申请日2012.08.14
公开(公告)日2014.04.09
IPC分类号C02F1/52; C02F1/56; C02F1/465; C02F9/06; C02F103/10
摘要
本发明涉及一种钻井废水絮凝沉淀处理装置，包括设置有搅拌装置的絮凝反应罐、以及设置于井场的絮凝沉降池和中间池，所述絮凝反应罐设置有连通至外部的给水口、加药口以及排水口，所述絮凝沉淀池与中间池之间设置有连通阀;所述絮凝沉降池与絮凝反应罐之间设置有第一水泵，所述絮凝沉降池与第一水泵的进水端连通，所述第一水泵的出水端与所述絮凝反应罐连通;通过将絮凝反应罐与设置于井场的絮凝沉降池和中间池连通构成水循环，协同储存水体，减缓了絮凝反应罐体积过大时难以运输、难以搅拌均匀的缺陷，也减少了絮凝沉淀池所需的容积，并且，钻井废水和絮凝剂组成的水体一直处于流动状态，提高了絮凝剂的溶解效率。
权利要求书
1.一种钻井废水絮凝沉淀处理装置，包括设置有搅拌装置(2)的絮凝反应罐(1)、以及设置于井场的絮凝沉降池(3)和中间池(4)，所述絮凝反应罐(1)设置有连通至外部的给水口(1a)、加药口(1b)以及排水口(1c)，其特征在于：所述絮凝沉降池(3)与中间池(4)之间设置有连通阀;所述絮凝沉降池(3)与絮凝反应罐(1)之间设置有第一水泵(5)，所述絮凝沉降池(3)与第一水泵(5)的进水端连通，所述第一水泵(5)的出水端与所述絮凝反应罐(1)连通;所述中间池(4)与絮凝反应罐(1)之间设置有第二水泵(6)和电解气浮装置(10)，所述电解气浮装置(10)包括壳体(10d)，所述壳体(10d)内设置有至少两个极板(10e)，所述极板(10e)与脉冲电源相连，所述极板(10e)安装于壳体(10d)中部，所述极板(10e)底端与壳体(10d)底部内壁之间留有间距，所述壳体(10d)内极板(10e)所在区域形成电解区，所述壳体(10d)内位于电解区下方的间距区域为污水区(10b)，所述壳体(10d)内位于电解区上方的区域为净水区(10c)，所述中间池(4)与第二水泵(6)的进水端连通，所述第二水泵(6)的出水端与电解气浮装置(10)的污水区(10b)连通，所述电解气浮装置(10)的净水区(10c)与絮凝反应罐(1)连通。
2.根据权利要求1所述的钻井废水絮凝沉淀处理装置，其特征在于：所述絮凝反应罐(1)包括第一罐体(101)和第二罐体(102)，所述给水口(1a)设置于第一罐体(101)的顶部，所述搅拌装置(2)设置于第一罐体(101)内，所述第一罐体(101)和第二罐体(102)之间设置有中通管(7)，所述中通管(7)的一端由第一罐体(101)的侧面连通至第一罐体(101)的内部，所述中通管(7)的另一端由第二罐体(102)的顶部连通至第二罐体(102)的内部，所述排水口(1c)设置于第二罐体(102)的侧面，所述第二罐体(102)上设置有二次反应进水口(8)，所述二次反应进水口(8)设置于第二罐体(102)的侧面、并沿切线方向连通至第二罐体(102)的内部，所述二次反应进水口(8)与水泵的出水口之间设置有二次进水管(9)。
3.根据权利要求1所述的钻井废水絮凝沉淀处理装置，其特征在于：所述絮凝沉降池(3)包括设置于井场的岩屑池(22)和浊水池(23)，所述岩屑池(22)与浊水池(23)相邻的一侧设置有至少一个连通口(24)，所述岩屑池(22)远离浊水池(23)的一侧设置有进水坡道(25)，所述岩屑池(22)的底面沿进水坡道(25)至连通口(24)的方向向下倾斜，所述浊水池(23)的底部呈锥形，所述第一水泵(5)的进水端连通至浊水池(23)内部，所述排水口(1c)与絮凝沉降池(3)连通。
