CN101475285A - 天然气田污水及固体污染物综合处理工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然气田污水及固体污染物综合处理工艺方法，此种工艺方法包括：采气伴生污水净化处理、钻井泥浆污水净化处理、出水生化处理与水质调节、出水精细过滤排放、污泥净化与固体污染物固化处理五个工艺单元。本发明提供的天然气田污水及固体污染物综合处理工艺方法从天然气田开发生产实际出发，结合环保要求，综合性、实用性强，易于实施，利用该工艺方法可以使天然气田污水及固体污染物得到有效处理，变废为利，有效降低环境污染，获得良好的经济和社会效益。

Description

天然气田污水及固体污染物综合处理工艺方法

技术领域：

本发明涉及一种用于油气田特别是天然气田开发和生产、集输过程中污水及固体污染物处理的工艺方法。

背景技术：

天然气是一种清洁、高效、廉价的气态能源和化工原料，其用途十分广泛，在很多领域能够代替石油和煤炭资源。天然气的地下储量相当丰富，是未来可长期依赖的战略能源之一。目前全球天然气勘探开发技术、大规模储运技术和下游应用技术发展很快，加之石油、煤炭资源的有限性与需求的高增长性相矛盾，自然环境的高标准要求与使用石油煤炭资源的高污染性相矛盾，使得天然气的战略地位和作用越来越显著。

天然气田在勘探、开发、生产、集输过程中会产生污水和固体污染物，对环境构成污染威胁。天然气田污水主要来源和性质为：1、采气伴生污水。来源于气田产气地层，伴随天然气生产而产出地面，含有油类(轻烃)物质和水溶解物，COD、BOD含量较高，矿化度较高；2、集输加工污水。天然气地面集输和加工处理时产生的污水，其中污染物含量相对较低，但有时可能含有添加的化学剂，一般并入采气污水中；3、钻井完井污水。钻井完井施工产生的废弃泥浆和污水，一般暂储在钻井泥浆池中，在泥浆池环保处理时要从废弃泥浆中分离出污水，污水中有机和无机污染物含量比较高，油类、COD、BOD、色度较高；4、气井压裂作业污水。包括天然气井压裂返排液、井下作业过程中由人工加注到地层又返排到地面的各种污水，可能含有人工加注的化学剂，有时直接排入泥浆池中，有时直接排入采气污水中。固体污染物的主要来源则为钻井废弃泥浆，部分来源于完井、压裂、作业等增产措施形成的固体废弃物，此外污水处理时也产生固体废弃物。

长期以来，天然气生产主要是分离回收油田伴生气，通常用于油田以采油为主的油田污水处理工艺技术比较成熟，但不能直接用于专门生产天然气的气田污水处理。这是由于天然气田的污水和固体污染物来源点多面广，所含污染成分多，性质比较特殊，加之天然气田所处的自然环境因素等限制，导致环保处理工艺复杂特殊，处理难度很大。据查，目前尚无专门用于天然气田污水及固体污染物综合处理的成熟可靠的工艺技术。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种适合天然气田污水和固体污染物综合处理达到无害化并可获得良好环保效果和经济效益的天然气田污水及固体污染物综合处理工艺办法。

本发明的工艺方法包括五个工艺单元：采气伴生污水净化处理单元、钻井泥浆污水净化处理单元、出水生化处理与水质调节单元、出水精细过滤排放单元、污泥净化与固体污染物固化处理单元。

各单元的实施步骤及技术要点如下：

I.采气伴生污水净化处理单元：处理采气伴生污水、集输加工污水和部分作业污水，其过程包括：污水集运、密闭污水调节油水分离、精细油水分离、气浮或絮凝处理：

(1)污水集运：首先将污水收集于集水罐内，集水罐为密闭容器，采用钢、铝、不锈钢等金属或钢、铝与陶瓷、玻璃的复合材料、PVC、PE、ABS等塑材或这些塑材与玻璃纤维复合的材料制造，罐外设置良好保温；将集水罐内的污水采用汽车罐车运输或铺设专用管道等方式集运至污水处理厂，进入密闭污水调节油水分离装置；

