CN104211258A

CN104211258A - 一种钻井废液的处理方法

Info

Publication number: CN104211258A
Application number: CN201410467948.8A
Authority: CN
Inventors: 陈双扣; 黄文章; 汤波; 谭意成; 何柏
Original assignee: Chongqing University of Science and Technology
Current assignee: Chongqing University of Science and Technology
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2034-09-15
Also published as: CN104211258B

Abstract

本发明涉及一种钻井废液的处理方法，该方法包括：对待处理的钻井废液进行过滤；对过滤后的钻井废液进行预处理；对预处理后的钻井废液进行生化降解处理；其中，所述预处理包括：a)利用高压脉冲放电装置对过滤后的钻井废液进行第一预处理；b)利用三维电极反应装置对第一预处理后的钻井废液进行第二预处理。本发明所述的钻井废液的处理方法可以大大提高生化降解法处理钻井废液的效果。

Description

一种钻井废液的处理方法

技术领域

本发明涉及废液处理领域，具体涉及一种钻井废液的处理方法。

背景技术

在钻井开采石油或天然气的过程中会不可避免地产生大量的钻井废液。钻井废液的成分非常复杂，大致包含油类、氯化物类、酚类、腐植酸类、丹宁类、木质素磺酸盐类、纤维素类、沥青类、聚合物类和表面活性剂等成分，具有化学耗氧量(COD)高、色度高和难降解等特点。若将钻井废液不加处理就进行排放，会对土壤、地表水和地下水产生严重的污染。为了减小钻井废液对环境可能产生的不利影响，需要对钻井作业现场产生的钻井废液进行快速、高效的降解处理。

目前，常用的钻井废液处理方法主要有物理法、化学法、电化学法、生化降解法等。

物理法包括离心分离法和吸附法等方法，离心分离法通过离心力作用将钻井废液中的悬浮物分离出来，该方法只能除去废液中的悬浮物和部分油类物质；吸附法则通过例如活性炭的吸附对钻井废液进行过滤。物理法的局限比较明显，难以去除废液中的有害化学物质。

化学法主要是通过向钻井废液中放入各种无机混凝剂和有机高分子絮凝剂、利用混凝沉淀反应除去钻井废液中的有害物质。化学法的处理效果较好，但需要针对不同的废液研究不同的混凝剂或絮凝剂，并且在废液处理中需要大量使用这些化学制剂，因此，成本较高。

电化学法包括高压脉冲放电法、三维电极电化学处理法等。高压脉冲放电法的原理是，当对放置于废液中的一对电极施加高压脉冲时，电极之间的间隙被瞬间击穿，产生强烈的放电，于是，高密度电能在极短的时间内借助废液中的放电通道内的高温高强等离子体而转化为高强度的机械能、光能、电磁能和化学能，从而对废液中的某些有机分子进行裂解、氧化。三维电极电化学处理法使用三维电极反应装置对废液进行处理。三维电极反应装置是一种新型的电化学反应装置，它是在传统的电解反应容器的电极之间填充粒状工作电极材料(例如，活性炭)而形成的。在使用中，该填装的工作电极材料表面带电，成为第三极(也称为粒子电极)，在该第三极的表面上能够发生电化学反应，从而对废液进行氧化降解。电化学法处理废液一般无需很多化学药品，废液中的很多有机化合物的氧化、还原、加成和分解反应可以在电极上进行。电化学处理法是一种清洁处理法，但仍然不能对废液进行完全的处理。

生化降解法是近年来发展起来的一种处理废液的环保方法。它利用预先培养的微生物吞噬钻井废液中的可溶性有机物和部分不溶性有机物而达到处理废液的效果。与其他处理方法相比，生化降解法具有化学消耗少、能耗低、运行费用低、环保等优势，因此受到了广泛重视。

