CN103351082B - 一种能实现零排放的人工湿地深度处理采油污水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能实现零排放的人工湿地深度处理采油污水的方法,包括预处理步骤、氧化塘处理、潜流湿地处理、表面流湿地处理和盐碱滩涂蒸发处理,实现了采油污水的零排放处理;本发明通过将预处理产生的污泥用于油井作业调剖;预处理出水中的污染物被土壤吸附、固定,然后经微生物降解成低毒、无毒的植物养料和CO2,最终被植物吸收;净化后的水通过植物的蒸腾和自然蒸发实现零排放;水中的盐通过间隔布水下压进入地下,利用土壤—微生物—植物这一复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用,实现污水的高效净化,同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环,实现污水的无害化和资源化。
Description
技术领域
本发明涉及一种能实现零排放的人工湿地深度处理采油污水的方法,主要涉及人工湿地深度处理采油污水的方法及资源化利用构建循环经济,属环保技术领域。
背景技术
采油污水主要包括油田采出水、钻井污水及联合站内其他类型的含油污水,油田采出水是指从地下采出的含水原油经脱水、脱盐等处理后分离出来的水。由于地层与采油工艺的不同,采出水的成分十分复杂,污水中不仅含有原油,还存在各种悬浮物、可溶性盐、有害气体和有机聚合物,未经处理直接排放会污染水体、土壤、植物,破坏自然环境。
目前,我国多数油田已进入高含水开采后期,采用注水或注聚采油,每天产生大量的污水,富余污水量逐年增加,污水主要来源于两方面,一是注采不平衡,二是注聚采油中用于配制聚合物的清水。富余污水的主要处理方式包括回注油层、限液关井以及达标外排。虽然通过上述方式可基本实现污水的注采平衡,但污水回注油层属于无效回注,不但成本高,而且污水强注油层会伤害油田储层结构,影响油田的可持续发展;限液关井,制约提液上产,导致油田产量下降,影响了油田效益;而采油污水含油量大、矿化度高、有机物成分复杂、可生化性差,外排达标困难,随着环境质量要求的提升,污水排放标准逐年提高,排放总量逐年降低,更是加大了采油污水的处理难度和处理成本。
我国油田多数处在湿地滩涂范围内,由于湿地水分补给条件差,长年平均蒸发量大于降雨量,降水不足,引水困难,淡水资源短缺,大部分湿地为季节性或短期性积水,仅表现为地表过湿,而且地下水埋藏浅,矿化度高,土壤水分蒸发快,易返盐,盐渍化严重,新生土壤次生盐渍化快。采油污水有机污染物再净化后,完全可用于人工湿地滩涂生态建设,并可能构建循环经济链条。
人工湿地处理采油污水在国内外早有实践,并取得了良好的处理效果,但仍然存在一些制约因素,例如,为尽量减少采油污水对人工湿地土壤和地下水的污染,采油污水需采取化学预处理措施,无论哪种预处理措施均会产生大量的污泥废渣,长期积累容易造成二次污染,除了锅炉焚烧外,尚未有高效资源化利用的方法,但废渣一般热值较低,焚烧价值不高,甚至产生二次污染,同时冬季因为温度低,尤其是我国北方地区,造成湿地系统内微生物活性降低,湿地植物出现休眠现象,根系微生物代谢减缓甚至停止,导致湿地处理效率大幅度下降,要保证湿地出水水质就需要延长水力停留时间,这都影响了人工湿地的推广运行。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种能实现零排放的人工湿地深度处理采油污水的方法。
术语说明
采油污水:是指主要指标符合COD≤1000mg/L,悬浮物≤200mg/L,石油类≤200mg/L,聚合物≤100mg/L、矿化度≤15000mg/L的石油开采过程中产生的废水。
本发明采用如下技术方案实施
一种能实现零排放的人工湿地深度处理采油污水的方法,包括如下步骤:
(1)向采油污水中加入NaOH、Na2CO3、CaO、Ca(OH)2、NH3·H2O中的一种或两种以上进行预处理反应2~4h,然后通入沉淀池沉淀10~20h,除污泥,调pH6~9,制得水质为COD150~300mg/L、悬浮物100~150mg/L、石油类10~20mg/L的预处理出水;
(2)将步骤(1)制得的预处理出水通入氧化塘,保持氧化塘运行温度为5~25℃,水力停留时间为6~20天,制得水质为COD60~150mg/L、悬浮物30~100mg/L、石油类1~10mg/L的氧化塘出水;
(3)当步骤(2)制得的氧化塘出水水质为COD100~150mg/L、悬浮物60~100mg/L、石油类5~10mg/L时,进入潜流湿地,水力停留时间为0.5~2天,制得水质为COD≤100mg/L、悬浮物≤60mg/L、石油类≤5mg/L的潜流湿地出水;
