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钻井废水通常被认为是钻井液的高倍稀释液和油类的混合物,是油田废水的重要组成部分。其中含有石油、重金属盐类、难降解的有机物、泥沙、细菌,病毒等有毒、有害物质,具有复杂性、多变形、分散性等特点。本文综述了钻井废水的发展历程,概括了钻井废水处理技术现状,并介绍了钻井废水的处理工艺流程,提出只有利用组合工艺才能实现钻井废水的达标排放,以对其深入研究有所借鉴。
1、钻井废水处理的研究状况
1.1 我国钻井废水处理的研究状况
我国对钻井废水的研究起步较晚,但是发展很快。早在20世纪80年代中期,国内各油田、高等院校和科研院所就开展了石油与天然气勘探开发环境保护研究工作,取得了大量实验数据及详实的调查资料,推出了相关的处理工艺,并进行了部分现场实验。
2000年,肖遥等报道了对辽河油田曙20608井钻井废水进行了絮凝处理实验。其采用两次絮凝工艺处理钻井废水,系统探讨了絮凝剂的种类及相关的投加条件对处理效果的影响。并探索了絮凝机理。结果表明,钻井废水经过两次混凝cODCr、悬浮物和色度等达到GB8978--1996的二级排放标准。
2002年,西南石油学院赵立志等采用混凝沉降/高级氧化组合技术对川中油气公司高科1井钻井废水进行处理,筛选出最佳工艺条件。结果表明,该方法可使原水CODcr从5846mg/L降至150mg/L以下,色度去除率达到100%,出水达到GB8978--19961~I-"级排放标准。
1.2 国外钻井废水处理的研究状况
国外钻井废水处理的研究工作开始较早。特别是欧美国家,在钻屑和废弃钻井液的毒性分析、环境影响评价及处理技术等方面做了大量的工作。
1992年,Borehole ConsoHdation Muds中介绍了应用混凝剂与废水中的悬浮体形成絮体从水中滤除的方法。Patino等人采用混凝、浮选、臭氧氧化和膜分离等组合技术处理石油工业钻井废水,达到了比较满意的效果,可使废水的COD值从7838mg/L降到77mg/L,处理后的水可回用于配制钻井泥浆,但是其固定投资和运行成本却相当高,因而阻碍了这一技术在实际中的运用。
近年来,国外对钻井废水的综合治理给予高度重视,研究了一些新技术、新工艺、新药剂,其中,对高级氧化技术(AOP)的研究十分活跃。
2、钻井废水的处理工艺流程
钻井废水处理装置有间歇式和连续式两种,工艺流程随钻井废水的色度、CODCr、SS、油等含量的不同而不同。
在国内外常运用的工艺流程方法有五种:①电絮凝浮选法:利用电化学原理,通过电絮凝浮选装置,在钻井废水中通人直流电,利用可溶性阳离子(如Al,Fe)电解后产生的氢氧化物起絮凝剂作用,然后通过絮凝剂和气泡的吸附、电中和作用,使污染物絮凝沉降或上浮,达到分离和去除污染物的目的。⑦混凝一气浮一过滤法:在钻井废水中加入浮选剂进行混凝,然后在气浮中通过空气压缩释放产生的微小气泡将絮凝物携带上浮,然后将分离水经过砂滤和活性炭吸附,达到净化的目的。@机械过滤法:以聚酰纤维织物作过滤材料,在减压条件下过滤钻井废水,待滤饼干化后再进行填埋。④混凝一气浮一返渗透法:首先通过废水池中的过滤器进行分离,然后通过油水分离器及吸附装置分离出油类,再利用反渗透装置处理后可获得洁净的水流。⑤化学混凝一强化固液分离法:该分离法将化学混凝与强化固液分离结合起来,可显著提高絮凝质量、絮体密度及络合强度。
3、钻井废水处理技术现状
国内外处理钻井废水的主要方法可归纳为:物理法、生物法、生物化学法、化学法和物理化学法。国内油田主要采用化学法和物理化学法,见下表。
3.1 物理处理法
