CN105060573B - 基于特种膜的气田废水处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于特种膜的气田废水处理工艺，包括第一阶段除油除悬浮物，第二阶段芬顿氧化破胶，第三阶段利用核心SuperRO系统脱盐除COD等三个主要工段，采用效率更高的溶气平流式组合气浮工艺进行除油和除悬浮物，再利用氧化能力最好的芬顿流化床对污废进行物化，提高了各物质间的传质效率，缩短反应时间和降低药品消耗，从而实现只需较为简单的预处理即可使废水直接进入膜系统，保障系统的运行稳定和使用寿命，大大降低了环保的建设成本和污水处理的运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及污废处理技术领域，具体地讲，涉及的是一种基于特种膜的气田废水处理工艺。
背景技术
气田废水通常有地层采出水、压裂返排液、钻井废水、净化厂废水及矿区雨水等。通常都有以下特点：①石油类物质含量高，含油量一般为100-500mg/L左右，石油类物质以悬浮态存在为主，部分为乳化态，乳化油分布稳定不易分离；②SS含量高，悬浮颗粒微小，粒径一般为1-100μm，废水总SS为300 - 5000mg/l；③有机物含量较高，一般气田废水COD基本在800~3000 mg/l（钻井可能高达数万），废水中可能存在一定量环状芳烃类衍生物及聚合物等，性质稳定，不易被氧化及生物降解；④矿化度高，无机盐种类多，含多种盐类，采出水高达几万甚至十几万毫克/升，大量的结垢盐分容易造成管线结垢。
现有技术中，气田废水治理工艺主要有回注、处理达标外排及资源化回用三种。
一、回注工艺
目前油气田废水的最终处置方法仍以回注地层为主。气田水回注其主要工作集中在对气田水的预处理方面，主要解决气田水中机械杂质对地层的堵塞，控制气田水中SS的总量和粒径。采用工艺为混凝-过滤-精滤的组合，其关键设备为精滤单元，当前采用的精滤组件主要有陶瓷烧结管、PE滤棒、改性纤维球等。但是回注工艺存在以下几个缺点：1)一次性工程投资较高；2)无法实现污水资源化利用；3)对周边油田产生直接影响；4)对周边段油藏产生直接影响。
二、达标外排
主要有两种工艺形式，其一是废水经预处理除去油和悬浮物后，直接物化(高级氧化，如Fe/C微电解、芬顿等)，然后排放。其存在的问题有①运行费用太高，依据不同的水质，一般运行费用高达100元/吨水以上；②对盐分没有去除，不能真正达到地方环保要求；③引入大量新的化学药剂，造成二次污染。
其二是废水经预处理除去油和悬浮物后，直接物化(高级氧化，如Fe/C微电解、芬顿等)，然后经过蒸发工序，最后排放。其存在的问题是①引入蒸发可解决盐分问题，但直接蒸发投资和运行费用太高；②蒸发冷凝液可能COD不达标；③引入大量新的化学药剂，造成二次污染。
总的来说，达标外排处理均是针对其中的S2-、COD 等特征污染物。针对气田水脱COD 研究开发了中和、絮凝沉降、氧化、Fe/C微电解、H2O2/Fe2+催化氧化、吸附、多种处理技术联合工艺。目前全球重视环境程度的提高，以及淡水资源越来越短缺，未来的发展方向为不外排、不浪费，尽量资源化回用。
三、资源化回用
针对资源化回用，国外（像美国和加拿大）在电费低，对能耗要求不严格的情况下，大部分气田废水都采用资源化回用工艺；国内中原油田富余污水经深度处理后用于配母液，克拉玛依和辽河油田富余污水经深度处理后回用注气锅炉。四川气田水是世界上罕见富含钾、硼的气田水，已形成9大含钠水岩系及21个区域气田水层。它常与天然气伴生，不但氯化钠含量高而适宜制取食盐外，而且富含溴、碘、硼、钾、锶、铷等多种元素，其含量通常能达到或超过工业指标。随着越来越严苛的环境治理要求和水资源的短缺，资源化回用工艺势必取代回注治理工艺。