(2)密闭污水调节油水分离：在油水分离装置中对污水进行PH调节或加入破乳剂，调节温度，初步将污油和污水分离开来；

(3)精细油水分离：污水进入油水精细分离系统充分分离污水中所含的油分，油水精细分离系统可采用压力除油器、斜板除油器、旋流式除油器、立罐式除油器、填料除油器等装置；分离出来的污油进入油品精制装置，进行油品脱水脱污精制和稳定，得到精制稳定的油品；

(4)气浮或凝絮处理：污水进入气浮或絮凝气浮系统进行处理，以完全除去所含的油类，同时除掉部分其它有机物、无机物，降低COD、BOD、悬浮物；将采气污水进行酸碱度调节使PH值为5—7，进行气浮处理，为增加气浮效果可加入浮选剂和助浮剂。气浮的气体可以是空气、氮气、天然气、二氧化碳、烟道气、废气，浮选剂可以采用Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺的氯化物、溴化物、硫酸盐、硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、复合聚合铝、复合聚合铁，助浮剂可以采用聚丙烯酰胺、改性淀粉、生物黄原胶、生物蛋白质、纤维素、改性纤维素或它们的两种或两种以上复配物，气浮装置可采用组合气浮设备，亦可采用自建气浮池；絮凝/气浮的出水进入生化处理水质调节单元，絮渣或污泥进入污泥脱水干化装置。

II.钻井泥浆污水净化处理单元：处理井场泥浆池中的污水，包括钻井完井污水、气井压裂污水和部分作业污水，其过程包括：井场泥浆池氧化破胶沉降、污水集运、污水调节二次氧化破胶、混凝沉降泥水分离、微电解或氧化处理；

(1)井场泥浆池氧化破胶沉降：在井场泥浆池内投放氧化剂和催化剂并搅拌，对其中的胶性物质和部分污染物深度氧化，破胶后再充分沉降；这里所说的氧化剂可以是过氧化氢、氯酸盐、高氯酸盐、二氧化氯、高锰酸盐、高铁酸盐、臭氧、纯氧、空气，催化剂可以是铁、锰、钴、镍的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、磷酸盐；

(2)污水集运：沉降后将泥浆池中的污水进行收集，采用汽车罐车或铺设专用管道方式运送至污水处理厂的水质调节池中；

(3)污水调节二次氧化破胶：在水质调节池中调节pH值至5—7，然后再加入催化剂和氧化剂并搅拌，对胶性物质和污染物进行二次深度氧化，所采用的氧化剂和催化剂同(1)，氧化后期鼓入空气进行曝气加速氧化，氧化时间约为6小时；

(4)混凝沉降泥水分离：污水氧化破胶后进入絮凝沉降与泥水分离装置，经氧化和絮凝可大幅度减少COD、BOD、悬浮物，降低色度，在混合器中加入混凝剂和助凝剂，快速与污水充分混合，在絮凝装置中进行沉降分离；混凝剂助凝剂可以用管道混合器加入，也可以直接加入到絮凝装置中；混凝剂可以是Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺的氯化物、溴化物、硫酸盐、硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、复合聚合铝、复合聚合铁，助凝剂可以是聚丙烯酰胺、生物黄原胶、改性淀粉、生物蛋白质、纤维素、改性纤维素或它们的两种或两种以上复配物；混凝装置可采用组合混凝设备，亦可采用自建混凝池，泥水分离可以采用自然沉降分离，斜板沉降池分离，也可采用机械强制分离，机械强制分离可采用立式离心固液分离机、卧式离心固液分离机、旋涡式固液分离机、真空固液分离机或带式压滤机、真空带式压滤机、板框式压滤机；