4.根据权利要求1所述的钻井废水絮凝沉淀处理装置，其特征在于：所述极板(10e)与壳体(10d)底面的夹角为55°～65°，所述脉冲电源的频率为20kHz～25kHz。
5.根据权利要求1所述的钻井废水絮凝沉淀处理装置，其特征在于：所述加药口(1b)通过加药管路与配药装置连接，所述配药装置包括第一配药罐(11)和第二配药罐(12)，所述第一配药罐(11)上顶部设置有清水进口(11a)和药物进口(11b)，所述第二配药罐(12)设置于第一配药罐(11)的下方，所述第一配药罐(11)内设置有混药搅拌器(11c)，所述第一配药罐(11)和第二配药罐(12)之间设置有药液输送管(13)，所述第二配药罐(12)的侧壁设置有药液出口(12a)，所述药液出口(12a)与絮凝反应罐(1)的加药口(1b)连通。
6.根据权利要求5所述的钻井废水絮凝沉淀处理装置，其特征在于：所述药液出口(12a)与絮凝反应罐(1)的加药口(1b)之间设置有二次回流管路(14)，所述二次回流管路(14)包括第一球阀(15a)和第二球阀(15b)，所述第一球阀(15a)的输入端、第二球阀(15b)的输入端均连通至第二配药罐(12)的内部;所述第一球阀(15a)的输出端连接有第一柱塞计量泵(16a)，所述第一柱塞计量泵(16a)的输出端并联有输出管路(17)和第一回流管路(18a)，所述输出管路(17)将第一柱塞计量泵(16a)的输出端与絮凝反应罐(1)的加药口(1b)连通，所述第一回流管路(18a)将所述第一柱塞计量泵(16a)的输出端与第二配药罐(12)的内部连通;所述第二球阀(15b)的输出端连接有第二柱塞计量泵(16b)，所述第二柱塞计量泵(16b)的输出端与第二配药罐(12)之间设置有第二回流管路(18b)，所述第二回流管路(18b)将第二柱塞计量泵(16b)的输出端与第二配药罐(12)内部连通。
7.根据权利要求1所述的钻井废水絮凝沉淀处理装置，其特征在于：所述井场设置有撬装体(19)，所述撬装体(19)为空心的箱体，所述絮凝反应罐(1)、电解气浮装置(10)以及配药装置均设置于撬装体(19)内部，所述撬装体(19)底部设置有至少两个支撑立柱(20)，所述支撑立柱(20)之间设置有横撑(21)。
8.一种利用权利要求1至7中任一钻井废水絮凝沉淀处理装置处理钻井废水的方法，包括以下几个步骤：
a、通过给水口(1a)和加药口(1b)将钻井废水和混凝剂导入至第一罐体(101)内，启动絮凝反应罐(1)上的搅拌装置(2)对钻井废水和混凝剂进行搅拌混合，钻井废水与混凝剂的混合液通过中通管(7)溢流至第二罐体(102)内，并通过设置于第二罐体(102)侧面的出水口溢流至絮凝沉降池(3)中;
b、液体在絮凝沉降池(3)内静置12～16小时;
c、开启设置于絮凝沉降池(3)与中间池(4)之间的连通阀，用第二水泵(6)将中间池(4)中的液体泵入至电解气浮装置(10)的污水区(10b)内;
d、启动脉冲电源，电解、并使污水物理沉降;
e、将净水区(10c)中的液体导入至絮凝反应罐(1)中，将污水区(10b)中的液体回流至絮凝沉降池(3)中静置12～16小时后，开启设置于絮凝沉降池(3)与中间池(4)之间的连通阀，将絮凝沉降池(3)的上层清液导入中间池(4)。
9.根据权利要求8所述的处理钻井废水的方法，其特征在于：所述步骤e以后，将中间池(4)中液体回用于钻井施工。
10.根据权利要求8所述的处理钻井废水的方法，其特征在于：在所述步骤a中，所述混凝剂包括以下质量比例的组分：聚丙烯酰胺0.01～0.12份、氢氧化钙或者氧化钙1～3份、硫酸铁或者硫酸亚铁2～4份。
说明书
一种钻井废水絮凝沉淀处理装置及处理废水的方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理装置及污水处理方法，尤其是一种钻井废水絮凝沉淀处理 装置及利用该装置处理废水的方法。
