申请日2019.02.21
公开(公告)日2019.06.07
IPC分类号C02F9/06; C02F1/461; C02F1/78
摘要
本发明公开了一种油气田高含盐废水处理方法及设备，该方法包括：(S1)絮凝沉淀;(S2)微电解臭氧氧化：将经过步骤(S1)絮凝沉淀处理的废水的PH值调节到5.0～8.0，再将废水进行微电解臭氧氧化处理，去除废水中的COD;(S3)曝气软化：将经过步骤(S2)微电解臭氧氧化处理的废水中加入氢氧化钠和碳酸钠，然后进行曝气，使氢氧化钠和碳酸钠与废水中的可沉淀金属离子反应生成沉淀物;(S4)固液分离：将经过步骤(S3)曝气软化处理得到的沉淀物从废水中分离出来;(S5)双极膜电渗析：将经过步骤(S4)固液分离处理的废水进行双极膜电渗析处理，得到酸溶液、碱溶液和初始除盐水。该方法工艺简单，节约成本，能够有效去除废水中COD和盐类，废水净化效果好。
权利要求书
1.一种油气田高含盐废水处理方法，其特征在于，包括：
(S1)絮凝沉淀：将所述废水进行匀质化处理，加入絮凝剂，所述废水中的悬浮物和部分大分子有机物转化为沉淀物;
(S2)微电解臭氧氧化：将经过所述步骤(S1)絮凝沉淀处理的废水的PH值调节到5.0～8.0，再将所述废水进行微电解臭氧氧化处理，去除所述废水中的COD;
(S3)曝气软化：将经过所述步骤(S2)微电解臭氧氧化处理的废水中加入氢氧化钠和碳酸钠，以调节所述废水的PH值，然后进行曝气，使所述氢氧化钠和所述碳酸钠与所述废水中的可沉淀金属离子反应生成沉淀物;
(S4)固液分离：将经过所述步骤(S3)曝气软化处理得到的所述沉淀物从所述废水中分离出来;
(S5)双极膜电渗析：将经过所述步骤(S4)固液分离处理的废水进行双极膜电渗析处理，得到酸溶液、碱溶液和初始除盐水。
2.根据权利要求1所述的油气田高含盐废水处理方法，其特征在于，还包括：反渗透，将所述初始除盐水进行浓缩，得到一次浓水和一次除盐水。
3.根据权利要求2所述的油气田高含盐废水处理方法，其特征在于，还包括：浓水处理，将所述一次浓水与后续经过所述步骤(S4)固液分离处理的废水混合，进行所述步骤(S5)双极膜电渗析处理，得到的除盐水进行所述反渗透处理，得到二次浓水，再将所述二次浓水与后续经过所述步骤(S4)固液分离处理的废水混合，再进行所述步骤(S5)双极膜电渗析处理，持续所述浓水处理过程，直至在所述浓水的量在预设量以下。
4.根据权利要求1-3任一项所述的油气田高含盐废水处理方法，其特征在于，将所述步骤(S4)固液分离中分离出来的所述沉淀物进行脱水，将脱出的水进行除所述步骤(S1)絮凝沉淀以外的所述油气田高含盐的废水处理方法的所有步骤。
5.根据权利要求1-3任一项所述的油气田高含盐废水处理方法，其特征在于，所述(S3)曝气软化步骤为：加入一定量的氢氧化钠和碳酸钠，使所述废水的PH值为9.0～11.0，进行曝气，使所述废水中钙离子的浓度低于45mg/L，镁离子的浓度低于30mg/L。
6.根据权利要求1-3任一项所述的油气田高含盐废水处理方法，其特征在于，将所述步骤(S2)微电解臭氧氧化中的所述臭氧气体的尾气经过干燥后，供所述步骤(S2)微电解臭氧氧化继续使用。
7.根据权利要求1-3任一项所述的油气田高含盐废水处理方法，其特征在于，所述步骤(S5)双极膜电渗析中产生的所述酸溶液和所述碱溶液用于所述步骤(S1)、所述(S2)、所述步骤(S3)中至少一个步骤中的废水的PH值调节。
