CN106219893A - 一种钻井废水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本专利申请属于工业水处理领域，一种钻井废水处理工艺，包括如下工序：a)预处理工序：对废水中悬浮物、胶体进行混凝沉淀和破乳处理；b)强化微电解工序：将工序a)的出水通过微电解设备；c)厌氧处理工序：将工序b）的出水作为进水通过厌氧处理装置；d)好氧处理工序：将工序c)的出水通过好氧处理装置；e）电解工序：将工序d)的出水通过装有电解装置；f)吸附工序：将工序e)的出水作为进水进行吸附；g）除盐工序：将工序e)的出水通过电渗析装置。本发明通过将钻井废水经过一系列工序后，达到废水合格排放的标准以及污泥无害化处理的目的。

Description

一种钻井废水处理工艺

技术领域

本发明属于工业水处理领域。

背景技术

石油天然气勘探钻井生产作业中，为了保障钻井作业的正常进行，为后期作业提供高质量的井筒和稳定的井壁，则在钻井作业中大量使用具有高色度、高污染、难降解的聚合物泥浆体系。而大量的钻井液在使用过程中进入钻井废水，致使钻井废水成为固相含量高、色度高、有机物含量高、重金属含量高、矿物油含量高的工业废水,这种工业废水具有浓度高、污染大、难降解的特点。

此类工业废水排入环境中带来的危害有：①废水冲入河流或渗入地层，将使水体的CODcr、色度、悬浮物、石油类、挥发酚、硫化物、金属离子等超标，影响水生生物的正常生长，影响水体功能；②Cr6+，Hg2+，Cd2+，Pb2+等废水中有害的重金属离子，和不易被动植物降解的有机物易进入生物食物链，并在环境或动植物体内蓄积，从而危害人类的身体健康和生命安全；③废水中氯化物的含量很高，大量的氯化物排入土壤中，会造成土壤盐碱化，土壤的理化性能被改变，肥力下降，造成农作物减产；④高含盐浓度钻井废水排入农田，则将直接作用农作物上，造成农作物的细胞质壁分离而导致枯死，而且废水中的石油类物质会堵塞土壤颗粒缝隙，阻止农作物吸收水分和营养物质，油膜粘附在农作物上，会使农作物枯死而导致减产。

现有的钻井废水排放前处理方法通常包括如下步骤：⑴混凝处理：将钻井废水泵入混凝反应器，依次加入硫酸铝、助凝剂石灰乳和聚丙烯酰胺，反应后进行固液分离；⑵生化预处理：将经步骤⑴混凝-固液分离处理后的废水用酸调节为酸性，再将水泵入Fenton氧化或者微电解-Fenton氧化反应器中，反应后的水用助凝剂调节pH＝9-10，加入聚丙烯酰胺进行絮凝、固液分离；⑶微生物处理：将经步骤⑵生化预处理后的水用酸调节至中性，并将水泵入活性污泥驯化成熟的缺氧反应器，再将出水泵入用微生物复合菌剂驯化成熟的接触好氧反应器，反应后过滤即可达标排放。这种处理方式的缺点在于：①预处理中无破乳，无破乳过程会造成废水中的乳化油不能与水进行彻底分离，会导致预处理出水的油含量很高，而水中所含的乳化油将会对Fenton氧化或者微电解-Fenton氧化反应器中 的铁碳微电解材料进行包裹，造成铁碳微电解材料快速钝化和不能与污水正常接触，进一步造成Fenton氧化或者微电解-Fenton氧化反应不能正常运行，甚至造成该工序运行崩溃，后段工序无法正常运行；②无除盐工序，若不对废水中的盐类进行处理，将会对水土造成污染，土壤盐碱化，造成水生物、农作物以及草木死亡；③无吸附工序，钻井废水中含有的很多难降解的大分子有机物，经过其他工序处理后仍存在少量的部分，而这部分的毒性也很大，处理时间也较长，因此为避免这类有机物污染环境；③钻井废水处理剩下的污泥也具有较大的毒性，若不进行有效的处理或者利用，将会对环境造成二次污染。

