CN104803555A - 移动式高效水处理撬装设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动式撬装油气田废水处理系统，可连续运行也可间歇运行，其特征是：由三个独立撬装部分组成，分别是预处理絮凝沉淀系统、生物处理系统和深度膜处理系统等构成，所述一体化移动式撬装处理设备与污水池通过输送水泵连通；所述絮凝沉淀是采用特有药剂，经过精确地絮凝搅拌沉淀，不但能去除悬浮物而且可去除有毒有害的重金属等.所述生物处理系统包括好氧池、MBR池等；所述深度处理装置通过反渗透膜过滤去除高盐等其他离子。有益效果：将收集的油气田废水经一体式水处理撬装设备系统处理后，使出水达到国家规定的排放或回用标准。本发明具有技术先进，性能稳定，处理效果好，投资省，操作简单，管理使用和维护方便等优点，是专门根据油气田废水的水质特点所设计的成套移动式处理装置。

Description

移动式高效水处理撬装设备

技术领域

本发明涉及一种油气田的废水处理系统，属于废水的净化、回收利用等领域。

背景技术

油气田油井压裂增产技术是世界上用于传统油井增产和页岩气开发增产的主要技术，在压裂过程中将有几千立方到几万立方的压裂液被短时间内作业压到井下使井下富油岩层开裂打开更多的出油通道，压入的压裂液中通常配有胶类高分子材料、压裂砂、功能性助剂、水，而在压裂作业后接下来的几天内压裂液将带着井下可能存有的钻井残留泥浆液、酸性液、原油、天然气、井下岩石碎屑、井下泥沙、胶类高分子、压裂砂、功能性助剂、井下微生物细菌和水自然返排到地面。这些返排液具有很强的环境污染性，无论压裂回用、回注还是排放都必须进行全部处理。目前国内大多采取的是半处理回注或现场防渗漏存放，需要处理的需求很紧迫而且量很大。

发明内容

移动式高效水处理撬装设备能解决的技术难点：

油气田废水含有细小粘土悬浮物、重金属离子、油、酚类和硫化物，浊度高、粘度大和COD高，又含有可溶性有机处理剂，废水具有高度不稳定性、多变性、复杂性和分散性等特点，环保达标处理难度大。

目前，国内外移动式污水处理工艺主要采用物理化学相结合的方法。而废水处理中常用的生化法因为传统处理设备和流程相对复杂，在有限的空间内很难实施，通常用于固定式污水处理。目前油气田的现场情况，油气井分散，而且每个油气井的产出的废水量不是很大，每天产废水量约在200-300立方米。如每个井都用固定式污水处理是不经济的也是很浪费的。本技术采用车载式可移动式钻井废水处理技术，可很好地解决这个问题。

移动式污水工艺设计要求：（1）技术和经济的可行性；（2）流程简单，操作安全、方便；（3）设备体积小，质量轻，灵活性、稳定性、安全性好；（4）投资少，运行费用低。

移动式污水处理装置目前需要解决的难题，就是：（1）适合于可移动式污水处理的高效处理剂，使钻井废水能够在短时间内实现高效率沉降；（2）污水的生化处理，主要是把大分子断成小分子，环类断链等，提高可生化性，最终达到去除COD和BOD的作用；（3）污水深度处理（主要是离子的去除）（4）可移动污水处理设备的选择。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：针对目前油气田废水的运行现状和出水水质技术要求，结合近几年来油气田采出水处理的实际运用经验，本着保证出水水质达标、运行节能高效、现场使用安全可靠以及管理方便的设计原则。

（1）破胶除油处理。这一过程主要是对该废水进行破胶处理，采用PFJ聚硅铁铝、聚铝、聚铝铁三种破胶剂进行试验，并对破胶后的废水进行分析。加入破胶剂后搅拌3min左右，搅拌速度由快到慢。同时加入石灰，将PH调解到7.0。经过试验得出PFJ效果最好。本发明主要解决的问题是：系统抗冲击能力得到提高；油去除率得到提高；沉淀池沉降性变好。