然而，利用生化降解法直接对钻井废液进行处理可能会存在一定的问题。例如，钻井废液中可能存在“有毒物质”，如重金属无机物、酚、醛、氰化物、硫化物等有机物，这些有毒物质会对生化降解法所使的微生物产生毒害作用，从而降低处理效果。另外，钻井废液中的一些高分子有机物也很难直接被这些微生物降解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井废液的处理方法，以提高生化降解法处理钻井废液的效果。

为了实现上述目标，本发明提供一种钻井废液的处理方法，其包括：对待处理的钻井废液进行过滤；对过滤后的钻井废液进行预处理；对预处理后的钻井废液进行生化降解处理，所述生化降解处理是指利用含预先驯化好的微生物的活性污泥进行的处理。其中，所述预处理包括：a)利用高压脉冲放电装置对过滤后的钻井废液进行第一预处理；b)利用三维电极反应装置对第一预处理后的钻井废液进行第二预处理。

优选地，所述钻井废液可以包含油类、氯化物类、酚类、腐植酸类、丹宁类、木质素磺酸盐类、纤维素类、沥青类、聚合物类和表面活性剂中的多种。所述钻井废液的化学耗氧量(COD)可以为10000-30000mg/L。

优选地，所述第一预处理中所使用的高压脉冲放电装置可以包括筒式低压电极和设置在该筒式低压电极的轴心线上的高压电极，所述高压电极可以包括中空细管以及垂直于该中空细管延伸并与该中空细管连通的多个中空细针，所述高压脉冲放电装置还可以包括空气压缩机，该空气压缩机与所述高压电极的中空细管连接，并且该空气压缩机提供的空气经所述中空细管和所述中空细针后从所述中空细针的针尖排出。

进一步优选地，所述多个中空细针中相邻中空细针之间的距离可以为10mm-15mm，每个中空细针的针尖与所述筒式低压电极的内壁之间的距离可以为10mm-15mm。

另外，优选地，在利用所述高压脉冲放电装置对过滤后的钻井废液进行第一预处理时，在所述高压电极上施加的高压脉冲的幅度可以为15kV-38kV，占空比可以为10％-40％，频率可以为30Hz-80Hz，以及处理时间可以为40分钟-90分钟。

优选地，在利用三维电极反应装置对第一预处理后的钻井废液进行第二预处理时，施加在所述三维电极反应装置的两个电极之间的电压的极性可以交替变化。进一步优选地，施加在所述三维电极反应装置的两个电极之间的电压的极性可以以1秒-10秒的周期交替变化。

另外，优选地，在利用三维电极反应装置对第一预处理后的钻井废液进行第二预处理时，电极间电压可以为5V-10V，电流密度可以为1.25-3.13A/dm²，以及处理时间可以为40分钟-80分钟。

从上面的描述和实践可知，本发明中，在对钻井废液进行生化降解处理之前，先利用高压脉冲放电装置和三维电极反应装置对钻井废液进行预处理，该预处理过程用于去除钻井废液中对生化降解处理所使用的微生物有毒害作用的有毒物质，并将钻井废液中不易被该微生物直接降解的有机物进行初步降解，使其转化为易被该微生物降解有机物，从而提高生化降解处理的效果。特别地，在实践中发现，将高压脉冲放电处理和三维电极反应处理结合起来具有很好的互补效果，几乎可以将钻井废液中绝大多数(例如，97％以上)的有机物都降解或转化为易于被驯化好的微生物直接降解的有机物，而单独使用高压脉冲放电装置和三维电极反应装置进行预处理是做不到这一点的。

另外，在本发明所使用的进行预处理的高压脉冲放电装置中，高压电极的末端形成为多个中空细针结构，并且空气从这些细针结构的针尖排出。这样，钻井废液中的高压脉冲放电就可以围绕从该细针结构中排出的气泡发生，从而大大提高了活性物质的生成效率和预处理效果，降低预处理钻井废液所用的时间。