发明内容

本发明意在提供一种防止损伤设备、降低含盐量和大分子有机物的钻井废水处理工艺。

本发明钻井废水处理工艺，包括如下工序：

a)预处理

在沉淀池内对废水中进行混凝沉淀和破乳处理，再将沉淀池内的上层废水依次进行隔油处理、气浮处理、沉淀处理，使得废水中的油含量达到20mg/L以下；

b)强化微电解

调节步骤a)中出水pH值在2～3之间，再进入微电解设备中，微电解设备出水用碱调节pH值至7～9之间，再进行沉淀处理；

c)厌氧处理

将步骤b)的出水送至酸化池，调节pH值在6.5～7.5之间，进入已驯化完成的厌氧处理装置，厌氧处理时间为8～16h，再进行沉淀处理；

d)好氧处理

将步骤c)的出水作为进水，进入已驯化完成的好氧处理装置，好氧处理时间为8～12h，再进行沉淀处理；

e)电解

将步骤d)的出水作为进水，通过电解装置，然后将出水依次进行气浮处理和沉淀处理；

f)吸附

将步骤e)的出水作为进水，通过吸附装置；

g)除盐工序

将步骤f)的出水作为进水，通过电渗析装置，处理完成后达标排放。有益效果：①预处理中增加了破乳处理，废水中的乳化油与水进行彻底分离，降低预处理出水的油含量，防止乳化油对微电解设备造成损伤；②增加了吸附工序，钻井废水中含有的很多难降解的大分子有机物吸附下来，从而达到降解的目的；③增加了除盐工序，对废水中的盐类进行处理，降低废水中盐含量，防止废水排放后对水土造成污染和土壤盐碱化，原钻井废水中氯离子的含量特别高，甚至达到10000mg/L，经过除盐工序后含盐量降至1000mg/L以下。④步骤b)可以降低废水中的CODcr和重金属，使废水中的有机物水解酸化，同时提高好氧处理的可生化性。

综上，本发明的优势在于，①经济：以物化与生化相结合，安全、占地少、比传统工艺节约成本10～20％左右；②环保：厌氧处理工序和好氧处理工序中采用的生物菌群全部来源于自然界，通过人工驯化、筛选、培养等方式，选出对人和环境无毒无害的生物菌群，不会对环境造成二次污染。③节能：生物自然降解达到降低能耗的目的；工艺动设备功率小。④高效：微生物提供良好的生长环境，使生物菌群尽量发挥降解性能。以连续或间歇性的补充生物强化菌剂，提高整个菌群的工作效率，具有很强的耐受性和抗负荷冲击性。⑤广泛：通过添加不同的强化生物菌群，可以适用于炼油废水、油田废水等领域。

进一步地，还包括污泥处理工序：将预处理工序、强化微电解工序、电解工序的污泥进行压滤，滤渣作为水泥添加剂或耐火砖材料或填埋物，滤液则进入预处理工序中的气浮装置。污泥中钙镁含量高，可以将污泥资源化利用，并且在水泥或耐火砖烧制过程中，将污泥中的有机物用过高温燃烧的方式转化成二氧化碳，避免了环境污染；而且滤液再次回到废水处理工艺系统中，从而使废水中每一滴水都达到有效处理。

进一步地，所述步骤a)中混凝沉淀是向混合池中的废水加入化学絮凝剂或生物絮凝剂、助凝剂；破乳处理是向混合池中的废水加入破乳剂；隔油处理是将上层废水通入隔油池；气浮处理是采用气浮装置或电解气浮。

进一步地，所述厌氧处理是采用生物膜为载体和厌氧污泥混合的厌氧流化床 反应器，采用两段式厌氧处理，并且在运行过程中会间歇或连续地投加经驯化、分离、发酵培养后的厌氧微生物菌群。

进一步地，所述好氧处理是采用生物膜为载体和厌氧污泥混合的厌氧流化床反应器，采用一段式好氧处理，并且在运行过程中会间歇或连续地投加经驯化、分离、发酵培养后的好氧微生物菌群。

进一步地，所述电解步骤中，在电解装置进口处连续投加化学絮凝剂或生物絮凝剂，增加气浮和絮凝沉淀效果；在电解装置的出口连续投加PAM溶液，在气浮和絮凝沉淀过程中起助凝的作用。

进一步地，所述吸附装置内有设有活性炭和/或大孔径树脂作为吸附材料，用于吸附废水中剩余的少部分大分子有机物，避免这类有机物污染环境，提高该工艺的处理效率和排放水的达标。活性炭和大孔径树脂两者都对大分子有机物具有出色的吸收效果，活性炭对有机物的吸收选择性较大，但对某些特性的有机物的吸收效果较差，而大孔径树脂具有针对不同特性的有机物进行吸收效果较好，而且也可以根据水中不同的有机物选择不同类型的大孔径树脂。目前实验证明活性炭和大孔径树脂组合使用效果较好。

