CN102642995B - 一种油气田钻井废水物化生物组合处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气田钻井废水的处理方法，属于工业废水处理技术。其具体处理方法是：首先向钻井废水中加入铝系絮凝剂进行混凝预处理并通过带式压滤机压滤，以去除废水中大部分悬浮固体和有机污染物；然后将混凝预处理和带式压滤机压滤后的出水通过紫外光催化Fenton氧化，以降解残留有机污染物并提高废水的可生化性；最后将紫外光催化Fenton氧化处理后的废水连同钻井场地上的生活污水一起进入曝气生物滤池进行好氧生物降解处理使其达标排放。将混凝预处理、紫外光催化Fenton氧化、曝气生物滤池处理中所产生的污泥通过带式压滤机压滤后，进行卫生填埋。

Description

一种油气田钻井废水物化生物组合处理方法及系统

技术领域

本发明涉及油气田钻井废水处理方法及系统。

背景技术

钻井废水是石油或天然气钻探和修井作业过程中所产生的一种“特殊作业废水”，其主要由钻井过程中排放的岩屑与钻井液，动力设备、钻台和钻井工具设备的冲洗水、井场上下雨所产生的废水和钻井过程中涌出的地层水等组成。钻井废水的排放量是巨大的，据调查，每台钻机正常作业的日排放废水约为20~30 m³，我国一年排放的钻井废水量则多达136万吨，而钻井废水的处理回用率却仅有39%。钻井废水的组成非常复杂，它是一种含有粘土、加重材料、化学处理剂、油类等多项成分的胶体溶液，同时也看作是泥浆高倍稀释物和油类混合物。其主要含有油类、溶解性有机成分、各类化学处理剂、固体物质、细菌、硫酸盐、重金属、天然放射物及溶解性气体等物质。

因此钻井废水通常又被认为是一种有机污染物和悬浮固体浓度高，含有一定油类物质、生物降解率很低和高色度的废水。这类废水处理难度大，本身具有复杂性、多变性和分散性的特点，如果直接排放至地表水体中，则对对生态环境带来严重的污染，所以从经济和技术可行上来探索钻井废水处理方法已经势在必行。

目前钻井废水的处理方法大致可以分为：物理法、化学法、生物法和膜处理技术。物理法如过滤，一般能够较好分离悬浮固体，但对废水中溶解性有机物去除率较低，而且滤池容易堵塞。化学法如混凝沉淀、化学氧化等技术运用也较多，混凝沉淀法能够很好去除悬浮固体但对有机物的去除并不彻底，出水一般很难达标。化学氧化法如二氧化氯氧化法不足之处在于引入大量新的污染物氯离子。另外臭氧氧化法处理效率虽高但是处理成本同样也较高。由于钻井废水生化降解性比较低，直接对其采用生物法处理一般较少，大多是与其他物理化学法联合使用。膜分离技术直接处理废水效果较好，但是处理成本太高，膜的污染通常比较严重。这些不同处理方法大多是进行实验室层面的研究阶段上，在实际工程运用上通常是比较少的。然而某些钻井场地所采用的处理方法都存在着造价高、操作复杂和处理后出水难达标的缺点。

随着国内日益严峻的环境问题以及国家“十一五”计划对环境问题控制的要求，对钻井废水进行有效治理已成为了石油天然气工业发展的迫切需要。本方法旨在针对钻井废水本身具有复杂性、多变性和分散性的特点，从经济和技术可行上来开发一种即实用又有效的钻井废水物化生物组合处理方法及系统。

发明内容

本发明的目的针对现有钻井废水处理技术存在的问题，提供一种处理效果好、操作简便、运行费用低的处理方法和系统，以解决我国石油天然气行业钻井废水处理的难题。

在实验研究中，发现铝系絮凝剂对钻井废水中的悬浮固体和有机污染物有较高的去除效率；紫外光催化Fenton氧化技术可以有效降低有机物并且极大提高废水的可生化性；生物处理技术如曝气生物滤池具有抗冲击负荷能力强，处理后出水水质高的特点。