(4)将步骤(2)制得的水质为COD60~100mg/L、悬浮物30~60mg/L、石油类1~5mg/L的氧化塘出水或步骤(3)制得的潜流湿地出水通入表面流湿地,水力停留时间为1~20天,水力负荷≤0.5m/天,制得水质为COD≤50mg/L、悬浮物≤20mg/L、石油类≤3mg/L、矿化度≤24000mg/L的表面流湿地出水;
(5)将步骤(4)制得的表面流湿地出水通入生长有盐生植物的盐碱滩涂地块,间歇性短期积水,采用大水漫灌方式布水,水力负荷50~1500mm/年,积水时间7~30d,布水周期10~180天。
根据本发明优选的,所述步骤(1)中污泥经加入固结剂和悬浮剂制得调剖剂用于调剖作业,固结剂添加量与污泥质量比为1:(1~10),悬浮剂添加量与污泥质量比为1:(1~5)。
根据本发明进一步优选的,所述的固结剂为轻烧镁粉、石膏、水玻璃的一种或两种以上的组合。
根据本发明进一步优选的,所述的悬浮剂聚丙烯酰胺、胍胶、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉中的一种或两种以上的组合。
根据本发明优选的,所述步骤(5)中的盐生植物为柽柳、芦苇、碱蓬、海蓬子。
根据本发明优选的,所述步骤(5)中的盐碱滩涂地块为地下含有苦咸水的盐碱滩涂地块。
根据本发明优选的,所述步骤(5)中的间歇性短期积水条件为:
当表面流湿地出水矿化度为15000~24000mg/L时,布水深度为5~30cm,积水时间7~15d,布水周期为100~180天;
当表面流湿地出水矿化度为6000~15000mg/L时,布水深度为5~50cm,积水时间7~20d,布水周期为50~180天;
当表面流湿地出水矿化度为≤6000mg/L时,布水深度为5~80cm,积水时间7~30d布水周期为10~180天。
根据本发明优选的,所述步骤(2)中保持氧化塘运行温度为5~25℃采用将步骤(2)制得的氧化塘出水和/或步骤(4)中制得的表面流湿地出水回流入氧化塘。
根据本发明进一步优选的,所述回流的回流比为10%~50%。
根据本发明进一步优选的,所述回流时添加植物腐殖质,植物腐殖质添加量为0.3~2.0kg/m2。
上述处理步骤如无特别说明,本领域技术人员均可根据实际需要采用本领域常用工艺步骤及工艺条件实现。
有益效果
1、本发明实现了采油污水的零排放处理;本发明通过将预处理产生的污泥用于油井作业调剖;预处理出水中的污染物被土壤吸附、固定,然后经微生物降解成低毒、无毒的植物养料和CO2,最终被植物吸收;净化后的水通过植物的蒸腾和自然蒸发实现零排放;水中的盐通过间隔布水下压进入地下。本发明利用土壤—微生物—植物这一复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用,实现污水的高效净化,同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环,实现污水的无害化和资源化。
2、本发明利用预处理产生的污泥配制采油工艺的固砂堵水调剖剂优于现有调剖剂,做为石油开采后期作业更方便,实现废物再利用,解决了本方法处理工业污水污泥量大的难题。现有的调剖剂在一个调剖周期结束调剖失效后,或者油井突入孔道前段调剖堵水后,后段再次形成突入孔道,需要解堵处理后,才能重新封堵,而本发明制成的调剖剂,开始胶结强度较高,可胶结地层砂,在采油注水的弱酸条件下,可缓慢部分溶解,在一个调剖周期,调剖剂失效过程中(一般约为150~200d),凝胶强度逐渐下降,重新分散为细小的颗粒,内部形成大孔隙的通道,便于突入孔道的再次调剖和重新封堵,不需繁琐的作业措施。
3、氧化塘出水或/和表面流湿地出水回流,可以通过调整回流比,调节氧化塘进水温度,改善进水水质,增加降解微生物数量,提高进水氧气浓度,同时回流水中携带或人为添加的植物腐殖质(如芦苇、碱蓬、柽柳枝等),可作为微生物利用的碳源,提高进水BOD5/CODCr比值,优化生物处理的营养条件。
4、本发明创造性的解决了采油污水中高浓度盐分的问题,一方面避免了工艺处理中盐分可能对于土地盐碱化的影响,另一方面为当地农田咸水灌溉提供了借鉴。净化后水中的盐的处理,利用大水漫灌式布水,分块依次漫灌,一定时间后经过太阳光照蒸发使土壤恢复干燥,水中的盐分留在土壤中,一定布水周期后选择同一地块再次布水,布水方式仍为大水漫灌,上一次留在土壤中的盐分首先溶解并向土壤深层运移,土壤中的水分蒸发后,土壤下层盐分浓度高于土壤上层,过程反复多次后,盐分总体运动趋势表现为向土壤深处积累,水中的盐分最终依靠这种生态化的过程进入地下最终补充至海洋中。
5、本发明利用植物不能生长或只适宜少量耐盐碱的植物生长的盐碱滩涂地块,地下含有苦盐水,矿化度高,不能用于农田灌溉与人畜饮用,因此,水中盐分下压进入地下水不会对环境造成二次污染,相反,通过控制进水矿化度,可以改善盐碱滩涂地块中植物干旱缺水,土壤盐碱化的状况,通过人工培育柽柳、芦苇、碱蓬、海蓬子等盐生植物,提高植被覆盖率,改善当地生态环境。
