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［摘要］以天津某鉆井作業場地泥漿廢水為研究對象，研究了不同混凝劑（FeSO4、PAC、PFS）、混凝劑投加量、初始pH，助凝劑PAM的投加對混凝處理后上清液濁度、TOC和泥漿沉降比的影響，優化確定了混凝處理的最佳工藝參數。結果表明，PAC對泥漿廢水混凝處理的效果優于FeSO4和PFS，當PAC投加量為200mg/L，廢水初始pH為10.0時，混凝處理靜置30min后，上清液濁度可降至38.3NTU，TOC去除率可達91.5%，處理藥劑成本約為0.52元/t，具有較好的應用可行性。此外，雖然PAM的投加能夠降低泥漿沉降比，但會造成上清液濁度升高。

［關鍵詞］鉆井廢水；混凝處理；聚合氯化鋁；濁度；總有機碳

鉆井工程中所產生的大量泥漿廢水具有污染負荷高、成分復雜等特點，主要包括懸浮物、黏土、無機鹽、以及鉆井過程中所使用的添加劑等。泥漿廢水組成的復雜程度隨著鉆井深度的增加而增加，相應的泥漿水處理難度也越來越大〔1-3〕。泥漿廢水含水率約為30%~90%，pH偏堿性，若不經處理直接排放會對周圍生態環境造成嚴重污染〔4〕。在工程現場，鉆井泥漿廢水通常被排入貯水池中，經較長時間的重力沉降固液分離后，上清液進行外排，這一處理方法存在占地面積大、泥水分離效果差、處理時間長等缺點。因此，如何快速有效地將泥漿廢水進行固液分離是其處理的關鍵，分離所得上清液可回用于鉆井工程中，減少水資源消耗，而沉淀泥漿在固結處理后可用于燒磚等行業〔5〕。本研究以天津某鉆井作業場地泥漿廢水作為研究對象，探討了不同混凝劑、初始pH和助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）對其固液分離的影響，并采用上清液濁度、總有機碳（TOC）、以及泥漿沉降比對比分析固液分離效果，以期為泥漿廢水的混凝處理工程實踐提供數據支持。

1材料與方法

1.1試劑與儀器。試劑：氫氧化鈉、七水合硫酸亞鐵（FeSO4•7H2O）、鹽酸均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司；PAM（陽離子型、相對分子質量約為900萬）、聚合氯化鋁（PAC）（Al2O3有效質量分數為28%）、聚合硫酸鐵（PFS）（質量分數為10%）均為工業品，由無錫綠達環保工程有限公司提供。儀器：CM-02SS型臺式濁度儀，北京雙暉京承電子產品有限公司；pH計，梅特勒-托利多儀器有限公司；multiN/C3100TOC型總有機碳/總氮分析儀，德國耶拿分析儀器股份公司。1.2混凝條件優化實驗。泥漿廢水采集于天津某鉆井作業場地，水質偏堿性，pH約為10.0，含泥量較高，自由沉降30min后，上清液濁度為100.1NTU，TOC為48.2mg/L。采用FeSO4、PAC、PFS作為混凝劑，分別考察了混凝劑投加量、初始pH和助凝劑PAM對泥漿廢水上清液濁度和TOC的去除效果，以及泥漿沉降比的影響，從而優化確定了混凝工藝的最佳運行參數。1.2.1不同混凝劑及其投加量對混凝效果的影響取150mL泥漿廢水于若干燒杯中，分別投加25、50、100、200、400mg/L的FeSO4、PAC、PFS，快速攪拌3min，靜置30min，固液分離后測定上清液濁度和TOC，同時記錄泥漿沉降比。1.2.2初始pH對混凝效果的影響取150mL泥漿廢水于若干燒杯中，使用濃度為1.0mol/L的鹽酸溶液和1.0mol/L的氫氧化鈉溶液調節泥漿廢水pH分別為6.0、8.0、9.0、10.0、11.0，加入200mg/L混凝劑，快速攪拌3min，靜置30min，固液分離后測定上清液濁度和TOC，同時記錄泥漿沉降比。1.2.3PAM對混凝效果的影響取150mL泥漿廢水于若干燒杯中，加入200mg/L混凝劑，再分別投加5、10、15、20、30mg/L的PAM，快速攪拌3min，靜置30min，固液分離后測定上清液濁度和TOC，同時記錄泥漿沉降比。

