太阳城集团

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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.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201710036418.1

申请日:

2017.01.17

公开号:

太阳城集团CN106746440A

公开日:

2017.05.31

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):C02F 11/06申请日:20170117|||公开
IPC分类号: C02F11/06; C02F11/12; C02F11/14; C02F11/00 主分类号: C02F11/06
申请人: 天津大学
发明人: 刘丽艳; 闫浩; 谭蔚; 朱国瑞
地址: 300072 天津市南开区卫津路92号天津大学
优先权:
专利代理机构: 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 代理人: 王丽
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201710036418.1

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

2017.06.23|||2017.05.31

法律状态类型:

太阳城集团实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及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,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。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%。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,提高污泥脱水效果。

权利要求书

1.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,其特征是将钻井污
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,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。
2.如权利要求1所述的方法,其特征是所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸
铵。
3.如权利要求1所述的方法,其特征是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。
4.如权利要求1所述的方法,其特征是所述过硫酸盐的添加量为污泥干重的1~5%。
5.如权利要求1所述的方法,其特征是所述活化剂的加量为污泥干重的0.5~4.5%。
6.如权利要求1所述的方法,其特征是所述所述超声频率为20~100kHz。
7.如权利要求1所述的方法,其特征是所述搅拌转速为100~500rpm。
8.如权利要求1所述的方法,其特征是所述氧化反应反应太阳城集团为10~70min。

说明书

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

技术领域

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S2O82-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
应太阳城集团。

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。

发明内容

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;

所述氧化反应反应太阳城集团为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,同时有效缩短反应太阳城集团,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。氧化反应太阳城集团为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。氧化反应太阳城集团为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。氧化反应太阳城集团为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。氧化反应太阳城集团为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。氧化反应太阳城集团为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。氧化反应太阳城集团为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。氧化反应太阳城集团为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。氧化反应太阳城集团为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。氧化反应太阳城集团为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。

关 键 词:
超声波 协同 硫酸 自由基 氧化 钻井 污泥 强化 脱水 预处理 方法
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