附图说明
图1是本发明所述氧化塘好氧保温棚使用时的结构示意图;
其中:1、保温棚体,2、固定地栓,3、曝气装置,4、保温膜,5、排气孔,6、曝气管,7、气泵,8、最外层保温膜,9、网绳;
图2是本发明所述氧化塘厌氧保温棚使用时的结构示意图;
其中:1’、保温棚体,2’、固定地栓,3’、厌氧支撑装置,4’、密封保温膜,5’、密闭空间,6’、空气保温层,7’、气泵,8’、空气浮袋,9’、网绳,10’、气泵出气口,11’、排气孔。
图3为实施例1的循环链条示意图;
图4为实施例1的循环经济链条示意图;
图5为实施例2的循环链条示意图;
图6为实施例3的循环链条示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明,但本发明所保护范围不限于此。
实施例1
本实施例使用的采油污水为东营市胜利油田某采油厂的联合站内油水分离后获得的采油污水,主要指标:COD=300mg/L,悬浮物=100mg/L,石油类=50mg/L,聚合物=40mg/L、矿化度=12000mg/L。日处理污水量3000m3/d
一种能实现零排放的人工湿地深度处理采油污水的方法,包括如下步骤:
(1)向采油污水中加入NaOH、Ca(OH)2,反应2.5h,然后通入沉淀池沉淀15h,沉淀池中的污泥用于配制采油作业的调剖剂,沉淀池的出水调pH6~9后,制得水质为COD=150mg/L、悬浮物=100mg/L、石油类=10mg/L的预处理出水;
向采油污水中加入NaOH、Ca(OH)2,继而反应生成重金属碳酸盐沉淀、CaCO3沉淀、MgCO3沉淀、Mg(OH)2沉淀,这些沉淀都是活性超细微粒,有巨大的比表面积和强大的吸附性,达到去除采油污水中重金属离子,去除或部分去除水中的Mg2+和Ca2+,同时通过共沉淀和吸附等作用去除水中的部分Na+、K+、悬浮物、COD和原油。采用此方法预处理采油污水减少了絮凝剂的使用,净化了污水,去除了水中的重金属离子,降低了污水的矿化度,利于湿地发育,可直接进入湿地。同时处理后的水沉淀出了引起聚合物粘度下降的Ca2+、Mg2+,减少了注聚管网结垢的可能性,提高了处理污水的配伍性,因此也可回收用于三次采油技术中化学驱聚合物的配制。
沉淀池污泥中加入轻烧镁粉、聚丙烯酰胺和胍胶后,轻烧镁粉(购自牌楼镇海马轻烧镁厂)、聚丙烯酰胺(购自康瑞药业有限公司)和胍胶(购自康瑞药业有限公司)的质量比为5:2:1,配成质量百分比为5%~20%的悬浮液,用调剖泵将悬浮液挤入地层突入孔道,到达设定深度后,在40~80℃,5.0~15MP,地下水矿化度3000~30000mg/L条件下,与地层砂自主胶结形成胶凝沉淀物,主要为CaXMgY(OH)MHN(CO3)Z类结晶相复盐,其中:x:1~20,y:1~20,z:4~40,M:1~10,N:1~20,沉淀析出同时胶结了地层砂,堵塞孔道。所配置的悬浮液悬浮性好,调剖后30分钟开始沉降,初凝时间为3天,终凝时间15天,凝结时间可调性强,最长可达30d,适用于深层调剖,其主要特点是开始胶结强度较高,可胶结地层砂,在采油注水的弱酸条件下,可缓慢部分溶解,在一个调剖周期的调剖剂失效过程中(一般约为150~200d),凝胶强度逐渐下降,重新分散为细小的颗粒,内部形成大孔隙的通道,便于突进孔道的再次调剖和调剖后同一地层后段再次形成的突进孔道的封堵,而不需繁琐的作业措施,具体调剖检测实验数据如表1所示,抗压强度检测选用SY/T5590-2004调剖剂性能评价方法进行检测。
表1调剖检测实验数据
调剖作业后时间 | 15d | 30d | 60d | 90d | 120d | 150d | 180d |
抗压强度 | 1.5MP | 1.5MP | 1.1MP | 0.9MP | 0.6MP | 0.5MP | 0.2MP |
初始沉积物外侧包围不溶于酸的悬浮剂,强度下降较慢,60d后,随着胶凝沉积物的逐渐溶解,导致凝胶强度快速下降,渗透率升高,但依然具备堵水调剖作用,180d后调剖剂强度降低至0.2MP,强度较低,堵水失效,地层再次形成较大孔道,调剖失效。
(2)将步骤(1)制得的预处理出水通入氧化塘,保持氧化塘运行温度为25℃,水力停留时间为20天,制得水质为COD=60mg/L、悬浮物=30mg/L、石油类=1mg/L的氧化塘出水,氧化塘面积依据污染物负荷40kgCOD/(104m2.d),67500m2。
氧化塘出水口设置回流泵站,采油污水一般温度较高(40~60℃),可生化性差,微生物生存困难,将部分氧化塘出水回流至氧化塘进水口,回流比50%,调节氧化塘进水温度,改善进水水质,增加降解微生物数量,提高进水氧气浓度,同时回流水中携带或人为添加的植物腐殖质(如芦苇、碱蓬、柽柳枝等),可作为微生物可利用的碳源,提高进水BOD5/CODCr比值,优化生物处理的营养条件,添加量范围为0.3kg/m2。
