钻井岩屑废水处理新技术
2011-12-13代君天津市塘沽区鑫宇环保科技有限公司天津300456
代君 (天津市塘沽区鑫宇环保科技有限公司 天津300456)
钻井岩屑废水处理新技术
代君 (天津市塘沽区鑫宇环保科技有限公司 天津300456)
石油作为当今世界第一大能源,在人类经济和社会生活的各个方面都发挥着至关重要的作用。以油田钻井废水为研究对象,采用隔油+破乳+絮凝沉淀+生化为主体的工艺对废水进行处理,使得治理后出水满足《天津市污水综合排放标准》(DB12/356-2008)二级标准。
岩屑废水 破乳 絮凝 生化
1 背景
石油作为当今世界第一大能源,在人类经济和社会生活的各个方面都发挥着至关重要的作用。[1]石油制品不但是交通运输、电力、机械制造等工业的重要能源,也是石油化工、轻工、纺织和食品等工业所必需的原料。但在石油勘探开发过程中,会产生相应的气、固、液等废弃物,对环境造成了很大的压力,特别是油气井钻探过程中产生的大量钻井废水,已成为当前最重要的水体污染源之一。[2]本文以油田钻井废水为研究对象,采用隔油+破乳+絮凝沉淀+生化为主体的工艺对废水进行处理,使得治理后出水满足《天津市污水综合排放标准》(DB12/356-2008)二级排放标准。
1.1 钻井岩屑废水的来源及组成
钻井岩屑废水是钻井废水的一种,是海上石油平台石油开采、提炼过程中产生的废水,该废水主要产生于钻井初期,由以下几部分组成:①冲洗用水,主要是钻井过程中冲洗钻井、机械设备和其他设备的岩屑而产生的废水。由于海上作业冲洗水所用水多为海水,这部分废水水量大,而且其中含有大量油类,是钻井废水的主要来源,因此,岩屑废水含盐量极高,Cl-浓度可达8 000~10 000 mg/L。②钻井废液,指钻井作业中漏失的钻井液。③油基泥浆,油基泥浆是油井开采过程中产生的固体废弃物,为一种含矿物油、酚类化合物及重金属的复杂多相体系,其浸出液有较高毒性;钻井废液中的有机组分多为聚合物和高分子化合物,种类繁多,结构复杂,且污染组分随采油情况的改变而变化。[3]④钻井特种作业过程所产生的废水,主要指酸化和固井作业产生的废水。这部分废水量小,但水质复杂,富有酸化作业剂和固并剂。
1.2 国内外研究现状和技术发展趋势
目前国内外钻井废水的处理方法按照原理的不同大体可归结为5类,分别是物理处理法、化学处理法、物理化学处理法、生化处理法和复合处理法等。
钻井废水的物理处理法是通过物理作用分离和去除废水中的不溶解悬浮物(主要去除废水中的油类)的方法。根据物理作用的不同,物理处理法可以分为重力分离法、过滤法、离心分离法和膜分离法等。
化学法又称药剂法,是投加药剂由化学作用将污水中的污染物成分转化为无害物质,使污水得到净化的一种方法。常用的化学方法有盐析法、酸化法和化学氧化法等。
物理化学处理法是运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。常用的物理化学法包括吸附法、气浮法、化学混凝、电化学法等。
生化处理法处理钻井废水是利用微生物使油的一部分作为营养物质被吸收、转化合成为微生物体内的有机成分或繁殖成新的微生物,其余部分被生物氧化分解成简单的无机或有机物质如CO2、H2O、N2等,从而使废水得到净化。从氧化的形式上生物化学法又可分为活性污泥法、生物膜法和氧化塘法。
1.3 水质分析
水样来自天津渤海石油海上钻井平台,水样外观呈黑褐色,含有大量油类和悬浮物,废水的各项水质指标见表1。
表1 水质指标及排放标准
从表1可以看出。实验用钻井废水色度高和含盐量极高,BOD5/CODCr值较低,可生化性极差,设计出水应满足《天津市污水综合排放标准》(DB12/356-2008)二级排放标准。
1.4 工艺流程图(见图1)
图1 工艺流程图
实验工艺采用隔油预处理+加热破乳+化学混凝+好氧生化处理组合工艺处理钻井岩屑废水。岩屑废水油含量高达1.8×105mg/L,污水首先进行隔油处理,去除废水中的悬浮油。隔油池出水进入加热装置进行破乳,使之油水分离,进一步除掉废水中乳化油。破乳后的水通过化学混凝沉淀去除COD和色度,再进入生化处理单元。废水先厌氧处理,再好氧处理,最终使出水能达标排放,满足《天津市污染物综合排放标准》(DB12/356-2008)二级排放标准。