再者，在使用三维电极反应装置对钻井废液进行预处理时，通过交替改变施加在所述三维电极反应装置的两个电极之间的电压的极性，可以使该两个电极的附近均形成高浓度的活性物质，从而使该活性物质在反应装置中的分布更均匀，这也有利于提高预处理钻井废液的效果，降低预处理时间。

附图说明

图1为流程图，示出了本发明的一个实施例所述的钻井废液的处理方法；

图2为示意图，示出了本发明的一个实施例所述的钻井废液的第一预处理中所使用的高压脉冲放电装置的构造；

图3为示意图，示出了本发明的一个实施例所述的钻井废液的第二预处理中所使用的三维电极反应装置的构造。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的钻井废液的降解处理方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

图1为示意图，示出了本发明的一个实施例所述的钻井废液的处理方法。参照图1，本发明的一个实施例所述的钻井废液处理方法包括以下步骤。

首先，在步骤S1中，对待处理的钻井废液进行过滤。待处理的钻井废液的组成十分复杂，与钻井液种类、钻井深度、钻井地层等很多因素有关，所以，钻井废液并没有固定的组成。一般地，钻井废液可以包含油类、氯化物类、酚类、腐植酸类、丹宁类、木质素磺酸盐类、纤维素类、沥青类、聚合物类和表面活性剂中的多种。表征钻井废液的污染程度的主要指标之一为化学耗氧量(COD)。化学耗氧量(COD)是指在一定条件下用强氧化剂处理废液时所消耗的氧化剂的量。在本发明中，待处理的钻井废液的化学耗氧量可以为10000-30000mg/L。

然后，对过滤后的钻井废液进行预处理。预处理的目的在于将钻井废液中对生化降解处理所使用的微生物有毒害作用的有毒物质降解或转化为可以被该微生物降解的物质，并对钻井废液中不易被该微生物直接降解的有机物进行初步降解，使其转化为易被该微生物降解有机物，从而提高生化降解处理的效果。根据本发明，预处理包括：a)在步骤S2a中，利用高压脉冲放电装置对过滤后的钻井废液进行第一预处理；b)在步骤S2b中，利用三维电极反应装置对第一预处理后的钻井废液进行第二预处理。

图2为示意图，示出了本发明的一个实施例所述的钻井废液的第一预处理中所使用的高压脉冲放电装置的构造。如图2所示，本发明的一个实施例中所使用的高压脉冲放电装置主要包括高压脉冲电源10、反应容器20、低压电极30、高压电极40和空气压缩机50等。其中，优选地，低压电极30可以为筒式低压电极，高压电极40设置在筒式低压电极30的轴心线上，并且高压电极40可以包括中空细管41以及垂直于该中空细管41延伸并与该中空细管41连通的多个中空细针42。高压脉冲电源10的负极和正极分别与低压电极30和高压电极40连接，空气压缩机50与高压电极40的中空细管41连接。在利用该高压脉冲放电装置对钻井废液进行第一预处理时，钻井废液通过废液入口21进入反应容器20，空气压缩机50提供的空气则经中空细管41和中空细针42后从中空细针42的针尖43排出，从而在针尖43附近的钻井废液中形成细小的气泡。高压脉冲一般在针尖43处产生放电，而针尖43附近的气泡则使局部放电更容易发生，从而有利于在钻井废液中形成等离子通道，气泡的局部放电还可以使反应活性物质(例如，臭氧)增加，从而使钻井废液中的污染物容易降解。因此，本发明所采用的上述针式高压电极40可以大大提高活性物质的生成效率和预处理效果，降低预处理钻井废液所用的时间。预处理后的钻井废液则通过废液出口22从反应容器20排出。

进一步优选地，多个中空细针42中相邻中空细针之间的距离可以为10mm-15mm，每个中空细针42的针尖43与筒式低压电极30的内壁之间的距离可以为10mm-15mm。实践证明，这样的结构设置可以保证中空细针42的针尖43与筒式低压电极30之间的有效的高压脉冲放电。