氧化塘在冬季运行时,无法维持温度为25℃的运行温度,因此需要加装氧化塘保温棚。氧化塘分为好氧型的氧化塘和厌氧性的氧化塘,好氧型的氧化塘保温棚如图1所示,包括保温棚体1、固定地栓2和曝气装置3,所述保温棚体1为保温膜4,保温膜4覆盖于好氧人工湿地上表面,保温膜4边沿通过固定地栓2固定于好氧人工湿地边缘水面以下,保温膜4水面上部分设置有排气孔5;所述曝气装置3包括曝气管6和气泵7,好氧人工湿地水面下设置有曝气管6,气泵7与曝气管6相连接。
所述的保温棚体1为2层保温膜4结构,保温膜4跨度由内而外依次增加,相邻保温膜4之间跨度差和高度差相等,跨度差为5cm,最外层保温膜8的高度为1.5米。
所述每层保温膜4上设置有一个排气孔5,且相邻两保温膜上的排气孔5之间的距离最大。
处理采油污水的好氧人工湿地冬季无支撑保温系统还包括网绳9,所述网绳9设置于保温膜4的外表面,网绳9的边缘与保温膜4同时固定于固定地栓2上。
所述保温膜4撑起时,保温膜4为中间高四周低的圆弧面。
所述气泵7为空气压缩机或高压鼓风机。所述保温膜4为无滴大棚膜。
所述的排气孔5为能够调节孔径大小的排气孔5。
该氧化塘保温棚工作时,气泵通过向曝气管泵气,空气通过曝气管从人工湿地水下进入保温膜与人工湿地水面之间的密闭空间,并将保温膜托起,同时可以增加水体的含氧量。保温膜可以通过调节排气孔的孔径,实现调节保温膜内进气与出气的平衡。
氧化塘保温棚的效果如下:
氧化塘保温棚采用曝气装置向保温膜内充气,从而使保温膜覆盖于需要保温的湿地上方,使湿地和棚外冷空气之间形成空气保温层,达到保温效果,并且不采用支架,从而可以确保保温装置的跨度,克服现有保温棚跨度小的弊端。
氧化塘保温棚的保温膜边缘均设置于湿地水面以下,从而使水面与保温膜之间形成密闭的空间,确保曝气产生的气体可以将保温膜托起。
保温膜为无滴大棚膜,在保温的同时,不影响湿地内植物的光合作用,保证大棚植物冬季正常生长。
氧化塘保温棚将网绳设置于保温膜的外表面,该结构可以使保温系统具有一定的抗风抗灾害能力。
厌氧型的氧化塘保温棚如图2所示,包括保温棚体1’、固定地栓2’、厌氧支撑装置3’和气泵7’,所述的厌氧支撑装置3’包括密封保温膜4’和空气浮袋8’,密封保温膜4’边沿通过固定地栓2’固定于厌氧人工湿地边缘水面以下,空气浮袋8’设置于密封保温膜4’和厌氧人工湿水面围成的密闭空间5’内,保温棚体1’为边沿通过固定地栓2’固定于厌氧人工湿地边缘水面以下的保温膜,保温棚体1覆盖于密封保温膜5’外,且保温棚体1’与密封保温膜5’之间有一空气保温层6’,气泵出气口10’设置于空气保温层6’内;该处理采油污水的厌氧人工湿地冬季无支撑保温系统还包括网绳9’,所述网绳9’设置于保温棚体1’的外表面,网绳9’的边缘与保温棚体1’同时固定于固定地栓2’上。
所述保温棚体1’为中间高四周低的圆弧面。所述气泵7’为空气压缩机或高压鼓风机。
所述保温膜为无滴大棚膜。
所述的保温棚体1’与密封保温膜4’的跨度差为50cm,保温棚体1’的高度为2米。所述的空气浮袋8’为直径20~100cm、长度10~100m的内充空气的塑料圆柱。
所述保温棚体1’上设置有一个排气孔11’。所述的排气孔11’为能够调节孔径大小的排气孔11’。
该处理采油污水的厌氧人工湿地冬季无支撑保温系统工作时,气泵通过向保温棚体与密封保温膜之间泵气,从而使保温棚体与密封保温膜之间隔开形成空气保温层,密封保温膜内设置有空气浮袋,将密封保温膜与水面之间形成密闭空间,阻止了水体表面空气的流动,阻断了空气与水体表面的气体交换,且同时具有对水体的保温作用。
(3)将步骤(2)制得的氧化塘出水通入表面流湿地,水力停留时间为10天,制得水质为COD=50mg/L、悬浮物=20mg/L、石油类=0.5mg/L、矿化度=18000mg/L的表面流湿地出水;表面流湿地面积依据水力负荷0.05m/d计算,60000m2。
表面流湿地净化后的水,可用于鱼类的养殖,鱼类可选择梭鱼、鲻鱼、黑鲷、鲈鱼、大黄鱼等咸水鱼。湿地中生长的芦苇、川蔓藻及浮游藻类既可净水,又可作为鱼的饵料养鱼,养殖的鱼可用于养貂,貂肉喂食狐狸,狐狸肉喂食鳄鱼,鳄鱼肉又可以喂鱼、貂和狐狸,通过收货貂皮、鳄鱼皮、狐狸皮获得经济利益。
鱼类养殖的水可来源于两部分,一部分为经人工湿地净化后的污水,另一部分为只经过预处理的污水,配水比例一般为5:1~20:1,只经过预处理的污水中聚丙烯酰胺等采油助剂浓度较高,可补充水中的氮磷元素,使藻类繁殖速度加快,提供鱼类饵料,同时通过控制水力停留时间,保证水体流动更换,避免水体富营养化,从而将采油污水中的污染物聚丙烯酰胺变废为宝,资源化为水产养殖中所用的水肥,既净化了水质,又获得经济效益。循环链条如图3所示。