本发明的基本思路是：首先向废水中加入絮凝剂进行混凝预处理并通过带式压滤机压滤，去除废水中绝大多数悬浮固体和大部分有机污染物；再将混凝预处理和带式压滤机压滤后的出水通过紫外光催化Fenton氧化处理，将废水中大分子有机物氧化降解为小分子有机物或二氧化碳，并提高废水的可生化性；最后将紫外光催化Fenton氧化后的废水与钻井场地上所产生的生活污水一起进入曝气生物滤池进行好氧生物处理，降解剩余有机污染物，并使出水达标排放。

本发明提出的物化生物组合处理方法的步骤包括：

（1）向钻井废水中加入铝系絮凝剂进行混凝预处理和带式压滤机压滤，以去除废水中大部分悬浮固体和有机污染物；所述混凝预处理时，絮凝过程的水力停留时间为15±5min；

（2）然后将混凝预处理和带式压滤机压滤后的出水通过紫外光催化Fenton氧化，反应时间为1.5±0.5h，以降解残留有机污染物并提高废水的可生化性；所述废水在紫外光催化Fenton氧化前，需加酸调节废水pH值为3~5，在紫外光催化Fenton氧化后，加碱调节废水pH值为11±0.5；

（3）最后将紫外光催化Fenton氧化处理后的废水连同钻井场地上的生活污水混合并加酸调节pH值为6~9后，并进入曝气生物滤池进行好氧生物降解处理使其达标排放；

同时将混凝预处理、紫外光催化Fenton氧化、曝气生物滤池处理中所产生的污泥一起通过压滤机压滤后，进行卫生填埋。

本发明提出的实现上述方法的油气田钻井废水物化生物组合处理系统包括依次由管道连通的絮凝池、带式压滤机、前段pH调节池、带紫外光照射装置的氧化反应池、后段pH调节池、斜板沉淀池、混合池和曝气生物滤池；在管道上设置泵，在斜板沉淀池底部接有排泥管。

所述废水用泵抽至絮凝池中，向絮凝池中投加絮凝剂进行混凝搅拌，然后由污泥螺杆泵将混凝后出水输送至带式压滤机压滤，絮凝池水力停留时间为15±5min。

经混凝预处理和带式压滤机压滤后的废水自流进入前段pH调节池，加酸调节废水pH值为3~5；然后废水进入氧化反应池，分别加入硫酸亚铁溶液和过氧化氢溶液，反应时间为1.5±0.5h，并同时用紫外光照射装置进行照射；再让废水流入后段pH调节池，加碱调节废水pH值至11±0.5；最后废水由泵抽送至斜板沉淀池，其水力停留时间为3±0.5h。

让斜板沉淀池出水自流进入混合池，同时混合池也接入钻井场地所产生的生活污水，加酸调节混合池内废水pH为6~9；然后废水由泵抽送至曝气生物滤池处理达标后排出，曝气生物滤池的容积负荷为1.5±0.5kgBOD/(m³滤层·d)。

本发明的特点如下：

①本发明方法采用化学混凝+紫外光催化Fenton氧化技术作为生物处理前预处理步骤。混凝预处理后出水直接经带式压滤机压滤后进行后续氧化处理。紫外光催化Fenton氧化是一种高效的光化学催化氧化方法，实验研究中发现相同情况下，紫外光催化Fenton氧化比常规Fenton氧化对有机污染物去除率高20~30%。通过化学混凝+紫外光催化Fenton氧化预处理可以将废水中绝大多数的有机污染物和悬浮固体去除，并有效提高废水的可生化性，减轻后续曝气生物滤池的处理负荷。

