CN105541026B - 一种基于besi+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法,及油田污水处理领域。本发明为解决现有压裂返排液处理方法中存在出水质量不高、膜污染和处理成本高的问题。一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法,按以下步骤进行:一、压裂返排液在厌氧反应装置中处理的过程;二、压裂返排液在兼性厌氧反应装置中处理的过程;三、压裂返排液在好氧反应装置中处理的过程;四、处理后的水经单孔膜组件的出水口通过蠕动泵排出一部分到排放管,另一部分返回到兼性厌氧反应装置中。本发明适用于油田污水处理领域,尤其适用于压裂返排液的处理。
Description
技术领域
本发明涉及油田污水处理领域,尤其涉及一种基于BESI+好氧悬浮填料+单膜法压裂返排液生物处理方法。
背景技术
目前我国油田的开采普遍进入了中后期,利用压裂作业的方式对于油田的增产增注具有重要意义。压裂作业所产生的压裂返排液含有大量有毒有害物质,如果不经处理直接排放,将会对油田周围的生态系统产生重要的影响。由于压裂返排液具有化学成分复杂,高粘度,高COD,高悬浮物,高盐度,难生物降解等特点,导致压裂返排液难以处理。
目前压裂返排液的处理仍然处于起步探索阶段,并且仍未总结出一套完整易用的处理工艺。在以往的研究中,针对压裂返排液的处理目的都是为了油田生产服务,因而所制定的处理目标大都是达到回注的水质标准,关注的水质指标以含油量、悬浮固体、粘度、粒径中值等为主,忽略了压裂返排液中的毒性物质和有毒有害物质。然而,一个不容忽视的问题是,目前我国的油田开采已经进入了高含水阶段,采出水外排将是一个无法回避的问题,因此使采出水处理达到更高的水质要求是油田生产的新要求。
目前,国内外的研究者对压裂返排液的处理进行了大量的研究,处理方法主要包括:固化处理、焚烧处理、物理化学法、高级氧化法和生物法,但是由于压裂返排液的复杂性,实际处理压裂返排液往往采用复合工艺。压裂返排液的处理方法多种多样,各有利弊。混凝沉淀法可以有效地对生活用水进行预处理,但是用于处理压裂返排液,主要排放指标,COD含量、含油量和悬浮固体含量达不到国家污水综合排放标准容;膜过滤法可以有效地保障出水水质,但需要预处理,而且容易导致膜污染问题;高级氧化法处理效果好,但处理成本高。生物法因其具有适应性强,操作灵活,处理成本低,无二次污染成为研究的一个重要方向。好氧与厌氧处理工艺各有不同的优缺点,对于难降解污水单靠一种工艺很难取得满意的处理效果。在实际应用中,通常是将两种工艺结合起来,按照“分级处理、厌氧先行、好氧把关”的原则,来确定合理的工艺流程。本发明正是基于以上思路,利用厌氧生物处理对难降解物质进行开环断链,增加其可生化性,并利用MBBR和膜组件处理强化出水水质,提出了新型BESI生物工艺来处理压裂返排液。
BESI生物处理方法采用“厌氧+兼性厌氧+好氧”串联的方式,通过厌氧过程的硫酸盐还原、兼性厌氧及好氧过程的反硝化及硝化作用,降解压裂返排液中的难降解物质,同时去除污水中大部分原油和悬浮固体。BESI生物处理方法的核心为提出了一种新的以硫酸根为电子受体的污水处理方法,该生物处理方法可以根据污水的水力停留时间以及水质特性,可以采用多级厌氧和多级兼性厌氧以及多级好氧来保证污水处理的效果。
发明内容
本发明为解决现有压裂返排液处理方法中存在出水质量不高、膜污染和处理成本高的问题,而提出一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法。
本发明方法采用的压裂返排液反应装置主要包括:污水进水泵1、厌氧反应装置2、兼性厌氧反应装置3、好氧反应装置4、单孔膜组件5、好氧悬浮填料6、回流泵7、曝气装置8、污泥排出口9和蠕动泵10;污水进水泵1与厌氧反应装置2的底部进水口相连,厌氧反应装置2的顶部侧壁出水口与兼性厌氧反应装置3的底部进水口相连,兼性厌氧反应装置3的顶部侧壁出水口与好氧反应装置4的底部进水口相连,单孔膜组件5和好氧悬浮填料6设置在好氧反应装置4内部,单孔膜组件5的出水口经蠕动泵10连接排放管,同时与兼性厌氧反应装置3的底部侧壁进水口相连,曝气装置8与好氧反应装置4的底部进水口相连,污泥排出口9位于好氧反应装置4的底部;