2結果與討論

2.1不同混凝劑及其投加量對混凝效果的影響。考察不同混凝劑及其投加量對泥漿廢水混凝效果的影響，結果見圖1。由圖1（a）可知，隨著混凝劑投加量的逐漸增大，上清液濁度呈現逐漸下降的趨勢（FeSO4除外），且FeSO4和PAC對上清液濁度的去除效果總體優于PFS。當混凝劑投加量為200mg/L時，FeSO4、PAC混凝處理上清液濁度分別為37.9、38.3NTU，而當混凝劑投加量增大至400mg/L時，除PFS對上清液濁度去除有所改善外，FeSO4作為混凝劑時的上清液濁度出現反彈。相比之下，當PAC作為混凝劑，投加量分別為200、400mg/L時，上清液濁度相對穩定，可維持在40NTU以下。由圖1（b）可知，混凝處理對泥漿廢水TOC同樣具有較好的去除效果。上清液TOC去除率隨著混凝劑投加量的增大而總體呈現出升高趨勢，與FeSO4和PFS相比，PAC對上清液TOC去除效果最好，PAC投加量為100~400mg/L時對TOC的去除率可保持在91%以上。相比之下，FeSO4混凝對上清液TOC的去除效果最差，TOC去除率約為77%。由此可見，相比于FeSO4和PFS，采用PAC對泥漿廢水進行混凝處理效果最好，當PAC投加量為200mg/L時，混凝上清液濁度可降至38.3NTU，TOC去除率可達91.5%以上，而繼續增大PAC投加量對上清液濁度和TOC的去除效果影響不大，這與劉鵬〔6〕在對比篩選鋁、鐵和鎂等無機混凝劑對油田鉆井廢水混凝處理結果相似。泥漿廢水主要是由微米級尺寸、帶負電荷的礦物質組分所形成的分散懸浮體系，PAC溶于水后會發生聚合反應生成羥基配合物，具有較大的比表面積，且其所攜帶的正電荷有利于與帶有負電荷的礦物顆粒之間發生靜電吸附作用，達到較好的混凝效果〔4〕。考察不同混凝劑及其投加量對泥漿沉降比和上清液pH的影響，結果見表1。由表1可知，PAC對泥漿廢水混凝固液分離效果相對較好，當PAC投加量為200mg/L，靜置30min后，泥漿廢水沉降比約為66.7%，上清液pH由初始的10.0降至9.0左右，混凝劑的加入會造成上清液pH的降低，其混凝劑投加量越大，上清液pH降低幅度越大，這主要是由于FeSO4、PAC、PFS本身呈酸性所導致的。因此，在后續實驗中，混凝劑投加量均采用200mg/L進行不同工藝參數的優化。2.2初始pH對混凝效果的影響。考察泥漿廢水初始pH對不同混凝劑混凝效果的影響，結果見圖2。由圖2（a）可知，隨著初始pH的增大，FeSO4混凝處理后上清液濁度相應降低，當初始pH從6.0升高至10.0時，上清液濁度可從95.1NTU降至37.9NTU。相比之下，當采用PAC作為混凝劑時，初始pH對上清液濁度的去除影響相對較小，當初始pH圖2初始pH對不同混凝劑混凝效果的影響從6.0升高至10.0時，上清液濁度從41.5NTU降至38.3NTU。當初始pH繼續從10.0增大至11.0時，FeSO4和PAC混凝對上清液濁度去除的影響很小，基本維持穩定，且效果優于PFS。由圖2（b）可知，PAC對上清液TOC的去除效果始終優于FeSO4和PFS，且初始pH對其影響較小，在不同pH條件下對上清液TOC的去除率均可維持在85%以上，表現出較好的混凝效果。通常情況下，無機鐵鹽混凝劑在pH范圍為4~11時都會形成絮體，鐵離子能與水中的氫氧根離子反應生成Fe（OH）2和Fe（OH）3膠體，對泥漿廢水中的膠體物質和細小固體顆粒具有較好的捕集分離作用，且廢水TOC隨著溶液pH的升高而降低〔7〕。