（2）悬浮物及重金属的处理。废水经过预处理后，含有大量絮体。为了减少后续压力，可以进行絮凝沉淀，可以选择微沙加絮凝剂或者磁悬浮絮凝。本设计对水中的SS、色度、重金属、COD等都有一定的去除。本发明所解决的问题，是避免后续处理单元受高浓度废水冲击，防止生化池活性污泥中毒，污泥浓度急剧下降后，污泥活性较低、出水水质超标、系统运行不正常的情况。

（3）MBR生化池有专门培养的菌种、酶及营养液，配合MBR膜过滤，出水SS基本为零，浊度很低，为进入后续的反渗透膜起到保障作用。本发明能解决的问题，主要是提高系统污泥活性、污泥驯化速率，缩短系统的调试时间；提高抗冲击性及废水回用率；减少废水的毒性物质危害，减少对后续回用系统的损伤；采用高效补磷为缺磷废水补磷，减少进入回用系统的磷酸根，降低膜生物污染的风险；减少营养盐使用量，避免流失到出水的氮、磷对于回用的影响；均衡水环境营养，有效改善废水成分单一对生化系统的影响。

（4）废水深度膜处理，经过破乳、絮凝、生化过滤后的废水，其中部分离子类指标还是不能达标，需要反渗透膜经行去除，使达到回用的标准。

本发明的有益效果是：

本发明的有益效果是：移动式高效水处理撬装设备是解决油气田水资源缺乏的办法之一，是提高水的循环利用率。石油行业随着开采时间的延长，依靠注水开发，油气田采出水量逐渐增加，将油气田采出水经处理后进行回注是循环利用水的一种方式。如果油气田采出水处理回注率为100%，即不管原油含水率多高，从油层中采出的油气田采出水全部处理回注，那么注水量中只需要补充由于采油造成的地层亏空的水量便可以了。这样，不仅可以节省大量清水资源和取水设施的建设费用，而且，使油气田采出水资源变废为宝，实现可持续发展，提高油气田注水开发的总体效益。

在上述技术方案的基础上，本发明还做了如下改进。

本设计主要是优化油气田废水处理流程，使出水水质达到油气田回注标准及其他回用指标，且系统流程节能高效。

    该装置将微沙（磁悬浮）与絮凝剂混合絮凝、涡流混凝分离和特殊填料迷宫沉降除污；特殊菌种、酶与MBR膜的的配合培养；多介质过滤净化，膜过滤及反冲洗等功能于一体，实现了一体化多级和一器多能需求，该装置具体有几大改进：

      进一步，所述移动式高效水处理撬装设备所含破乳部分，涡流器特殊轨迹的流道引起涡旋混凝，实现向心气浮除油功能。

      进一步，所述移动式高效水处理撬装设备所选择的药剂，微沙（磁悬浮）与絮凝剂的配合，加快了絮凝沉淀时间，可以大大提高絮凝沉降效率。

进一步，所述移动式高效水处理撬装设备所设计的多级沉淀池，利用特殊吸附填料形成的迷宫使液流在沉淀池内多次改变流动方向，依靠离心效应和流速骤减后产生的惯性力，实现固液分离功能。

采用上述进一步方案的有益效果是：由于微沙（磁悬浮）与絮凝剂的有效结合，缩短了沉淀时间，减少了占地面积，去除水中部分有毒有害的的重金属离子，降低后续处理单元运行负荷，提高了耐冲击负荷和处理效率。所述发明中，斜板式沉淀池比普通的沉淀池具有停留时间短、占地面积小、沉降效率高的优点，是目前车载式移动式处理工艺上沉淀环节的首选设备，且本设计采用双层滤料，其更提高了沉降效果，制作也比较简单，在很小的空间内能提高处理能力。

