CN105540994A - 一种钻井废弃物的资源化利用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井废弃物的资源化利用工艺，包括三个阶段：预处理、生化处理和深度处理；预处理阶段通过物化手段实现钻井泥浆和压裂返排液的固液分离，固相分别进入免烧砖制备工段和污泥处置工段，液相与作业废水一同进入调储池混合，混合液依次通过物理手段去除污染物质，再通过铁碳微电解技术处理；生化处理工段，通过水解酸化-接触氧化处理工艺，使生化出水的COD降至100mg/L以下；深度处理工段采用臭氧催化氧化法+BAF生物滤池的工艺对水体中的有机物进行降解，水体进入膜处理组件处理得到淡水和浓水，淡水直接用于厂区内的绿化用水，浓水经MVR机械蒸发系统处理产生的冷却水用于园区的绿化回用。

Description

一种钻井废弃物的资源化利用工艺

技术领域

本发明涉及资源回收技术领域，具体是一种钻井废弃物的资源化利用工艺。

背景技术

虽然近年国内陆上油气区加大力度对钻井完井作业产生的废弃物进行治理，但仍然处理不彻底，方法简陋。目前国内外对废弃液的治理方案有较大的差异，无论是技术方案、设备配套、环保投资都存在较大的区别。

(1)固化

一直以来，国内多数油田废弃液处理方式是在钻井完井工作结束后，对废弃物存储池中的废弃液直接固化处理。具体方法是待污水池中废弃物在重力作用下自然沉降形成清夜与污泥，排掉上部不足总量1/3清液，余下约占总量2/3的淤泥，再加入固化剂直接固化。这种方法由于需处理的废弃物总量中含水量较高，对化学药剂消耗很大，成本较高，效果也不理想，不能完全消除污染隐患。

(2)固液分离

随着各地政府对环境保护的要求，目前国内陆上油田逐渐重视对废弃钻井液的无害化治理工作，因此，以固液分离技术为核心的处理技术路线开始在钻井废弃物处理上开始使用。这种技术由过去简单粗糙的直接固化改为化学法、固液分离法、固化法三者结合的工艺技术路线。

固液分离是废弃钻井液处理过程中的重要环节，降低废弃物中的含水量的比例越大，意味着残留下的固体物的体积越小，所需的处理费用也能越小，就能有效控制处理成本，体现经济效益。近年国内先后开发了孔板压滤机、滤带脱水传输机、卧式螺旋离心机等脱水装置，促进了废弃钻井液处理技术的提高。

这种处理路线是先让收集废弃物的污水池自然沉降，对自然沉降后产生的自由水进行常规污水处理；同时对淤泥部分加入絮凝剂、助凝剂等进行化学脱稳处理，然后再通过离心机、滤带脱水机、孔板压滤机等脱水装置使其固液进一步分离，最后对分离后的固形物和水分分别进行固化处理和污水处理，从而完成对钻井完井废弃液的无害化处理。在该方案中，由于脱水装置尚处于试用阶段，自动化程度不高，效率较低。

(3)随钻“不落地”处理

废弃钻井液随钻不落地处理技术主要有三类，分别是资源化回收利用技术、无害化处理技术和减量化处理技术。

①资源化回收利用技术

钻井泥浆直接进入接收装置，而钻井过程中泥浆体系转换、固井、清罐以及处理钻井事故时排放的泥浆，流量集中而超出设备处理能力时，先进入缓存装置，待系统稳定后定量进入粗分干燥机处理，粗分干燥机可将大颗粒固相物质在进行分离的同时干燥，得到的干燥的固体颗粒进入固化箱中，粗分干燥机的液相则进入泥浆箱中缓存，后经过提升泵进入细分机，在离心作用下实现固液分离，分离出的液相即为回收泥浆；细分机可根据泥浆的不同性质将液相泥浆回收至不同的泥浆回收箱中，细分机的固相进入固化箱中与粗分干燥机分离出的固体颗粒一并进行固化处理。该处理工艺的目的在于从废弃泥浆中资源化回收大部分可重复利用的泥浆，并减少经过泥浆回收后剩余需固化的废弃泥浆的量，使其在固化箱中进行最终固化处理。

②无害化处理技术

钻井泥浆进入接收清洗装置，在接收清洗装置中进行无机颗粒钻屑的清洗回收，回收的钻屑可用于井场铺路等用途；钻井过程中泥浆体系转换、固井、清罐以及处理钻井事故时排放的泥浆，流量集中超出设备处理能力时，先进入缓存装置，后与接收清洗装置的液相部分一同进入脱稳反应装置，脱稳剂、混凝剂、氧化剂等药剂和废弃泥浆在脱稳反应装置中经过充分的混合反应进入固液分离装置进行固液分离，分离出来的固相进入后续处理，后续处理可固化封存，或外运填埋以及作为建材综合利用，液相部分进入滤液箱收集，滤液箱中的一部分液体用于配置药剂，一部分作为接收清洗装置二级清洗用水，最后一部分进入滤液单元进行废水处理，液体先后经过预处理、EQR装置高效去除油类及杂质，后进入SUF装置进行深度膜过滤处理，SUF膜处理系统产生的浓水大部分用于接收清洗装置的一级清洗用水，少部分经过处理后集中运输到处理站处理，SUF膜最终产水满足《污水综合排放标准》GB8978-1996中一级排放标准，小部分作为接收清洗装置的终级清洗，大部分用于井场回用水或达标排放。

