解决油田污水处理问题 保护农村生态环境

石有志

1 石油污水现状

随着中国工业的飞速发展，人们对化石能源的需求越来越大，化石能源的开采所带来的污染也随之加重，开采过程中所产生的废水随意排放到农田或者不合理处理，时刻威胁着人类赖以生存的土地及自然环境乃至人类的身体健康。在化石能源开采过程中，压裂技术能够起到增产、增注的作用，目前，使用最为广泛的是水力压裂技术，该技术的广泛使用也带来了新的环境污染问题，压裂作业中最重要的部分是压裂液，压裂液由十几种添加剂组成，在压裂作业结束后会产生大量的压裂废水（每口井3000～6000cm3），其中含有高浓度的高分子聚合物以及多种添加剂，如羟丙基胍胶、有机硼、甲醛等，具有高COD、高粘度、浊度大、有毒有害、高稳定性难处理等特点，如果不经处理，将压裂废水直接排放，会污染周边环境，尤其是给农作物及地表水系造成污染，因此，处理压裂过程产所带来的压裂废水的处理迫在眉睫。

2 压裂废水的处理方法

目前，压裂废水的处理方法主要包括电化学法、氧化法、微波法、生物法等。

2.1 电化学法

电化学法是指利用电化学反应处理压裂废水，主要分为电絮凝法、气浮法、微电解法。

2.1.1 电絮凝法

电絮凝法是以Fe、Al作为电解过程的阳极，将待处理的压裂废水作为电解质，通电后，阳极的Fe、Al失去电子形成Fe2+、Al3+，并在水中形成Fe（OH）2、Al（OH）3胶体以及产生具有强氧化性的氧化基团，产生的氧化基团将压裂废水中难降解的大分子有机物氧化成小分子有机物，同时Fe（OH）2、Al（OH）3胶体通过絮凝作用将压裂废水中污染物形成胶团。实验结果表明，当电流密度为70mA/cm2，阴阳电极间的距离为7mm，容积比为1：1.2， pH=7，电解时间70min，COD降解率为84.75%，该条件下电絮凝处理压裂废水的效果最为显著。

2.1.2 微电解法

微电解法主要是将铁屑和活性碳投入压裂废水中，电极电势不同的碳和铁在压裂废水溶液形成原电池，勿须外加电压，形成一个动态吸附-电解-脱附过程，处理压裂废水中的污染物。其中铁作为阳极，碳作为阴极，具体的反应式如下：

（1-1）

（1-2）

（1-3）

采用铁碳微电解法处理压裂废水，研究了pH值、铁屑与碳粉比例、反应时间对压裂废水COD去除率的性能的影响，通过单因素实验分析，优化出最佳实验条件：pH=3，铁屑与碳粉的质量比为1：1，电解时间为120min，微电解处理压裂废水COD去除率为39%。

2.2 氧化法

2.2.1 Fenton氧化法

Fenton氧化法主要是Fenton试剂具有极强的氧化能力，Fenton试剂是由亚铁离子（Fe2+）和过氧化氢（H2O2）组成，其中亚铁离子（Fe2+）主要是作為一种同质催化剂，而过氧化氢（H2O2）则主要起到氧化作用。在亚铁离子（Fe2+）的催化作用下，过氧化氢能够转化成活性极强的羟基自由基，能够降解难以处理的污染物。反应方程式如下：

（1-4）

（1-5）

（1-6）

（1-7）

（1-8）

采用芬顿法处理经过破胶-絮凝处理后的压裂废水将其进行深度氧化降解成无毒无害的小分子化合物。探讨压裂废水溶液的pH、亚铁离子（Fe2+）加量、过氧化氢（H2O2）加量、反应温度、反应时间对压裂废水COD去除率的影响。实验结果表明，当pH=3，过氧化氢（H2O2）加量为4mL，亚铁离子（Fe2+）加量为3～4mL，反应时间为90min，反应温度为30℃的条件下，压裂废水的COD去除效果最佳，去除率达到99.3%。

2.2.2 臭氧氧化法

臭氧氧化技术主要是通过活性极强的自由基将工业废水中的有机污染物氧化分解，可以使废水难降解的有机污染物转变成无毒或者低毒的小分子化合物或者直接氧化成CO2和H2O。具体的反应过程如下：

（1-9）

实验结果表明，臭氧氧化技术能够高效的处理压裂水，H2O2和MnOx-GAC催化剂的加入能够有效的提高臭氧氧化技术降解压裂废水的速率，并降低臭氧的消耗量。

2.2.3 高铁酸盐氧化法

高铁酸盐氧化法是高铁酸盐与压裂废水中的有机污染物形成复合体，复合体上的电子发生转移，从而生成初级产物，Fe6+逐步还原成Fe2+。具体的反应过程如下：

（1-10）

（1-11）

运用高铁酸盐氧化法处理非常规油气压裂返排液，并研究了高铁酸盐的加量、溶液pH值、反应时间对高铁酸盐预处理压裂废水性能的影响，实验结果表明，当高铁酸盐的加量为3g/L，pH=13，反应40min后，高铁酸盐的预处理效果最为显著。

总之，在实践中，油田应加强与高校合作，转化科技成果，采取有效的切实可行的处理油田废水方法，具有十分重要的现实意义，人类不能因对化石能源需求大，就无视对农田的污染，只有农田产出的作物才是人类赖以生存之本，人类不可以本末倒置。