②本发明方法特别采用了曝气生物滤池作为后续深度处理方法。曝气生物滤池是一种集生物降解与悬浮物过滤为一体的生物膜处理方法。与活性污泥法相比，曝气生物滤池具有以下优点：(1)水力负荷与容积负荷高，出水水质好；(2)抗冲击负荷能力强，耐低温；(3)曝气量小，供氧动力消耗低；(4)挂膜与启动较快。经混凝沉淀+紫外光催化Fenton氧化技术预处理后的废水其可生化性已经大大提高，但是废水的盐度仍然较高，如采用活性污泥法进行处理则对微生物会产生较大冲击。此外，活性污泥法在启动初期需对污泥进行较长时间的驯化，曝气生物滤池则可以很快完成启动。另外活性污泥法若长时间停止进水运行则需要一直投加营养物质维持微生物的活性，而曝气生物滤池不需要投加营养物质以维持微生物活性，并且能在重新启动后迅速完成填料挂膜。曝气生物滤池处理废水后不需要进行沉淀，活性污泥则需要与之配套沉淀处理单元。

③本方法将钻井场地上所产生的生活污水与化学混凝+紫外光催化Fenton氧化技术预处理后的废水混合，一起进入曝气生物滤池处理。据实地调查，钻井场地上所产生的生活污水大多经化粪池处理后直接排放，没有后续处理单元。如将生活污水与预处理后废水一起混合处理，一方面可以减少生活污水直接排放给地表环境带来的污染；另一方面生活污水中含有大量细菌，可以为曝气生物滤池提供足够的微生物。

④本发明在运行上采用连续进水，通过合理的设计，可以使混凝沉淀和紫外光催化Fenton氧化过程都保持连续运行状态，避免间歇运行带来的延迟性。

⑤本发明系统结构紧凑，体积小，拆卸组装方便，能够流动作业，自动化程度较高，能有效降低劳动强度。

本发明的处理方法是一种采用化学混凝+紫外光催化Fenton氧化+曝气生物滤池来处理油气田钻井废水的物化生物组合处理方法及系统，采用本发明的方法及系统可以在经济和技术上有效解决我国油气田钻井废水处理的难题。

附图说明

图1为本发明的油气田钻井废水组合处理系统的示意图。

1— 絮凝池         2—带式压滤机     3—前段pH调节池 4—氧化反应池

5—后段pH调节池  6—斜板沉淀池     7—混合池         8—曝气生物滤池

9—污水泵          10—絮凝剂溶液槽  11—酸液槽        12—过氧化氢溶液槽

13—硫酸亚铁溶液槽 14—碱液槽        15—计量泵        16—空压机

17—污泥螺杆泵     18—紫外光照射装置。

具体实施方式

参见图1，本油气田钻井废水物化生物组合处理系统包括依次由管道连通的絮凝池1、带式压滤机2、前段pH调节池3、带紫外光照射装置18的氧化反应池4、后段pH调节池5、斜板沉淀池6、混合池7和曝气生物滤池8。在管道上设置污水泵9和计量泵15，斜板沉淀池的排泥管与带式压滤机2连接。曝气生物滤池连接有8空压机。絮凝池1连接有絮凝剂溶液槽10， 前段pH调节池3和混合池7与酸液槽11有连接，氧化反应池4与过氧化氢溶液槽12和硫酸亚铁溶液槽13有连接，后段pH调节池5与碱液槽14有连接。

钻井废水处理主要由三个处理流程组成：

（1）混凝预处理的工艺步骤是：将污水池的废水用泵抽至絮凝池中，向絮凝池中投加絮凝剂进行混凝搅拌，然后让废水由污泥螺杆泵输送至带式压滤机进行压滤，絮凝池水力停留时间为15±5min，压滤后出水进入Fenton氧化处理部分。这样用以去除废水中大部分有机污染物和绝大多数的悬浮固体，絮凝剂可采用铝系絮凝剂。

（2）紫外光催化Fenton氧化预处理的工艺步骤是：主要降解废水中大分子有机物为小分子有机物或二氧化碳并极大提高废水的可生化性。首先让混凝预处理和带式压滤机压滤后的出水自流进入前段pH调节池，加酸调节废水pH值为3~5；其次废水进入氧化反应池，分别加入硫酸亚铁溶液和过氧化氢溶液，反应时间为1.5±0.5h；再将废水流入后段pH调节池，加碱调节废水pH值至11±0.5；最后废水由泵抽送至斜板沉淀池，其水力停留时间为3±0.5h。