气田废水资源化回用主要是将废水中的有用物质如盐或微量元素提出回收，而且把水处理到可以回用在锅炉补给水、配置油井回注顶油或灌溉等。因此主要工艺路线就是把水和溶解物质分离、浓缩过程。常见的脱盐除硬工艺有：化学软化（加药沉淀软化），离子交换软化（大孔弱酸交换树脂软化），热法脱盐（低温多效蒸发（MEE）、多效蒸馏（MED）、机械压缩蒸发（MVC）、射流泵负压抽吸蒸汽蒸发技术），膜法脱盐（双膜脱盐（UF/MF+RO）、电渗析脱盐（EDR）），吸附脱盐（电吸附脱盐（EST））等。
其中，“化学沉淀软化+离子交换”除硬技术只能去除水中的硬度和二氧化硅，溶解性固体总量基本不去除，对比油田污水资源化需求水质，适于矿化度小于7000mg/L的油田污水软化，该技术在辽河、河南油田处理较低矿化度（TDS = 3000-5000 mg/L）油田污水资源化用作注汽锅炉用水得到广泛应用，并取得可观的经济效益，但是此工艺对于矿化度高达数万的气田废水不适宜。而且沉淀物属于更难处置物质，只能作为危固处理；离子交换树脂存在一个饱和情况，需要药剂清洗，剩余大量的废酸废碱难以处置。
热法脱盐工艺处理后的水可达到净化厂循环冷却水要求，产水率为70% - 80%。对原水矿化度适应范围广。同时，在预处理方面较双膜工艺要求宽松。目前来说应该是治理各类废水最根本的工艺。但对加压二次蒸汽用的生蒸汽要求较高，需要量较大，因此运行成本居高不下。热法脱盐除硬工艺吨水运行高达150元左右。油气田一般处于偏远山区地带，污水处理站交通极不方便，现场建设一个相当规模的蒸汽设备不是很现实。某些气田废水含有低沸点、小分子量物质，在蒸发过程中极易混入冷凝液中，最后导致处理水无法达到循环冷却水要求，需要进一步的去除。
膜技术是环境保护和环境治理的首选技术，特别是排水水质要求高的场合。膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其他物质分离出来。膜分离与传统过滤的不同在于是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。其中反渗透膜分离等级最高，脱盐效果好。但是采用膜法脱盐，膜污染问题是工业化应用的瓶颈。经调研，从卷式反渗透法处理采出水现场试验分析，尽管反渗透可以得到矿化度非常低的清水，但要求严格的化学或生物预处理（SDI<5，还有其他诸如COD的苛刻要求）；膜本身成本高，污染后膜通量降低明显，即使清洗后通量恢复也较难，同时化学清洗会产生化学清洗废液，使其在气田污水资源化的工程应用难以突破。
发明内容
为克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种高效、不易污堵、使用寿命长、使用方便成本低的基于特种膜的气田废水处理工艺。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于特种膜的气田废水处理工艺，包括如下步骤：
（1）将气田废水引入调节池中汇集；
（2）在斜板隔油池中对气田废水进行除油预处理，去除的油类物质进入叠螺机固化工序；
（3）预处理后的出水由组合气浮装置进行气浮处理，去除的油类物质和悬浮物也进入叠螺机固化工序；
（4）气浮处理后的出水经芬顿流化床物化处理；
（5）物化处理后的出水在沉淀罐中沉积分离，并经多介质过滤，沉淀后的固形物也进入叠螺机固化工序；
（6）过滤后的出水进入超滤系统进行超滤处理，产生的浓水返回沉淀罐；
（7）超滤处理的出水进入纳滤系统进行纳滤处理，产生的浓水进入浓缩池聚集；
（8）纳滤处理的出水进入SuperRO系统进行脱盐和除COD处理，产生的浓水进入浓缩池聚集，其产水经保安过滤器后达标排放。
其中，所述叠螺机固化工序中，产生的清液返回再经多介质过滤，产生的残渣外运处理或填埋处理。
并且，所述浓缩池聚集的浓水外运处理，或经蒸发结晶后再填埋处理。
