Влияние рН буровых сточных вод на их очистку электрокоагуляцией

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследования ингибиторов сероводородной коррозии, синтезированных из эпоксидных смол и основные факторы, влияющие на интенсивность коррозии такого типа. Определены скорости сероводородной коррозии в зависимости от концентрации сероводорода, pH раствора и уcтановлено, что самым эффективным ингибитором для коррозии является карбонат натрия, где защитный эффект составляет 84%.

ABSTRACT

The results of a study of hydrogen sulfide corrosion inhibitors synthesized from epoxy resins and the main factors affecting the intensity of this type of corrosion are presented. The rates of hydrogen sulfide corrosion were determined depending on the concentration of hydrogen sulfide, the pH of the solution, and it was established that the most effective inhibitor for corrosion is sodium carbonate, where the protective effect is 84%.

Ключевые слова: сероводородная коррозия, полиэтиленполиамин, защитный эффект, ингибитор, гравитометрический метод.

Keywords: hydrogen sulfide corrosion, polyethylenepolyamine, protective effect, inhibitor, gravitometric method.

Одним из эффективных методов очистки буровых сточных вод вод (БСВ), образующихся при строительстве скважин и представляющих наибольшую опасность для окружающей среды из-за высокой подвижности и аккумулирующей способности к загрязнителям, является электрокоагуляционный метод. Он позволяет очищать БСВ от взвешенных веществ, нефти, нефтепродуктов, органических химреагентов и других загрязнителей. Основные закономерности и особенности электрокоагуляционной очистки БСВ достаточно хорошо изучены.

Однако установлена необходимость строгого учета всех факторов, влияющих на эффективность очистки в целом. Рассмотрена значимость такого показателя, как  рН среды возможность варьирования им для управления процессом в целях повышения глубины очистки, что крайне важно при проектировании технологии водоочистки.

Для очистки влияния глубины рН БСВ на эффективность электрокоагуляционной очистки были выполнены исследования с использованием электрокоагулятора с растворимым алюминиевым анодом. Опыты проводили  с наиболее характерной сточной буровой водой, которая была отобрана из амбара-накопителя одной из бурящихся скважин Бухаранефтегаз. Она имела следующие показатели (г/л): взвешенные вещества (ВВ)-3,683; нефть и нефтепродукты (НП)-0,458;бихроматная окисляемость или химическое потребление кислорода (ХПК)-1,487г/л; удельная электропроводимость при температуре 20⁰С (χ)-3700μS см^-1; рН-7,85; содержание ионов Сl ^– и НСО₃  соответственно 0,9372 и 4575г/л.

Для достижения требуемого значения рН в исследуемую БСВ вводили расчетное количество едкого натра. При этом содержание взвешенных веществ, нефти, нефтепродуктов и других компонентов сточной воды оставалось постоянным в течении всей серии опытов  рН БСВ изменялся в пределах 7.85…12,48. Эксперименты проводили при оптимальных токовых и гидродинамических режимных параметрах: плотность тока составляла 1,0 A/дм, линейная скорость потока в межэлектродном пространстве электрокоагулятора-2,5м/ч, что соответствует времени пребывании стока в электролизере 120с или пропускной способности 2м³/ч .

Влияние на электрокоагуляцию исследуемого фактора оценивали по степени очистки БСВ от основных загрязнителей- взвешенных веществ α_вв Кроме того контролируемым показателем процесса являлся показатель «удельные энергозатраты» Wуд.

Результаты экспериментов приведены в таблице и на рисунке Они свидетельствуют о высокой эффективности процесса очистки по основным загрязнителям во всем исследуемым интервале  рН.

При этом установлено определенное влияние активной реакции среды сточной воды на эффект очистки.

Так с ростом рН до 9,8…10,0  cтепень очистки БСВ от ВВ и НП практически не изменяется и составляет соответственно 98,3100 и 99,2-100%( см.таблицу).

Таблица 1.

Зависимость степени очистки сточны вод от рН среды

При  рН свыше 10,0 эффективность очистки падает: α_вв снижается до85…90%,а α_чп – до 97,1…/98,4%. В тоже время повышение рН =7,85 до 10,0 снижает степень очистки по ХПК (с 98% при 12,48 α_хпк монотонно увеличивается, достигая 97,4% (см.рисунок). Весьма своеобразно изменяется и процесс осадкообразования. Характер кривой зависимости , практически совпадает с кривой зависимости α_хпк=f(pH), за исключением областей с высоким рН (см. рисунок).

