Воздействие электрокоагуляционной очистки на концентрацию катионов жесткости в пластовых водах

Буков Николай Николаевич,

доктор химических наук, научный руководитель,
Ганоцкая Елена Дмитриевна,

аспирант,

Полякова Людмила Олеговна,

магистрант.

Кубанский государственный университет, г. Краснодар.

Электрокоагуляционная очистка загрязненных вод на сегодняшний день является одной из самых перспективных методик. Принцип работы электрокоагулятора заключается в образовании под действием проходящего электрического тока высокоактивных гидроксидов алюминия и/или железа, немедленно вступающих в реакцию с загрязняющими примесями воды с последующим быстрым переходом связанных примесей и не прореагировавших реагентов в нерастворимый, химически-инертный, легко отделяемый шлам [1]. Традиционно считается, что электрокоагуляционная очистка существенно не затрагивает естественный солевой состав обрабатываемой воды.

Однако, при выявлении возможностей модификации возвратных пластовых вод нефтяных месторождений Краснодарского края был проведен ряд исследований, направленных на изучение изменения концентрации катионов жесткости в результате проведения электрокоагуляционной очистки пластовых вод.

Первоначально образцы пластовых вод были исследованы на общую минерализацию, водородный показатель рН, содержание катионов Ca²⁺, Mg²⁺, SO^2-₄, Cl^-, HCO^-₃. Также была проведена термическая обработка сухого остатка.

Результаты анализов показали, что общая минерализация образцов пластовых вод составляет 10,7 – 11,1 г/л, что позволяет отнести их по степени минерализации к соленым пластовым водам. Водородный показатель рН для исследуемых образцов колеблется в пределах 8,30 – 8,45

Для понижения минерализации нами был предложен метод электрокоагуляционной очистки пластовых вод. Основным механизмом очистки является сорбция молекул и ионов загрязняющих соединений на поверхности высокоактивных гелей гидроксидов алюминия (или железа). Данный метод применяется обычно для очистки вод от коллоидных и мелкодисперсных примесей. Однако очевидно, что побочным эффектом образования хлопьев гидроксидов алюминия или железа будет изменение ионного состава смеси в связи с многочисленными взаимодействиями между компонентами системы.

Также большим плюсом метода является то, что по сравнению с реагентной коагуляцией при электрокоагуляции не происходит обогащения очищаемой воды сульфат и хлорид анионами и другими солями, что облегчает контроль конечного ионного состава смеси и позволяет регулировать процесс [2].

Анализ состава пластовых вод после проведения электрокоагуляционной очистки показал, что концентрация ионов Ca²⁺, Mg²⁺ во всех образцах значительно понизилась (таблица 1).

Таблица 1.

Сравнительная концентрация катионов Са²⁺ и Mg²⁺ в пластовой воде до и после электрокоагуляционной очистки.

Графическое представление результатов анализа содержания ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ в исследуемых образцах представлено на рисунке 1.

Рис. 1. Анализ изменения содержания ионов Ca²⁺, Mg²⁺ в воде, прошедшей электрокоагуляционную очистку, мг-экв/л.

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что снижение содержания ионов Ca²⁺ в начальный период электрокоагуляционной очистки проходит более интенсивно, чем снижение ионов Mg²⁺. Исключение составляет проба №3. Так, концентрация ионов Ca²⁺ в пробах №№1, 2, 4 понизилась в среднем на 86,36 %, а концентрация ионов Mg²⁺ - на 69,64 %. Одновременно с этим на графиках можно заметить, что начальное содержание ионов Mg²⁺ в данных образцах больше, чем содержание Ca²⁺, хотя в большинстве пластовых вод наблюдается обратная закономерность.

На наш взгляд ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ сорбируются на гидроокиси алюминия, что и было подтверждено методом рентгено-люминесцентного анализа. Результаты рентгено-люминесцентного анализа приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Содержание ионов Ca²⁺, Mg²⁺ на поверхности электродов после электрокоагуляционной очистки.

Приведенные данные подтверждают предположение о возможности снижения концентрации рассматриваемых ионов методом электрокоагуляции. В перспективе мы планируем определить возможность изменения компонентного состава получаемой после очистки воды посредством изменения условий электрокоагуляции с целью дальнейшего использования полученной воды для увеличения нефтеотдачи пластов, сложенных песчаными породами [3, 4].

Литература

1.                  Кульский Л.А., Строкач П. П., Слипченко В. А., Сайгак Е.И. Очистка воды электрокоагуляцией. Киев, «Будвельник», 1978. – 112 с.

2.                  Шохина К.А., Офлиди А.И., Назаренко М.А., Буков Н.Н. Анализ некоторых технологических факторов электрокоагуляционного метода очистки нефтешламов и нефтевод // Экология и промышленность России. 2010. №2. С. 50-51.

3.                  Morrow, N.R., Tang, G-Q., Valat, M., and Xie, X. Prospects of improved oil recovery related to wettability and brine composition. // J. Pet. Sci. Eng. 20 (3–4) 1998. р. 267–276.

4.                  Norman Morrow, Jill Buckley, Improved Oil Recovery by Low-Salinity Waterflooding. // Journal of Petroleum Technology MAY 2011, p. 106-113.

Поступила в редакцию 19.08.2014 г.