③减量化处理技术

废弃泥浆减量化处理装置主要是针对钻井井场有后续滤液处理单元或滤液有其固定用途而不需要深度处理的情况，与无害化处理技术相比，一方面可以解决投资成本，另一方面可以减少滤液单元的用地面积。

钻井泥浆进入接收清洗装置，在接收清洗装置中进行无机颗粒钻屑清洗回收，回收的钻屑可用于井场铺路等用途；钻井过程中泥浆体系转换、固井、清罐以及事故泥浆先进入缓存装置后，与接收清洗装置的液相部分一同进入脱稳反应装置，脱稳剂、混凝剂、氧化剂等药剂和废弃泥浆在脱稳反应装置中经过充分的混合反应进入固液分离装置进行固液分离，分离出来的固相进入后续处理，后续处理可固化封存、或外运填埋以及作为建材综合利用，液相部分进入滤液箱，一部分用于钻屑清洗、一部分用于配置药剂，剩余部分进入后续污水处理设施。经过减量化处理后的泥饼浸出液符合《污水综合排放标准》GB8978-1996中一级排放标准。

目前国内钻井废弃物处理技术已经较为成熟，但与国外先进的废弃物处理一体化装置工艺技术相比，国内设备的自动化水平及工作效率还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井废弃物的资源化利用工艺，将废水、废渣、废油分别无害化处理后，用于回收利用，满足了相关的排放标准。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

钻井废弃物的资源化利用工艺，所述钻井废弃物包括钻井泥浆、压裂返排液和作业废水，所述工艺包括三个阶段：预处理、生化处理和深度处理；在预处理阶段首先通过物化手段实现钻井泥浆和压裂返排液的固液分离，所产生的固相分别进入免烧砖制备工段和污泥处置工段，剩余的液相与作业废水一同进入调储池混合，混合液依次通过物理手段去除水体中的污染物质，再通过铁碳微电解技术，提高水体的可生化性，降低水体的生物毒性；在生化处理工段，通过水解酸化-接触氧化处理工艺，实现水体中残留有机物的生物降解，并脱除水体中的营养物质，生化出水的COD降至100mg/L以下；在深度处理工段采用臭氧催化氧化法+BAF生物滤池的工艺对水体中的有机物进行进一步降解，随后水体进入膜处理组件，经过低压抗污染膜和海水淡化膜的两级膜处理工艺得到淡水和浓水，淡水直接用于厂区内的绿化用水，浓水经MVR机械蒸发系统，实现水体中盐分的结晶回收，所产生的冷却水用于园区的绿化回用。

作为本发明进一步的方案：所述免烧砖制备工段包括固化反应、成型以及养护。

作为本发明进一步的方案：所述污泥处理工段通过生物堆技术进行无害化处理后，用于地貌恢复和绿化造林：经无害化处理的废弃物将采取就地掩埋、覆土、植树造林的方式处置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以“钻井泥浆不落地”技术为指导，本着“资源化、无害化、减量化”的原则，坚持多元化回收、集中化处理、规模化利用的方式，充分利用现有土地资源和石油开采产生的固废，将发明中资源化生产出的再生水、免烧砖、加重剂、绿化土等产品进行充分展示和综合循环利用，建成生态修复、园林绿化和景观建设于一体的资源化示范区，在充分体现优良的环保效益、社会效益和广阔的发展前景的同时，也强化了资源化利用的示范作用。

因此，本发明的选择着眼于以下的原则：

(1)较强的抗冲击负荷能力：由于收集的钻井废弃物种类、性质存在不确定性，因此，要求处理工艺需要有较强的抗冲击负荷能力以及对各种污染物均能有效去除的广谱性。

(2)高负荷处理能力：由于钻井废弃物固液分离后，在液相中残存高浓度有机污染物，为实现该类废水达到排放标准，选择的处理工艺应具有处理高负荷有机废水的能力。

(3)最大限度的资源化回收：“垃圾是放错地方的资源”，钻井废弃物中污染物成分复杂，这就要求所选工艺在实现不同组分污染物无害化处理的同时能够实现不同污染物的资源化回收。

附图说明

图1是本发明的工艺流程简图；

图2是本发明的废水预处理工段流程图；

图3是本发明的废水生物处理工段流程图；

图4是本发明的废水深度处理工段流程图；

图5是本发明的生物堆系统图；

图6是本发明的污泥处理工段流程图；

图7是本发明的制砖工段流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

以苏里格气田钻井泥浆、压裂返排液和试气作业废水的处理为例，其水质监测报告中的各类钻井废弃污染物综合进水水质如下：

表1钻井废弃污染物的综合进水水质指标

从检测结果中可以看出，组成苏里格油气田钻井废弃物的三股废水在COD、BOD5、无机盐含量、油含量等指标中都严重超标，且除试气作业废水具有较好的可生化性外，另外两股废水的可生化性都很低，且含盐量较高，属高盐难降解有机废水，因此，在处理方案的选择上，需强化生化前的预处理过程，必须选择先进可靠的处理工艺，以降低系统总体的运行费用和运行负荷。

苏里格气田主要废弃物为钻井泥浆、压裂返排液、作业废水等，根据实际检测结果，这些废弃物中含有多种有害物质，如油类、盐类、钻井液各种添加剂(人工合成或改性高分子聚合物)、可溶性重金属离子等，环境危害性高。此外钻井泥浆和压裂返排液为多项固相、多项液相、多项胶体体系的混合物，体系非常稳定，污染物处置难度较大。本发明处理后的出水水质要求满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)中城市绿化用水水质标准，具体水质指标如下：