背景技术
在油气田钻井的过程中，由于起下钻作业时泥浆的流失、泥浆循环系统的渗漏、冲 洗地面设备及钻井工具上的泥浆和油污而形成的废水，称为钻井废水。钻井废水是石油勘探 企业的重要污染源，钻井废水具有点多、面广、污染物种类复杂、高稳定性、间歇性排放及 排放较难控制等特点，是石油行业较难管理和处置的水污染源之一。
钻井废水含有泥浆中的多种组分，组成复杂，主要污染物有悬浮物、重金属、油、 酚、硫化物等，钻井废水总体具有色度高、悬浮物含量高、CODcr值高，其有机质生物可降 解性差的特点，污染物主要有以下几种：
(1)CODcr：来自各种有机泥浆处理剂和表面活性剂如丹宁、起泡剂和消泡剂等;
(2)油：来自油基泥浆、柴油机冷却水、钻井平台冲洗水等;
(3)重金属。
现有技术通常采用絮凝的方式净化、处理钻井废水，请参阅2002年12月25日《油 田化学》中第387页～390页公开的文献《钻井废水和酸化压裂作业废水处理技术研究进 展》，针对流动性大、周期短、废水水质变化大的钻井废水，通常采用絮凝、沉降、过滤、 吸附等方式进行处理，如申请号为201010209919.3的中国发明专利《一种深井聚磺泥浆钻 井废水的处理方法》所公开的钻井废水处理工艺，通过絮凝、并辅以吸附和氧化工艺对钻井 废水中的杂质进行较为有效地去除。
目前对于钻井废水处理后循环使用的研究在国内尚属于空白，钻井废水处理后用于 配浆是钻井废水的主要用途，目前钻井配浆用水尚无国家标准，钻井施工时要求废水色度需 小于300，对CODcr无要求。由于钻井深度越深，产生的钻井废水量越大，废水中含有大量 悬浮物及油类物质，色度大于5000，废水CODcr10000～40000mg/L，且稳定性好，泥水分 离困难，致使相当部分污水不能回用，必须修建足够的水池储存钻井污水。
现有的利用絮凝法处理钻井废水的装置通常存在以下几个不足之处：
1、絮凝剂使用方式通常为向存储钻井废水的废水池直接投加絮凝剂，钻井废水与絮凝剂在 废水池中反应，由于废水池在钻井现场临时修建，通常未安装搅拌装置，絮凝剂与钻井废水 反应时间较长，且存在反应不充分的问题。
2、当投加如熟石灰等低溶解度絮凝剂时，由于其溶解度低，通常需投加过量絮凝 剂，大量絮凝剂沉淀在废水池内，既造成了絮凝剂浪费，又占用了废水池池容。
3、由于钻井废水中含有较多极性的可溶物质，仅采用常规的絮凝剂处理钻井废水难 以对废水中的污染物及色度进行有效的处理，处理后的钻井废水不能满足钻井施工的要求， 不能回用。
4、目前油气田在钻井期内处理钻井废水时修改的储存池需占用大量周围土地，致使 项目土地费用过高，且存储的污水环境污染风险大。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种占用土地少、絮凝 剂利用效率高、处理效果好的钻井废水絮凝沉淀处理装置。更进一步，处理后的钻井废水可 回用于钻井施工。
为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：一种钻井废水絮凝沉淀处理装 置，包括设置有搅拌装置的絮凝反应罐、以及设置于井场的絮凝沉降池和中间池，所述絮凝 反应罐设置有连通至外部的给水口、加药口以及排水口，所述絮凝沉淀池与中间池之间设置 有连通阀;所述絮凝沉降池与絮凝反应罐之间设置有第一水泵，所述絮凝沉降池与第一水泵 的进水端连通，所述第一水泵的出水端与所述絮凝反应罐连通;所述中间池与絮凝反应罐之 间设置有第二水泵和电解气浮装置，所述电解气浮装置包括壳体，所述壳体内设置有至少两 个极板，所述极板与脉冲电源相连，所述极板安装于壳体中部，所述极板底端与壳体底部内 壁之间留有间距，所述壳体内极板所在区域形成电解区，所述壳体内位于电解区下方的间距 区域为污水区，所述壳体内位于电解区上方的区域为净水区，所述中间池与第二水泵的进水 端连通，所述第二水泵的出水端与电解气浮装置的污水区连通，所述电解气浮装置的净水区 与絮凝反应罐连通。
