酸根自由基氧化钻井污泥强化脱水的预处理方法，用以降解污泥中的有机物，打破污泥的稳定体系，释放污泥絮体中束缚水，降低滤饼比阻和含水率，提高污泥脱水效果。该方法工艺简单，可有效减小钻井污泥体积，降低后续处理的成本与难度。

本发明采用如下技术方案：

超声波协同硫酸根自由基氧化钻井污泥强化脱水的预处理方法，具体包括以下步骤：

将钻井污泥置于容器内，向钻井污泥中加入过硫酸盐和活化剂，打开搅拌装置进行搅拌反应，与此同时，将上述污泥置于超声反应器中进行超声波辐射，完成氧化反应预处理。

所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵；

所述活化剂为含过渡金属离子Fe²⁺、Co²⁺、Mn²⁺的可溶性金属盐或其氧化物；

所述过硫酸盐的添加量为污泥干重的1～5％，活化剂的加量为污泥干重的0.5～4.5％；

所述超声频率为20～100kHz；

所述搅拌转速为100～500rpm；

所述氧化反应反应时间为10～70min；

氧化预处理完成后，将处理后的钻井污泥进行过滤脱水过程，测定钻井污泥比阻和滤饼含水率。处理前后脱水效果对比显示，处理后相对于处理前的污泥比阻由3.29×10¹³m/kg降低至0.93×10¹³～1.71×10¹³m/kg，滤饼含水率由35.04％降低至30.16％～31.98％。本发明可以有效降低比阻和滤饼含水率，强化钻井污泥的脱水。

本发明采用活化剂活化过硫酸盐生成的硫酸根自由基在中性和碱性环境下对于有机污染物仍然具有较好的选择性，相比于羟基自由基，受pH影响小，氧化还原电势高等特点，可以有效降解钻井污泥中的有机质，打破钻井污泥固有的胶体体系，促使钻井污泥中的束缚水转换为可脱除的自由水，从而强化钻井污泥的脱水效果。利用超声波的协同作用，一方面超声过程产生的羟基自由基能够降解部分有机污染物，另一方面，超声提供的特殊环境可以使氧化反应进行的更充分彻底，同时有效缩短反应时间，起到强化钻井污泥破解的效果。

附图说明

图1：本发明的流程示意图；

图2：钻井污泥脱水效果对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但是应当说明的是，这几个实施例仅用于说明本发明的系统和方法，而并不能将本发明的范围局限于此。

实施例1：

钻井污泥取自某油田。按照如图1所示的技术路线，取50mL的污泥置于有搅拌器的容器中，并将容器置于超声反应器内，以污泥干重的1％和0.5％的质量比分别投加过硫酸钠和硫酸亚铁。打开搅拌器，搅拌转速为300rpm。与此同时，打开超声反应器进行超声波处理，超声频率为20kHz，超声功率为40W。氧化反应时间为10min。将污泥置于真空过滤装置中在-100KPa的压力下进行过滤脱水处理，测定滤饼比阻和含水率。测定结果显示，本实施例在改善污泥脱水性能方面，污泥滤饼比阻从未经氧化处理的3.29×10¹³m/kg降低到1.71×10¹³m/kg。滤饼含水率从未经氧化处理的35.04％降低到31.98％(如图2所示)。

实施例2：

钻井污泥取自某油田。按照如图1所示的技术路线，取50mL的污泥置于有搅拌器的容器中，并将容器置于超声反应器内，以污泥干重的3％和2.5％的质量比分别投加过硫酸钠和硫酸亚铁。打开搅拌器，搅拌转速为300rpm。与此同时，打开超声反应器进行超声波处理，超声频率为60kHz，超声功率为40W。氧化反应时间为40min。将污泥置于真空过滤装置中在-100KPa的压力下进行过滤脱水处理，测定滤饼比阻和含水率。测定结果显示，本实施例在改善污泥脱水性能方面，污泥滤饼比阻从未经氧化处理的3.29×10¹³m/kg降低到0.93×10¹³m/kg。滤饼含水率从未经氧化处理的35.04％降低到30.16％(如图2所示)。

实施例3：

钻井污泥取自某油田。按照如图1所示的技术路线，取50mL的污泥置于有搅拌器的容器中，并将容器置于超声反应器内，以污泥干重的5％和4.5％的质量比分别投加过硫酸钠和硫酸亚铁。打开搅拌器，搅拌转速为300rpm。与此同时，打开超声反应器进行超声波处理，超声频率为100kHz，超声功率为40W。氧化反应时间为70min。将污泥置于真空过滤装置中在-100KPa的压力下进行过滤脱水处理，测定滤饼比阻和含水率。测定结果显示，本实施例在改善污泥脱水性能方面，污泥滤饼比阻从未经氧化处理的3.29×10¹³m/kg降低到1.19×10¹³m/kg。滤饼含水率从未经氧化处理的35.04％降低到31.03％(如图2所示)。

