CN105668887A - 一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法 - Google Patents

一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，改善了现有压裂返排液处理难以达到排放标准的问题。本发明包括以下步骤：（1）混凝处理；（2）预处理；（3）一级氧化处理；（4）二级氧化处理；（5）三级氧化处理；（6）吸附处理。经过本发明的处理，对压裂返排液污染物得以很好的降解，各项出水指标稳定的达到国家排放标准，填补了国内目前对压裂返排液达标处理技术的空白并实现了水资源的可持续利用，减少了水体污染物的排放，有效的遏制水环境污染。

Description

一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法
技术领域
本发明属于环境工程领域，涉及一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法。
背景技术
我国是一个严重缺水的国家，人均水量仅相当于世界人均水量的1/4，淡水资源的不足制约着我们许多地区的社会和经济发展。同时，我国水环境面临着水体污染、水资源短缺和洪涝灾害等多方面压力，水生态环境破坏促进洪涝灾害频发。目前我国主要水系、湖泊及部分地下水都受到了污染，我们的生活饮用淡水也受到了一定程度上的影响。为此，国家和地方政府制定了更加严格的标准控制工业废水和城市废水的排放，但是由于某些行业的特殊性其废水处理难度较大，其处理方案有待进一步提升。
水基压裂作业在新井试油、老区油井挖潜和单井增产中占有不可替代的位置，应用非常普遍。压裂返排液是压裂作业后返排出一种含有固相的液体，该类液体外观一般呈现无色或淡黄色，有一定的刺激性气味，主要成分为瓜尔胶、黄原胶、防腐剂、破胶剂、石油类及其他各种化学添加剂，通常呈现“三高一难”（高COD、高稳定、高粘、难生物降解）的特征。由于压裂返排液产生量非常大，而目前国内的处理方案均没有达到排放的标准，开发一种压裂返排液达标排放的技术，防止压裂返排液的污染对环境和社会经济发展有着至关重要的作用。
发明内容
为了改善上述问题，本发明的目的在于提供一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，包括以下步骤：
（1）混凝处理：向压裂返排液中加入混凝剂、助凝剂，并充分搅拌15～50分钟使混凝剂、助凝剂和压裂返排液充分混匀，随后自然沉降45～105分钟；
（2）预处理：通过向混凝处理出水中加入预处理剂，使预处理剂与混凝处理出水充分反应；
（3）一级氧化处理：通过向预处理出水中投加一级氧化处理剂，搅拌反应10～20分钟，随后静置反应30～60分钟；
（4）二级氧化处理：通过向一级氧化处理出水中投加二级氧化处理剂，并通过辅助催化设备，随后静置反应50～120分钟；
（5）三级氧化处理：通过向二级氧化处理出水中投加三级氧化处理剂，搅拌反应8～20分钟，静置反应50～80分钟，随后经过辅助氧化设备进行处理；
（6）吸附处理：对三级氧化处理出水进行监测，若达到排放标准，三级氧化处理出水直接外排，若未达到排放标准，三级氧化处理出水将进入吸附装置进行吸附处理，停留20～40分钟，出水直接外排。
具体地，所述混凝剂为聚合氧化铝和聚丙烯酰胺，所述助凝剂为膨润土；根据废水量进行投加，聚合氧化铝投加量为0.4～2.0g/L，聚丙烯酰胺投加量为0.02～0.1g/L，膨润土的投加量为5～50g/L。
具体地，所述预处理剂为过硫酸铵；根据废水量进行投加，处理剂的投加量为2～6g/L。
具体地，所述一级氧化处理剂为高铁酸钾；根据废水量进行投加，一级氧化处理剂的投加量为0.8～1.4g/L。
具体地，所述二级氧化处理剂为二氧化氯，根据废水量进行投加，二级氧化处理剂的投加量为1～5g/L。
具体地，所述三级氧化处理剂为由硫酸亚铁和过氧化氢组成的芬顿试剂，根据废水量进行投加，先投入硫酸亚铁，随后投入过氧化氢，硫酸亚铁加入的是溶液，其浓度为20%，有效投加量为3～8g/L；过氧化氢浓度为27.5%或35%，投加量25～46g/L。
具体地，所述辅助催化设备为微波催化设备，设备频率为800MHz～2800MHz；所述辅助氧化设备为微波氧化设备，设备频率为815MHz～2750MHz。
具体地，混凝处理时，pH值为8～12。
具体地，二级氧化处理时，pH值为1.2～3.0。
具体地，三级氧化处理时，pH值为2.0～4.0。