湿地中养殖的鱼类存在威胁人类健康的风险,为安全起见,不作为水产品进入市场,仅作为动物的饲料;貂、狐狸、鳄鱼等收取毛皮获得经济效益。养殖后的水又可以用于复合湿地的补水,动物的排泄物用于沼气池发酵,为现场工作人员日常生活提供绿色燃料,发酵后的废渣作为芦苇等湿地植物的有机肥料。
(4)将步骤(3)制得的表面流湿地出水通入生长有盐生植物的盐碱滩涂地块,盐生植物为柽柳、芦苇、碱蓬、海蓬子。当地最小蒸发量约700mm/a,选择水力负荷600mm/年,间歇积水时间30d,布水周期180天。盐碱滩涂地块分块,每块面积约74000m2,共24块,每周依次选择1个区块布水,每年循环两次,实现污水的零排放。
污水进入盐碱滩涂地块后,污染物被土壤吸附、固定,微生物降解成低毒、无毒的植物养料和CO2,被植物吸收,净化了的水通过植物的蒸腾和自然蒸发实现零排放,水中的盐通过间隔布水下压成为地下水。
盐碱滩涂地块内表现为间歇性短期积水,地表土壤长时间干燥。土壤干燥时进行布水,布水方式为大水漫灌,分块依次漫灌,每块一次积水深度30cm,30d后经过太阳光照蒸发土壤恢复足够干燥,水中的盐分留在土壤中,180d后对同一地块再次布水,布水方式仍为大水漫灌,上一次留在土壤中的盐分首先溶解并向土壤深层运移,土壤中的水分蒸发后,土壤下层盐分浓度高于土壤上层,过程反复多次后,盐分总体运动趋势表现为向土壤深处积累,水中的盐分最终依靠这种生态化的过程进入地下最终补充至海洋中。
盐碱滩涂地块中的植物,芦苇用于造纸,碱蓬、海蓬子等用于榨油,榨出的油可制成航空煤油,为可再生能源,榨油的废渣可以作为鱼的饵料和盐碱滩涂地块的肥料。循环经济链条如图4所示。
本发明解决了预处理产生的固废资源化的问题,同时通过控制布水方式和布水强度,利用蒸发、下渗等生态过程,使污水中的盐分最总归于海洋,解决了污水高矿化度问题。本发明污水处理量大,净化效果好,生态效益高,一方面可减少采油污水的无效回注,保护油层结构;另一方面可减少限液关井次数,提高油田生产效益,将采油污水资源化为油区盐碱类荒地生态建设补水,实现了零排放。
实施例2
本实施例使用的采油污水为联合站内油水分离后获得的采油污水,该地区年最小蒸发量约300mm/a,主要指标:COD=1000mg/L,悬浮物=200mg/L,石油类=100mg/L,聚合物=100mg/L、矿化度=15000mg/L,日处理污水量3000m3/d。
一种能实现零排放的人工湿地深度处理采油污水的方法,包括如下步骤:
(1)向采油污水中加入Na2CO3、CaO,反应4h,然后通入沉淀池沉淀20h,沉淀池中的污泥用于配制采油作业的调剖剂,沉淀池的出水调pH6~9后,制得水质为COD=300mg/L、悬浮物=150mg/L、石油类20mg/L的预处理出水;
向采油污水中加入Na2CO3、CaO,继而反应生成重金属碳酸盐沉淀、CaCO3沉淀、MgCO3沉淀、Mg(OH)2沉淀,这些沉淀都是活性超细微粒,有巨大的比表面积和强大的吸附性,达到去除采油污水中重金属离子,去除或部分去除水中的Mg2+和Ca2+,同时通过共沉淀和吸附等作用去除水中的部分Na+、K+、悬浮物、COD和原油。中和法处理采油污水减少了絮凝剂的使用,净化了污水,去除了水中的重金属离子,降低了污水的矿化度,利于湿地发育,可直接进入湿地。同时处理后的水沉淀出了引起聚合物粘度下降的Ca2+、Mg2+,减少了注聚管网结垢的可能性,提高了处理污水的配伍性,因此也可回收用于三次采油技术中化学驱聚合物的配制。
沉淀池污泥中加入石膏、胍胶和聚乙烯醇后,石膏(购自济南台鑫工艺材料部)、胍胶(购自康瑞药业有限公司)和聚乙烯醇(购自海旺化工公司)的质量比6:5:2,配成质量百分比为5%~20%的悬浮液,用调剖泵将悬浮液挤入地层突入孔道,到达设定深度后,在40~80℃,5.0~15MP,地下水矿化度3000~30000mg/L条件下,与地层砂自主胶结形成胶凝沉淀物,主要为CaXMgY(OH)MHN(CO3)Z类结晶相复盐,其中:x:1~20,y:1~20,z:4~40,M:1~10,N:1~20,沉淀析出同时胶结了地层砂,堵塞孔道。所配置的悬浮液悬浮性好,调剖后30分钟开始沉降,初凝时间为3天,终凝时间20天,凝结时间可调性强,最长可达30d,适用于深层调剖,其主要特点是开始胶结强度较高,可胶结地层砂,在采油注水的弱酸条件下,可缓慢部分溶解,在一个调剖周期的调剖剂失效过程中(一般约为150~200d),凝胶强度逐渐下降,重新分散为细小的颗粒,内部形成大孔隙的通道,便于突进孔道的再次调剖和调剖后同一地层后段再次形成的突进孔道的封堵,而不需繁琐的作业措施,具体调剖检测实验数据如表1所示,抗压强度检测选用SY/T5590-2004调剖剂性能评价方法。
表2调剖检测实验数据
调剖作业后时间 | 20d | 30d | 60d | 90d | 120d | 150d | 180d |
突入压力 | 1.3MP | 1.3MP | 1.2MP | 0.8MP | 0.6MP | 0.5MP | 0.2MP |