在利用所述高压脉冲放电装置对过滤后的钻井废液进行第一预处理时，在高压电极40上施加的高压脉冲的幅度可以为15kV-38kV，占空比可以为10％-40％，频率可以为30Hz-80Hz，而处理时间可以为40分钟-90分钟。

图3为示意图，示出了本发明的一个实施例所述的钻井废液的第二预处理中所使用的三维电极反应装置的构造。如图3所示，钻井废液的第二预处理中所使用的三维电极反应装置主要包括直流电源100、反应容器200、电极300、对电极400、填充在电极300和对电极400之间的由活性炭颗粒构成的粒子电极500和曝气装置600。其中，直流电源100与电极300和对电极400连接，曝气装置600通过曝气管700将空气引入反应容器200中的钻井废液中。在利用三维电极反应装置对第一预处理后的钻井废液进行第二预处理时，在钻井废液中会生成氧化性很强的H2O2以及羟基自由基(.OH)，从而使钻井废液中的有机物氧化分解。

优选地，施加在三维电极反应装置的电极300和对电极400之间的电压的极性可以交替变化，使得各电极上均有活性物质H₂O₂生成，从而使活性物质H₂O₂在钻井废液中的扩散更快、分布更加均匀，进而可以提高预处理钻井废液的效果，降低预处理时间。施加在所述三维电极反应装置的电极300与对电极400之间的电压的极性可以以1秒-10秒的周期交替变化。

另外，在利用三维电极反应装置对第一预处理后的钻井废液进行第二预处理时，电极300与对电极400之间的电压可以为5V-10V，电流密度可以为1.25-3.13A/dm²，而处理时间可以为40分钟-80分钟。

参看图1，在对钻井废液进行了上述预处理后，在步骤S3中，对预处理后的钻井废液进行生化降解处理，从而使钻井废液成为符合排放标准的无害溶液。这里，生化降解处理是指利用含预先驯化好的微生物的活性污泥进行的处理。

在本发明的一个实施例中，含预先驯化好的微生物的活性污泥的获得过程如下。首先，从重庆大学城虎溪加油站旁的污水沟中取得污水，该污水沟中含有大量的生活污水和工业废水，其中包含了大量的真菌、细菌，原生动物和藻类等。然后将该污水放入容器中，并加入10g/L的葡萄糖、0.5g/L的尿素、0.1g/L的磷酸二氢钾，同时对污水进行持续的曝气。当容器中出现黄色絮状沉淀时(约需21天)，停止曝气，使污水静置。然后，倒掉一部分上层液体，并加入稀释的预处理后的钻井废液，同时再加入同量的营养物质。接着，继续曝气。反复进行这一过程，并逐渐减少钻井废液的稀释倍数。在对微生物驯化15-18天之后，就可使微生物适应钻井废液中的有机物质，从而可以对预处理后的钻井废液进行生化降解处理。

下面将给出本发明所述的钻井废液的处理方法的例子以及对照例。

例1

取COD>18000mg/L的钻井废液。利用所述高压脉冲放电装置对钻井废液进行第一预处理，其中，脉冲电压的幅度为38kV，占空比为29.8％，频率为30Hz，处理时间为90min。接着，利用所述三维电极反应装置对钻井废液进行第二预处理，其中，电极电压为7.0V，电流密度为1.56A/dm²，处理时间为60min。然后，对预处理后的钻井废液进行生化降解处理，处理后的钻井废液的COD<500mg/L，有机物质的降解率达到了97.2％。处理后的钻井废液完全符合排放标准。

对照例1

取COD>17000mg/L的钻井废液。利用普通高压脉冲放电装置对钻井废液进行预处理，其中，脉冲电压的幅度为35kV，占空比为18.3％，频率为41Hz，处理时间为80min。然后，对预处理后的钻井废液进行生化降解处理，处理后的钻井废液的COD<2000mg/L，有机物质的降解率为88.2％。