采用这样的结构，通过将絮凝反应罐与设置于井场的絮凝沉降池和中间池连通构成 水循环，协同储存水体，减缓了絮凝反应罐体积过大时难以运输、难以搅拌均匀的缺陷，也 减少了絮凝沉淀池所需的容积，并且，钻井废水和絮凝剂组成的水体一直处于流动状态，提 高了絮凝剂的溶解效率，并经过若干次循环后达到预设平衡浓度，提高了微溶或难溶的絮凝 剂的利用率，废水在电解气浮装置内电解与物理沉降同时进行，大幅提高了净水效率，并且 处理后的废水中极性物质在电化学作用下改性，可以再次投加絮凝剂进一步去除有机物及色 度，处理后的废水可回用于钻井施工。
优选的，所述极板与壳体底面的夹角为55°～65°，所述脉冲电源的频率为 20kHz～25kHz。针对钻井废水中细小固体杂质、以及金属离子杂质电解后形成的细小颗粒 易吸附于极板上的问题，极板以55°～65°的斜角倾斜设置、并辅以高频率脉冲电源的震 动，杂质在极板上震动脱落并随极板的斜角顺势滑落沉降至污水区，避免了极板上杂质的堆 积。
优选的，所述絮凝反应罐包括第一罐体和第二罐体，所述给水口设置于第一罐体的 顶部，所述搅拌装置设置于第一罐体内，所述第一罐体和第二罐体之间设置有中通管，所述 中通管的一端由第一罐体的侧面连通至第一罐体的内部，所述中通管的另一端由第二罐体的 顶部连通至第二罐体的内部，所述排水口设置于第二罐体的侧面，所述第二罐体上设置有二 次反应进水口，所述二次反应进水口设置于第二罐体的侧面、并沿切线方向连通至第二罐体 的内部，所述二次反应进水口与水泵的出水口之间设置有第二进水管。
所述絮凝沉降池包括设置于井场的岩屑池和浊水池，所述岩屑池与浊水池相邻的一 侧设置有至少一个连通口，所述岩屑池远离浊水池的一侧设置有进水坡道，所述岩屑池的底 面沿进水坡道至连通口的方向向下倾斜，所述浊水池的底部呈锥形，所述第一水泵的进水端 连通至浊水池内部，所述排水口与絮凝沉降池连通。
优选的，所述加药口通过加药管路与配药装置连接，所述配药装置包括第一配药罐 和第二配药罐，所述第一配药罐上顶部设置有清水进口和药物进口，所述第二配药罐设置于 第一配药罐的下方，所述第一配药罐内设置有混药搅拌器，所述第一配药罐和第二配药罐之 间设置有药液输送管，所述第二配药罐的侧壁设置有药液出口，所述药液出口与絮凝反应罐 的加药口连通。
优选的，所述药液出口与絮凝反应罐的加药口之间设置有二次回流管路，所述二次 回流管路包括第一球阀和第二球阀，所述第一球阀的输入端、第二球阀的输入端均连通至第 二配药罐的内部;所述第一球阀的输出端连接有第一柱塞计量泵，所述第一柱塞计量泵的输 出端并联有输出管路和第一回流管路，所述输出管路将第一柱塞计量泵的输出端与絮凝反应 罐的加药口连通，所述第一回流管路将所述第一柱塞计量泵的输出端与第二配药罐的内部连 通;所述第二球阀的输出端连接有第二柱塞计量泵，所述第二柱塞计量泵的输出端与第二配 药罐之间设置有第二回流管路，所述第二回流管路将第二柱塞计量泵的输出端与第二配药罐 内部连通。
优选的，所述井场设置有撬装体，所述撬装体为空心的箱体，所述絮凝反应罐、电 解气浮装置以及配药装置均设置于撬装体内部，所述撬装体底部设置有至少两个支撑立柱， 所述支撑立柱之间设置有横撑。
一种利用上述钻井废水循环处理装置处理钻井废水的方法，包括以下几个步骤：
a、通过给水口和加药口将钻井废水和混凝剂导入至第一罐体内，启动絮凝反应罐上的搅拌 装置对钻井废水和混凝剂进行搅拌混合，钻井废水与混凝剂的混合液通过中通管溢流至第二 罐体内，并通过设置于第二罐体侧面的出水口溢流至絮凝沉降池中;
