压裂返排液中的腐殖酸

压裂返排液的化学成分非常复杂，包括但不限于高浓度胍胶、高分子聚合物、硫酸盐还原菌、硫化物、铁、化学添加剂（如酸液、杀菌剂、润滑剂、稠化剂、表面活性剂、阻垢剂等）、高溶解固体（如钙、镁、硼、硅、铁、锰、钾、钠、氯离子和碳酸盐等），以及一些来自气藏岩层的天然放射性物质如铀、钍及其衰变产物。此外，返排液中还含有化学需氧量（COD）、色度和悬浮物等。

一、压裂返排液中存在腐殖酸吗

压裂返排液是油气田压裂作业后返排出的一种含有固相的液体，其化学成分非常复杂。在化学成分方面，压裂返排液中确实存在腐殖酸。腐殖酸是一种天然的有机高分子物质，广泛存在于土壤、水体和沉积物中。在压裂过程中，腐殖酸可能来源于页岩地层本身，或者是压裂液中添加的有机添加剂在地下环境中与岩石相互作用的产物。从环境影响的角度来看，腐殖酸的存在可能会对压裂返排液的处理和环境安全带来一定的挑战。腐殖酸作为一种有机污染物，其生物降解性较差，可能会增加处理难度。此外，腐殖酸在水体中可能与其他污染物如重金属、放射性物质等结合，形成复合污染，对生态系统和人类健康构成潜在威胁。

二、腐殖酸的物理和化学性质

 

腐殖酸是一种由动植物遗骸经过微生物分解和一系列化学过程形成的高分子有机酸，具有复杂的脂肪-芳香族结构。其主要元素组成为碳（C）、氧（O）、氢（H）、氮（N）和少量的硫（S），其中氧主要存在于羧基、羟基、羰基、酚基等官能团中。腐殖酸的分子量范围从几千到几十万道尔顿不等，由于其复杂的形成过程和来源，其结构多样且难以鉴定。腐殖酸具有两性分子特性，即同时具有亲水性和疏水性，这使得它在水溶液中表现出独特的吸附和络合能力。此外，腐殖酸还具有显著的氧化还原特性，能够清除自由基，并在有氧环境中表现出较高的稳定性。腐殖酸的比表面积较大，通常在几十到几百纳米之间，这赋予了其较大的比表面积和吸附能力。在物理性质方面，腐殖酸在干燥状态下为无定形疏松的粉状物质，颜色从黄色到黑色不等。在水中分散后形成胶体分散系，表现出良好的离子交换性和表面活性。腐殖酸在高温条件下会发生分解，其热稳定性受分子结构的影响。腐殖酸的物理和化学性质包括其复杂的分子结构、两性分子特性、显著的氧化还原能力、较大的比表面积以及良好的吸附和络合能力。腐殖酸是一种天然有机大分子化合物的混合物，广泛存在于自然界中，特别是在土壤和淡水中的腐殖质中。以下是腐殖酸的物理和化学性质概述：腐殖酸通常根据其在酸碱溶液中的溶解性分为三种组分：腐殖酸（HA）、富里酸（FA）和胡敏素（HU）。其中，腐殖酸和富里酸统称为腐殖酸。

 

三、污废水中腐殖酸污染危害

腐殖酸在环境中的污染危害主要体现在以下几个方面：

水体污染：腐殖酸是水体色度的主要成分，占有机物总量的60%至90%。它在水中的存在会导致感官特性恶化，如颜色、气味和口感的变化，并增加反渗透和消毒的成本。此外，腐殖酸在厌氧条件下不可生物降解，这增加了污水处理的成本，并降低了生物甲烷的生产潜力。

重金属污染：腐殖酸能够与重金属离子形成稳定的螯合物，从而影响金属离子在环境中的形态、迁移、转化和毒性。然而，腐殖酸也可能通过与消毒剂反应，形成致癌性物质如三氯甲烷等，危害人类健康。

有机污染物的迁移和转化：腐殖酸对有机污染物的迁移性和生物可利用性有显著影响，能够吸附并固定这些污染物，从而改变它们在环境中的行为。例如，腐殖酸可以吸附农药、重金属和其他有毒有害物质，影响其在土壤和水体中的分布和生物有效性。

生态系统的毒性影响：腐殖酸在生态系统中具有毒性，能够引发氧化应激，破坏生物系统的氧化还原平衡。此外，腐殖酸还可能与病毒和纳米粒子相互作用，影响污染物向自然环境的传输。
三、去除水中的腐殖酸

去除水中的腐殖酸可以采用多种方法，根据搜索结果，以下是一些常用的技术及其特点：

1.氧化技术：

氧化技术，尤其是臭氧氧化，因其高效、能耗低、适用范围广，已成为去除腐殖酸的主流预处理技术;臭氧、高锰酸钾等强氧化剂能有效分解水中的天然有机物（NOM），降低饮用水水质致突变风险;单一氧化技术存在局限性，但氧化技术组合工艺，如氧化-混凝等联用技术，已被证明具有较好的去除效果和应用前景

2.膜技术：

膜技术通过物理分离的方式去除腐殖酸，能有效去除水体中的腐殖酸及其复合污染物

3.强化混凝：

强化混凝通过添加混凝剂，增强腐殖酸的沉淀和吸附，从而提高去除效率

4.吸附法：

吸附法使用多种吸附剂，如碳基和活性炭、粘土基吸附剂、沸石、铁基/磁性吸附剂等，已被证明是从废水中去除腐殖酸的有效方法

5.光化学催化氧化：

光化学催化氧化技术，如UV/PMS系统，能有效降解水中的腐殖酸，尤其在适宜的pH值和反应条件下，矿化率可达94.15%

6.活性污泥法：

活性污泥法通过微生物代谢和吸附作用去除水溶性腐殖酸，尤其对大分子量腐殖酸的去除效果优于小分子量腐殖酸

综上所述，去除水中腐殖酸的方法多样，可以根据具体的水质条件和处理目标选择合适的技术或技术组合。这些技术的发展和应用，为控制水体微污染和提高水质提供了有效的手段。

四、去压裂返排液中的腐殖酸对返排液水处理有什么影响

在压裂返排液的厌氧生物处理过程中，由于腐殖酸的难降解性，即使经过厌氧处理，腐殖酸仍然占有较高的比例，限制了好氧工艺处理的效果。因此，需要采用高级氧化等深度处理方法来去除这些难降解的腐殖酸物质。此外，腐殖酸的存在还会增加污水处理的成本，并可能影响饮用水的质量及其处理过程，包括感官特性恶化、海水淡化和消毒成本上升以及产生有害的消毒副产品等。因此，去除腐殖酸是必要的，目前已有多种去除方法如真菌生物降解、吸附、生物吸附和絮凝等被研究，其中高级氧化工艺被认为是最有前景的技术之一。

压裂返排液中的腐殖酸对水处理的影响主要体现在其难以降解性和对处理系统的负面影响上，需要通过高级氧化等深度处理方法进行有效去除。