对照例2

取COD>17000mg/L的钻井废液。利用普通三维电极反应装置对钻井废液进行预处理，其中，电极电压为5.5V，电流密度为1.25A/dm²，处理时间为60min。然后，对预处理后的钻井废液进行生化降解处理，处理后的钻井废液的COD<3000mg/L，有机物质的降解率为82.4％。

从上述例1以及对照例1-2可以看到，在对钻井废液进行生化降解处理之前，先利用高压脉冲放电装置和三维电极反应装置对钻井废液进行预处理，可以去除钻井废液中对生化降解处理所使用的微生物有毒害作用的有毒物质，并将钻井废液中不易被该微生物直接降解的有机物进行初步降解，使其转化为易被该微生物降解有机物，从而提高生化降解处理的效果。特别地，在实践中发现，将高压脉冲放电处理和三维电极反应处理结合起来具有很好的互补效果，几乎可以将钻井废液中绝大多数(例如，97％以上)的有机物都降解或转化为易于被驯化好的微生物直接降解的有机物，而单独使用高压脉冲放电装置和三维电极反应装置进行预处理是做不到这一点的。

本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的钻井废液的处理方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进和组合。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims

1.一种钻井废液的处理方法，包括：

对待处理的钻井废液进行过滤；

对过滤后的钻井废液进行预处理；

对预处理后的钻井废液进行生化降解处理，所述生化降解处理是指利用含预先驯化好的微生物的活性污泥进行的处理；

其中，所述预处理包括：

a)利用高压脉冲放电装置对过滤后的钻井废液进行第一预处理；

b)利用三维电极反应装置对第一预处理后的钻井废液进行第二预处理。

2.如权利要求1所述的钻井废液的处理方法，其中，

所述钻井废液包含油类、氯化物类、酚类、腐植酸类、丹宁类、木质素磺酸盐类、纤维素类、沥青类、聚合物类和表面活性剂中的多种。

3.如权利要求1所述的钻井废液的处理方法，其中，

所述钻井废液的化学耗氧量(COD)为10000-30000mg/L。

4.如权利要求1所述的钻井废液的处理方法，其中，

所述高压脉冲放电装置包括筒式低压电极和设置在该筒式低压电极的轴心线上的高压电极，所述高压电极包括中空细管以及垂直于该中空细管延伸并与该中空细管连通的多个中空细针，以及

所述高压脉冲放电装置还包括空气压缩机，该空气压缩机与所述高压电极的中空细管连接，并且该空气压缩机提供的空气经所述中空细管和所述中空细针后从所述中空细针的针尖排出。

5.如权利要求4所述的钻井废液的处理方法，其中，

所述多个中空细针中相邻中空细针之间的距离为10mm-15mm，每个中空细针的针尖与所述筒式低压电极的内壁之间的距离为10mm-15mm。

6.如权利要求4所述的钻井废液的处理方法，其中，

在利用所述高压脉冲放电装置对过滤后的钻井废液进行第一预处理时，在所述高压电极上施加的高压脉冲的幅度为15kV-38kV，占空比为10％-40％，频率为30Hz-80Hz，以及处理时间为40分钟-90分钟。

7.如权利要求1所述的钻井废液的处理方法，其中，

在利用三维电极反应装置对第一预处理后的钻井废液进行第二预处理时，施加在所述三维电极反应装置的两个电极之间的电压的极性交替变化。

8.如权利要求7所述的钻井废液的处理方法，其中，

施加在所述三维电极反应装置的两个电极之间的电压的极性以1秒-10秒的周期交替变化。

9.如权利要求7所述的钻井废液的处理方法，其中，

在利用三维电极反应装置对第一预处理后的钻井废液进行第二预处理时，电极间电压为5V-10V，电流密度为1.25-3.13A/dm²，以及处理时间为40分钟-80分钟。