具体地，混凝处理、预处理、一级氧化处理、二级氧化处理、三级氧化处理所产生的沉淀物进行集中压缩处理，处理后产生固体进入固废系统固化，液体进入一级氧化处理步骤。
具体地，吸附装置为两座吸附塔，根据废水情况选择串联或并联运行。
具体地，本发明中所应用到的设备为：混凝池、预处理池、一级氧化池、二级氧化池、三级氧化池、辅助催化设备、辅助氧化设备和吸附装置。上述设备依次通过管道相连。
具体地，混凝池中设有搅拌器，且混凝池还连接有混凝药剂罐，并用计量泵进行控制和计量。
具体地，预处理池中设有搅拌器，且预处理池还连接有预处理剂罐，并用计量泵进行控制和计量。
具体地，一级氧化池中设有搅拌器，且一级氧化池还连接有以及氧化处理剂罐，并用计量泵进行控制和计量。
具体地，二级氧化池中设有搅拌器，且二级氧化池还连接有二级氧化处理剂罐，并用计量泵进行控制和计量。
具体地，三级氧化池中设有搅拌器，且三级氧化池还连接有三级处理剂罐，并用计量泵进行控制和计量。
本发明具有以下优点及有益效果：
（1）本发明采用混凝和预处理相结合的处理方式，为后续氧化工艺提供了良好的条件。
（2）本发明采用微波辅助处理极大的促进氧化效果，能更好的降解污染物。
（3）本发明采用多级氧化工艺能更高效、更快速、更稳定的去除污染物。
（4）本发明全过程采用无害化试剂，不会造成二次污染。
（5）本发明采用吸附处理进一步深度处理，处理后的废水可达标外排，也可回用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
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。
如图1所示，本发明的设备包括通过管道依次连接的混凝池、预处理池、一级氧化池、二级氧化池、三级氧化池；其中，混凝池、预处理池、一级氧化池、二级氧化池、三级氧化池内均设有搅拌装置；本发明还设有加药装置区和自动控制区，混凝池、预处理池、一级氧化池、二级氧化池、三级氧化池分别与对应的加药罐连接并用计量泵控制和计量。
本发明的操作方法如下：
（1）混凝处理：向压裂返排液中加入混凝剂、助凝剂，并充分搅拌15～50分钟使混凝剂、助凝剂和压裂返排液充分混匀，随后自然沉降45～105分钟；其中，pH值控制在8～12，混凝剂的投加量为0.42～2.1g/L，助凝剂的投加量为0.02～0.1g/L。
（2）预处理：通过向混凝处理出水中加入预处理剂，使预处理剂与混凝处理出水充分反应；其中，预处理剂的投加量为2～6g/L。
（3）一级氧化处理：通过向预处理出水中投加一级氧化处理剂，搅拌反应10～20分钟，随后静置反应30～60分钟；其中，一级氧化处理剂的投加量为0.8～1.4g/L。
（4）二级氧化处理：通过向一级氧化处理出水中投加二级氧化处理剂，并通过辅助催化设备，随后静置反应50～120分钟；其中，pH值控制在1.2～3.0，二级氧化处理剂的投加量为1～5g/L，辅助催化设备为微波催化设备，频率为800MHz～2800MHz。
（5）三级氧化处理：通过向二级氧化处理出水中投加三级氧化处理剂，搅拌反应8～20分钟，静置反应50～80分钟，随后经过辅助氧化设备进行处理；其中，pH值控制在2.0～4.0，三级氧化处理剂的投加量为由硫酸亚铁和过氧化氢组成的芬顿试剂，根据废水量进行投加，先投入硫酸亚铁，随后投入过氧化氢，硫酸亚铁加入的是溶液，其浓度为20%，有效投加量为3～8g/L；过氧化氢浓度为27.5%或35%，投加量25～46g/L。
（6）吸附处理：对三级氧化处理出水进行监测，若达到排放标准，三级氧化处理出水直接外排，若未达到排放标准，三级氧化处理出水将进入吸附装置进行吸附处理，停留20～40分钟，出水直接外排。
值得说明的是，混凝处理、预处理、一级氧化处理、二级氧化处理、三级氧化处理所产生的沉淀物压缩处理，处理后产生的固体进入固废处理系统，液体进入一级氧化处理池。
实施例
以本发明的方法对某地区产生的压裂返排液进行处理，设计处理量240m3/d，以每天24个小时连续运行，持续运转1个月；
1、进水水质
表1压裂返排液进水水质
（色度：倍，pH无量纲，其余单位：mg/L）
水质指标 COD 色度 NH3-N 石油类 SS BOD5 pH
水质浓度 5640 628 78.4 98.6 1245 263 7.2
2、工艺运行参数
压裂返排液依次进入混凝池、预处理池、一级氧化池、二级氧化池、三级氧化池、微波氧化设备和吸附装置；
混凝处理：在搅拌条件下依次投加膨润土30g/L、聚合氯化铝1.0g/L和聚丙烯酰胺0.6g/L，并充分混合均匀反应，随后自然沉降30分钟.