一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法是按以下步骤进行的:
一、压裂返排液由污水进水泵1经厌氧反应装置2的底部进水口进入到厌氧反应装置2中,水力停留时间为20~28h;
二、厌氧反应装置2处理后的水经厌氧反应装置2顶部侧壁出水口流出,通过兼性厌氧反应装置3的底部进水口进入到兼性厌氧反应装置3中,水力停留时间为20~28h,其中回流泵7将经单孔膜组件5处理后的水及氧气提供给兼性厌氧反应装置3;
三、兼性厌氧反应装置3处理后的水经兼性厌氧反应装置3的顶部侧壁出水口流出,通过好氧反应装置4的底部进水口进入到好氧反应装置4中,在好氧反应装置4中待处理的水与单孔膜组件5和好氧悬浮填料6充分接触,水力停留时间为44~52h,污泥经好氧反应装置4底部的污泥排出口9排出,其中好氧反应装置4的曝气量为16:1;
四、处理后的水经单孔膜组件5的出水口通过蠕动泵10排出一部分到排放管,另一部分经回流泵7、兼性厌氧反应装置3的底部侧壁进水口进入到兼性厌氧反应装置3中,其中按体积百分比回流比为45~55%,污泥经污泥排出口9排出。
本发明包括以下有益效果:
1、BESI生物处理方法采用“厌氧+兼性厌氧+好氧”串联的方式,通过厌氧过程的硫酸盐还原、兼性厌氧及好氧过程的反硝化及硝化作用,降解压裂返排液中的难降解物质,同时去除污水中大部分原油和悬浮固体,达到国家污水综合排放一级标准;
2、单孔膜组件为好氧生物挂膜,其孔隙小于0.45μm,与好氧悬浮填料联合使用,使用过程中单孔膜组件上附着的污泥不断受到翻滚的好氧悬浮填料的碰撞和冲刷,因而不易受到污染,可连续使用200天以上;
3、本发明所述的BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法,即BESI生物处理方法联合好氧悬浮填料以及单孔膜法,主要优点在于采用了生物方法,与高级氧化法相比,达到同等排放标准时,处理成本可降低70~85%;
4、本发明使用的厌氧反应装置、兼性厌氧反应装置和好氧反应装置相对独立,实现了不同生物相的分离,有利于不同种群微生物的新陈代谢,从而可以达到脱氮除磷的目的,并可以稳定和提高处理效果。
5、本发明所述方法耐污染冲击负荷能力强,污泥产率低,可长时间无需排泥。
附图说明
图1为本发明所述压裂返排液反应装置示意图;
其中1为污水进水泵、2为厌氧反应装置、3为兼性厌氧反应装置、4为好氧反应装置、5为单孔膜组件、6为好氧悬浮填料、7为回流泵、8为曝气装置、9为污泥排出口和10为蠕动泵。
图2为本发明方法处理前后原水与出水COD含量对比曲线;
图3为本发明方法处理前后原水与出水油含量对比曲线;
图4为本发明方法处理前后原水与出水悬浮物含量对比曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一、本实施方式中的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法,涉及的压裂返排液反应装置主要包括:污污水进水泵1、厌氧反应装置2、兼性厌氧反应装置3、好氧反应装置4、单孔膜组件5、好氧悬浮填料6、回流泵7、曝气装置8、污泥排出口9和蠕动泵10;污水进水泵1与厌氧反应装置2的底部进水口相连,厌氧反应装置2的顶部侧壁出水口与兼性厌氧反应装置3的底部进水口相连,兼性厌氧反应装置3的顶部侧壁出水口与好氧反应装置4的底部进水口相连,单孔膜组件5和好氧悬浮填料6设置在好氧反应装置4内部,单孔膜组件5的出水口经蠕动泵10连接排放管,同时与兼性厌氧反应装置3的底部侧壁进水口相连,曝气装置8与好氧反应装置4的底部进水口相连,污泥排出口9位于好氧反应装置4的底部;
一种基于BESI+好氧悬浮填料+单膜法压裂返排液生物处理方法是按以下步骤进行的:
一、压裂返排液由污水进水泵1经厌氧反应装置2的底部进水口进入到厌氧反应装置2中,水力停留时间为20~28h;