(5)微电解或氧化处理：污水进行pH调节后进入微电解池，通过微电解池中的电化学作用使水中的污染物进一步降解，减少COD、BOD，降低色度；然后可再进入深度氧化装置，氧化装置中的氧化剂与微电解产生的阳离子形成一种具有极强氧化效果的的羟基自由基，氧化活性非常强，能够将有机污染氧化至二氧化碳和水，进一步减少COD、BOD，降低色度。出水进入生化处理与水质调节单元，凝渣或污泥进入污泥净化与固体污染物固化处理单元；

III.出水生化处理与水质调节单元：

(1)生化处理单元主要处理采气伴生污水净化处理单元和钻井泥浆污水净化处理单元的出水，进一步降解污染物，特别是COD、BOD、色度，使出水达到外排水环保标准；如果出水向自然界排放，必须进行生化处理，如果出水用于回注地下因标准并没有对COD、BOD、色度有具体要求，可以不进行生化处理，只进行水质稳定和调节；生化处理是利用微生物的代谢作用将水中污染物降解为对环境无害的物质，从而使污水得到净化，特别是对COD、BOD去除效果明显；

(2)生化处理包括厌氧反应和好氧反应，可以分别在两个反应系统中进行，也可设计在一体化装置中进行，根据污水性质和处理要求，可以先进行厌氧处理后进行好氧处理，也可以先进行好氧处理再进行厌氧处理；微生物反应活性与水的矿化度有关，对矿化度很高的污水，应采用物理或化学技术降低矿化度，也可以选择培养训化耐盐菌或嗜盐菌；

(3)生化处理后的出水引入到二级过滤系统，污泥主要是微生物菌体和吸附物，积累到一定程度后进行清池，一部分污泥保留以使池内保持一定浓度的活性细菌群，其余污泥进行晾晒处理。

IV.出水精细过滤排放单元：主要过程包括：二级过滤处理、净水调节存储、注水到地层或排水到外界；

(1)二级过滤处理：主要是对出水进行精细过滤以达到完全排放。净化水达到环保排放标准要求后可以向自然界排放，也可以采取中水回用或向地层注入的方式排放。根据净化水排放方式不同，采取的出水过滤方式也不同，一般采用二级过滤，即初级过滤和精细过滤。初级过滤采用石英砂、无烟煤、核桃壳、玻璃微球、陶瓷滤料等滤料，可去除污水中大部分悬浮物和细小颗粒，净化水用于回注或中水回用时，精滤要采用改性纤维球等滤料对净化水进行精滤，以达到回注标准要求。如果净化水向自然界排放时，二级过滤一般采用活性炭等能进一步脱除COD、BOD并可脱色脱臭的滤料；

(2)净化水调节外排：针对净水不同外排方式进行水质调节，净化水达到国家工业废水排放标准，而且自然界有可能充分容纳处理后的净化水的容纳地，如自然界的河流、湖泊、人工河流湖泊、池塘等，可以外排；

(3)净化水回用或回注：净化水满足中水回用技术标准，可再度使其回用于钻井用泥浆配制、油气田作业用水、工业冷却水、工业用水、建筑用水、锅炉用水、农林灌溉用水、园林景观用水等；处理后的净化水可作为油气田回注水、平衡地层压力回注水，也可以专门钻注水井或利用废气井将净化水回注地下；

V.污泥净化与固体污染物固化处理单元：本单元包括污水处理厂内产生的污泥净化脱水和井场泥浆池剩余泥渣的固化处理；

(1)污泥净化脱水：将污水处理厂产生的污泥均集中到污泥脱水干化装置中进行脱水和干化，进一步降低水分，污泥脱水干化装置可以是一个晾晒场或渗滤式晾晒场，采用自然渗滤、晾晒蒸发浓缩污泥，也可采用机械强制脱水；强制脱水机械可以采用立式离心固液分离机、卧式离心固液分离机、旋涡式固液分离机、真空固液分离机或带式压滤机、真空带式压滤机、板框式压滤机；