物理处理法主要是过滤法。过滤法是去除悬浮物,特别是去除浓度比较低的悬浊液中微小颗粒的一种有效方法。其次,膜分离法也是一种物理处理法,是用一种特殊的半透膜将溶液隔开,使溶液中某种溶质(水)渗透出来,达到分离溶质的目的。物理处理法还包括反渗透法、电渗透法、超过滤法等。这些方法适合于分离颗粒直径大于10pm的悬浮固体和乳化油。
3.2 化学处理法
化学处理法主要为化学氧化法,该法是去除废水中污染物质的有效方法之一,其目的是将污染物氧化为无害的终端产物或易降解的中间产物。通过化学氧化。可使废水中的有机物和无机物氧化分解,从而降低废水的BOD和cODCr值,使废水中的有害物质无害化。其常用的氧化剂有臭氧、次氯酸钠、漂白粉和双氧水等。
3.3 物理—化学处理法
常见的物理—化学处理方法有如下几种:
(1)混凝法
混凝沉降法是废水处理中的一种重要而有效的方法。混凝沉降可以降低水的浊度、色度、去除部分可溶性有机及无机物,它具有工艺可靠、处理效率高、设备简单、基建投资少、运行稳定、易管理等优点,主要适用于组成不太复杂的钻井废水,目前应用非常广泛。
(2)气浮法
气浮法就是将空气通入废水中,并以微小气泡作为载体,使废水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物质粘附在气泡上,随气泡浮升至水面,从而达到净化水质的目的,适合于分离颗粒直径大干10um的悬浮固体和乳化油。
气浮法是一种很有潜力的废水处理方法,特别是20世纪90年代以来,许多学者在这方面做了大量的工作,如电气浮法、电解凝聚浮选法等。
(3)吸附法
许多工业废水中含有难降解的有机物以及一些杂环化合物,用传统的生物处理方法较难或不可能予以去除,往往需要利用具有表面活性的固体的吸附作用来去除。吸附是一种界面现象,其作用发生在两个相的界面上。如活性炭与废水接触,废水中的污染物会从水体中转移到活性炭的表面上,活性炭的多孔结构及巨大的表面积使它的应用相当广泛。吸附可以去除直径小于10pm的溶解油,一般只用于深度处理。
3.4 生化处理法
废水生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。好氧生物处理是在游离氧存在的条件下,以好氧微生物为主使废水中有机物降解、稳定的无害化处理方法,厌氧生物处理是在无游离氧的情况下,以厌氧微生物为主对有机物进行降解、稳定的处理方法。通常是在无氧条件下,利用微生物将有机物转化为甲烷及其他无机物(c02、NH3等)的过程,即通过此方法,可将复杂的有机物分解为简单物质,将有毒物质转化后无毒物质,使废水得到净化。
此外,地层渗透处理法也是一种较好的生化处理法,它是将钻井废水经过化学处理后,再将其喷洒在土地上面,让废水经过土壤中微生物的生化作用、土壤的物理化学作用,将废水中的有机物降解为CO2和H20,而水中的金属离子则会通过土壤的离子交换作用、化学作用及吸附作用被固定在土壤中。
3.5 复合处理法
由于钻井废水的复杂性,难以通过单一的方法将其进行有效处理,往往要通过多种方法的组合才能达到目的。夏素兰等中浅层天然气钻井废水处理技术作了实验研究。结果表明,当钻井废水的色度和CODCr均较低时,采用混凝沉降技术处理后的出水就可达到排放标准;而当色度和CODCr较高时。可增加一个活性炭吸附工艺或采用氧化+混凝沉降处理技术,可使出水达到排放标准。
4、结束语
随着技术的进步和研究的深入,钻井废水处理方式日趋多样化。但单个处理方式不能够解决钻井废水的所有问题如:化学混凝处理技术简单、操作方便、去除效率高但不能深度处理,一般出水达不到国家标准;电气浮处理技术对悬浮物和胶体的去除率较高,但难以去除水溶性有机物,COD的处理难以达到排放要求;生物法在钻井废水处理中的研究较少,试验证明了其可行性,由干生物处理的显著优点,生物法处理钻井废水具有良好的发展前景。但生物处理存在的难题是“如何提高钻井废水的可生化性以及生物处理的复杂性”;微电解、活性炭吸附、催化氧化等处理技术均取得了良好的处理效果,但处理成本较高,不适合高难度的钻井废水。因此,只有通过组合工艺处理才能够实现钻井废水的达标排放。