表2出水水质指标

本发明处理过程中产生的污泥要全部实现资源化利用，为此，在处理过程中产生的污泥需按照污泥性质区别对待。

第一类：含无机盐分较多的无机污泥。此类污泥主要来源于钻井污泥，经过脱水后送免烧砖工段进行无害化和资源化处理，所产生的免烧砖在满足JC239-2001《粉煤灰砖》中质量标准的前提下，同时要满足《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)中浓度限值要求，详见表3；

表3免烧砖浸出毒性鉴别标准

第二类：生物质含量较高的生化污泥和部分无机盐含量较低的无机污泥的混合污泥。这部分污泥主要来自污水处理的生化处理工段，少量来自于钻井污泥。两种污泥掺混后去生物堆肥工段，通过微生物的降解作用使其熟化，并满足《城市污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486-2009)要求的质量标准，最终用于园区的绿化和土壤修复。具体控制指标详见表4。

表4生化污泥处置标准

污泥处置标准

请参阅图1-图7，本发明实施例中，钻井废弃物的资源化利用工艺，分为三个阶段：预处理、生化处理和深度处理，在预处理阶段首先通过物化手段实现钻井泥浆和压裂返排液的固液分离，所产生的固相分别进入免烧砖制备工段和污泥处置工段，剩余的液相与作业废水一同进入调储池混合，混合液依次通过气浮、絮凝、沉淀等物理手段去除水体中的污染物质，再通过铁碳微电解技术，提高水体的可生化性，降低水体的生物毒性；在生物处理工段，通过水解酸化-接触氧化处理工艺，实现水体中残留有机物的生物降解，并脱除水体中的氮磷等营养物质，生化出水的COD降至100mg/L以下；为最大限度的回收利用水资源，对生化污水进行深度处理，使最终出水满足城市污水回用处理杂用水中绿化用水的水质标准；在深度处理工段采用臭氧催化氧化法+BAF生物滤池的工艺对水体中的有机物进行进一步降解，随后水体进入膜处理组件，经过低压抗污染膜和海水淡化膜的两级膜处理工艺，尽可能提高淡水的回收率。所产的淡水水质优良，可全部回用于厂区内的绿化用水；膜处理产生的浓水中含盐量大，直接排放对环境形成很大隐患，为此，在浓水后接MVR机械蒸发系统，实现水体中盐分的结晶回收，所产生的冷却水也可用于园区的绿化回用。

各工段分述如下：

(1)预处理工段

根据对样品的分析，参照以往工程经验，苏里格钻井泥浆和压裂返排液在成分和胶体特性上差别较大，钻井泥浆主要成分为水和固相膨润土、碱、高分子聚合物等组成，是多相胶体体系，泥浆中含有多种护胶组分，COD超标严重，环境危害较大；压裂返排液是一种粘度极高的粘稠液体，含有基液，高分子聚合物、天然植物淀粉，交联剂等组成。因此，在预处理环节采取分类单独处理，处理后上清液进入同一调储池混合后续处理的思路。钻井泥浆预处理着重于破胶，压裂返排液预处理则着重于脱除由交联剂带来的大量硼。

1)泥浆破胶

由于钻井泥浆中的膨润土本身就具有很强的水化能力，再有其中又加入大量的各种护胶剂，以及钻进过程中混入的地下水、钻屑、原油，废弃钻井泥浆实际上是一个多相体系，废弃钻井泥浆中具有表面活性的固体比普通污泥要高的多，因此化学脱稳是废弃钻井泥浆固液分离前的一个必要步骤。泥浆破胶工艺就是利用化学方法进行固液分离，通过加入凝聚剂和絮凝剂改变钻井泥浆的物理、化学性质，破坏钻井液的胶体体系，促使悬浮的细小颗粒聚结成较大的絮凝体，再由机械手段达到固液分离的目的。

通常所采用的凝聚剂有Al₂(SO₄)₃、CaCl₂、Fe₂(SO₄)₃、FeCl₃、H₂SO₄、聚合硫酸铁、聚合氯化铁、聚合氯化铝等无机混凝剂；使用较多的絮凝剂为非离子型、阳离子型和阴离子型的聚丙烯酰胺类衍生物。国内外的研究表明，将这些凝聚剂和絮凝剂复合使用，并辅以机械脱水，可使废弃钻井泥浆处理达到较好的固液分离效果。

钻井废液破胶处理中产生的无机污泥70％进入制砖工段；剩余的30％进入污泥处置工段；破胶后的清液进入调蓄池与其他水体混合后进一步处理。

2)返排液脱硼

苏里格压裂返排液交联剂中含有大量的硼，硼是人和动植物所必需的营养元素，但长时间接触过量硼会引发人体、动植物中毒，为使处理出水达到绿化回用的目的，必须对压裂返排液中的硼进行脱除。本工艺流程中，通过沉淀法，利用沉淀剂与硼酸反应形成沉淀，以达到脱硼目的。主要的沉淀剂有石灰、金属盐等。在弱碱性条件下，硼与金属氧化物反应生成难溶的硼酸盐沉淀。