b、液体在絮凝沉降池内静置12～16小时;
c、开启设置于絮凝沉淀池与中间池之间的连通阀，用第二水泵将中间池中的液体泵入至电 解气浮装置的污水区内;
d、启动脉冲电源，电解、并使污水物理沉降;
e、将净水区中的液体导入至絮凝反应罐中，将污水区中的液体回流至絮凝沉降池中静置 12～16小时后，开启设置于絮凝沉淀池与中间池之间的连通阀，将絮凝沉淀池的上层清液 导入中间池。本步骤中，通过加药口将混凝剂导入至第一罐体内，启动絮凝反应罐上的搅拌 装置对液体和混凝剂进行搅拌混合，液体与混凝剂的混合液通过中通管溢流至第二罐体内， 并通过设置于第二罐体侧面的出水口溢流至絮凝沉降池中;
优选的，步骤e以后，将中间池中液体回用于钻井施工;本步骤中，中间池中的液体经过沉 降和絮凝后，将絮凝沉淀池的上层清液回用于钻井施工，水质一定质量提升，可以回用于钻 井施工，作为冲洗等工作的水源。
优选的，在所述步骤a中，所述混凝剂包括以下质量比例的组分：聚丙烯酰胺0.01～ 0.12份、氢氧化钙或者氧化钙1～3份、硫酸铁或者硫酸亚铁2～4份。
上述组分是经过发明人长期大量实验得出，用于处理聚磺泥浆污水混凝效果好。氢 氧化钙或氧化钙可以为聚磺泥浆污水中的胶体提供絮凝晶核。氢氧化钙或氧化钙溶于水中， 硫酸铁或者硫酸亚铁的加入，提供的铁离子或亚铁离子与氢氧根结合形成氢氧化铁或氢氧化 亚铁胶体，可以有效地絮凝污水中的悬浮物。部分钙离子可以与聚磺泥浆中的磺酸基结合， 有效地使聚磺酸类物质絮凝，部分钙离子与硫酸根生产沉淀，形成新的絮凝晶核。加入聚丙 烯酰胺可以加速沉淀。采用本发明提供的处理聚磺泥浆污水的混凝剂处理聚磺泥浆污水，氢 氧化钙或者氧化钙溶于水之后释放出钙离子和氢氧根离子，氢氧根使pH升高，碱性环境能 够使得加入的铁离子或者亚铁离子生成氢氧化亚铁或者氢氧化铁胶体，部分钙离子与水中聚 磺盐结合生产沉淀或络合物，破坏钻井废水聚磺体系，从而有效地让钻井废水中聚磺体系转 性，与水分离。处理后的污水CODCr和色度去除率得到明显提高，辅助以电解气浮处理 后，通过两次投加混凝剂，CODCr去除率最高可达92%，最高色度去除率最高可达96%。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、通过将絮凝反应罐与设置于井场的絮凝沉降池和中间池连通构成水循环，协同储存水 体，减缓了絮凝反应罐体积过大时难以运输、难以搅拌均匀的缺陷，也减少了絮凝沉淀池所 需的容积，并且，钻井废水和絮凝剂组成的水体一直处于流动状态，提高了絮凝剂的溶解效 率，并经过若干次循环后达到预设平衡浓度，提高了微溶或难溶的絮凝剂的利用率，废水在 电解气浮装置内电解与物理沉降同时进行，大幅提高了净水效率，并且处理后的废水中极性 物质在电化学作用下改性，可以再次投加絮凝剂进一步去除有机物及色度，处理后的废水可 回用于钻井配浆用水，也可进行下一步深度处理至达标排放。
2、极大的减少钻井废水占地面积：井场在修建该处理方法必要的岩屑池、浊水池、 絮凝沉降池、中间池后，不需修较大容积的污水储存池，这将极大减少钻井作业的土地成 本。
3、减少清水使用量和钻井完后剩余废水量：目前钻井用水90%以上需要用清水，仅 约10%的钻井废水得到了循环使用，在一些缺水地区，这极大制约了钻井工作的开展，采用 该工艺处理钻井废水后，约90%的钻井废水得到了循环使用，仅需补充约10%的清水，极 大的减少了对清水的需求。同时在钻井完工后，剩余的废水仅为最后一个处理周期内钻井产 生的少量废水，经过处理后可拉至下一钻井现场做配浆用水，也可运输至集中污水处理站处 理达标后排放。