(2)将步骤(1)制得的预处理出水通入氧化塘,保持氧化塘运行温度为20℃,水力停留时间为20天,制得水质为COD150mg/L、悬浮物100mg/L、石油类10mg/L的氧化塘出水;氧化塘面积依据污染物负荷40kgCOD/(104m2.d),约112500m2。
(3)步骤(2)制得的氧化塘出水进入潜流湿地,水力停留时间为2天,制得水质为COD=100mg/L、悬浮物=60mg/L、石油类=5mg/L的潜流湿地出水;潜流湿地面积依据水力负荷0.2m/d计算,约15000m2。
(4)将步骤(3)制得的潜流湿地出水通入表面流湿地,水力停留时间为20天,制得水质为COD=50mg/L、悬浮物=20mg/L、石油类=1mg/L、矿化度=24000mg/L的表面流湿地出水;表面流湿地面积依据水力负荷0.02m/d计算,约150000m2。
所述步骤(2)中保持氧化塘运行温度为20℃采用将步骤(2)制得的氧化塘出水和步骤(4)中制得的表面流湿地出水回流入氧化塘,回流比30%,回流时添加植物腐殖质,植物腐殖质添加量1.0kg/m2。
表面流湿地净化后的水,可用于鱼类的养殖,鱼类可选择梭鱼、鲻鱼、黑鲷、鲈鱼、大黄鱼等咸水鱼。湿地中生长的芦苇、川蔓藻及浮游藻类既可净水,又可作为鱼的饵料养鱼,养殖的鱼可用于养貂,貂肉喂食狐狸,狐狸肉喂食鳄鱼,鳄鱼肉又可以喂鱼、貂和狐狸,人类收货貂皮、鳄鱼皮、狐狸皮。
鱼类养殖的水可来源于两部分,一部分为经人工湿地净化后的污水,另一部分为只经过预处理的污水,配水比例一般为5:1~20:1,只经过预处理的污水中聚丙烯酰胺等采油助剂浓度较高,可补充水中的氮磷元素,使藻类繁殖速度加快,提供鱼类饵料,同时通过控制水力停留时间,保证水体流动更换,避免水体富营养化。该发明点将采油污水中的污染物聚丙烯酰胺变废为宝,资源化为水产养殖中所用的水肥,既净化了水质,又获得经济效益。循环链条如图5所示。
湿地中养殖的鱼类存在威胁人类健康的风险,为安全起见,不作为水产品进入市场,仅作为动物的饲料;貂、狐狸、鳄鱼等收取毛皮获得经济效益。养殖后的水又可以用于复合湿地的补水,动物的排泄物用于沼气池发酵,为现场工作人员日常生活提供绿色燃料,发酵后的废渣作为芦苇等湿地植物的有机肥料。
(5)将步骤(4)制得的表面流湿地出水通入生长有盐生植物的盐碱滩涂地块,盐生植物为柽柳、碱蓬、海蓬子。水力负荷300mm/年,积水时间30d,布水周期180天。盐碱滩涂地块分块,每块面积为305000m2,共12块地块,每月依次选择1个区块布水,每年循环两次,实现污水的零排放。
污水进入盐碱滩涂地块后,污染物被土壤吸附、固定,微生物降解成低毒、无毒的植物养料和CO2,被植物吸收,净化了的水通过植物的蒸腾和自然蒸发实现零排放,水中的盐通过间隔布水下压成为地下水。
盐碱滩涂地块内表现为间歇性短期积水,地表土壤长时间干燥。土壤干燥时进行布水,布水方式为大水漫灌,分块依次漫灌,一次积水深度15cm,30d后经过太阳光照蒸发土壤恢复足够干燥,水中的盐分留在土壤中,180d后选择同一区块再次布水,布水方式为大水漫灌,上一次留在土壤中的盐分首先溶解并向土壤深层运移,土壤中的水分蒸发后,土壤下层盐分浓度高于土壤上层,过程反复多次后,盐分总体运动趋势表现为向土壤深处积累,水中的盐分最终依靠这种生态化的过程进入地下最终补充至海洋中。
实施例3
本实施例使用的采油污水为联合站内油水分离后获得的采油污水,该地区年最小蒸发量为1000mm/a,主要指标:COD=500mg/L,悬浮物=125mg/L,石油类=100mg/L,聚合物=50mg/L、矿化度=8000mg/L。处理污水量为3000m3/d。
一种能实现零排放的人工湿地深度处理采油污水的方法,包括如下步骤:
(1)向采油污水中加入Na2CO3、Ca(OH)2,反应3h,然后通入沉淀池沉淀15h,沉淀池中的污泥用于配制采油作业的调剖剂,沉淀池的出水调pH6~9后,制得水质为COD=200mg/L、悬浮物=100mg/L、石油类15mg/L的预处理出水;
向采油污水中加入Ca(OH)2、NH3·H2O,继而反应生成重金属碳酸盐沉淀、CaCO3沉淀、MgCO3沉淀、Mg(OH)2沉淀,这些沉淀都是活性超细微粒,有巨大的比表面积和强大的吸附性,达到去除采油污水中重金属离子,去除或部分去除水中的Mg2+和Ca2+,同时通过共沉淀和吸附等作用去除水中的部分Na+、K+、悬浮物、COD和原油。中和法处理采油污水减少了絮凝剂的使用,净化了污水,去除了水中的重金属离子,降低了污水的矿化度,利于湿地发育,可直接进入湿地。同时处理后的水沉淀出了引起聚合物粘度下降的Ca2+、Mg2+,减少了注聚管网结垢的可能性,提高了处理污水的配伍性,因此也可回收用于三次采油技术中化学驱聚合物的配制。