经过脱硼处理后的清液进入调储池，与其他污水混合后进一步处理，脱硼产生的沉淀污泥进入制砖工段。

3)生化前处理

经过破胶处理的钻井泥浆上清液和经过脱硼处理的压裂返排液上清液与作业废水在调蓄池中混合均匀。混合液依次通过微气浮、絮凝、斜板沉淀、过滤等处理工段，以去除水体中的分散油和乳化油，实现油水分离，并通过絮凝、沉淀作用去除水体中的胶体物质和细小悬浮物；沉淀出水经过滤进一步除浊后进入铁碳微电解处理装置。

在微电解装置内，以电位低的铁成为阳极，电位高的碳做阴极，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应，形成无数个微原电池。通过氧化还原反应、原电池反应、电化学富集、物理吸附、混凝沉淀等等一些列反应作用，使水体中的有机物断链、碳化，从而提高污水的可生化性，同时脱色、脱浊。在铁碳填料的选择上，应用技术领先的铁碳颗粒，具有防结块和堵塞的优点。

调储池混合污水预处理流程见图2，经过一系列处理后的污水进入生化处理工段，进行有机污染物的生物处理，前处理中产生的无机污泥进入污泥处置工段。

(2)生物处理工段

在含油污水处理领域，相对于其他化学物理方法，生物处理法由于其工程投资少，运行费用低，操作管理简单等优点，近年来被广泛采用。此时，经过预处理后的混合污水中，除含有少量油类物质外，预处理过程中加入的无机物质使得污水矿化度大大提高，水的活性较低，进而抑制了微生物的生长，但有某些嗜盐、耐盐微生物可在高盐环境中很好地生长，这些微生物的存在，使高矿化度污水的生化法处理有了一定的物质基础。通过优选驯化试验，寻找到适合含盐含油水质环境的耐盐微生物，结合生物固定化技术，可以实现对含油污水的高效处理。

本发明中，通过水解酸化-接触氧化工艺实现污水的生物降解。设置水解段的目的，主要是利用水解过程，有效降低污染负荷，并将大分子难降解有机物分解成小分子有机物，提高出水的可生化性，并且可以利用水解段较强的抗冲击能力，避免冲击性来水影响好氧段稳定运行。好氧段则是利用其中好氧生物的高效降解效率，将污染物质进一步分解，确保出水水质稳定。

1)水解酸化池

一般厌氧发酵过程可分为四个阶段，即水解阶段、酸化阶段、酸衰退阶段和甲烷化阶段。而在水解酸化池中把反应过程控制在水解与酸化两个阶段。在水解阶段，组合填料可使固体有机物质降解为溶解性物质，大分子有机物质降解为小分子物质。在产酸阶段，碳水化合物等有机物降解为有机酸，主要是乙酸、丁酸和丙酸等。水解和酸化反应进行得相对较快，一般难于将它们分开，此阶段的主要微生物是水解-酸化细菌。

废水经过水解酸化池后可以提高其可生化性，降低污水的pH值，减少污泥产量，为后续好氧生物处理创造了有利条件。组合填料设置在水解酸化池可以提高整个系统对有机物和悬浮物的去除效果，减轻好氧系统的有机负荷，使整个系统的能耗相比于单独使用好氧系统大为降低。

2)接触氧化池

接触氧化法是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的废水生化处理法。这种方法的主要设备是生物接触氧化池。在曝气池中装有塑料蜂窝填料，填料被水浸没，用鼓风机在填料底部曝气充氧，这种方式称为鼓风曝气；空气能自下而上，夹带待处理的废水，自由通过滤料部分到达地面，空气逸走后，废水则在滤料间格自上向下返回池底。活性污泥附在填料表面，不随水流动，因生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，不断更新，从而提高了净化效果。生物接触氧化法具有处理时间短、体积小、净化效果好、出水水质好而稳定、污泥不需回流也不膨胀、耗电小等优点。接触氧化池具有以下特点：①填料比表面积大，池内充氧条件好，接触氧化池内单位容积的生物量高于活性污泥法曝气池及生物滤池，因此，它可以达到较高的容积负荷；②由于相当一部分微生物固着生长在填料表面，运行管理方便；③由于池内固着量多，水流属完全混合型，因此它对水质、水量的骤变有较强的适用能力；④因污泥浓度高，当有机负荷较高是其F/M仍保持在一定的水平，因此污泥产量可相当于或低于活性污泥法。

本处理工段位于水解酸化后，经过水解酸化后污水的可生化性大大提高，好氧处理工艺采用接触氧化生物膜法技术，能够显著去除废水中溶解性和胶体有机污染物，同时具有同步硝化反硝化，本处理工段，在有效的微电解、厌氧处理后处理效果将显著提高，为高级处理创造良好条件。

废水生物处理工段工艺流程图见图3，经过生化处理后的出水清液进入深度处理工段进一步处理，生化过程所产生的有机污泥进入污泥处置工段。

(3)深度处理工段

为实现污水处理的资源化，使处理出水能够达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》中城市绿化水质指标，深度处理工段的主要任务在于降低水体矿化度，即脱除水中溶解性无机盐。为此，本发明采用高级氧化+BAF+膜处理+MVR的处理流程，通过膜过滤作用先将可回收利用的淡水从污水水体中分离出来，对水中的无机盐进行浓缩，以减少高浓盐水的处理量；对于剩余的高浓盐水采用MVR技术进行蒸发脱盐，使无机盐以结晶体的形式从水体中脱除；为保证处理用膜元件的稳定性和可靠性，延长膜元件的使用寿命，在污水进膜前，通过高级氧化技术+BAF生化的技术进一步降低水体中难降解的有机物含量，并起到过滤除浊的作用。