2 钻井岩屑废水处理实验研究
2.1 隔油预处理
废水首先进入隔油单元除油类物质。[4]在不同进水水质条件下监测出水含油量和去除率,数据见表2。
表2 钻井废水经隔油处理前后水质
由此可见,装置基本能将废水中的悬浮油类全部去除,去除的油类可通过简单提纯后回收利用,出水中油类大部分为乳化油,需要通过后续处理加以去除。
2.2 加热破乳
将废水进行水浴加热,加热到一定时间后将废水移入分液漏斗,使水相从分液漏斗阀流出,上层油相从漏斗上口倒出,记录油水两相的体积和色度等指标,确定适宜加热温度及加热时间(见表3)。
表3 钻井废水经隔油处理后出水水质
通过大量实验,确定加热破乳实验的温度、加热时间及静置时间分别为60℃、30 min和10 min,此时出水油去除率可达99.5%,色度去除率约80%。
2.3 化学混凝
实验室采用絮凝剂聚合氯化铝(PAC)和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)。[5]通过大量实验确定了混凝反应的最佳工艺参数。
搅拌转速和时间:快速(300 r/min),2~3 min;慢速(50 r/min),2~3 min。
静置时间:20~30 min,实验时取30 min。
废水进水CODCr为9 980~12 357 mg/L时,PAC和PAM的最适投加量分别为0.6 g/L和1 mL/L。
混凝反应前后废水水质变化情况见表4。
表4 混凝前后水质变化
2.4 生化处理工艺
2.4.1 耐盐除油微生物的驯化 向培养瓶中加入石油降解菌和一定量生活废水污泥,然后按絮凝废水∶生活废水=1∶9比例加入一定量废水到培养瓶中培养驯化,定期观察细菌生长状况、测定SV,隔2~3天逐渐提高一次废水浓度,即絮凝废水∶生活废水比例依次提高为1∶8、1∶7、1∶6,当污泥SV在15~20,且污泥呈絮状,不再改变进水浓度(即进水为原水),此时驯化完成。
2.4.2 生化培养条件对处理效果的影响和优化 取适量经驯化的污泥加入500 mL生化反应瓶中,再加入300 mL絮凝处理后的废水。将反应瓶置于恒温培养震荡器中进行水解酸化反应,改变各种培养条件如温度、摇床转速、废水pH等测定分析处理效果,确定厌氧及好氧条件下培养的最佳条件。经监测,生化单元出水的各项水质指标均可达《天津市污染物综合排放标准》(DB12/356-2008)中二级标准。
3 结论
①钻井废水水质水量变化大,水质成分复杂,废水悬浮物浓度和盐度高,环境污染物质负荷极高。
②实验工艺采用隔油+加热破乳+化学混凝+生化处理工艺处理钻井岩屑废水。隔油可去除废水中大部分的悬浮油类,油后水中仍含有大量乳化油类,且色度极高,采用加热的方法使其破乳,油水分离后再进行混凝;废水CODCr和色度等指标进一步降低,进行生化处理,废水经好氧处理后含油量、CODCr、色度等指标均可得到一定程度的去除。
③废水经隔油预处理+加热破乳+化学混凝+好氧生化处理组合工艺处理后,出水各项水质指标均可达《天津市污水综合排放标准》(DB 12/356-2008)中的二级标准,该工艺处理钻井废水效果显著,工艺合理,在较宽水质范围内均可使出水达标,且成本相对较低,便于操作,是治理钻井废水的适宜工艺,具有一定的理论和实际意义。
4 建议
本文对钻井废水进行了较深入的研究,提出了一套治理钻井废水的工艺。今后还需要完善以下方面的工作:在化学混凝阶段分析聚合类絮凝剂(如聚硅酸铝铁)以及其他高效絮凝剂,进一步优化混凝反应效果;研究工艺的一体化装置,并通过不断探索改进和完善实验装置,以便于整套工艺的推广和利用;在确保出水水质达标的前提下改善各部分工艺条件,以便进一步降低成本。■
[1]沈齐英.含油废水处理概况[J].北京石油化工学院学报,2006,14(3):34-38.
[2]李秋红,娄世松,赵杉林,等.含油废水的除油技术研究[J].化工科技,2008,16(5):24-28.
[3]启贤,陆正禹.油田废水处理综述 [J].工业水处理,2001 ,2l(8):l-4.
[4]曹建树,李卫清.新型波纹板油水分离器的应用研究[J].流体机械,2005,33(9):1-3.
[5]李凡修,肖遥.含油污泥混凝处理试验研究[J].石油与天然气化工,2000,29(4):211-213.
2011-09-06