沉淀池污泥中加入水玻璃、聚乙烯吡咯烷酮和淀粉后,水玻璃(购自海旺化工公司)、聚乙烯吡咯烷酮(购自海旺化工公司)和淀粉的质量比为5:1:1,配成质量百分比为5%~20%的悬浮液,用调剖泵将悬浮液挤入地层突入孔道,到达设定深度后,在40~80℃,5.0~15MP,地下水矿化度3000~30000mg/L条件下,与地层砂自主胶结形成胶凝沉淀物,主要为CaXMgY(OH)MHN(CO3)Z类结晶相复盐,其中:x:1~20,y:1~20,z:4~40,M:1~10,N:1~20,沉淀析出同时胶结了地层砂,堵塞孔道。所配置的悬浮液悬浮性好,调剖后30分钟开始沉降,初凝时间为3天,终凝时间30天,凝结时间可调性强,最长可达30d,适用于深层调剖,其主要特点是开始胶结强度较高,可胶结地层砂,在采油注水的弱酸条件下,可缓慢部分溶解,在一个调剖周期的调剖剂失效过程中(一般约为150~200d),凝胶强度逐渐下降,重新分散为细小的颗粒,内部形成大孔隙的通道,便于突进孔道的再次调剖和调剖后同一地层后段再次形成的突进孔道的封堵,而不需繁琐的作业措施,具体调剖检测实验数据如表1所示,抗压强度检测选用SY/T5590-2004调剖剂性能评价方法。
表3调剖检测实验数据
调剖作业后时间 | 30d | 40d | 60d | 90d | 120d | 150d | 180d |
抗压强度 | 1.5MP | 1.5MP | 1.4MP | 1.2MP | 0.9MP | 0.7MP | 0.5MP |
(2)将步骤(1)制得的预处理出水通入氧化塘,保持氧化塘运行温度为5~25℃,水力停留时间为15天,制得水质为COD120mg/L、悬浮物80mg/L、石油类8mg/L的氧化塘出水;氧化塘面积依据污染物负荷40kgCOD/(104m2.d),约60000m2。
氧化塘出水口设置回流泵站,采油污水一般温度较高(40~60℃),可生化性差,微生物生存困难,将部分复合人工湿地出水回流至湿地进水口,回流比30%,调节湿地进水温度,改善进水水质,增加降解微生物数量,提高进水氧气浓度,同时回流水中携带或人为添加的植物腐殖质(如芦苇、碱蓬、柽柳枝等),可作为微生物可利用的碳源,提高进水BOD5/CODCr比值,优化生物处理的营养条件,添加量范围为0.3~2.0kg/m2。
(3)步骤(2)制得的氧化塘出水进入潜流湿地,水力停留时间为1天,制得水质为COD=70mg/L、悬浮物=40mg/L、石油类=3mg/L的潜流湿地出水;潜流湿地面积依据水力负荷0.2m/d计算,约15000m2。
(4)将步骤(3)制得的潜流湿地出水通入表面流湿地,水力停留时间为10天,制得水质为COD=50mg/L、悬浮物=20mg/L、石油类=1mg/L、矿化度=15000mg/L的表面流湿地出水;表面流湿地面积依据水力负荷0.02m/d计算,约150000m2。
表面流湿地净化后的水,可用于鱼类的养殖,鱼类可选择梭鱼、鲻鱼、黑鲷、鲈鱼、大黄鱼等咸水鱼。湿地中生长的芦苇、川蔓藻及浮游藻类既可净水,又可作为鱼的饵料养鱼,养殖的鱼可用于养貂,貂肉喂食狐狸,狐狸肉喂食鳄鱼,鳄鱼肉又可以喂鱼、貂和狐狸,人类收货貂皮、鳄鱼皮、狐狸皮。
鱼类养殖的水可来源于两部分,一部分为经人工湿地净化后的污水,另一部分为只经过预处理的污水,配水比例一般为5:1~20:1,只经过预处理的污水中聚丙烯酰胺等采油助剂浓度较高,可补充水中的氮磷元素,使藻类繁殖速度加快,提供鱼类饵料,同时通过控制水力停留时间,保证水体流动更换,避免水体富营养化。该发明点将采油污水中的污染物聚丙烯酰胺变废为宝,资源化为水产养殖中所用的水肥,既净化了水质,又获得经济效益。循环链条如图6所示。
湿地中养殖的鱼类存在威胁人类健康的风险,为安全起见,不作为水产品进入市场,仅作为动物的饲料;貂、狐狸、鳄鱼等收取毛皮获得经济效益。养殖后的水又可以用于复合湿地的补水,动物的排泄物用于沼气池发酵,为现场工作人员日常生活提供绿色燃料,发酵后的废渣作为芦苇等湿地植物的有机肥料。
(5)将步骤(3)制得的表面流湿地出水通入生长有盐生植物的盐碱滩涂地块,盐生植物为柽柳、芦苇、碱蓬、海蓬子、。水力负荷1000mm/年,积水时间20d,布水周期120天。盐碱滩涂地块分块,每块面积46000m2,共24块地块,每周依次选择1个区块布水,每年循环三次,实现污水的零排放。
污水进入盐碱滩涂地块后,污染物被土壤吸附、固定,微生物降解成低毒、无毒的植物养料和CO2,被植物吸收,净化了的水通过植物的蒸腾和自然蒸发实现零排放,水中的盐通过间隔布水下压成为地下水。
盐碱滩涂地块内表现为间歇性短期积水,地表土壤长时间干燥。土壤干燥时进行布水,布水方式为大水漫灌,分块依次漫灌,一次积水深度35cm,20d后经过太阳光照蒸发土壤恢复足够干燥,水中的盐分留在土壤中,120d后选择同一区块再次布水,布水方式仍为大水漫灌,上一次留在土壤中的盐分首先溶解并向土壤深层运移,土壤中的水分蒸发后,土壤下层盐分浓度高于土壤上层,过程反复多次后,盐分总体运动趋势表现为向土壤深处积累,水中的盐分最终依靠这种生态化的过程进入地下最终补充至海洋中。