1)臭氧催化氧化

经前处理中的生化处理后，出水中有机物含量可以控制在100mg/L以下，但水体中仍会残留少量难生化降解的胶体或溶解态有机污染物，为使这部分有机物能够得以去除，在生化处理后加入臭氧催化氧化设备。

臭氧催化氧化采用一系列臭氧催化氧化除污方法，通过引发具有强氧化能力的羟基自由基和臭氧，强化分解水中高稳定性、难降解有机污染物，对难降解有机物的分解效率较单纯臭氧氧化提高数倍，同时，催化剂还可提高水中臭氧能力，增加水中溶解氧的浓度，并强化后续生物处理工段的除污效果。

2)曝气生物滤池(BAF)

曝气生物滤池是90年代初兴起的污水处理新工艺，已在欧美和日本等发达国家广为流行。该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX(有害物质)的作用，其特点是集生物氧化和截留悬浮固体与一体，节省了后续沉淀池(二沉池)，其容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好：运行能耗低，运行费用省。

BAF属第三代生物膜反应器，不仅具有生物膜工艺技术的优势，同时也起着有效的空间过滤作用，通过使用特殊的滤料和正确的配气设计，BAF具有以下工艺特点；

采用气水平行上向流，使得气水进行极好均分，防止了气泡在滤料层中凝结核气堵现象，氧的利用率高，能耗低；与下向流过滤相反，上向流过滤维持在整个滤池高度上提供正压条件，可以更好的避免形成沟流或短流，从而避免通过形成沟流来影响过滤工艺而形成的气阱；

上向流形成了对工艺有好处的半柱推条件，即使采用高过滤速度和负荷，仍能保证BAF工艺的持久稳定性和有效性；

采用气水平行上向流，使空间过滤能被更好的运用，空气能将固体物质带入滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质，从而延长了反冲洗周期，减少清洗时间和清洗时用的气水量；

滤料层对气泡的切割作用事使气泡在滤池中的停留时间延长，提高了氧的利用；由于滤池极好的截污能力，使得BAF后面不需再设二次沉淀池；

3)反渗透膜处理

反渗透是60年代发展起来的膜分离技术，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。本发明通过两级反渗透装置来实现淡水的分离与盐水的浓缩。

经过一系列处理后的混合液在进膜前其溶解性固体总量达6000mg/L左右，为尽量提高反渗透处理的回收率，减小MVR蒸发脱盐系统的运行负荷，本发明采用两级反渗透系统，分别采用低压抗污染RO膜和高压海水淡化膜进行含盐水浓缩，两级反渗透所产淡水水质满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》中城市绿化水质指标。

4)MVR处理

早在60年代，德国和法国已成功的将该技术用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域。多效蒸发过程中，蒸发器某一效的二次蒸汽不能直接作为本效热源，只能作为次效或次几效的热源。如作为本效热源必须额外给其能量，使其温度(压力)提高。蒸汽喷射泵只能压缩部分二次蒸汽，而MVR蒸发器则可压缩蒸发器中所有的二次蒸汽。

蒸发器其工作过程是将低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入换热器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热。除开车启动外，整个蒸发过程中无需生蒸汽。从蒸发器出来的二次蒸汽，经压缩机压缩，压力、温度升高，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。这样，原来要废弃的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，生蒸汽的经济性相当于多效蒸发的30效。为使蒸发装置的制造尽可能简单和操作方便，经常使用单效离心再压缩器，也可以是高压风机或透平压缩器。这些机器在1∶1.2到1∶2压缩比范围内其体积流量较高。对于低的蒸发速率，也可用活塞式压缩机、滑片压缩机或是螺杆压缩机。蒸发设备紧凑，占地面积小、所需空间也小。又可省去冷却系统。对于需要扩建蒸发设备而供汽、供水能力不足、场地不够的现有工厂，特别是低温蒸发需要冷冻水冷凝的场合，可以收到既节省投资又取得较好的节能效果。

本发明采用MVR设备作为高盐浓水的最终处理，所产生的结晶盐经干燥后作为资源外卖，蒸发过程所产生的冷凝水在冷却后补充到反渗透出水中用于园区绿化。

废水深度处理工段流程图见图4。

(4)有机污泥处理及处置工段

来自预处理工段和生物处理工段的污泥在污泥处理工段混合后，通过生物堆技术进行无害化处理，生物堆技术是一种异位处理固态废渣和污土的方法。用生物堆进行修复的过程中，污染的钻井废弃物被堆置在一个处理基台上，一般采用生物强化的手段直接加入土著高效降解菌，然后控制合适的处理条件(pH、温度、湿度、溶氧等)使微生物对污染物进行降解。在土著高效菌种筛选上，从污染场地的样品中筛选驯化出高效的污染物降解菌株，然后通过发酵培养，制成菌剂。

通过生物堆技术处理后产生的无害化废弃物用于地貌恢复和绿化造林：经无害化处理的废弃物将采取就地掩埋、覆土、植树造林的方式处置。为了确保评估环境影响，防止任何二次污染，掩埋场地将建围挡，禁止外人出入。绿化的植物需要结合当地的自然特点，比如种植樟科树种等常绿阔叶林树木，同时配合种植棘刺灌木等低矮植物。