二、厌氧反应装置2处理后的水经厌氧反应装置2顶部侧壁出水口流出,通过兼性厌氧反应装置3的底部进水口进入到兼性厌氧反应装置3中,水力停留时间为20~28h,其中回流泵7将经单孔膜组件5处理后的水及氧气提供给兼性厌氧反应装置3;
三、兼性厌氧反应装置3处理后的水经兼性厌氧反应装置3的顶部侧壁出水口流出,通过好氧反应装置4的底部进水口进入到好氧反应装置4中,在好氧反应装置4中待处理的水与单孔膜组件5和好氧悬浮填料6充分接触,水力停留时间为44~52h,污泥经好氧反应装置4底部的污泥排出口9排出,其中好氧反应装置4的曝气量为16:1;
四、处理后的水经单孔膜组件5的出水口通过蠕动泵10排出一部分到排放管,另一部分经回流泵7、兼性厌氧反应装置3的底部侧壁进水口进入到兼性厌氧反应装置3中,其中按体积百分比回流比为45~55%,污泥经污泥排出口9排出。
本实施方式包括以下有益效果:
1、BESI生物处理方法采用“厌氧+兼性厌氧+好氧”串联的方式,通过厌氧过程的硫酸盐还原、兼性厌氧及好氧过程的反硝化及硝化作用,降解压裂返排液中的难降解物质,同时去除污水中大部分原油和悬浮固体,达到国家污水综合排放一级标准;
2、单孔膜组件为好氧生物挂膜,其孔隙小于0.45μm,与好氧悬浮填料联合使用,使用过程中单孔膜组件上附着的污泥不断受到翻滚的好氧悬浮填料的碰撞和冲刷,因而不易受到污染,可连续使用200天以上;
3、本实施方式所述的BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法,主要优点在于采用了生物方法,与高级氧化法相比,达到同等排放标准时,处理成本可降低20~35%;
4、本实施方式使用的厌氧反应装置、兼性厌氧反应装置和好氧反应装置相对独立,实现了不同生物相的分离,有利于不同种群微生物的新陈代谢,从而可以达到脱氮除磷的目的,并可以稳定和提高处理效果。
5、本实施方式所述方法耐污染冲击负荷能力强,污泥产率低,可长时间无需排泥。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法的进一步说明,步骤一中所述厌氧反应装置2为UASB厌氧反应装置、ABR厌氧反应装置、IC厌氧反应装置或SBR厌氧反应装置。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一或二所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法的进一步说明,步骤一中所述厌氧反应装置2中填充的是厌氧用悬浮填料,按体积百分比填充比例为30~50%,其中厌氧用悬浮填料为黑色聚氨酯,尺寸为4×4×4cm。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一至三之一所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法的进一步说明,步骤二中所述兼性厌氧反应装置3为UASB厌氧反应设备、ABR厌氧反应设备、IC厌氧反应设备或SBR厌氧反应设备。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一至四之一所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法的进一步说明,步骤二中所述兼性厌氧反应装置3中填充的是兼性厌氧用弹性填料,按体积百分比填充比例为30~40%,其中兼性厌氧用弹性填料为PVC,直径为10cm的球形。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式一至五之一所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单膜法压裂返排液生物处理方法的进一步说明,步骤三中所述好氧反应装置4中的单孔膜组件5为好氧生物挂膜,其孔隙小于0.45μm,壁厚为0.9~1.1mm,采用蠕动泵进行抽吸操作,稳定状态下的跨膜压差为0.005Mpa,好氧悬浮填料6为MBBR悬浮填料,材质为聚乙烯,规格尺寸为按体积百分比填充比例为30~40%。