进一步地，所述步骤c)中的厌氧沉淀池底部的厌氧污泥部分回流至厌氧处理设备，另一部进入污泥处理工序；步骤d)中的好氧沉淀池底部的好氧污泥部分回流至好氧处理设备，另一部进入污泥处理工序。

进一步地，步骤f)中的吸附装置达到吸附饱和时，用碱液或蒸汽进行反洗，反洗后的反洗水回流至步骤b)中的微电解设备中。

进一步地，所述碱为氢氧化钠或氧化钙溶液，所述酸为盐酸或硝酸或硫酸，用于调节PH值；所述微电解的设备内装有铁碳微电解材料，微电解效果更佳。

附图说明

图1为本发明实施例钻井废水处理工艺的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例钻井废水处理工艺的流程基本如附图1所示：

1.预处理工序

将钻井的废水通过泵输送至混合池，根据废水输送流量，以一定的比例向 混合池中加入絮凝剂(选择化学絮凝剂或者生物絮凝剂)、助凝剂、破乳剂、PAM溶液，使其与废水充分混合后，进入本工序的一级沉淀池、二级沉淀池进行沉淀，在沉淀过程中保证废水在此两级沉淀池内停留在24小时以上，具体时间以水质实际情况确定。在此过程中，絮凝剂、助凝剂、PAM溶液将使得废水中的悬浮物、胶体沉淀，破乳剂使得废水中大部分的乳化油与水分离并浮在水面。

再将沉淀池内的上层废水通过泵输送至隔油池进行初步除油，再将隔油池内上清液以一定的流速泵入泵入电絮凝装置进行气浮处理，并在电絮凝装置的进口通入质量浓度为10％～20％的聚氯化铝溶液，控制废水流速：聚氯化铝溶液流速为20:1～30:1；控制废水在电絮凝装置停留时间1.5～3min,电极板电流密度18～35mA/cm2；在出水口通入质量浓度为0.1％～0.2％的PAM溶液，控制其流速：废水流速在1:200～1:300；电解出水连续进入一级气浮池，其停留时间为4～8小时完成气浮处理，然后进入本工序的三级沉淀池。

上述化学絮凝剂是指将聚合氯化铝或聚合硫酸铝或硫酸亚铁配置成质量浓度10％～20％的溶液。助凝剂是指将氧化钙配置成质量浓度为10％～20％的溶液。破乳剂是指将可专用破乳剂或者用氯化钙配置成质量浓度为10％的溶液。PAM溶液的质量浓度为0.1％～0.2％，PAM溶液也起助凝的作用，可视作助凝剂的一种。

2.强化微电解工序

当废水中的油含量经过预处理工序后达到20mg/L以下时，将废水输送至本工序的一级调节池，并用酸调节废水pH值在2～3之间，以一定的的流速进入微电解池(又称为微电解设备)，微电解池内装有铁碳微电解材料。若微电解池的降解出水水质较差时，可加入数对公称直径为15～Ф20mm的石墨电极棒，电极棒的深度应由上而下，贯穿整个铁碳微电解材料，但应避免电极棒与微电解池内壁接触，并按正负极配对连接电源，控制电流密度在0.5～10mA/cm2。

微电解池出水pH值在5～6之间后，再将废水通入本工序的二级调节池，用氢氧化钠或氧化钙溶液调节出水pH为7～9之间(可视情况加入浓度为质量浓度为0.1％～0.2％的PAM溶液)，再将废水依次通入本工序的一级沉降池、二级沉降池，在沉淀过程中保证废水在二级沉淀池内的停留时间在4小时以上，沉淀产生的污泥进入污泥处理工序。

