申请日2016.08.31
公开(公告)日2016.12.14
IPC分类号C02F3/12; C02F103/10
摘要
本发明公开了一种用于压裂返排液处理的好氧颗粒污泥培养方法，采用高有机负荷的厌氧颗粒污泥为接种污泥，接种到SBR反应器，好氧颗粒污泥培养过程分为三个阶段：厌氧颗粒污泥驯化阶段、好氧颗粒污泥转化阶段和好氧颗粒污泥成熟阶段。本发明能够解决现用页岩气压裂返排液常规处理方法会导致二次污染或者会引入高价金属离子对压裂液性能造成较大影响，而微生物处理也存在常规活性污泥有机负荷过低，厌氧颗粒污泥井场应用存在安全隐患，以及好氧颗粒污泥投产时间长的问题。
权利要求书
1.一种用于压裂返排液处理的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：采用高有机负荷的厌氧颗粒污泥为接种污泥，接种到SBR反应器，好氧颗粒污泥培养过程分为三个阶段：厌氧颗粒污泥驯化阶段、好氧颗粒污泥转化阶段和好氧颗粒污泥成熟阶段。
2.根据权利要求1所述的一种用于压裂返排液处理的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：厌氧颗粒污泥驯化阶段：以实际压裂返排液为母液，加入CH3COONa为碳源，NH4Cl为氮源配制成进水废水;以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀10min,排水以及闲置共15min;运行一周后;测定SBR反应器取样口COD值，当COD去除率达到70%~80%时，驯化阶段结束。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于压裂返排液处理的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：好氧颗粒污泥转化阶段：以实际压裂返排液为进水废水，以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀5min,排水以及闲置共20min;运行一周后，颗粒污泥由黑色转变为黄褐色，粒径转变为3~4mm，MLVSS/MLSS为0.7~0.75，SVI为35~40ml/g，好氧颗粒污泥转化阶段结束。
4.根据权利要求3所述的一种用于压裂返排液处理的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：好氧颗粒污泥成熟阶段：以实际压裂返排液90%加入10%的滑溜水压裂液为进水废水，以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀10min,排水以及闲置共15min;运行一周后，颗粒污泥由黄褐色转变为浅黄褐色，粒径3~4mm，MLVSS/MLSS为0.8~0.85，SVI为25~30ml/g，好氧颗粒污泥成熟阶段结束。
5.根据权利要求1所述的一种用于压裂返排液处理的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：高有机负荷的厌氧颗粒污泥是指有机负荷为25~30kg/(m3∙d)的厌氧颗粒污泥，其粒径2~3mm，MLVSS/MLSS为0.75~0.8，SVI为30~40ml/g。
6.根据权利要求2所述的一种用于压裂返排液处理的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：直接采用含有Ca2+、Mg2+的实际页岩气压裂返排液为进水母液，其水质情况为：COD：500~1500mg/l;Cl-：5000～10000 mg/l;K+：83～164 mg/l;Na+：2840～6780 mg/l;Ca2+：379～398mg/l;Mg2+：290～340 mg/l;总铁：38～60mg/l;硫酸盐：6～48 mg/l。
说明书
一种用于压裂返排液处理的好氧颗粒污泥培养方法
技术领域
本发明涉及一种用于页岩气压裂返排液处理的好氧颗粒污泥快速培养方法。
背景技术
目前水平井体积压裂已逐步成为压裂改造的主体，压裂液用量逐渐增加;特别是页岩气开采的跨越式发展，水资源压力大。以2014~2015年中国石油集团公司部署在威远、长宁的页岩气压裂为例，需要配液用水268万方左右，按30%~50%的返排率计算，返排的废液80.4~134万方。而且，我国页岩气资源富集区很多集中在中西部山区，现有蜀南地区长宁-威远等页岩气开采区块，都处于农田区，地表地形复杂，人口密集。因此，返排液的回收重复利用是减轻环保压力、降低生产成本的有效途径。
但是，页岩气压裂返排液浊度高(150~250NTU);矿化度高(10000~20000mg/L)，Ca2+、Mg2+等二价以上金属离子含量较多，并且含有大量固体悬浮不溶物;长时间存放会出现“发黑发臭”的现象。直接重复利用会导致水质进一步恶化，不但会对储层造成伤害，影响压裂液的各项性能指标，还会增加环境风险。所以，返排液回用之前，必须进行处理。