具体地，所述组合气浮装置为加压射流溶气平流式组合气浮机。所述SuperRO系统对COD的截留率不低于90%，对无机盐的截留率不低于97%。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用效率更高的溶气平流式组合气浮工艺进行除油和除悬浮物，再利用氧化能力最好的芬顿流化床对污废进行物化，提高了各物质间的传质效率，缩短反应时间和降低药品消耗，从而实现只需较为简单的预处理即可使废水直接进入膜系统，保障系统的运行稳定和使用寿命，大大降低了环保的建设成本和污水处理的运行费用，而且本发明构思新颖，设计巧妙，简单易用，具有广泛的应用前景，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1所示，该基于特种膜的气田废水处理工艺，包括如下步骤：
（1）将气田废水引入调节池中汇集；
（2）在斜板隔油池中对气田废水进行除油预处理，去除的油类物质进入叠螺机固化工序；
（3）预处理后的出水由组合气浮装置进行气浮处理，去除的油类物质和悬浮物也进入叠螺机固化工序；其中，该组合气浮装置为加压射流溶气平流式组合气浮机；
（4）气浮处理后的出水经芬顿流化床物化处理；
（5）物化处理后的出水在沉淀罐中沉积分离，并经多介质过滤，沉淀后的固形物也进入叠螺机固化工序；其中，叠螺机固化工序中，产生的清液返回再经多介质过滤，产生的残渣外运处理或填埋处理；
（6）过滤后的出水进入超滤系统进行超滤处理，产生的浓水返回沉淀罐；
（7）超滤处理的出水进入纳滤系统进行纳滤处理，产生的浓水进入浓缩池聚集；
（8）纳滤处理的出水进入SuperRO系统进行脱盐和除COD处理，该SuperRO系统对COD的截留率不低于90%，对无机盐的截留率不低于97%，产生的浓水进入浓缩池聚集，其产水经保安过滤器后达标排放。所述浓缩池聚集的浓水外运处理，或经蒸发结晶后再填埋处理。本发明中所使用的设备和系统均为现有技术，不再赘述。
在某气田进行本发明的水处理实验，获得的相关数据如下表1所示，并且表1中将现有技术中基于卷式渗透膜的处理工艺处理相同水质的数据作为对照记载，其中，ND表示“未检测到”：
表1
通过试验可知，本发明在水处理效果上具有优良的效果。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于特种膜的气田废水处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将气田废水引入调节池中汇集；
（2）在斜板隔油池中对气田废水进行除油预处理，去除的油类物质进入叠螺机固化工序；
（3）预处理后的出水由组合气浮装置进行气浮处理，去除的油类物质和悬浮物也进入叠螺机固化工序；
（4）气浮处理后的出水经芬顿流化床物化处理；
（5）物化处理后的出水在沉淀罐中沉积分离，并经多介质过滤，沉淀后的固形物也进入叠螺机固化工序；
（6）过滤后的出水进入超滤系统进行超滤处理，产生的浓水返回沉淀罐；
（7）超滤处理的出水进入纳滤系统进行纳滤处理，产生的浓水进入浓缩池聚集；
（8）纳滤处理的出水进入SuperRO系统进行脱盐和除COD处理，产生的浓水进入浓缩池聚集，其产水经保安过滤器后达标排放；
其中，所述叠螺机固化工序中，产生的清液返回再经多介质过滤，产生的残渣外运处理或填埋处理；
所述浓缩池聚集的浓水外运处理，或经蒸发结晶后再填埋处理；
所述SuperRO系统对COD的截留率不低于90%，对无机盐的截留率不低于97%。
2.根据权利要求1所述的基于特种膜的气田废水处理工艺，其特征在于，所述组合气浮装置为加压射流溶气平流式组合气浮机。
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