(2)井场泥浆池剩余泥渣固化：可将脱水干化的泥渣置于专用燃烧炉中进行烧结，使之达到无害化，烧结物可用于铺路、烧制或压制建筑用砖块等，泥渣还可以铺设路基，经检测理化技术指标合格后，与水泥、白灰、矿渣、硅酸盐等混合形成固化体，用于铺设公路、铁路路基及其他工程基础铺垫，也可在污水处理厂采用钻井泥浆固化方式进行固化或运至钻井泥浆池中与泥浆剩余泥渣一并固化深埋，达到永久封闭；井场泥浆池剩余泥渣采取固化深埋方式永久封闭，达到无害化，向池中的泥渣投放专用固化剂、促凝剂和支撑骨料等，并进行上、下、左、右反复搅拌直至均匀，静止观察7—10天，待达到固化要求并检测合格后，将固化物就地深埋，埋深为地面以下800mm，然后上覆600mm新土，再覆200mm适于植物生长的活性土壤。

本发明提供的天然气田污水及固体污染物综合处理工艺方法从天然气田开发生产实际出发，结合环保要求，综合性、实用性强，易于实施，利用该工艺方法可以使天然气田污水及固体污染物得到有效处理，变废为利，有效降低环境污染，获得良好的经济和社会效益。

附图说明：附图为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式：以下结合附图加以说明。

如图所示，本发明提供的工艺方法包括采气伴生污水净化处理、钻井泥浆污水净化处理、出水生化处理与水质调节、出水精细过滤排放、污泥净化与固体污染物固化处理五个单元，其实施过程如前所述。利用这五个单元的全部或其中部分可以构成一个污水处理厂(站)，但有一些工序是在厂(站)外进行的，如井场泥浆池氧化破胶沉降、污水集运、钻井泥浆池固体污染物固化处理。

本发明包括的各个工艺单元是根据天然气田开发生产实际给出的综合性工艺方法，总体上适用于各种天然气田。应当指出的是，各个单元具有相对独立性，这有利于针对不同的污水采用更为合适的处理方法、处理药剂和处理设备。对于各个天然气田在具体实施上可以根据本气田特点、污水性质与类型、处理要求、自然环境等具体实际情况，对各个工艺单元可进行重新组合，部分单元及过程可以省略、减少，以满足实际生产需要和综合处理要求。例如，对某些钻井泥浆污水可不进行二次深度氧化而直接絮凝沉降分离，又例如当出水回注地层而对出水的COD、BOD、色度没有标准要求时，可以不经过生化处理或微电解深度氧化处理。

Claims (1)

1、一种天然气田污水及固体污染物综合处理工艺方法，其特征在于，该工艺方法包括：采气伴生污水净化处理、钻井泥浆污水净化处理、出水生化处理与水质调节、出水精细过滤排放、污泥净化与固体污染物固化处理五个工艺单元；

各工艺单元的实施步骤及技术要点如下：

I.采气伴生污水净化处理单元：处理采气伴生污水、集输加工污水和部分作业污水，其过程包括：污水集运、密闭污水调节油水分离、精细油水分离、气浮或絮凝处理：

(1)污水集运：首先将污水收集于集水罐内，集水罐为密闭容器，采用钢、铝、不锈钢等金属或钢、铝与陶瓷、玻璃的复合材料、PVC、PE、ABS等塑材或这些塑材与玻璃纤维复合的材料制造，罐外设置良好保温；将集水罐内的污水采用汽车罐车运输或铺设专用管道等方式集运至污水处理厂，进入密闭污水调节油水分离装置；

(2)密闭污水调节油水分离：在油水分离装置中对污水进行PH调节或加入破乳剂，调节温度，初步将污油和污水分离开来；

(3)精细油水分离：污水进入油水精细分离系统充分分离污水中所含的油分，油水精细分离系统可采用压力除油器、斜板除油器、旋流式除油器、立罐式除油器、填料除油器等装置；分离出来的污油进入油品精制装置，进行油品脱水脱污精制和稳定，得到精制稳定的油品；