本发明还提供一种微生物菌种生物处理、酶的催化作用与MBR膜过滤相结合的系统，包括特殊的菌种，是根据油气田废水专项培养的菌种。所述设备能解决的问题，提高系统处理能力，经久耐用；废水体系的消泡与抑泡；有效解决成分复杂，浓度高的异味气体；快速彻底的消减剩余污泥，减少固废处理的成本和异味。

进一步，所述移动式高效水处理撬装设备选择的优化微生物菌种，微生物菌种与活性酶和营养液的严格选择培养，达到最佳的去除效率组合。所述设备通过添加特定的菌种以增强污水处理系统的稳定性和提高处理效率。增强污水处理系统对特定污染物的去除率，提高负荷，缩短水力停留时间，减少企业的一次性投资；直接加入“目标微生物”，缩短了污泥驯化时间；提高系统抗冲击能力，使出水稳定达标。

进一步，还包括撬装设备所选择的膜设计，其配有独立的全自动的最新的特殊反洗系统设计，反洗效果好，抗污染能力强。

进一步，生化出水采用多级活性炭滤料过滤。主要作用是去除色度及部分难降解的COD，对后续深度处理起到保护作用。

本发明的有益效果是：添加微生物菌种及活性酶，可以降解处理油气田高难度废水。缩短生化时间，延长运势周期，产生极少的淤泥，提高处理效率，且系统自动化程度高，操作简便易行，运行安全可靠。

    进一步，本发明深度处理单元采用最新的双膜工艺，去除水中多余的重金属离子及有毒有害的物质，达到最终的出水需求。

采用上述进一步方案的有益效果是：由于设置有双膜分离装置，作用出水可以继续循环使用，节约水资源，起到节能减排的作用。

总体来水，移动式高效水处理撬装设备是由三个独立的撬装组成，每个撬装都能达到预期的处理效果，前段的初级撬装处理设备，主要去除油、有毒有害的重金属、SS，及部分COD。中段撬装设备，主要去处COD、病毒、胶体硅等，出水浊度很低，可达到中水回用或排放要求。后段撬装设备主要去除水中的盐分及重金属离子，可到到回用要求。

移动式高效水处理撬装设备是集多功能一体化油气田废水处理设备，从建设周期、使用和管理方式、建设成本、运行成本及使用效果等各方面综合考虑和评价，均是目前油气田废水处理设备中的理想选择。

附图说明

图1为本发明移动式高效水处理撬装设备；

图2为本发明前段处理结构平面示意图；

图3为本发明中段处理结构平面示意图；

图4为本发明后段处理结构平面示意图；

附图中，各标号所代表的部件如下：

1、絮凝沉淀装置 2、MBR膜生物反应器 3、UF+RO过滤装置 4、油水分离器 5、搅拌混凝池 6、助凝反应池 7、调节PH 8、破乳剂罐 9、高效絮凝剂 10、微砂（磁悬浮） 11、斜板沉淀池 12、污泥处理机 13、污泥泵 14、絮凝控制柜 15、膜池 16、MBR膜组件 17、鼓风机 18、自吸泵 19、污泥回流泵 20、反洗泵 21、化学反洗罐 22、反洗水箱 23、过滤器 24、MBR膜控制柜 25、超滤膜 26、保安过滤器 27、反渗透膜 28、反洗水箱 29、空压机 30、超滤清洗系统 31、反渗透清洗系统 32、UF+RO控制柜。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明一种用于油气田废水处理的移动式高效絮凝沉淀撬装设备，主要包括1前段撬装絮凝沉淀装置、2中段撬装MBR膜生物反应装置、3后段UF+RO膜过滤装置。

如图2所示，本发明一种用于油气田废水处理的移动式高效絮凝沉淀撬装设备，包括4油水分离器、5搅拌混凝池、6助凝反应池、11斜板沉淀、集渣槽、集水槽及处理设置的排水排泥系统，以方便余液或淤泥的排出。