实施例4：

钻井污泥取自某油田。按照如图1所示的技术路线，取50mL的污泥置于有搅拌器的容器中，并将容器置于超声反应器内，以污泥干重的1％和0.5％的质量比分别投加过硫酸钾和硫酸钴。打开搅拌器，搅拌转速为500rpm。与此同时，打开超声反应器进行超声波处理，超声频率为20kHz，超声功率为40W。氧化反应时间为10min。将污泥置于真空过滤装置中在-100KPa的压力下进行过滤脱水处理，测定滤饼比阻和含水率。测定结果显示，本实施例在改善污泥脱水性能方面，污泥滤饼比阻从未经氧化处理的3.29×10¹³m/kg降低到1.42×10¹³m/kg。滤饼含水率从未经氧化处理的35.04％降低到31.44％(如图2所示)。

实施例5：

钻井污泥取自某油田。按照如图1所示的技术路线，取50mL的污泥置于有搅拌器的容器中，并将容器置于超声反应器内，以污泥干重的3％和2.5％的质量比分别投加过硫酸钾和硫酸锰。打开搅拌器，搅拌转速为100rpm。与此同时，打开超声反应器进行超声波处理，超声频率为60kHz，超声功率为40W。氧化反应时间为40min。将污泥置于真空过滤装置中在-100KPa的压力下进行过滤脱水处理，测定滤饼比阻和含水率。测定结果显示，本实施例在改善污泥脱水性能方面，污泥滤饼比阻从未经氧化处理的3.29×10¹³m/kg降低到1.02×10¹³m/kg。滤饼含水率从未经氧化处理的35.04％降低到30.67％(如图2所示)。

实施例6：

钻井污泥取自某油田。按照如图1所示的技术路线，取50mL的污泥置于有搅拌器的容器中，并将容器置于超声反应器内，以污泥干重的5％和4.5％的质量比分别投加过硫酸钾和硫酸亚铁。打开搅拌器，搅拌转速为100rpm。与此同时，打开超声反应器进行超声波处理，超声频率为100kHz，超声功率为40W。氧化反应时间为70min。将污泥置于真空过滤装置中在-100KPa的压力下进行过滤脱水处理，测定滤饼比阻和含水率。测定结果显示，本实施例在改善污泥脱水性能方面，污泥滤饼比阻从未经氧化处理的3.29×10¹³m/kg降低到1.16×10¹³m/kg。滤饼含水率从未经氧化处理的35.04％降低到30.99％(如图2所示)。

实施例7：

钻井污泥取自某油田。按照如图1所示的技术路线，取50mL的污泥置于有搅拌器的容器中，并将容器置于超声反应器内，以污泥干重的1％和0.5％的质量比分别投加过硫酸钠和氧化钴。打开搅拌器，搅拌转速为500rpm。与此同时，打开超声反应器进行超声波处理，超声频率为20kHz，超声功率为40W。氧化反应时间为10min。将污泥置于真空过滤装置中在-100KPa的压力下进行过滤脱水处理，测定滤饼比阻和含水率。测定结果显示，本实施例在改善污泥脱水性能方面，污泥滤饼比阻从未经氧化处理的3.29×10¹³m/kg降低到1.56×10¹³m/kg。滤饼含水率从未经氧化处理的35.04％降低到31.63％(如图2所示)。

实施例8：

钻井污泥取自某油田。按照如图1所示的技术路线，取50mL的污泥置于有搅拌器的容器中，并将容器置于超声反应器内，以污泥干重的3％和2.5％的质量比分别投加过硫酸钠和氧化锰。打开搅拌器，搅拌转速为300rpm。与此同时，打开超声反应器进行超声波处理，超声频率为60kHz，超声功率为40W。氧化反应时间为40min。将污泥置于真空过滤装置中在-100KPa的压力下进行过滤脱水处理，测定滤饼比阻和含水率。测定结果显示，本实施例在改善污泥脱水性能方面，污泥滤饼比阻从未经氧化处理的3.29×10¹³m/kg降低到1.03×10¹³m/kg。滤饼含水率从未经氧化处理的35.04％降低到30.20％(如图2所示)。

实施例9：

钻井污泥取自某油田。按照如图1所示的技术路线，取50mL的污泥置于有搅拌器的容器中，并将容器置于超声反应器内，以污泥干重的5％和4.5％的质量比分别投加过硫酸铵和氧化亚铁。打开搅拌器，搅拌转速为300rpm。与此同时，打开超声反应器进行超声波处理，超声频率为100kHz，超声功率为40W。氧化反应时间为70min。将污泥置于真空过滤装置中在-100KPa的压力下进行过滤脱水处理，测定滤饼比阻和含水率。测定结果显示，本实施例在改善污泥脱水性能方面，污泥滤饼比阻从未经氧化处理的3.29×10¹³m/kg降低到1.21×10¹³m/kg。滤饼含水率从未经氧化处理的35.04％降低到31.11％(如图2所示)。

申请人声明，本发明提出的一种超声波协同硫酸根自由基氧化钻井污泥强化脱水的预处理方法，已通过上述实施例进行描述。对于所属领域的普通技术人员在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明的范围和内容中。