目前常规的处理方法是，通过化学絮凝剂进行处理。但是，常用的絮凝剂如聚丙烯酰胺(PAM)，要使其有效的处理页岩气压裂返排液，要求其分子量在1800万以上，其本身难降解会导致二次污染;而另一种常用絮凝剂聚合氯化铝(PAC)会引入高价金属离子对压裂液性能造成较大影响，现场综合使用效果均不理想。使用常规的活性污泥处理页岩气压裂返排液，由于其有机负荷不够高，处理效果也不理想。而近几年发展起来的颗粒污泥技术，可以大大提高活性污泥的有机负荷，刚好可以解决有机负荷的问题。但是，可批量生产的厌氧颗粒污泥在处理过程中会生成甲烷等可燃气体，给井场应用带来安全隐患，而好氧颗粒污泥投产时间长(一般为30~45d)，也限制了其现场用。如果能解决投产时间长的问题，好氧颗粒污泥将在页岩气压裂返排液的高效、环保处理上展现出广阔的应用前景。
发明内容
本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种用于压裂返排液处理的好氧颗粒污泥培养方法，本发明能够解决现用页岩气压裂返排液常规处理方法会导致二次污染或者会引入高价金属离子对压裂液性能造成较大影响，而微生物处理也存在常规活性污泥有机负荷过低，厌氧颗粒污泥井场应用存在安全隐患，以及好氧颗粒污泥投产时间长的问题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种用于压裂返排液处理的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：采用高有机负荷的厌氧颗粒污泥为接种污泥，接种到SBR反应器，好氧颗粒污泥培养过程分为三个阶段：厌氧颗粒污泥驯化阶段、好氧颗粒污泥转化阶段和好氧颗粒污泥成熟阶段。其中：
厌氧颗粒污泥驯化阶段：以实际压裂返排液为母液，加入CH3COONa为碳源，NH4Cl为氮源配制成进水废水;以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀10min,排水以及闲置共15min;运行一周后逐渐趋于稳定状态;测定SBR反应器取样口COD值，当COD去除率达到70%~80%时，驯化阶段结束。
好氧颗粒污泥转化阶段：以实际压裂返排液为进水废水，以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀5min,排水以及闲置共20min;运行一周后，颗粒污泥由黑色转变为黄褐色，粒径转变为3~4mm，MLVSS/MLSS为0.7~0.75，SVI为35~40ml/g，好氧颗粒污泥转化阶段结束。
好氧颗粒污泥成熟阶段：以实际压裂返排液90%加入10%的滑溜水压裂液为进水废水，以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀10min,排水以及闲置共15min;运行一周后，颗粒污泥由黄褐色转变为浅黄褐色，粒径3~4mm，MLVSS/MLSS为0.8~0.85，SVI为25~30ml/g，好氧颗粒污泥成熟阶段结束。
高有机负荷的厌氧颗粒污泥是指有机负荷为25~30kg/(m3∙d)的厌氧颗粒污泥，其粒径2~3mm，MLVSS/MLSS为0.75~0.8，SVI为30~40ml/g。
直接采用含有有利于好氧颗粒污泥形成的Ca2+、Mg2+的实际页岩气压裂返排液为进水母液，其水质情况为：COD：500~1500mg/l;Cl-：5000～10000 mg/l;K+：83～164 mg/l;Na+：2840～6780 mg/l;Ca2+：379～398mg/l;Mg2+：290～340 mg/l;总铁：38～60mg/l;硫酸盐：6～48 mg/l。
MLVSS为混合液挥发性悬浮固体浓度(mixed liquor volatile suspendedsolids)的简写。
MLSS为混合液悬浮固体浓度(mixed liquid suspended solids)的简写。
SVI为污泥体积指数。
SBR是序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated SludgeProcess)的字母缩写。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
1)本方法大幅缩短了好氧颗粒污泥的投产时间，由30~45d缩短到20~25d。
2)产出的好氧颗粒污泥粒径大(3~4mm)，沉降性能好，性能稳定，长期运行未发现解体现象。
3)处理过程效率高(1周期COD去除可达80~90%，浊度去除率可达75~80%，总铁去除率可达90~95%)，环保、不会造成二次污染，不会引入金属离子不会对压裂液的性能造成不良影响。
具体实施方式
实施例1