(4)气浮或凝絮处理：污水进入气浮或絮凝气浮系统进行处理，以完全除去所含的油类，同时除掉部分其它有机物、无机物，降低COD、BOD、悬浮物；将采气污水进行酸碱度调节使PH值为5—7，进行气浮处理，为增加气浮效果可加入浮选剂和助浮剂。气浮的气体可以是空气、氮气、天然气、二氧化碳、烟道气、废气，浮选剂可以采用Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺的氯化物、溴化物、硫酸盐、硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、复合聚合铝、复合聚合铁，助浮剂可以采用聚丙烯酰胺、改性淀粉、生物黄原胶、生物蛋白质、纤维素、改性纤维素或它们的两种或两种以上复配物，气浮装置可采用组合气浮设备，亦可采用自建气浮池；絮凝/气浮的出水进入生化处理水质调节单元，絮渣或污泥进入污泥脱水干化装置；

II.钻井泥浆污水净化处理单元：处理井场泥浆池中的污水，包括钻井完井污水、气井压裂污水和部分作业污水，其过程包括：井场泥浆池氧化破胶沉降、污水集运、污水调节二次氧化破胶、混凝沉降泥水分离、微电解或氧化处理；

(1)井场泥浆池氧化破胶沉降：在井场泥浆池内投放氧化剂和催化剂并搅拌，对其中的胶性物质和部分污染物深度氧化，破胶后再充分沉降；这里所说的氧化剂可以是过氧化氢、氯酸盐、高氯酸盐、二氧化氯、高锰酸盐、高铁酸盐、臭氧、纯氧、空气，催化剂可以是铁、锰、钴、镍的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、磷酸盐；

(2)污水集运：沉降后将泥浆池中的污水进行收集，采用汽车罐车或铺设专用管道方式运送至污水处理厂的水质调节池中；

(3)污水调节二次氧化破胶：在水质调节池中调节pH值至5—7，然后再加入催化剂和氧化剂并搅拌，对胶性物质和污染物进行二次深度氧化，所采用的氧化剂和催化剂同(1)，氧化后期鼓入空气进行曝气加速氧化，氧化时间约为6小时；

(4)混凝沉降泥水分离：污水氧化破胶后进入絮凝沉降与泥水分离装置，经氧化和絮凝可大幅度减少COD、BOD、悬浮物，降低色度，在混合器中加入混凝剂和助凝剂，快速与污水充分混合，在絮凝装置中进行沉降分离；混凝剂助凝剂可以用管道混合器加入，也可以直接加入到絮凝装置中；混凝剂可以是Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺的氯化物、溴化物、硫酸盐、硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、复合聚合铝、复合聚合铁，助凝剂可以是聚丙烯酰胺、生物黄原胶、改性淀粉、生物蛋白质、纤维素、改性纤维素或它们的两种或两种以上复配物；混凝装置可采用组合混凝设备，亦可采用自建混凝池，泥水分离可以采用自然沉降分离，斜板沉降池分离，也可采用机械强制分离，机械强制分离可采用立式离心固液分离机、卧式离心固液分离机、旋涡式固液分离机、真空固液分离机或带式压滤机、真空带式压滤机、板框式压滤机；

(5)微电解或氧化处理：污水进行pH调节后进入微电解池，通过微电解池中的电化学作用使水中的污染物进一步降解，减少COD、BOD，降低色度；然后可再进入深度氧化装置，氧化装置中的氧化剂与微电解产生的阳离子形成一种具有极强氧化效果的的羟基自由基，氧化活性非常强，能够将有机污染氧化至二氧化碳和水，进一步减少COD、BOD，降低色度。出水进入生化处理与水质调节单元，凝渣或污泥进入污泥净化与固体污染物固化处理单元；