Рисунок 1. Зависимость степени очистки α_хпк (1) и обьемов образующихся осадков V₀ (2) и пены V_п (3) от pH буровых сточных вод

Следует отметить, что процесс очистки БСВ сопровождается пенообразованием. Причем отмечается тенденция возрастания обьема пены с ростом рН. Одновременно устойчивость пены повышается.

Если, например, большая часть пенного слоя, образующегося при электрообработке БСВ с рН<10,0, спонтанно  разрушается только принудительно (интенсивным перемешиванием). Пенообразование обусловлено наличием в составе БСВ поверхностно-активных веществ (химреагентов), а стабильность пенного слоя- насыщением флотоагентом.

Установленные закономерности процесса очистки БСВ достаточно корректно обьясняется известными теоретическими представлениями. Так, снижение показателя α_вв с ростом  рН обусловлено  в основном усиливающейся анодной пассивацией приводящей к падению выхода металла анода по току. Усиление пассивационных явлений связано с увеличением концентрации ионов гидроксила в составе БСВ, которые размещаются с выделением кислорода, адсорбирующегося на поверхности анода и стимулирущего формирование окисной пленки. Кроме того, при высоких рН (рН>10,0) возрастает растворимость электрогенерированного коагулянта-гидроксида алюминия, что снижает концентрацию адсорбционно-активной гидроокиси и как следствие степень очистки БСВ (см.таблицу).

Образование окисной пленки на поверхности анода при высоких рН (пассивация) приводит к тому, что он начинает выполнять функцию нерастворяющегося электрода, о чем свидетельствует, в частности, резко возрастающие энергозатраты на проведение процесса (см.таблицу).

В этом случае усиливаются процессы электроокисления и электрофлотации, при которых резко интенсифицируется выделение на аноде окисляющих агентов(кислорода и хлорсодержащих веществ),вследствие чего находящаяся в сточных водах органика разлагается и степень очистки по ХПК повышается. Причем, как известно, с ростом рН среды эффект электроокисления усиливается, что закономерно приводит к увеличению показателя α_хпк

В пользу представленного механизма очистки БСВ от органических загрязнителей при высоких рН среды свидетельствует структура формирующихся осадков.

Так если при очистке БСВ с рН<10,0 образуется рыхлый хлопьевидный осадок, то при очистке сточных вод с рН=10,0…11,0 осадок становится плотным, без видимых характерных хлопьевидных включений.

Пассивация анода, вызванная высоким рН БСВ, предопределяет электрофлотацию. Выделяющиеся при этом газообразные продукты гидролиза воды приводят к росту обьема образующейся пены (см. рисунок). Причем, чем выше рН исходной БСВ тем сильнее пассивация анода и, следовательно, интенсивней гидролиз воды, т.е. больше образуется флотирующих агентов. Динамика пенообразования подтверждает это.

Таким образом, выполненные исследования позволяют сделать вывод о заметном влиянии рН БСВ на эффективность их очистки и рекомендовать проведение электрохимической обработки сточной воды при значениях рН, не превышающих 9,5…10,0.Для этого технология очистки БСВ с высоким рН должна предусматривать подкисление стоков до рекомендуемого уровня.

Список литературы:

1. Ермолин А.Ф.,Шабанова С.В.,Куксанов В.Ф.,Васильевская., Сагитов Р.Ф./Проблема очистки сточных вод системы ЖКХ в Оренбургском регионе [Электронный ресурс] //Известия ОГАУ.2016.№4(), с.201-202-Режима доступа: http://Cyberleninka.ru/article/n//problema-ochistki-stochnyh-vod-sistemy zhkh-v orenburgskom-regione-3.05.2018
2. Мельник И.В.,Чиник И.И/Детоксикация обработанных буровых растворов и буровых шламов/ И.В.Мельник, И.И.Чиник//Вестник АГТУ. 2008.№3(44)с.106-169 ISSN 1812-9498.
3. Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации: РД -153-39-031-98. Правила охраны вод от загрязнения [Электронный ресурс] -режим доступа: http://doks/cntd.ru/document/200056059.14.04.2018..
4. Ягафарова Г.Г.,Барахнина В.Б./Утилизация экологически опасных буровых отходов [Электронный ресурс] //Электронный научный журнал» Нефтегазовое дело», № 1,2006,с.1-17-Режим доступа:htpp://ogbus.ruauthory Yagafarova-3.05.2018