申请日2012.12.26
公开(公告)日2014.07.02
IPC分类号C02F103/10; C02F9/14
摘要
本发明提供了一种岩屑废水处理的新型工艺，该工艺包括预处理、物化处理、生化处理和深度处理四个单元，其特征在于：所述预处理单元由集水池、三级隔油和加热破乳三部分构成，所述物化处理单元由混凝、气浮和超滤三部分构成，所述生化处理单元由水解酸化和好氧处理构成，所述深度处理单元由Fenton氧化和树脂吸附构成。本发明可用于高含油、高污染负荷的钻井岩屑废水处理，处理后产水达到国家污水综合排放一级标准，可作为绿化用水、中水回用，有助于提高钻井岩屑废水的处理率，解决采油过程中污水外排的现状。
权利要求书
1.一种岩屑废水处理的新型工艺，依次包括预处理、物化处理、生化处理和深度处理四个单元，其特征在于：所述预处理单元由集水池、三级隔油和加热破乳三部分构成，所述物化处理单元由混凝、气浮和超滤三部分构成，所述生化处理单元由水解酸化和好氧处理构成，所述深度处理单元由Fenton氧化和树脂吸附构成。
2.根据权利要求1，所述预处理单元的隔油采用两级平流式隔油池(API)和一级波纹板式隔油池(CPI)联合使用，或采用除油净化器，使油类的去除率达到85%以上，而后加热废水至60℃进行破乳静置。
3.根据权利要求1，所述物化处理单元的混凝过程，选择混凝剂PAC和PAM(2‰)的投加量分别为0.6g/L和1mL/L，对废水含油量和色度的去除率可达60%;所述的超滤过程，选择耐油性好、清洗方便的管式超滤膜组件，对油类和SS的去除率达到90%以上。
4.根据权利要求1，所述的生化处理单元的水解酸化和好氧处理，可采用AO工艺，但所投加菌种需要用物化处理后的污水进行筛选和驯化，保持菌种的耐盐特性。
5.根据权利要求1，所述深度处理单元的Fenton氧化过程，H2O2和FeSO4·7H2O适宜投加量分别为8.2mL/L、13.69g/L，即H2O2/COD=2，H2O2/Fe2+=2∶1;工艺初始pH为4，氧化时间为3h，H2O2滴加速率控制在1mL/min时可获得较高的COD去除率;所述树脂吸附过程，选用树脂净化器。
6.根据权利要求1所述的岩屑废水处理新型工艺，可根据岩屑废水的水质情况，简化物化处理和深度处理单元的某些工艺过程。
7.在岩屑废水 成分复杂、环境污染负荷极高条件下，采用本工艺进行连续处理，出水水质可满足国家污水综合排放一级标准;
处理后出水水质：油类<2mg/L，COD<40mg/L，BOD5<10mg/L，SS<10mg/L，氨氮<5mg/L，色度<20倍，无色透明。
说明书
一种岩屑废水处理的新型工艺
技术领域
本发明涉及提供一种污水处理技术，特别是油田污水及岩屑废水处理的一种新型工艺。
背景技术
随着石油工业的蓬勃发展，石油、天然气开采量加剧，对环境造成了很大的压力，特别 是在钻井过程中钻井岩屑废水地下渗漏以及外排对地下水和地表水产生严重污染，对周围生 态造成不良影响，因此钻井岩屑废水污染治理成为当前油气田钻井清洁生产中一项艰巨而紧 迫的任务。钻井岩屑废水主要来自钻井过程、井下作业过程和采油采气过程，钻井废水的水 质随钻井井深、地质条件的不同而差异很大，特征主要包括以下几方面：
①钻井废水高度分散，水质水量变化大;
②水质成分复杂，主要包括钻屑、石油、化学添加剂、无机盐类和重金属;
③悬浮物高，岩屑废水中含有大量的岩屑、油类等悬浮物质，而且不易聚沉;
④盐度高，由于是海上平台作业，冲洗水多为海水，废水中含盐量极高;
⑤环境污染负荷极高。岩屑废水色度在800-1000倍以上，外观呈黑褐色;油含量在 0.5-1.0×105mg/L;COD在15000mg/L以上。
目前应用的钻井岩屑废水处理工艺很多，但单个处理单元并不能够解决钻井岩屑废水的 处理问题，只有通过组合工艺处理才能够实现钻井废水的达标排放。然而钻井废水水质水量 变化大、水质成分复杂，一般需要针对钻井岩屑废水具体水质单独开发出相应的组合处理工 艺。本发明以此为出发点，设计的新型处理工艺对各类水质的岩屑废水具有普适性，废水经 处理后满足《污水综合排放标准》GB8978-1996一级标准。