1)生物堆技术简述

生物堆系统设计见图5，通常将固态废渣堆放形成上升的斜坡，堆高可以达到2m，一般采用直接加入外源高效降解菌和相应的营养元素溶液，从顶部配备的喷淋灌溉设备间歇注入生物堆，有效实现微生物和营养物均匀分布。在生物堆的底部铺设若干排通气管，用鼓风机连续为生物堆供气。这种处理结构可以方便地控制微生物生长代谢最适合的氧气、水分、温度、营养成分和pH等条件，加快微生物生长和降解有机物污染物的速度。生物堆底部装一条可收集沥出液的排水沟，处理床底部铺设防渗漏垫层，防止生物堆中流出的渗滤液向地下渗漏，保证最大程度减少施工期间的二次污染和对周边的影响。

该法常用于处理污染物浓度高、分解难度大、污染物易于移动以及分解所需的环境因素差的发明中。目前生物堆法是处理有机污染物最为重要的方法之一。

2)掩埋处理工艺简述

掩埋前固体废物中有害物质浓度限值应达到欧盟15国1999/31/EC号指令中的2.4.1浸出毒性最高限值。同时，经过生物堆生物修复处理后，钻井废弃物中有机成分得到较大程度分解，重金属处于已固化且处于非生物可利用状态，因此，在处置中心采用掩埋的方式处理钻井废弃物。

掩埋注意事项如下：钻井废弃物掩埋在处置中心厂区内，废弃物采用内衬覆盖。掩埋坑应弄平，通过表土回填与区域地形保持一致。覆盖内衬与地形层之间的缓冲深度宜在1米到1.5米之间。

掩埋场与可用的地下或地表水源的距离宜在500m以上。在弄平之后，宜在现场种植当地植物物种，将其复原至近似原始状态。掩埋场应设置地理标志物。掩埋场应设置地下水监测井。相关公司应按季度监测水质，并将其报告国家环境管理局。

3)绿化方案

经过无害化处理的废渣将用作植树造林用土，达到处理要求后送至掩埋场掩埋处理，掩埋处理后，地表场地平整后，将绿化用土整理成符合要求的平面或曲面，乔木种植土层厚度不低于70cm。绿化的植物需要结合当地的自然特点，选择生长快、成活率高、有吸收重金属能力的本土植物，樟科树种等常绿阔叶林树木，同时配合种植棘刺灌木等低矮植物。

污泥处置工段流程图见图6。

(5)制砖工段

钻井泥浆产生的污泥特点为含油量、含盐量以及含水率高，成分复杂并含有有害重金属，管理不当会对当地土壤和地下水等生态环境造成较为严重的石油污染；压裂返排液脱硼产生的污泥中含有大量的硼系沉淀物，如果用于地貌恢复或绿化用泥也会引起严重的土壤污染。

利用钻井泥浆破胶污泥、压裂返排液脱硼污泥、普通硅酸盐水泥和固化剂生产污泥固化免烧砖，不但能够变废为宝，而且可以解决油田污泥占用土地、污染环境的问题，符合当今社会生态环境保护和资源节约的主题。

免烧砖制作流程，包括固化反应、成型以及养护，其中固化反应是其中的核心过程。固化技术是在含油污泥中加入一定组分的固化剂，使其发生一些稳定的、不可逆的物理化学反应，固化其中的部分水分和有毒物质，并使其具有一定的强度，方便堆放、储存和后续处理。理想的固化产物应该具有良好的机械性能和抗浸透、抗浸出、抗干湿、抗冻、抗融等特性。固化剂的作用是将含油污泥中的有害物质(油、重金属)固定或封闭在惰性物质中，大幅降低有害物质的渗透性和融出率。

目前使用较多的是以水硬材料为主体的无机固化剂，如波特兰水泥、波特兰水泥混合物、磷石膏、河沙等，其费用低、固化效果好。

免烧砖质量指标：

1)规格：(实心砖)240mm×115mm×53mm，(盲孔砖、多孔砖)240mm×115mm×90mm；

2)重量：2.2-3.0公斤/块(由于原料不同，重量会有所差别)；

3)主要技术指标：抗压强度10-20MPa/cm，抗折强度2.0-2.2MPa抗冻性-将砖置于-20℃环境冻4小时。15-20℃水中融4小时，反复15次后，强度损失率应小于20％，重量损失率应小于5％，外观完好，无剥落现象。砖的干重量1500-1600kg/m³，吸水率11％-12％，软化系数0.9-0.97，60天收缩值＜0.4mm/m。

免烧砖浸出毒性检测：按照固体废弃物毒性浸出方法(GB5086.2-1997)中所述步骤对养护天数为7天的砖坯体进行毒性测试，浸出液中有一种或一种以上的污染物浓度超过GB5086.3-1996《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》所规定的阈值，则该免烧砖被确定具有浸出毒性，质量不合格而不能被投入正常使用。

制砖工段流程图见图7。

本发明的装置组成

(1)预处理工段：废液接收井、废液调储池、隔油池、浮油收集池、钻井泥浆破胶反应池、压裂返排液脱硼反应池、预处理沉淀池、机械搅拌澄清池、水相调节池、化学药剂加药间、污水地下泵房A。