1、钻井废水处理的研究状况
1.1 我国钻井废水处理的研究状况
我国对钻井废水的研究起步较晚,但是发展很快。早在20世纪80年代中期,国内各油田、高等院校和科研院所就开展了石油与天然气勘探开发环境保护研究工作,取得了大量实验数据及详实的调查资料,推出了相关的处理工艺,并进行了部分现场实验。
2000年,肖遥等报道了对辽河油田曙20608井钻井废水进行了絮凝处理实验。其采用两次絮凝工艺处理钻井废水,系统探讨了絮凝剂的种类及相关的投加条件对处理效果的影响。并探索了絮凝机理。结果表明,钻井废水经过两次混凝cODCr、悬浮物和色度等达到GB8978--1996的二级排放标准。
2002年,西南石油学院赵立志等采用混凝沉降/高级氧化组合技术对川中油气公司高科1井钻井废水进行处理,筛选出最佳工艺条件。结果表明,该方法可使原水CODcr从5846mg/L降至150mg/L以下,色度去除率达到100%,出水达到GB8978--19961~I-"级排放标准。
1.2 国外钻井废水处理的研究状况
国外钻井废水处理的研究工作开始较早。特别是欧美国家,在钻屑和废弃钻井液的毒性分析、环境影响评价及处理技术等方面做了大量的工作。
1992年,Borehole ConsoHdation Muds中介绍了应用混凝剂与废水中的悬浮体形成絮体从水中滤除的方法。Patino等人采用混凝、浮选、臭氧氧化和膜分离等组合技术处理石油工业钻井废水,达到了比较满意的效果,可使废水的COD值从7838mg/L降到77mg/L,处理后的水可回用于配制钻井泥浆,但是其固定投资和运行成本却相当高,因而阻碍了这一技术在实际中的运用。
近年来,国外对钻井废水的综合治理给予高度重视,研究了一些新技术、新工艺、新药剂,其中,对高级氧化技术(AOP)的研究十分活跃。
2、钻井废水的处理工艺流程
钻井废水处理装置有间歇式和连续式两种,工艺流程随钻井废水的色度、CODCr、SS、油等含量的不同而不同。
在国内外常运用的工艺流程方法有五种:①电絮凝浮选法:利用电化学原理,通过电絮凝浮选装置,在钻井废水中通人直流电,利用可溶性阳离子(如Al,Fe)电解后产生的氢氧化物起絮凝剂作用,然后通过絮凝剂和气泡的吸附、电中和作用,使污染物絮凝沉降或上浮,达到分离和去除污染物的目的。⑦混凝一气浮一过滤法:在钻井废水中加入浮选剂进行混凝,然后在气浮中通过空气压缩释放产生的微小气泡将絮凝物携带上浮,然后将分离水经过砂滤和活性炭吸附,达到净化的目的。@机械过滤法:以聚酰纤维织物作过滤材料,在减压条件下过滤钻井废水,待滤饼干化后再进行填埋。④混凝一气浮一返渗透法:首先通过废水池中的过滤器进行分离,然后通过油水分离器及吸附装置分离出油类,再利用反渗透装置处理后可获得洁净的水流。⑤化学混凝一强化固液分离法:该分离法将化学混凝与强化固液分离结合起来,可显著提高絮凝质量、絮体密度及络合强度。
3、钻井废水处理技术现状
国内外处理钻井废水的主要方法可归纳为:物理法、生物法、生物化学法、化学法和物理化学法。国内油田主要采用化学法和物理化学法,见下表。
3.1 物理处理法
物理处理法主要是过滤法。过滤法是去除悬浮物,特别是去除浓度比较低的悬浊液中微小颗粒的一种有效方法。其次,膜分离法也是一种物理处理法,是用一种特殊的半透膜将溶液隔开,使溶液中某种溶质(水)渗透出来,达到分离溶质的目的。物理处理法还包括反渗透法、电渗透法、超过滤法等。这些方法适合于分离颗粒直径大于10pm的悬浮固体和乳化油。