强化微电解工序可以降低废水中的CODcr和重金属，提高后续厌氧微生物处理工序的可生化性。

3.厌氧微生物处理工序

将强化微电解工序的二级沉淀池的上清液泵入厌氧处理工序的酸化池，以一定的比例连续投加酸溶液并充分混合，以保证酸化池中的废水pH值在6.5～7.5之间，再泵入已驯化完成的厌氧处理装置中，并且在厌氧处理装置运行过程中会间歇和连续地投加经驯化、分离、发酵培养后的厌氧微生物菌群(厌氧微生物菌群中各菌种的体积比为：丁酸梭菌:5～10％；乳酸杆菌：5～10％；产氢产乙酸菌：25～30％；产酸菌：20～25％；产甲烷杆菌：5～10％；产甲烷短杆菌：10～15％；产甲烷八叠球菌：10～20％。)，厌氧分两段进行：第一段采用IC反应器(或UASB反应器)内部只装入厌氧污泥；第二段采用厌氧生物膜流化床，内部装入厌氧污泥和生物填料(生物填料可采用颗粒状活性炭或纤维球或塑料小球)。

厌氧处理的停留时间在8～16小时，经处理后进入厌氧沉淀池，厌氧沉淀池底部的厌氧污泥部分回流至厌氧处理设备，另一部分污泥进入污泥处理工序。

4.好氧微生物处理工序

将厌氧沉淀池内的上清液泵入已驯化完成的的好氧处理设备，并且在好氧处理装置运行过程中会间歇和连续地投加经驯化、分离、发酵培养后的好氧微生物菌群(所述好氧微生物菌群内各菌种的体积比为：枯草芽孢杆菌：5～10％；短小芽孢杆菌：5～10％；酵母菌：20～25％；红串红球菌：20～35％；假单胞杆菌：20～25％；球衣菌：10～17％。)，好氧段采用厌氧生物膜流化床，内部装入好氧污泥和生物填料(生物填料可采用颗粒状活性炭或纤维球或塑料小球)。

好氧处理的停留时间在6～12小时之间，经处理后进入好氧沉淀池；好氧沉淀池底部的好氧污泥部分回流至好氧处理设备，另一部分污泥进入污泥处理工序。

5.电解工序

将好氧沉淀池的上清液以一定的流速输送至装有电极板的电解装置。

在电解过程中，在电解装置进水口处以一定的比例连续投加质量浓度为10％～20％的聚氯化铝溶液，用于增加气浮和絮凝沉淀效果，投放过程中控制废 水流速：聚氯化铝溶液流速为20:1～30:1，使聚氯化铝溶液与废水充分混合后进入电解装置。

控制废水在电解装置停留时间1.5～3min,电极板电流密度18～35mA/cm2。

在电解装置出水口通入质量浓度为0.1％～0.2％的PAM溶液，控制PAM溶液流速：废水流速在1:200～1:300，PAM溶液可在在气浮和絮凝沉淀过程中起助凝作用。

电解装置出水连续进入本工序气浮池，其停留时间为4～8小时，然后进入本工序沉淀池。

电解工序可以强制降解废水中的污染物，进一步降低废水中悬浮物和胶体。

6.吸附工序

将电解工序沉淀池的上清液以一定的流速通入吸附装置，吸附装置中采用活性炭或者大孔径树脂作为吸附材料，也可以将活性炭和大孔径树脂组合成为吸附材料，在吸附过程中可通入臭氧、双氧水进一步氧化处理，深度处理后排入本工序的集水池；

当吸附装置达到吸附饱和时，用碱液或蒸汽进行反洗，反洗水回至强化微电解工序的调节池，再进行处理。例如吸附材料为活性炭时，对活性炭解吸采用的方式有①2％氢氧化钠反洗；②氯化钠+氢氧化钠混合液反洗；③高温再生；④臭氧氧化再生处理等方式，以使活性炭达到重复利用的要求，将对活性炭的反洗水返回至强化微电解工序。

7.除盐工序

将吸附工序的集水池的水通入除盐工序的电渗析处理装置，处理完成后达到国家标准《综合污水排放标准》GB8978-1996一级标准后排放。按时将除盐工序的高浓度盐水进行结晶后，回收利用。

8.污泥处理工序

按时将预处理工序、强化微电解工序、厌氧处理工序、好氧处理工序、电解工序的底泥排至污泥处理工序，经压滤后将滤渣作为水泥添加剂或耐火砖材料(也可作无害化处理后填埋)；而滤液则进入预处理工序中的气浮装置。按时将除盐工序的高浓度盐水进行结晶后，回收利用。

实验结果：原钻井废水的指标如表一所示，经本发明实施例处理后的钻井 废水的指标如表二所示，由表一、表二对比可知，本发明实施例达到了《综合污水排放标准》GB8978-1996一级标准。