(2)生化处理工段：气浮间、高级氧化反应池、水解酸化池、好氧生物池、沉淀池、臭氧接触稳定池、生物炭过滤间、加药间、地下泵房B、鼓风机房及臭氧发生间。

(3)深度处理工段：多介质过滤间、低压反渗透处理间、海水淡化膜处理间、MVR处理装置、加药间、泵房、储水池、结晶盐存储棚区。

(4)污泥压滤工段：有机浓缩池、无机浓缩池、污泥压滤车间、泥饼储存棚区。

(5)生物堆：鼓风机房、生物液循环收集、生物反应堆。

(6)砖场：制模机、湿砖坯晾晒区、产品存放转运区。

(7)辅助生产设施：控制分析楼(中控，化验，机电仪小修)、倒班宿舍、门卫、变配电、事故水池。

本发明的待处理废液、辅助材料、燃料和动力

(1)废弃物水相处理系统

待处理钻井废液来自长庆油田分公司苏里格气田作业井场，通过槽车运送至集中处理厂分类废液调储池。盐酸、硫酸、烧碱、复合破乳剂、有机絮凝剂、石灰、生物营养盐、阻垢剂、还原剂等化学处理药剂外购，通过汽车送至本装置。采暖锅炉用燃油通过罐车送至本装置。待处理废液规模、辅助材料、燃料和动力的用量。

表5待处理废液规模、辅助材料、燃料和动力用量

(2)污泥处置系统

废弃物处理过程中产生的无机污泥用于砖厂制造免烧砖，有机污泥通过生物堆处理后用于厂区内地貌恢复。

制砖用水泥、固化剂、添加剂、填料等外购，通过汽车送至本装置。原材料和辅助材料及燃料、动力用量。

表6污泥处置系统原材料规模和辅助材料及燃料、动力用量

(3)原材料、辅助材料、燃料和动力的规格

1)氢氧化钠

NaOH42％(wt)，NaClmax.2％(wt)，Na₂CO₃max.1％(wt)，Fe₂O₃max.300ppm(wt)

2)盐酸

HClmin.31％(wt)

3)生石灰

CaOmin.97％(wt)，生过烧率max.10％，活性钙min.300mi

4)复合破乳剂

有效成分min.30％(wt)

5)有机絮凝剂

分子量500-1200万，固含量min.88％(wt)，离子度5％～80％，残余单体max.0.2％(wt)

(4)燃料和动力的规格

表7燃料和动力的规格

本发明所采用的装置用机泵约56台、鼓风机3台、机械格栅1座、刮油设备1台、搅拌设备10台、气浮设备2套、刮泥设备2套、过滤设备11套、板框压滤设备3套、加药设备约18套、臭氧投加装置1套、RO系统2套、MVR系统1套。

由于部分工段接触物料有盐酸、石灰、NaOH等强腐蚀性介质，因此本装置设备的主要材料有碳钢及低合金钢、碳钢及铸铁、304及316型不锈钢、钛材等，具体的设备如表8-1～8-4所示。

表8-1主要设备一览表

表8-2主要设备一览表

表8-3主要设备一览表

序号	设备名称	材料	单位	数量	备注
						三	深度处理工段
1	提升水泵1AB	C.S	台	2
						2	提升水泵2AB	C.S	台	2
3	多介质过滤器	C.S/衬胶	套	2
						4	生物炭反洗水泵AB	C.S	台	2
5	多介质反洗水泵AB	C.S	台	2
						6	超滤进水泵AB	SS304	台	2
7	超滤反洗水泵AB	SS304	台	2
						8	RO增压泵	SS304	台	2
9	海水淡化增压泵	SS304	台	2
						10	RO冲洗泵	SS304	台	2
11	海水淡化冲洗泵	SS304	台	2
						12	化学清洗罐	PE	套	1
13	化学清洗泵	SS304/PTFE	台	2
						14	低压RO机组	组合件	套	1
15	海水淡化膜机组	组合件	套	1
						16	MVR系统	组合件	套	1
17	浓水提升泵	SS304	台	2
						18	淡水回用泵	C.S	台	2
19	加药装置	组合件	套	5

表8-4主要设备一览表

为了实现自动控制，本发明还对内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗苏里格油气田钻井/压裂/试气作业废液集中处理厂进行了设计，主要包括预处理工段、生物处理工段、深度处理工段、污泥处置工段、给排水系统、采暖锅炉装置等的过程检测仪表及控制系统的设计。

废液集中处理厂设一个控制室，主要采用PLC控制系统。实现对生产过程的温度、压力、流量，液位、pH、溶氧分析等仪表的工艺参数以及电动的设备状态，进行集中显示和控制。

操作人员在控制室内，通过彩色CRT及其鼠标、键盘、可以实现以下操作：

1)工艺设备的正常运行监测和操作；

2)工艺设备的异常工况和紧急事故处理；

3)在就地运行人员配合下，实现相关工艺设备的启动和正常停机本工程自控水平按下列原则确定：

1)工艺过程影响较大，需随时监控参数的，设自动调节；

2)对工艺过程影响不大，但需经常监视的参数，设指示；

3)对可能影响生产及安全的参数，设报警、联锁。

4)对要求计量或经济核算的参数设积算；

5)对生产过程设班报、日报及月报等报表打印。

上述自动控制采用的控制方式设计为：就地手动控制、远程遥控控制、自动控制，三种方式的控制级别由低到高为现场手动控制、遥控控制、自动现场手动控制：在现场控制设备上的“就地/远程”开关选择“就地”方式时，通过现场控制设备上按钮实现对设备的启/停操作。遥控方式：即远程手动控制方式。现场控制设备上的“就地/远程”开关选择“远程”时，操作人员可通过仪表控制室的计算机控制系统的监控画面用鼠标或工业键盘选择“遥控”方式对设备进行启/停操作。