8.一种油气田高含盐废水处理设备，其特征在于，包括：微电解臭氧反应一体化装置，所述微电解臭氧氧化一体化装置包括：罐状的微电解臭氧反应器，所述微电解臭氧反应器中设置有铁碳微电解填料层;所述铁碳微电解填料层包括吊挂在所述微电解臭氧反应器上方的若干串填料串;每串填料均为由柔性材料逐个连接的若干个填料单元。
9.根据权利要求8所述的油气田高含盐废水处理设备，其特征在于，所述填料单元占所述微电解臭氧反应器体积的70%～80%。
10.根据权利要求8所述的油气田高含盐废水处理设备，其特征在于，位于所述微电解臭氧反应器上端的出气口通过出气管与气体干燥器的一端连接，所述气体干燥器的另一端通过回气管与所述进气管连接形成气体回路;所述进气管与所述回气管的连接端为第一连接端，所述第一连接端与所述臭氧发生器之间的所述进气管内安装有第一单向阀，其开启方向为从所述臭氧发生器流向所述第一连接端;所述回气管内安装有第二单向阀，其开启方向为从所述气体干燥器流向所述第一连接端。
说明书
一种油气田高含盐废水处理方法及设备
技术领域
本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种油气田中产生的高含盐废水处理的方法及设备。
背景技术
石油、天然气是现代社会最常用的能源。油田开发过程中需要加入多种物质，产生成分复杂、含盐量高的废水。这些废水来源广泛、生成量大、水中大量的盐分对环境会造成很大的影响，处理和运输具有很大的难度，因此如何对这些高含盐废水进行有效处理，是一个亟待解决的问题。
高含盐废水处理技术的目标是达到废水的零排放，要求废水中的盐以固体或者液体的形式进行回收或利用。因此，采用合适的技术有效处理高含盐废水中的有机物和盐分，是保证后续膜装置稳定运行，生成可回用酸碱的保证。
微电解法是利用废水、零价铁和活性炭三者构成原电池体系，通过铁与活性碳之间1.2eV的电位差去除废水中的污染性物质，近年来大量应用于难降解有机废水的处理，应用微电解法处理废水过程中需要在PH值较低的情况下进行，因此，采用该方法前需要对废水的PH值进行调节，大幅度提高了废水处理的成本。
臭氧氧化法是利用其自身的强氧化性降解水中的有机物。臭氧对有机物的降解具有一定的选择性，且氧化反应的速度较慢。通常在碱性环境中添加一定量的H2O2、金属离子、活性炭、金属氧化物等生成氧化性更强且无选择性的羟基自由基来提高氧化效率。
微电解臭氧氧化法能在一定程度上克服臭氧在使用过程中消耗氢氧根离子，降低废水PH值的问题;克服单纯采用微电解填料进行废水处理时，在反应过程中氧化溶解零价铁，消耗水中H+，提高废水PH值的弊端。因此，将两者结合起来不仅能够控制反应过程中的PH值，更能够提高废水处理效率。
膜分离法去除废水中盐分是现代高含盐废水处理研究的主要方向，通过不同种类的膜的组合可以针对不同的废水进行处理。膜分离方法是一种物理方法，能够有效地浓缩废水中的有机物和金属离子溶液等，但不能有效降解、沉淀水中的有机物和金属离子，不能达到高含盐废水处理过程中实现零排放的目标。
因此，如何能够简便、经济地进行高含盐废水处理达到废水零排放的目标，是一个亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种油气田高含盐废水的处理方法及设备。该方法工艺简单，节约成本，能够去除废水中化学需氧量(Chemical OxygenDemand，COD)和盐类，废水净化的效果好。