预处理：在搅拌条件下调节pH至10.5，随后投加过硫酸钾4.2g/L，并使之充分反应，随后停留30分钟。
一级氧化处理：在搅拌条件下投加高铁酸钾1.0g/L并连接搅拌15分钟后，停留45分钟。
二级氧化处理：再搅拌条件下调节pH至2.4，随后投加二氧化氯3.5g/L，并打开微波辅助催化设备，频率1450MHz，随后停留60分钟。
三级氧化处理：在搅拌条件下调节pH至2.8，随后投加芬顿试剂（硫酸亚铁和过氧化氢），硫酸亚铁投加量为6g/L，过氧化氢投加量为40g/L，过氧化氢浓度35%，随后停留68分钟，然后通过微波氧化设备处理，频率为1850MHz，时间为30分钟。
吸附处理：两座吸附塔并联处理，停留时间40分钟。
3、处理效果
各个处理池的停留时间根据进水水质的不同进行调节，表2示出了各阶段压裂返排液处理结果均值：
表2压裂返排液各阶段处理效果均值
（色度：倍，pH无量纲，其余单位：mg/L）
项目 COD 色度 NH3-N 石油类 SS BOD5 pH
混凝处理 4820 508 68.6 87.4 424 245 10.5
预处理 4060 364 54.2 64.6 288 164 8.6
一级氧化处理 2890 184 27.8 32.6 124 84 7.5
二级氧化处理 1240 97 12.8 15.6 64 64 2.4
三级氧化处理 135 42 6.4 2.7 32 16 2.8
吸附处理 57 20 2.6 2.5 27 14 7.6
排放标准（GB8978-1996） 100 50 15 5 70 20 6～9
4、结论
由以上数据可知本发明对压裂返排液的深度处理达标排放具有良好的效果，对压裂返排液的各种污染物具有良好的去除效果。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）混凝处理：向压裂返排液中加入混凝剂、助凝剂，并充分搅拌15～50分钟使混凝剂、助凝剂和压裂返排液充分混匀，随后自然沉降45～105分钟；
（2）预处理：通过向混凝处理出水中加入预处理剂，使预处理剂与混凝处理出水充分反应；
（3）一级氧化处理：通过向预处理出水中投加一级氧化处理剂，搅拌反应10～20分钟，随后静置反应30～60分钟；
（4）二级氧化处理：通过向一级氧化处理出水中投加二级氧化处理剂，并通过辅助催化设备，随后静置反应50～120分钟；
（5）三级氧化处理：通过向二级氧化处理出水中投加三级氧化处理剂，搅拌反应8～20分钟，静置反应50～80分钟，随后经过辅助氧化设备进行处理；
（6）吸附处理：对三级氧化处理出水进行监测，若达到排放标准，三级氧化处理出水直接外排，若未达到排放标准，三级氧化处理出水将进入吸附装置进行吸附处理，停留20～40分钟，出水直接外排。
2.根据权利要求1所述的一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，其特征在于，所述混凝剂为聚合氧化铝和聚丙烯酰胺，所述助凝剂为膨润土；根据废水量进行投加，聚合氧化铝投加量为0.4～2.0g/L，聚丙烯酰胺投加量为0.02～0.1g/L，膨润土的投加量为5～50g/L。
3.根据权利要求1所述的一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，其特征在于，所述预处理剂为过硫酸铵；根据废水量进行投加，处理剂的投加量为2～6g/L。
4.根据权利要求1所述的一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，其特征在于，所述一级氧化处理剂为高铁酸钾；根据废水量进行投加，一级氧化处理剂的投加量为0.8～1.4g/L。
5.根据权利要求1所述的一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，其特征在于，所述二级氧化处理剂为二氧化氯，根据废水量进行投加，二级氧化处理剂的投加量为1～5g/L。
6.根据权利要求1所述的一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，其特征在于，所述三级氧化处理剂为由硫酸亚铁和过氧化氢组成的芬顿试剂，根据废水量进行投加，先投入硫酸亚铁，随后投入过氧化氢，硫酸亚铁加入的是溶液，其浓度为20%，有效投加量为3～8g/L；过氧化氢浓度为27.5%或35%，投加量25～46g/L。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，其特征在于，所述辅助催化设备为微波催化设备，设备频率为800MHz～2800MHz；所述辅助氧化设备为微波氧化设备，设备频率为815MHz～2750MHz。
8.根据权利要求1～6任一项所述的一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，其特征在于，混凝处理时，pH值为8～12，二级氧化处理时，pH值为1.2～3.0，三级氧化处理时，pH值为2.0～4.0。
9.根据权利要求1～6任一项所述的一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，其特征在于：所述吸附装置由两座吸附塔构成，根据水质情况选择串联和并联运行。
10.根据权利要求1～6任一项所述的一种应用于油气田压裂返排液深度处理达标外排的方法，其特征在于：混凝处理、预处理、一级氧化处理、二级氧化处理和三级氧化处理所产生的沉淀进行集中压缩处理，处理后固体进入固废系统，液体进入一级氧化处理步骤。
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