所述设备整套装置既可采用连续式处理也可间歇式处理运行，投放絮凝剂的方法有干式和湿式投入法。所述设备处理过程为，污水经污水泵提升后达到药剂混合池中，在其中7调节PH、8投入破乳剂、9高效絮凝剂等，除油后加入10微沙（磁悬浮）或最佳的助凝剂，选择最佳的搅拌强度和时间，调节最佳的PH值，达到药剂与污水的全面混合，这样可以使混合污水加快絮凝沉淀，节省了装置成本。

所述设备还在在11沉降池中布置多级斜板式料，蜂窝状斜管底部向上方流动至渠道，由于具有很好的水力条件，大径向速率和斜管的60°倾角可使落在斜管的内表面上的颗粒和絮体沉淀在重力作用下沉降。沉淀池的斜管不需要像普通斜管沉淀池那样经常清洗，且可以大大提高沉降效率，提高沉淀表面负荷。

 所述设备的污泥回流及砂水分离:沉淀池底部细砂和污泥由13循环污泥泵抽送至12污泥处理系统,在12污泥处理系统进行泥分离,泥从旋流器的上部排除并进入处理系统,细砂则由旋流器的下部再次进入絮凝池中循环使用。细砂和污泥的排除量取决于进水水质情况。

图3为本发明一种用于油气田废水处理的移动式高效生物和膜结合应用的撬装设备，包括15膜池、16MBR膜组件、17鼓风机、18自吸泵、19污泥回流泵、20反洗泵、21加药系统、22反洗水箱、23过滤器、24MBR膜控制柜等，其中膜池添加优质菌种、营养液、酶等。所述设备能降解去除污水中难处理COD、BOD、病毒及浊度。所述设备主要为MBR材质的选择、自吸泵、反洗泵、清水反洗、化学反洗系统的设计。所述设备选择的微生物与其他生物一样，为了保持机体正常的生长与繁殖，保证生命的连续性，就需要不断地从外部环境中吸取各种营养物质，用以合成自身的细胞物质，并为机体的各种生理活动提供能量。所述营养物质指（微量元素、维生素、天然荷尔蒙、有机酸、细胞分裂素、细菌和和藻类的二次代谢产物等，这些物质能促进微生物的新陈代谢，缩短细胞的世代周期，促进了微生物的生长繁殖。

图4为本发明一种用于油气田废水处理的移动式高效膜过滤撬装设备，包括25、超滤膜、26保安过滤器、27反渗透膜、28反洗水箱、29空压机、30超滤清洗系统、31反渗透清洗系统、32UF+RO控制柜等，其中膜的材质选择要慎重，需要根据现场具体水质情况考虑膜的亲水性，耐腐蚀性等。所述设备主要为超滤、反渗透的选择及清洗保养系统的设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于难处理的油气田废水的处理设备，其特征在于，包括油分离、微沙(磁悬浮)絮凝沉淀、生化MBR、反渗透膜过滤等，各个部分都有独特的设计理念。整套系统的各个单元环环相扣，对污水中的不同污染物都有很好的去除效果。

2.根据权利要求1所述的油分离部分，用污水泵直接在污水坑收集污水、污水泵提液加压输送，经离心旋流器加鼓式过滤机进行极少量天然气、固体和油水有效分离。

3.根据权利要求2所述的絮凝沉淀部分，其特征在于采用絮凝剂、促凝剂、微沙(磁悬浮)在絮凝罐中进行液体中高分子和悬浮物絮凝并加速沉淀。本发明选择的药剂具有絮凝能力强、沉降速度快、分层效果好、絮凝体积小的特点。

4.根据权利要求3所述的生化MBR工艺，其特征在于，采用耐腐蚀亲水性膜配合研发培养的菌种及营养液，生化周期短，微生物降解速度快，产生的污泥量少。

5.根据权利要求4所述的膜过滤部分，采用双膜工艺，超滤作为RO的预处理，可以延长反渗透膜的使用寿命。