为实现上述目的，本发明油气田高含盐废水处理方法的技术方案如下：
一种油气田高含盐废水处理方法，包括：
(S1)絮凝沉淀：将所述废水进行匀质化处理，加入絮凝剂，所述废水中的悬浮物和部分大分子有机物转化为沉淀物;
(S2)微电解臭氧氧化：将经过所述步骤(S1)絮凝沉淀处理后的废水PH值调节到5.0～8.0，再将所述废水进行微电解臭氧氧化处理，去除所述废水中的COD;
(S3)曝气软化：将经过所述步骤(S2)微电解臭氧氧化处理后的废水中加入氢氧化钠和碳酸钠，以调节所述废水的PH值，然后进行曝气，使所述氢氧化钠和所述碳酸钠与所述废水中的可沉淀金属离子反应生成沉淀物;
(S4)固液分离：将经过所述步骤(S3)曝气软化处理得到的所述沉淀物从所述废水中分离出来;
(S5)双极膜电渗析：将经过所述步骤(S4)固液分离处理的废水进行双极膜电渗析处理，得到酸溶液、碱溶液和初始除盐水。
进一步，还包括：反渗透，将所述初始除盐水进行浓缩，得到一次浓水和一次除盐水。
进一步，还包括：浓水处理，将所述一次浓水与后续经过所述步骤(S4)固液分离处理的废水混合，进行所述步骤(S5)双极膜电渗析处理，得到的除盐水进行所述反渗透处理，得到二次浓水，再将所述二次浓水与后续经过所述步骤(S4)固液分离处理的废水混合，再进行所述步骤(S5)双极膜电渗析处理，持续所述浓水处理过程，直至在所述浓水的量在预设量以下。
进一步，将所述步骤(S4)固液分离中分离出来的所述沉淀物进行脱水，将脱出的水进行除所述步骤(S1)絮凝沉淀以外的所述油气田高含盐废水处理方法的所有步骤。
进一步，在所述步骤(S1)絮凝沉淀中加入所述絮凝剂之前，所述(S1)还包括：根据所述絮凝剂的工作PH值对所述废水进行PH值调节。
进一步，所述(S3)曝气软化的步骤为：加入一定量的氢氧化钠和碳酸钠，使所述废水的PH值为9.0～11.0，进行曝气，使所述废水中钙离子的浓度低于45mg/L，镁离子的浓度低于30mg/L。
进一步，在加入氢氧化钠、碳酸钠之前，检测所述废水中的钙离子的浓度和镁离子的浓度。
进一步，将所述步骤(S2)微电解臭氧氧化中的所述臭氧气体的尾气经过干燥后，供所述步骤(S2)微电解臭氧氧化继续使用。
进一步，所述步骤(S1)絮凝沉淀中所述絮凝剂的加入方法为：加入聚合硫酸铁，使其与所述废水充分混合后，再加入聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)水溶液。
进一步，所述步骤(S5)双极膜电渗析中产生的所述酸溶液和所述碱溶液用于所述步骤(S1)、所述步骤(S2)、所述步骤(S3)中至少一个步骤中的废水的PH值调节。
本发明的油气田高含盐废水处理方法与现有技术相比，具有以下优点：
本发明在油气田的高含盐废水处理的工艺过程中，采用絮凝沉淀使废水的悬浮物转化为沉淀;使用微电解臭氧氧化废水中的污染物，达到去除COD的目的;通过曝气软化工艺去除废水中钙离子、镁离子等可沉淀的金属离子，防止在之后的固液分离步骤和双极膜电渗析步骤中，膜上因钙离子、镁离子的存在使膜产生结垢，影响固液分离和双极膜电渗析的工艺效果;采用双极膜电渗析大大降低了废水中的含盐量，并生成可回收利用的酸溶液和碱溶液。上述处理废水的工艺过程不产生外排的废液，并可连续进行废水的处理。
综上，通过上述工艺步骤，使本发明的油气田高含盐废水处理方法工艺简单，节约成本，能够有效去除废水中COD和盐类，废水净化的效果好。