表一：钻井废水原水水质指标

项目	范围	项目	范围
				pH	7.9～9.4	电导率(us/cm2)	7300～21000
硫酸根mg/L	500～3000	氯离子mg/L	3700～11000
				总磷mg/L	10～35	CODcrmg/L	11000～37000
悬浮物mg/L	1530～2760	油含量mg/L	75～530

表二：钻井废水处理后水质指标

项目	范围	项目	范围
				pH	7.8～8.3	电导率(us/cm2)	1300～1800
硫酸根mg/L	110～245	氯离子mg/L	500～700
				总磷mg/L	0.2～1	CODcr mg/L	42～50
悬浮物mg/L	11～23	油含量mg/L	4.3～10
				烷基汞	未检出	总镉	0.021～0.028
总铬	0.098～0.144	六价铬	未检出
				总砷	0.001～0.002	总铅	0.087～0.105
总镍	0.072～0.085

Claims (10)

1.钻井废水处理工艺，包括如下工序：

a)预处理

在沉淀池内对废水中进行混凝沉淀和破乳处理，再将沉淀池内的上层废水依次进行隔油处理、气浮处理、沉淀处理，使得废水中的油含量达到20mg/L以下；

b)强化微电解

调节步骤a)中出水pH值在2～3之间，再进入微电解设备中，微电解设备出水用碱调节pH值至7～9之间，再进行沉淀处理；

c)厌氧处理

将步骤b）的出水送至酸化池，调节pH值在6.5～7.5之间，进入已驯化完成的厌氧处理装置，厌氧处理时间为8～16h，再进行沉淀处理；

d)好氧处理

将步骤c)的出水作为进水，进入已驯化完成的好氧处理装置，好氧处理时间为8～12h，再进行沉淀处理；

e）电解

将步骤d)的出水作为进水，通过电解装置，然后将出水依次进行气浮处理和沉淀处理；

f) 吸附

将步骤e)的出水作为进水，通过吸附装置；

g）除盐工序

将步骤f)的出水作为进水，通过电渗析装置，处理完成后达标排放。

2.根据权利要求1所述的钻井废水处理工艺，其特征在于，还包括污泥处理工序：将预处理工序、强化微电解工序、电解工序的污泥进行压滤，滤渣作为水泥添加剂或耐火砖材料或填埋物，滤液则进入预处理工序中的气浮装置。

3.根据权利要求2所述的钻井废水处理工艺，其特征在于：所述步骤a)中混凝沉淀是向混合池中的废水加入化学絮凝剂或生物絮凝剂、助凝剂；破乳处理是向混合池中的废水加入破乳剂；隔油处理是将上层废水通入隔油池；气浮处理是采用气浮装置或电解气浮。

4.根据权利要求3所述的钻井废水处理工艺，其特征在于：所述厌氧处理是采用生物膜为载体和厌氧污泥混合的厌氧流化床反应器，采用两段式厌氧处理，并且在运行过程中会投加经驯化、分离、发酵培养后的厌氧微生物菌群。

5.根据权利要求4所述的钻井废水处理工艺，其特征在于：所述好氧处理是采用生物膜为载体和厌氧污泥混合的厌氧流化床反应器，采用一段式好氧处理，并且在运行过程中会投加经驯化、分离、发酵培养后的好氧微生物菌群。

6.根据权利要求5所述的钻井废水处理工艺，其特征在于：所述电解步骤中，在电解装置进口处连续投加化学絮凝剂或生物絮凝剂，在电解装置的出口连续投加PAM溶液。

7.根据权利要求6所述的钻井废水处理工艺，其特征在于：所述吸附装置内有设有活性炭和/或大孔径树脂作为吸附材料。

8.根据权利要求7所述的钻井废水处理工艺，其特征在于：所述步骤c)中的厌氧沉淀池底部的厌氧污泥部分回流至厌氧处理设备，另一部进入污泥处理工序；步骤d)中的好氧沉淀池底部的好氧污泥部分回流至好氧处理设备，另一部进入污泥处理工序。

9.根据权利要求8所述的钻井废水处理工艺，其特征在于：步骤f)中的吸附装置达到吸附饱和时，用碱液或蒸汽进行反洗，反洗后的反洗水回流至步骤b)中的微电解设备中。

10.根据权利要求9所述的钻井废水处理工艺，其特征在于：所述碱为氢氧化钠或氧化钙溶液，所述酸为盐酸或硝酸或硫酸；所述微电解的设备内装有铁碳微电解材料。