发明内容
本发明针对岩屑废水处理现状和不足，提供一种岩屑废水处理的新型工艺，该工艺对不 同水质废水具有普适性，可将污染负荷极高的钻井岩屑废水处理至符合国家污水综合排放一 级标准，对陆海油田处理后的污水可回注利用，提高了水资源的利用率。
一种岩屑废水处理的新型工艺，包括预处理、物化处理、生化处理和深度处理四个单元， 工艺流程为三级隔油-加热破乳-混凝气浮-超滤系统-水解酸化-好氧生化-Fenton氧 化-树脂吸附，其工艺效果的实现包括以下步骤：
(1)首先将来自油田开采中的含油岩屑废水引入集水池调节水质水量，然后使所述岩 屑废水均质均量的通过两级平流式隔油池(API)和一级波纹板式隔油池(CPI)或者除油净化 器，使废水油类的去除率达到85%以上，然后投加一定量的破乳剂并加热废水至60℃进行 破乳静置，进一步提高油类的去除率;
(2)将步骤(1)的出水引入混凝沉淀池，分别投加0.6g/L PAC和1mL/L PAM(2‰) 的混凝剂，并先后快速和慢速搅拌各3min，静置30min，然后废水上清液进入到溶气气浮， 控制气浮压力在3kkg/cm2，气浮时间15min，出水再进入管式膜超滤系统，控制操作压力 0.25MPa，可使废水的油含量和SS的去除率均达到了90%，而且对BOD、COD均有一定的 去除效果;
(3)采用污泥为城市污水处理场的活性污泥，利用步骤(2)的出水为碳源进行微生物 驯化、繁殖，分别培养出适合物化单元出水水质的水解酸化菌和好氧菌，提高整个生化单元 的处理效果;
(4)使步骤(2)的出水进入到生化处理单元，利用步骤(3)培养的水解酸化菌和好 氧菌菌落进行投加，水解酸化过程的最佳停留时间为8-10h，经水解酸化处理后废水的生化 需氧量与化学需氧量的比值最高达0.5，可生化性大幅度提高，好氧处理过程曝气量可控制 在10L/h、温度30℃、HRT12h，对废水BOD、COD具有较好的去除效果;
(5)步骤(4)的出水再进入到深度处理单元，首先进行Fenton氧化，去除水中仍残 留的生物难降解有机物，H2O2和FeSO4·7H2O适宜投加量分别为8.2mL/L、13.6g/L，即 H2O2/Fe2+的摩尔比2∶1，其用量为溶液体积与污水体积之比1%，反应暴露于日光下反应，反 应时间可控制在3h，可进一步去除污水中的COD和氨氮;树脂吸附采用粗粒化净化器，出 水含油量、氨氮均小于5mg/L;
(6)水成分复杂、环境污染负荷极高的岩屑废水，采用本工艺进行连续处理，出水水 质可满足国家污水综合排放一级标准;
处理后出水水质：油类<2mg/L，COD<40mg/L，BOD5<10mg/L，SS<10mg/L，氨氮 <5mg/L，色度<20倍，无色透明。
本发明针对现有岩屑废水处理技术的特点和不足，设计开发出一套组合式新型岩屑废水 处理工艺，该工艺能够将高含油高盐度高COD的钻井岩屑废水处理至达标排放，目前已进 行了中试试验，处理量5m3/d，出水水质达到过污水综合排放一级标准。该技术不仅可以回 收大量原油、提高水资源利用率，从根本上解决采用钻井废水对环境的污染问题。技术可利 用于海陆的采油的油田废水以及其他极难处理的含油废水处理。由于钻井废水中悬浮物含量 很高、COD值很大，在处理过程中会产生大量的污泥，污泥经脱水后与废弃泥浆一起进行 固化处置，可以进一步作免烧砖等综合利用。
附图说明
图1为本发明的岩屑废水处理新型工艺流程图。
具体实施方式
现将岩屑废水处理新型工艺的具体实施例叙述于后。以下实施例是说明性的，不是限定 性的，不能此来限定本发明的保护范围。
下面结合图和具体实施方式说明本发明。
本发明的岩屑废水处理新型工艺，是针对岩屑废水高含油高COD高浊度色度的水质特 征，利用预处理单元回收和去除废水中的大量油类，物化单元去除大部分COD、SS和氨氮， 并进一步去除油类，生化处理单元依靠微生物的分解作用去除BOD、COD和氨氮，深度处 理单元则是对要求更高出水水质的进一步处理。
如图1所示，本发明的岩屑废水处理新型工艺包括四个单元，具体实施方式包括以下步 骤：