具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式一至六之一所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单膜法压裂返排液生物处理方法的进一步说明,步骤一、步骤二和步骤三所述厌氧反应装置2、兼性厌氧反应装置3和好氧反应装置4采用单级或二级串联或三级串联的形式。
具体实施方式八、本实施方式是对具体实施方式一至七之一所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单膜法压裂返排液生物处理方法的进一步说明,步骤一、步骤二中所述的厌氧反应装置2和兼性厌氧反应装置3中的厌氧用悬浮填料和兼性厌氧用弹性填料的驯化条件:污泥来自大庆油田污水处理厂厌氧反应装置,污泥的接种量,按体积百分比接种量为18~22%,驯化周期为12~18d。
具体实施方式九、本实施方式是对具体实施方式一至八之一所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单膜法压裂返排液生物处理方法的进一步说明,步骤三所述的好氧反应装置4中的好氧悬浮填料6的驯化条件:污泥来自大庆油田污水处理厂好氧反应装置,污泥的接种量,按体积百分比接种量为8~12%,驯化周期为12~18d。
具体实施方式十、本实施方式是对具体实施方式八至九之一所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单膜法压裂返排液生物处理方法的进一步说明,驯化过程所用的药剂配方为:纯水1升;尿素0.5克;白砂糖2克;硫酸亚铁0.2克;磷酸二氢钾0.1克;硝酸钠0.1克;硫酸镁0.1克;乳酸钠2毫升;硫酸钠2克,氯化钙0.01克。
为验证本发明的有益效果,作如下实验:
污水采用压裂返排液,来水处理量为0.75L/h,有效停留时间为96h,厌氧反应装置和兼性厌氧反应装置的停留时间为24h,好氧反应装置的停留时间为48h;
实验结果如图2至图4所示,由本发明方法处理前后原水与出水COD含量对比曲线、本发明方法处理前后原水与出水油含量对比曲线和本发明方法处理前后原水与出水悬浮物含量对比曲线可以看出,采用本发明方法处理压裂返排液,COD含量、油含量和悬浮物含量均达到国家污水综合排放一级标准,效果非常显著。
Claims (4)
1.一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法,所述方法采用压裂返排液反应装置来实现,其主要包括:污水进水泵(1)、厌氧反应装置(2)、兼性厌氧反应装置(3)、好氧反应装置(4)、单孔膜组件(5)、好氧悬浮填料(6)、回流泵(7)、曝气装置(8)、污泥排出口(9)和蠕动泵(10);污水进水泵(1)与厌氧反应装置(2)的底部进水口相连,厌氧反应装置(2)的顶部侧壁出水口与兼性厌氧反应装置(3)的底部进水口相连,兼性厌氧反应装置(3)的顶部侧壁出水口与好氧反应装置(4)的底部进水口相连,单孔膜组件(5)和好氧悬浮填料(6)设置在好氧反应装置(4)内部,单孔膜组件(5)的出水口经蠕动泵(10)连接排放管,同时与兼性厌氧反应装置(3)的底部侧壁进水口相连,曝气装置(8)与好氧反应装置(4)的底部进水口相连,污泥排出口(9)位于好氧反应装置(4)的底部;
其特征在于所述方法是按以下步骤进行的:
一、压裂返排液由污水进水泵(1)经厌氧反应装置(2)的底部进水口进入到厌氧反应装置(2)中,水力停留时间为20~28h;
二、厌氧反应装置(2)处理后的水经厌氧反应装置(2)顶部侧壁出水口流出,通过兼性厌氧反应装置(3)的底部进水口进入到兼性厌氧反应装置(3)中,水力停留时间为20~28h,其中回流泵(7)将经单孔膜组件(5)处理后的水及氧气提供给兼性厌氧反应装置(3);