自动模式：控制室PLC操作站上“自动/遥控”设定为“自动”。这时，设备的运行完全由控制系统根据工况及生产要求自动地完成对工艺设备的运行控制或启/停控制。

控制系统具有以下功能：

(1)CRT显示功能，不仅显示过程参数，还显示工艺系统各种模拟图，趋势图，参数棒状图及启停曲线等。

(2)打印功能，打印有定时制表、随机打印、请求打印、事故追忆打印等。

(3)报警功能，报警是对工艺系统各参数进行限值检查，越限后报警；对设备和开关量信号进行状态监视，状态异常时报警。

(4)历史数据存储及检索功能，各种参数及数据可存储3个月以上，使用时可随时调出检索。

(5)事故记录打印功能，将各个主要辅助设备的事故状态以1毫秒分辨率准确记录，对引起停炉、停机保护动作的内容，进行事件顺序打印，用以查明事故的首发原因。

(6)模拟量控制功能，模拟量控制是将工艺设备中，需要自动调节和控制的各个参数进行调节和控制。

(7)顺序控制功能，根据工艺设备的运行特点，按照条件和时间等要求，通过控制系统，对设备进行顺序自动操作及启停顺序控制。

(8)保护联锁功能保护联锁功能是设备在启停或正常运行中出现异常或故障时，进行自动及时的处理，确保生产及设备的安全。

自动控制系统的仪表设备的选择如下：

(1)仪表选择

1)温度仪表

就地温度检测仪表选用双金属温度计集中检测根据工况选用Pt100铂热电阻或热电偶。

2)压力(差压)仪表：集中检测和控制仪表选用智能压力(差压)变送器就地压力检测仪表选用全不锈钢弹簧管压力表、膜盒压力表，在有脉冲、震动的场合，选用耐震型压力表，测量有腐蚀、粘稠、结晶的场合选用隔膜压力表。

3)流量仪表

就地测量采用水表、转子流量计。集中检测流量计一般选用电磁流量计、孔板流量计，也有可能根据流量测量的需要采用其他类型的相关仪表。

4)液位仪表

就地液位检测一般为磁翻板液位计，集中检测液位计根据不同的工况，选用超声波液位计、雷达液位计或射频导纳液位计等。

5)在线分析仪

在装置中，设置溶氧分析仪，pH分析仪。

6)控制阀门

调节阀一般采用气动薄膜式调节阀，切断阀采用气动球阀。控制阀阀体材质与管道材质相符或更高，阀内件材质根据介质情况确定。控制阀在气源故障时将处于安全位置。全部调节阀要进行噪音计算。在就地调节不需要远传，精度要求不高的场合，选用自力式控制阀。切断阀采用气动球阀或气动蝶阀。

(2)PLC系统的选择

PLC系统是废液集中处理厂生产控制的主要设备，控制中枢，选用先进成熟的产品。PLC设备：提供硬件配套设备，包括主机柜、I/O站及卡件、操作站(兼工程师站)、液晶显示器、键盘、鼠标、打印机、UPS电源、接插卡(接线插头)以及其它设备。

系统软件：控制组态软件，利用窗口技术，可离线、在线组态，具有开放的开发环境，良好的人机界面，数据访问有很高的安全性，软件开放性好。

应用软件系统：系统组态，画面显示，包括工艺流程画面、分组画面、总报警画面、趋势记录画面、单(多)参中文控制画面，主要参数棒图，报表功能，电气参数实时检测数据库表等。

通讯：PLC系统具有数字化通讯网络，该网络为各操作员站，控制和数据处理系统以及其它设备之间提供可靠的高速数据传送。

本发明的“三废”排放方式及指标如表1-4所示。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.钻井废弃物的资源化利用工艺，所述钻井废弃物包括钻井泥浆、压裂返排液和作业废水，其特征在于，所述工艺包括三个阶段：预处理、生化处理和深度处理；在预处理阶段首先通过物化手段实现钻井泥浆和压裂返排液的固液分离，所产生的固相分别进入免烧砖制备工段和污泥处置工段，剩余的液相与作业废水一同进入调储池混合，混合液依次通过物理手段去除水体中的污染物质，再通过铁碳微电解技术，提高水体的可生化性，降低水体的生物毒性；在生化处理工段，通过水解酸化-接触氧化处理工艺，实现水体中残留有机物的生物降解，并脱除水体中的营养物质，生化出水的COD降至100mg/L以下；在深度处理工段采用臭氧催化氧化法+BAF生物滤池的工艺对水体中的有机物进行进一步降解，随后水体进入膜处理组件，经过低压抗污染膜和海水淡化膜的两级膜处理工艺得到淡水和浓水，淡水直接用于厂区内的绿化用水，浓水经MVR机械蒸发系统，实现水体中盐分的结晶回收，所产生的冷却水用于园区的绿化回用。

2.根据权利要求1所述的钻井废弃物的资源化利用工艺，其特征在于，所述免烧砖制备工段包括固化反应、成型以及养护。

3.根据权利要求1所述的钻井废弃物的资源化利用工艺，其特征在于，所述污泥处理工段通过生物堆技术进行无害化处理后，用于地貌恢复和绿化造林：经无害化处理的废弃物将采取就地掩埋、覆土、植树造林的方式处置。