本发明还提供了一种采用上述方法处理油气田高含盐废水的设备：
一种油气田高含盐废水处理设备，包括：微电解臭氧反应一体化装置，所述微电解臭氧反应一体化装置包括：罐状的微电解臭氧反应器，所述微电解臭氧反应器中设置有铁碳微电解填料层;所述铁碳微电解填料层包括吊挂在所述微电解臭氧反应器上方的若干串填料串;每串填料为由柔性材料逐个连接的若干个填料单元。
进一步，相邻的所述填料单元之间有供废水流过的间隔。
进一步，所述填料单元占所述微电解臭氧反应器体积的70%～80%。
进一步，所述微电解臭氧反应器还包括位于所述铁碳微电解填料层下方的曝气装置，所述曝气装置通过进气管与臭氧发生器连接。
进一步，位于所述微电解臭氧反应器上端的出气口通过出气管与气体干燥器的一端连接，所述气体干燥器的另一端通过回气管与所述进气管连接形成气体回路;所述进气管与所述回气管的连接端为第一连接端，所述第一连接端与所述臭氧发生器之间的所述进气管内安装有第一单向阀，其开启方向为从所述臭氧发生器流向所述第一连接端;所述回气管内安装有第二单向阀，其开启方向为从所述气体干燥器流向所述第一连接端。
进一步，所述微电解臭氧反应一体化装置还包括第一气体流量计，所述第一气体流量计安装在所述第一连接端和所述第一单向阀之间的所述进气管上。
进一步，所述微电解臭氧反应一体化装置还包括第二气体流量计，所述第二气体流量计安装在所述气体干燥器和所述第二单向阀之间的所述回气管上。
进一步，所述进气管通过所述第一测试管与臭氧浓度测定仪连通，所述第一测试管和所述进气管的连接端为第二连接端，所述第二连接端在所述第一单向阀和所述臭氧发生器之间;所述第一测试管上安装有第一阀门。
进一步，所述臭氧浓度测定仪通过第二测试管与所述回气管连通，所述回气管与所述第二测试管的连接端为第三连接端，所述第三连接端在所述气体干燥器和所述第二单向阀之间;所述第二测试管上安装有第二阀门。
进一步，所述微电解臭氧反应器的底端还设置有排污口，所述排污口上安装有排污阀。
本发明的油气田高含盐废水处理设备与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明油气田高含盐废水处理设备的微电解臭氧反应一体化装置中，微电解臭氧反应器内部的铁碳微电解填料层包括在径向方向密布的若干串填料串;通过将若干串填料串吊挂起来，使每一串填料上的每个填料单元都能够与废水充分接触反应，提高了微电解填料的利用率，避免了以往铁碳微电解填料放置在一起而产生的钝化、板结现象，以及频繁向填料中补充铁单质以及频繁对铁碳微电解填料进行卸料搅拌等问题。
2.本发明优选的技术方案中，每串填料的相邻填料单元之间，以及相邻串填料之间均有供废水流过的间隔。
3.本发明进一步优选的技术方案中，在曝气装置将臭氧气体通入微电解臭氧反应器后，在气流的作用下，铁碳微电解填料层的若干串填料串会进行摆动，促进填料单元与废水的充分接触以促进微电解反应的进行，同时，微电解反应生成的金属离子和从铁碳微电解填料上脱落下来的活性炭能够作为臭氧氧化反应的催化剂，因此，微电解臭氧反应器中的臭氧氧化反应不用额外添加催化剂，臭氧气体能够直接通入到微电解臭氧反应器中，废水的氧化效果好。
4.本发明进一步优选的技术方案中，通入到微电解臭氧反应器中的未反应的臭氧气体进过气体干燥器的干燥后，经过回气管，可再次通入到微电解臭氧反应器进行反应，不需要设置臭氧气体的回收设备，提高了臭氧气体的利用率。