III.出水生化处理与水质调节单元：

(1)生化处理单元主要处理采气伴生污水净化处理单元和钻井泥浆污水净化处理单元的出水，进一步降解污染物，特别是COD、BOD、色度，使出水达到外排水环保标准；如果出水向自然界排放，必须进行生化处理，如果出水用于回注地下因标准并没有对COD、BOD、色度有具体要求，可以不进行生化处理，只进行水质稳定和调节；

(2)生化处理包括厌氧反应和好氧反应，可以分别在两个反应系统中进行，也可设计在一体化装置中进行，根据污水性质和处理要求，可以先进行厌氧处理后进行好氧处理，也可以先进行好氧处理再进行厌氧处理；微生物反应活性与水的矿化度有关，对矿化度很高的污水，应采用物理或化学技术降低矿化度，也可以选择培养训化耐盐菌或嗜盐菌；

(3)生化处理后的出水引入到二级过滤系统，污泥主要是微生物菌体和吸附物，积累到一定程度后进行清池，一部分污泥保留以使池内保持一定浓度的活性细菌群，其余污泥进行晾晒处理；

IV.出水精细过滤排放单元：主要过程包括：二级过滤处理、净水调节存储、注水到地层或排水到外界；

(1)二级过滤处理：主要是对出水进行精细过滤以达到完全排放，净化水达到环保排放标准要求后可以向自然界排放，也可以采取中水回用或向地层注入的方式排放；根据净化水排放方式不同，采取的出水过滤方式也不同，一般采用二级过滤，即初级过滤和精细过滤，初级过滤采用石英砂、无烟煤、核桃壳、玻璃微球、陶瓷滤料等滤料，可去除污水中大部分悬浮物和细小颗粒，净化水用于回注或中水回用时，精滤要采用改性纤维球等滤料对净化水进行精滤，以达到回注标准要求，如果净化水向自然界排放时，二级过滤一般采用活性炭等能进一步脱除COD、BOD并可脱色脱臭的滤料；

(2)净化水调节外排：针对净水不同外排方式进行水质调节，净化水达到国家工业废水排放标准，而且自然界有可能充分容纳处理后的净化水的容纳地，如自然界的河流、湖泊、人工河流湖泊、池塘等，可以外排；

(3)净化水回用或回注：净化水满足中水回用技术标准，可再度使其回用于钻井用泥浆配制、油气田作业用水、工业冷却水、工业用水、建筑用水、锅炉用水、农林灌溉用水、园林景观用水等；处理后的净化水可作为油气田回注水、平衡地层压力回注水，也可以专门钻注水井或利用废气井将净化水回注地下；

V.污泥净化与固体污染物固化处理单元：本单元包括污水处理厂内产生的污泥净化脱水和井场泥浆池剩余泥渣的固化处理；

(1)污泥净化脱水：将污水处理厂产生的污泥均集中到污泥脱水干化装置中进行脱水和干化，进一步降低水分，污泥脱水干化装置可以是一个晾晒场或渗滤式晾晒场，采用自然渗滤、晾晒蒸发浓缩污泥，也可采用机械强制脱水；强制脱水机械可以采用立式离心固液分离机、卧式离心固液分离机、旋涡式固液分离机、真空固液分离机或带式压滤机、真空带式压滤机、板框式压滤机；

(2)井场泥浆池剩余泥渣固化：可将脱水干化的泥渣置于专用燃烧炉中进行烧结，使之达到无害化，烧结物可用于铺路、烧制或压制建筑用砖块等，泥渣还可以铺设路基，经检测理化技术指标合格后，与水泥、白灰、矿渣、硅酸盐等混合形成固化体，用于铺设公路、铁路路基及其他工程基础铺垫，也可在污水处理厂采用钻井泥浆固化方式进行固化深埋或运至钻井泥浆池中与泥浆剩余泥渣一并固化深埋，达到永久封闭。

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