無機鋁鹽混凝劑PAC溶于水后會反應生成〔Al6（OH）14〕4+、〔Al8（OH）15〕3+、〔Al13（OH）34〕5+等高價帶正電荷的離子，能夠有效地與泥漿廢水中帶有負電荷的黏土顆粒等發生電荷中和反應，強化混凝效果〔5〕。考察初始pH對泥漿沉降比和上清液pH的影響，結果見表2。由表2可知，當初始pH為6.0時，FeSO4、PAC、PFS混凝處理后泥漿沉降比均最小，分別為61.3%、56.0%、61.3%，這可能是因為混凝劑本身生成的氫氧化物沉淀在酸性條件下會發生分解所導致的。當初始pH為10.0時，不同混凝劑混凝處理后的泥漿沉降比較為接近，而繼續升高初始pH至11.0時，對泥漿沉降比基本無影響。2.3PAM對混凝上清液濁度、TOC及泥漿沉降比的作用影響。PAM作為助凝劑與無機鐵鹽或鋁鹽混凝劑聯用，已被廣泛應用于廢水處理中〔8-10〕。為了考察PAM是否能夠進一步強化PAC對泥漿廢水的混凝效果，本研究實驗探討了在PAC投加量為200mg/L和初始pH為10.0時，不同PAM投加量對混凝上清液濁度和TOC的去除效果影響，結果見圖3。圖3PAM對泥漿廢水混凝效果的影響由圖3可知，當PAM投加量從5mg/L升高至20mg/L時，上清液濁度相應從249.7NTU降低至135.7NTU，但對上清液TOC總體影響不大。隨著PAM投加量繼續增大至30mg/L，上清液濁度和TOC濃度均出現反彈升高趨勢。考察PAM投加量對泥漿沉降比的影響，結果見表3。表3PAM投加量對泥漿沉降比的影響由表3可知，PAM投加量的增大對泥漿沉降比的影響不顯著，當PAM投加量從5mg/L增大至10mg/L時，泥漿沉降比相應從50%降至33.3%，而繼續增大PAM投加量對其無影響。綜上所述，通過實驗研究，綜合考慮不同混凝劑對上清液濁度和TOC去除效果，以及泥漿沉降比的影響，確定泥漿廢水混凝處理最佳參數條件為：PAC作為混凝劑，PAC投加量為200mg/L，初始pH為10.0（泥漿廢水原始pH，無需調節）。在此工藝條件下，混凝處理靜置30min后，上清液濁度可降至38.3NTU，TOC去除率達91.5%，泥漿沉降比約為66.7%，根據廠家詢價，PAC價格按2600元/t進行核算，則PAC藥劑成本約為0.52元/t。需要注意的是，盡管PAM的投加可以有效降低泥漿沉降比，但同時會造成上清液濁度大幅度升高，在實際工程應用時可根據實際情況進行確定，投加時建議投加量為20mg/L。泥漿廢水經混凝處理后，上清液pH為9.0左右，可以滿足鉆井作業用水要求，因此可集中收集進行回用，沉淀泥漿經脫水后再行資源化處置。

3結論

（1）對泥漿廢水進行混凝處理不僅能夠加快固液分離，而且可以有效地降低上清液濁度和TOC，相比FeSO4和PFS混凝劑，PAC的混凝效果最好。（2）經實驗優化確定混凝最佳工藝條件：PAC投加量為200mg/L，泥漿廢水初始pH為10.0，混凝處理靜置30min后，上清液濁度為38.3NTU，TOC去除率為91.5%，泥漿沉降比約為66.7%，PAC藥劑成本約為0.52元/t，具有較好的應用可行性。（3）PAM的加入雖然能夠降低泥漿沉降比，但會導致上清液濁度升高，因此建議在實際工程應用時需進行預實驗確定是否需要投加PAM。

作者:于冬冬 錢雅潔 劉保江 薛罡 高品 單位:1.東華大學環境科學與工程學院 2.東華大學化學化工與生物工程學院