随着油气田的不断开采,油井压裂作为一项重要的增产增注措施被广泛使用。随之而来的则是大量压裂废水的产生,该废水水量大、有机物质含量高、难于处理。混凝是该类废水处理中不可或缺的处理单元,但由于常规混凝产生的絮凝体密度小、难于沉降,导致固液分离困难,废水的处理效率低下。针对该问题,本文在课题组对强化絮凝体构造的研究基础上,提出针对溶解性有机物体系的核晶凝聚诱导造粒混凝技术,并就该技术的具体实现途径进行了实验研究,提出了核晶凝聚诱导造粒技术实现的具体工艺过程,为该技术的实际应用提供理论支持。以陕北某油田压裂作业废水为研究对象,进行了核晶凝聚诱导造粒混凝技术的研究。该技术的核心在于:依靠成核剂的高表面能及其与不溶性有机物微粒间相对较大的粒径差使后者在处于微脱稳状态下逐一吸附至前者的颗粒表面,并进而在合适的高分子助凝剂及水力条件下使已吸附微粒的成核颗粒相互凝聚并不断脱水密实化。通过应用该技术可有效提高絮凝体的有效密度以及沉速等,极大地改善压裂废水常规混凝下的絮凝体性状及沉降性能。研究结果表明,核晶凝聚诱导造粒混凝过程的必要条件为压裂废水中有机物处于准稳态(ζ为±10mV左右)。对微脱稳后的有机絮体,以混凝后絮凝体性状的优劣为指标对4种不同的成核物质进行筛选,其优劣性依次为:黄土>硅藻土>高岭土>粉末活性炭,考虑到黄土易于发生水溶性,研究中以硅藻土作为优选成核剂。此外,研究结果也表明,在该混凝过程中欲获得良好的絮凝体,需注意以下几个因素:(1)成核物质的投加量不得高于0.5mg/mg-TOC,一般控制在0.1~0.3mg/mg-TOC为佳。投加量过高时体系以成核剂颗粒间的碰撞聚集为主,从而影响了微粒在其表面的吸附过程,同时泥渣较多。而投加量过低时由于不溶性微粒占主体,故此时微粒间的相互凝聚成为絮体生长的主要机制,而该类随机碰撞型絮体通常较为松散。(2)合理控制成核剂的粒径,粒径过大时成核物质发生自沉降致其成核作用受限,而粒径过小时成核物质与微絮体尺寸间差异相对较小,不足以成为供微絮体吸附的主体核,故最终的核晶凝聚造粒效果也较差,就本研究而言,硅藻土成核剂的粒径范围以100~150μm为宜,且以快搅后投加为宜。(3)混凝过程中的水力条件对絮凝体的性状具有重要影响,其中快搅阶段主要影响混凝剂的快速混合扩散及效力的发挥,而慢搅阶段主要影响絮凝体间的有效碰撞使絮凝体经“机械脱水”不断密实化。此外,必要的有机高分子絮凝剂的投加具有重要的助凝效果。在上述各最优条件下,最终造粒完成后可形成密实的类球状絮体(pellet),其结构密实,沉速可达14.444mm·s-1,与常规压裂废水混凝絮体相比,高出一个数量级,极大地改善了固液分离效率,有效解决了常规混凝时絮凝体沉降性能差的问题。