1、预处理单元
预处理单元包括集水池、三级隔油以及加热破乳工艺。
(1)集水池
集水池可设计方形和圆形，主要是把油田开采中的含油岩屑废水引入集水池调节水质水 量，便于后续工艺的处理。
(2)三级隔油
各有工艺均选择平流式隔油池，使所述岩屑废水均质均量的通过二级平流式隔油池(API) 和一级波纹板式隔油池(CPI)或者除油净化器(节约占地面积)，使废水油类的去除率达到 85%以上。
(3)加热破乳
破乳工艺可设计为平流沉淀池，顶部设有刮油刮沙机，在池中投加一定量的破乳剂(如 硫酸)，并加热废水至60℃，使乳化油变为悬浮油，去除废水中大部分乳化油和悬浮物，进 一步提高油类的去除率，减轻后续工艺的除油负荷。
2、物化处理单元
物化处理单元包括混凝、气浮和超滤工艺。
(1)混凝
混凝沉淀池中，分别投加0.6g/L PAC和1mL/L PAM(2‰)的混凝剂，设有自动控制 的搅拌系统，先后快速和慢速搅拌各3min，静置30min，主要去除废水中小颗粒悬浮物和有 机物。
(2)气浮
混凝工艺的上清液进入到溶气气浮装置，控制气浮压力在3kkg/cm2，气浮时间15min， 进一步去除废水中的SS和难降解有机物。
(3)超滤
选择PVDF材质的管式膜超滤系统，控制操作压力0.25MPa，可使废水的油含量和SS 的去除率均达到了90%，而且对BOD、COD均有一定的去除效果。
3、生化处理单元
生化处理单元包括水解酸化和好氧生化两部分。首先需要采用城市污水处理场的活性污 泥，物化单元的出水为碳源进行微生物驯化、繁殖，分别培养出适合物化单元出水水质的水 解酸化菌和好氧菌，提高整个生化单元的处理效果;
(1)水解酸化
物化单元的出水进入到生化处理单元，投加上述培养的水解酸化菌。水解酸化-耗氧生 物处理工艺中的水解目的主要是将原有废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物，提高 废水的可生化性，以利于后续的耗氧处理。水解酸化过程的最佳停留时间为8-10h，经水解 酸化处理后废水的生化需氧量与化学需氧量的比值最高达0.5，可生化性大幅度提高。
(2)好氧生化
好氧生化过程的活性污泥，是以好氧菌为生物菌落主体的絮状绒粒，可以通过吸附氧化 来降解废水中的有机物。好氧处理过程曝气量可控制在10L/h、温度30℃、HRT12h，对废 水BOD、COD具有较好的去除效果。
4、深度处理单元
深度处理单元包括Fenton氧化和树脂吸附工艺。岩屑废水经生化出水后水质不达标， 则需要作进一步的处理。
(1)Fenton氧化
生化水再进入到深度处理单元，进行Fenton氧化主要是去除水中仍残留的生物难降解 有机物，H2O2和FeSO4·7H2O适宜投加量分别为8.2mL/L、13.6g/L，即H2O2/Fe2+的摩尔比 2∶1，其用量为溶液体积与污水体积之比1%，反应暴露于日光下反应，反应时间可控制在3h， 可进一步去除污水中的COD和氨氮。
(2)树脂吸附
树脂吸附采用的是粗粒化树脂净化器，可对废水中的油类、难降解有机物和氨氮作进一 步去除，确保达到国家污水综合排放一级标准。
本发明对高含油高浊度高COD的钻井岩屑废水具有良好的处理效果，同时适用于海陆 钻井油田污水及其他难处理含油废水的处理回收。若所处理的岩屑废水水质污染指标较低， 则物化处理和深度处理单元的某些工艺可以相应简化，同样可以达到预期排放标准。工艺处 理过程中的油类可以进行处理回收，污水经处理后可回注回用，岩屑废渣等可以做免烧砖等 建筑材料，实现了采油过程中的清洁生产和废物利用。该发明应用范围广，工业化应用前景 广阔。
处理岩屑废水前后水质指标比较：
水质指标 油含量(mg/L) 色度/倍 SS(mg/L) COD(mg/L) NH3-N(mg/L) 进水水质 (5-20)×104 1000-2000 3600-6000 (1.8-3)×104 100-150 出水水质 ≤2 ≤20 ≤10 ≤40 ≤5 去除率/% 99.9 99 99.8 99.9 96.7