绿色化学技术在油田压裂废液处理中的原理与应用

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1、绿色化学技术在油田压裂废液处理中的原理与应用　　绿色化学技术很有必要应用在油田压裂废液的处理中。在论述油田压裂废液的危害和绿色化学技术优点的基础上，简要介绍了几种处理油田压裂废液的绿色化学技术：高铁酸盐氧化法，臭氧氧化法，芬顿试剂氧化法，光催化氧化，电化学法，超声法，混凝法和吸附法。重点讨论了绿色化学技术在油田压裂废液处理的原理和应用效果，并对其在油田压裂废液处理方面进行了展望。　　油田压裂技术在油气井增产中应用广泛，该技术在应用于剩余油的潜力发掘和致密油开采中效果明显，压裂技术主要是把压裂液强行注入含油地层后使得

2、地层产生裂缝，因而更多的石油会流入生产井，使得油田实现增产。而压裂液随后需外排，称之为压裂废液，其特点为COD值高，悬浮物含量高，矿化度高和高粘度等[1]。　　1压裂废液的危害及主要处理方法　　水基压裂液在常规压裂作业中应用最为普遍，生产作业完成后所产生的压裂废液中主要含有有机物例如胍尔胶和酚类、石油类、阴离子例如氯离子及各种添加剂等，与此同时大部分废液中含有大量未处理原油、醛类及胺类等有害物质，这些决定了其内在污染物的成份复杂，并且比较稳定难以降解[2]。如果不经过有效处理措施即排出其中的难降解物质就会对周围环境

3、，地表水系，农作物，大气环境等造成严重污染。与此同时大量含有重金属离子的废水会进入大自然，对生态系统和水资源的破坏无法恢复，因此采取措施降低其污染程度是势在必行。　　处理压裂废液的方法主要有化学氧化法，絮凝沉淀法，过滤/吸附法，光催化氧化，电催化氧化，Fenton氧化和超声波氧化等。其中化学氧化中主要使用的氧化剂包括臭氧、次氯酸盐、高锰酸钾、高铁酸钾、过氧化氢、二氧化氯和氯气。　　2绿色化学技术的优点　　美国化学会提出绿色化学这一概念，目前已经在世界得到广泛的支持和响应。根本理念为在源头上利用化学原理减少或进一步消

4、除工业或工业化工生产对环境的污染;期望将反应物的原子100%转化为理想终产物。绿色化学应用和具体实施在化工生产中更为普遍，绿色化学技术在处理全球污染问题上占有重要地位，旨在减少甚至完全消除不利于人类健康和环境的反应原料的使用，反应过程的利用，从而在根本上减少或消除污染的化学技术[3]。　　3绿色化学技术在压裂废液处理中的应用　　3.1高铁酸盐氧化法　　一般认为高铁酸盐在水中分解方程为　　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)　　高铁酸盐氧化有机物首先发生二聚反应，即高铁酸盐与反应物形成复合体，然后在复合体上发生电子转移，形成初级产物，六价Fe离子被顺序还原为四价Fe离子，三价Fe离子和二价Fe离子。由上式不难看出反应产物为含有Fe离子的水，高铁酸盐一般在工业上应用为预氧化，不需要改变现有工艺流程，不需要增加大的设备，可替代工场上的预氯化手段，从而减少三卤甲烷，卤乙酸等强致癌有机污染物。由此可以看出高铁酸盐氧化法处理压裂废液时符合绿色化学第四条设计安全的化学品和第十条产物应

6、设计为发挥完作用可分解为无毒降解产物原则，是一种绿色化学技术。　　郭威等在用K2FeO4处理压裂液时发现在K2FeO4加量为3000mg/L，反应条件为pH=13.0反应时间40min，非常规压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别达到59.1%，93.3%，95.2%和88.9%，能够有效的去除压裂液中的污染物质[4]。刘旭东等在运用高铁酸盐处理压裂液时发现在初始pH=9，氧化反应时间30min，高铁酸钠投加量5mmol/L，试验中COD的去除率达到50%以上[5]。　　3.

7、2臭氧氧化法　　臭氧间接氧化的作用机理一般为　　3O3+OH-+H+→2OH-+4O2(4)　　在水溶液中的臭氧易被诱导发生自我分解反应，通过链反应生成羟基自由基(OH-)，它是一种强氧化剂，因此臭氧与污染物间接反应为两个步骤：首先臭氧发生自分解反应生成羟基自由基，然后是具有强氧化功能的羟基自由基氧化污染物。另一种情况是臭氧直接氧化污染物，选择性较强，一般来说都是臭氧直接作用于有机物中的饱和键上生成羟基过氧化物和过氧化氢。由此可以看出臭氧氧化法处理压裂废液时符合绿色化学第四条设计安全的化学品和第十条产物应设计为发挥

8、完作用可分解为无毒降解产物原则，是一种绿色化学技术。　　林冲等对外排水进行臭氧处理使其中中大分子有机物降解为小分子，并且臭氧将会继续对小分子有机物产生矿化作用，将不饱和价键的有机物转变为氯反应惰性的有机物，表现为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]。秦芳玲在处理压裂废液时发现臭氧直接氧化和间接反应。直接反应在低pH条件下进行，该反应速