3.2 化学处理法
化学处理法主要为化学氧化法,该法是去除废水中污染物质的有效方法之一,其目的是将污染物氧化为无害的终端产物或易降解的中间产物。通过化学氧化。可使废水中的有机物和无机物氧化分解,从而降低废水的BOD和cODCr值,使废水中的有害物质无害化。其常用的氧化剂有臭氧、次氯酸钠、漂白粉和双氧水等。
3.3 物理—化学处理法
常见的物理—化学处理方法有如下几种:
(1)混凝法
混凝沉降法是废水处理中的一种重要而有效的方法。混凝沉降可以降低水的浊度、色度、去除部分可溶性有机及无机物,它具有工艺可靠、处理效率高、设备简单、基建投资少、运行稳定、易管理等优点,主要适用于组成不太复杂的钻井废水,目前应用非常广泛。
(2)气浮法
气浮法就是将空气通入废水中,并以微小气泡作为载体,使废水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物质粘附在气泡上,随气泡浮升至水面,从而达到净化水质的目的,适合于分离颗粒直径大干10um的悬浮固体和乳化油。
气浮法是一种很有潜力的废水处理方法,特别是20世纪90年代以来,许多学者在这方面做了大量的工作,如电气浮法、电解凝聚浮选法等。
(3)吸附法
许多工业废水中含有难降解的有机物以及一些杂环化合物,用传统的生物处理方法较难或不可能予以去除,往往需要利用具有表面活性的固体的吸附作用来去除。吸附是一种界面现象,其作用发生在两个相的界面上。如活性炭与废水接触,废水中的污染物会从水体中转移到活性炭的表面上,活性炭的多孔结构及巨大的表面积使它的应用相当广泛。吸附可以去除直径小于10pm的溶解油,一般只用于深度处理。
3.4 生化处理法
废水生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。好氧生物处理是在游离氧存在的条件下,以好氧微生物为主使废水中有机物降解、稳定的无害化处理方法,厌氧生物处理是在无游离氧的情况下,以厌氧微生物为主对有机物进行降解、稳定的处理方法。通常是在无氧条件下,利用微生物将有机物转化为甲烷及其他无机物(c02、NH3等)的过程,即通过此方法,可将复杂的有机物分解为简单物质,将有毒物质转化后无毒物质,使废水得到净化。
此外,地层渗透处理法也是一种较好的生化处理法,它是将钻井废水经过化学处理后,再将其喷洒在土地上面,让废水经过土壤中微生物的生化作用、土壤的物理化学作用,将废水中的有机物降解为CO2和H20,而水中的金属离子则会通过土壤的离子交换作用、化学作用及吸附作用被固定在土壤中。
3.5 复合处理法
由于钻井废水的复杂性,难以通过单一的方法将其进行有效处理,往往要通过多种方法的组合才能达到目的。夏素兰等中浅层天然气钻井废水处理技术作了实验研究。结果表明,当钻井废水的色度和CODCr均较低时,采用混凝沉降技术处理后的出水就可达到排放标准;而当色度和CODCr较高时。可增加一个活性炭吸附工艺或采用氧化+混凝沉降处理技术,可使出水达到排放标准。
4、结束语
随着技术的进步和研究的深入,钻井废水处理方式日趋多样化。但单个处理方式不能够解决钻井废水的所有问题如:化学混凝处理技术简单、操作方便、去除效率高但不能深度处理,一般出水达不到国家标准;电气浮处理技术对悬浮物和胶体的去除率较高,但难以去除水溶性有机物,COD的处理难以达到排放要求;生物法在钻井废水处理中的研究较少,试验证明了其可行性,由干生物处理的显著优点,生物法处理钻井废水具有良好的发展前景。但生物处理存在的难题是“如何提高钻井废水的可生化性以及生物处理的复杂性”;微电解、活性炭吸附、催化氧化等处理技术均取得了良好的处理效果,但处理成本较高,不适合高难度的钻井废水。因此,只有通过组合工艺处理才能够实现钻井废水的达标排放。