本发明解决了预处理产生的固废资源化的问题,同时通过控制布水方式和布水强度,利用蒸发、下渗等生态过程,使污水中的盐分最总归于海洋,解决了污水高矿化度问题。本发明污水处理量大,净化效果好,生态效益高,一方面可减少采油污水的无效回注,保护油层结构;另一方面可减少限液关井次数,提高油田生产效益,将采油污水资源化为油区盐碱类荒地生态建设补水,实现了零排放。
Claims (2)
1.一种能实现零排放的人工湿地深度处理采油污水的方法,包括如下步骤:
(1)向采油污水中加入NaOH 、Na2CO3 、CaO、Ca(OH)2、NH3·H2O中的一种或两种以上进行预处理反应2~4h,然后通入沉淀池沉淀10~20h,除污泥,调pH6~9,制得水质为COD 150~300mg/L、悬浮物 100~150 mg/L、石油类 10~20 mg/L的预处理出水;
(2)将步骤(1)制得的预处理出水通入氧化塘,保持氧化塘运行温度为5~25℃,水力停留时间为6~20天,制得水质为COD 60~150mg/L、悬浮物 30~100 mg/L、石油类 1~10 mg/L的氧化塘出水;
(3)当步骤(2)制得的氧化塘出水水质为COD 100~150mg/L、悬浮物 60~100 mg/L、石油类 5~10 mg/L时,进入潜流湿地,水力停留时间为0.5~2天,制得水质为COD≤100mg/L、悬浮物≤60 mg/L、石油类≤5 mg/L的潜流湿地出水;
(4)将步骤(2)制得的水质为COD大于等于60mg/L且小于100mg/L、悬浮物大于等于30mg/L且小于60mg/L、石油类大于等于1mg/L且小于5 mg/L的氧化塘出水或步骤(3)制得的潜流湿地出水通入表面流湿地,水力停留时间为1~20天,水力负荷≤0.5 m/天,制得水质为COD≤50 mg/L、悬浮物≤20 mg/L、石油类≤3 mg/L、矿化度≤24000 mg/L的表面流湿地出水;
(5)将步骤(4)制得的表面流湿地出水通入生长有盐生植物的盐碱滩涂地块,间歇性短期积水,采用大水漫灌方式布水,水力负荷50~1500mm/年,积水时间7~30d,布水周期10~180天。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)中污泥经加入固结剂和悬浮剂制得调剖剂用于调剖作业,固结剂添加量与污泥质量比为1:(1~10),悬浮剂添加量与污泥质量比为1:(1~5)。
3. 如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述的固结剂为轻烧镁粉、石膏、水玻璃的一种或两种以上的组合。
4. 如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述的悬浮剂聚丙烯酰胺、胍胶、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉中的一种或两种以上的组合。
5. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(5)中的盐生植物为柽柳、芦苇、碱蓬、海蓬子。
6. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(5)中的盐碱滩涂地块为地下含有苦咸水的盐碱滩涂地块。
7. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(5)中的间歇性短期积水条件为:
当表面流湿地出水矿化度为15000~24000 mg/L时,布水深度为5~30cm,积水时间7~15d,布水周期为100~180天;
当表面流湿地出水矿化度为6000~15000 mg/L时,布水深度为5~50cm,积水时间7~20d,布水周期为50~180天;
当表面流湿地出水矿化度为≤6000 mg/L时,布水深度为5~80cm,积水时间7~30d布水周期为10~180天。
8. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)中保持氧化塘运行温度为5~25℃,将步骤(2)制得的氧化塘出水和/或步骤(4)中制得的表面流湿地出水回流入氧化塘。
9. 如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述回流的回流比为10%~50%。
10. 如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述回流时添加植物腐殖质,植物腐殖质添加量为0.3~2.0kg/m2。
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