三、兼性厌氧反应装置(3)处理后的水经兼性厌氧反应装置(3)的顶部侧壁出水口流出,通过好氧反应装置(4)的底部进水口进入到好氧反应装置(4)中,在好氧反应装置(4)中待处理的水与单孔膜组件(5)和好氧悬浮填料(6)充分接触,水力停留时间为44~52h,污泥经好氧反应装置(4)底部的污泥排出口(9)排出,其中好氧反应装置(4)的曝气量为16:1;
四、处理后的水经单孔膜组件(5)的出水口通过蠕动泵(10)排出一部分到排放管,另一部分经回流泵(7)、兼性厌氧反应装置(3)的底部侧壁进水口进入到兼性厌氧反应装置(3)中,其中按体积百分比回流比为45~55%,污泥经污泥排出口(9)排出;
所述厌氧反应装置(2)为UASB厌氧反应装置、ABR厌氧反应装置、IC厌氧反应装置或SBR厌氧反应装置;
所述厌氧反应装置(2)中填充的是厌氧用悬浮填料,按体积百分比填充比例为30~50%,其中厌氧用悬浮填料为黑色聚氨酯,尺寸为4×4×4cm;
兼性厌氧反应装置(3)为UASB厌氧反应设备、ABR厌氧反应设备、IC厌氧反应设备或SBR厌氧反应设备;
兼性厌氧反应装置(3)中填充的是兼性厌氧用弹性填料,按体积百分比填充比例为30~40%,其中兼性厌氧用弹性填料为PVC,直径为10cm的球形;
好氧反应装置(4)中的单孔膜组件(5)为好氧生物挂膜,其孔隙小于0.45μm,壁厚为0.9~1.1mm,采用蠕动泵进行抽吸操作,稳定状态下的跨膜压差为0.005Mpa,好氧悬浮填料(6)为MBBR悬浮填料,材质为聚乙烯,规格尺寸为按体积百分比填充比例为30~40%;
步骤一、步骤二和步骤三所述厌氧反应装置(2)、兼性厌氧反应装置(3)和好氧反应装置(4)采用单级或二级串联或三级串联的形式。
2.如权利要求1所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法,其特征在于步骤一、步骤二中所述的厌氧反应装置(2)和兼性厌氧反应装置(3)中的厌氧用悬浮填料和兼性厌氧用弹性填料的驯化条件:污泥来自大庆油田污水处理厂厌氧反应装置,污泥的接种量,按体积百分比接种量为18~22%,驯化周期为12~18d。
3.如权利要求2所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法,其特征在于步骤三所述的好氧反应装置(4)中的好氧悬浮填料(6)的驯化条件:污泥来自大庆油田污水处理厂好氧反应装置,污泥的接种量,按体积百分比接种量为8~12%,驯化周期为12~18d。
4.如权利要求2或3所述的一种基于BESI+好氧悬浮填料+单孔膜法压裂返排液生物处理方法,其特征在于驯化过程所用的药剂配方为:纯水1升;尿素0.5克;白砂糖2克;硫酸亚铁0.2克;磷酸二氢钾0.1克;硝酸钠0.1克;硫酸镁0.1克;乳酸钠2毫升;硫酸钠2克,氯化钙0.01克。
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2015
- 2015-12-30 CN CN201511027575.3A patent/CN105541026B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104108833A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-10-22 | 四川大学 | 一种压裂返排液的物化生化组合处理方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
"油田高聚污水和聚表剂污水生物强化处理技术及工艺研究";胡海冰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20150215(第2期);摘要、正文第4页倒数第2段、第2-3章 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105541026A (zh) | 2016-05-04 |
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