采用厌氧颗粒污泥为接种污泥接种到SBR反应器。分为三个阶段进行培养。厌氧颗粒污泥驯化阶段：以实际页岩气压裂返排液为母液，加入CH3COONa为碳源, NH4Cl为氮源配制成进水废水。以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，运行一周后出水COD去除率达到70%~80%;驯化阶段结束。好氧颗粒污泥转化阶段：以实际页岩气压裂返排液为进水废水。以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，适当减少沉淀时间;运行一周后，颗粒污泥由黑色转变为黄褐色，好氧颗粒污泥转化阶段结束。好氧颗粒污泥成熟阶段：以实际页岩气压裂返排液90%加入10%的滑溜水压裂液为进水废水。以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式,每天三个周期，每周期8h;运行一周后，颗粒污泥由黄褐色转变为浅黄褐色，好氧颗粒污泥成熟阶段结束。
实施例2
作为本发明的最佳实施方式，其采用高有机负荷(25~30kg/(m3∙d))的厌氧颗粒污泥为接种污泥，其粒径2~3mm，MLVSS/MLSS为0.75~0.8，SVI为30~40ml/g，接种到SBR反应器。好氧颗粒污泥培养过程分为三个阶段，厌氧颗粒污泥驯化阶段、好氧颗粒污泥转化阶段和好氧颗粒污泥成熟阶段。厌氧颗粒污泥驯化阶段：以实际页岩气压裂返排液为母液(其水质情况为：COD：500~1500mg/l;Cl-：5000～10000 mg/l;K+：83～164 mg/l;Na+：2840～6780 mg/l;Ca2+：379～398mg/l;Mg2+：290～340 mg/l;总铁：38～60mg/l;硫酸盐：6～48 mg/l)，加入CH3COONa为碳源， NH4Cl为氮源配制成进水废水。以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀10min，排水以及闲置共15min;运行一周后逐渐趋于稳定状态;测定SBR反应器取样口COD值，当COD去除率达到70%~80%时，驯化阶段结束。好氧颗粒污泥转化阶段：以实际页岩气压裂返排液为进水废水。以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀5min, 排水以及闲置共20min;运行一周后，颗粒污泥由黑色转变为黄褐色，粒径转变为3~4mm，MLVSS/MLSS为0.7~0.75，SVI为35~40ml/g，好氧颗粒污泥转化阶段结束。好氧颗粒污泥成熟阶段：以实际页岩气压裂返排液90%加入10%的滑溜水压裂液为进水废水。以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀10min, 排水以及闲置共15min;运行一周后，颗粒污泥由黄褐色转变为浅黄褐色，粒径3~4mm，MLVSS/MLSS为0.8~0.85，SVI为25~30ml/g，好氧颗粒污泥成熟阶段结束。
MLVSS为混合液挥发性悬浮固体浓度(mixed liquor volatile suspendedsolids)的简写。
MLSS为混合液悬浮固体浓度(mixed liquid suspended solids)的简写。
SVI为污泥体积指数。
SBR是序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated SludgeProcess)的字母缩写。
实施例3
采用可口可乐公司生产污水处理厂的厌氧颗粒污泥，其粒径2~3mm，MLVSS/MLSS为0.78，SVI为35ml/g，为接种污泥接种到SBR反应器。厌氧颗粒污泥驯化阶段：以中石油威远204-H6页岩气平台压裂返排液为母液，加入CH3COONa为碳源, NH4Cl为氮源配制成进水废水。以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀10min，排水以及闲置共15min;运行7d后，测定SBR反应器取样口COD值，COD去除率达到77%，驯化阶段结束。好氧颗粒污泥转化阶段：以威远204-H6页岩气平台压裂返排液为进水废水。以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀5min, 排水以及闲置共20min;运行8d后，颗粒污泥由黑色转变为黄褐色，粒径转变为3~4mm，MLVSS/MLSS为0.75，SVI为36ml/g，好氧颗粒污泥转化阶段结束。好氧颗粒污泥成熟阶段：以威远204-H6页岩气平台压裂返排液90%加入10%的滑溜水压裂液为进水废水。以进水—曝气—沉淀—排水—闲置的运行方式，每天三个周期，每周期8h，进水5min，曝气7.5h，静置沉淀10min, 排水以及闲置共15min;运行6d后，颗粒污泥由黄褐色转变为浅黄褐色，粒径3~4mm，MLVSS/MLSS为0.807，SVI为29ml/g，好氧颗粒污泥成熟阶段结束。整个转化周期共计21d，转化后COD去除率达87%，浊度去除率达78%，总铁去除率达92%。