（3）曝气生物滤池处理的工艺步骤是：将斜板沉淀池出水进入混合池，同时混合池也接入钻井场地所产生的生活污水，加酸调节混合池内废水pH为6~9；然后废水由泵抽送至曝气生物滤池，曝气生物滤池的容积负荷为1.5±0.5kgBOD/(m³滤层·d)。

采用本发明方法和系统对重庆某地石油天然气钻井场地所产生钻井废水的进行处理，处理过程中各阶段水质情况见表1。

原水COD为3600~4400mg/L，BOD₅为280~375mg/L，TOC为1300~1640mg/L，设计处理量为30m³/d。混凝预处理和带式压滤机部分，絮凝池水力停留时间为15min，投加聚合氯化铝为3.5~5g/L。紫外光催化Fenton氧化处理部分，氧化反应时间为1h，硫酸亚铁投加量为4.88g/L，过氧化氢(30%)投加量为20mL/L，斜板沉淀池停留时间为3h。生物处理部分，曝气生物滤池的容积负荷为1kgBOD/(m³滤层·d)。如表1所述，钻井废水经该方法处理后出水水质COD为62~77mg/L，BOD₅为18~24mg/L，TOC为35~42mg/L达到国家污水综合排放一级标准。

                                                 

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Claims (1)

1.一种油气田钻井废水物化生物组合处理方法，其特征在于：所述处理方法的步骤包括：

（1）向钻井废水中加入铝系絮凝剂聚合氯化铝进行混凝预处理和带式压滤机压滤，以去除废水中大部分悬浮固体和有机污染物；所述混凝预处理时，絮凝过程的水力停留时间为15±5min；

（2）然后将混凝预处理和带式压滤机压滤后的出水通过紫外光催化Fenton氧化，反应时间为1.5±0.5h，以降解残留有机污染物并提高废水的可生化性；所述废水在紫外光催化Fenton氧化前，需加酸调节废水pH值为3~5，在紫外光催化Fenton氧化后，加碱调节废水pH值为11±0.5；

（3）最后将紫外光催化Fenton氧化处理后的废水连同钻井场地上的生活污水一起混合调节废水pH值为6~9，并进入曝气生物滤池进行好氧生物降解处理使其达标排放；

同时将混凝预处理、紫外光催化Fenton氧化、曝气生物滤池处理中所产生的污泥通过带式压滤机压滤后，进行卫生填埋；

 所述方法采用以下处理系统实现，系统包括依次由管道连通的絮凝池、带式压滤机、前段pH调节池、带紫外光照射装置的氧化反应池、后段pH调节池、斜板沉淀池、混合池和曝气生物滤池；在管道上设置泵，在斜板沉淀池底部接出有排泥管；

   所述系统在运行上采用连续进水，废水用泵抽至絮凝池中，向絮凝池中投加絮凝剂进行混凝搅拌，然后由污泥螺杆泵将废水输送至带式压滤机，絮凝池水力停留时间为15±5min；

   经混凝预处理和带式压滤机压滤后的出水自流进入前段pH调节池，加酸调节废水pH值为3~5；然后废水进入氧化反应池，分别加入硫酸亚铁溶液和过氧化氢溶液，反应时间为1.5±0.5h，并同时用紫外光照射装置进行照射；再让废水流入后段pH调节池，加碱调节废水pH值至11±0.5；最后废水由泵抽送至斜板沉淀池，其水力停留时间为3±0.5h；

   让斜板沉淀池出水自流进入混合池，同时混合池也接入钻井场地所产生的生活污水，加酸调节混合池内废水pH为6~9；然后废水由泵抽送至曝气生物滤池处理达标后排出，曝气生物滤池的容积负荷为1.5±0.5kgBOD/(m³滤层·d)。

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