申请日2012.08.03
公开(公告)日2012.11.21
IPC分类号C02F1/52; C02F1/56; C02F103/10; C02F1/465; C02F9/06
摘要
本发明涉及一种钻井废水循环处理装置，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，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，所述排水口与絮凝沉淀池之间设置有出水管路，所述絮凝沉降池与给水口之间设置有水泵进水管，所述水泵进水管的一端与絮凝沉降池连通，所述水泵进水管的另一端与水泵的进水口连通，所述水泵的出水口与给水口通过第一进水管连通，通过将絮凝反应罐与设置于井场的絮凝沉降池之间连通构成水循环，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。
权利要求书
1.一种钻井废水循环处理装置，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)，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)，所述排水口(1c)与絮凝沉淀池之间设置有出水管路(4)，其特征在于：所述絮凝沉降池(3)与给水口(1a)之间设置有水泵(6)进水管，所述水泵(6)进水管的一端与絮凝沉降池(3)连通，所述水泵(6)进水管的另一端与水泵(6)的进水口连通，所述水泵(6)的出水口与给水口(1a)通过第一进水管(601)连通。
2.根据权利要求1所述的钻井废水循环处理装置，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。
3.根据权利要求2所述的钻井废水循环处理装置，其特征在于：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(6)的出水口之间设置有第二进水管(9)。
4.根据权利要求3所述的钻井废水循环处理装置，其特征在于：所述絮凝沉降池(3)与絮凝反应罐(1)之间设置有电解气浮装置(10)，所述电解气浮装置(10)包括壳体(101)，所述壳体(101)内设置有至少两个极板(102)，所述极板(102)与脉冲电源相连，所述极板(102)安装于壳体(101)中部，所述极板(102)底端与壳体(101)底部内壁之间留有间距，所述壳体(101)内极板(102)所在区域形成电解区(10a)，所述壳体(101)内位于电解区(10a)下方的间距区域为污水区(10b)，所述壳体(101)内位于电解区(10a)上方的区域为净水区(10c)，所述极板(102)与壳体(101)底面的夹角为55°～65°，所述脉冲电源的频率为20kHz～25kHz，所述污水区(10b)与絮凝沉降池(3)通过电解进水管(12)连通，所述净水区(10c)与絮凝反应罐(1)通过电解出水管(13)连通。
5.根据权利要求1至4中任一所述的钻井废水循环处理装置，其特征在于：所述水泵(6)的出水口与絮凝沉降池(3)之间设置有第三进水管(14)，所述第三进水管(14)的一端与水泵(6)的出水口连通，所述第三进水管(14)的另一端连通至所述絮凝沉降池(3)的底部。
6.根据权利要求5所述的钻井废水循环处理装置，其特征在于：所述第三进水管(14)与水泵(6)进水管分别设置于絮凝沉降池(3)内相对的两侧。
7.根据权利要求1至4中任一所述的钻井废水循环处理装置，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(15)和第二配药罐(16)，所述第一配药罐(15)上顶部设置有清水进口(15a)和药物进口(15b)，所述第二配药罐(16)设置于第一配药罐(15)的下方，所述第一配药罐(15)内设置有混药搅拌器(15c)，所述第一配药罐(15)和第二配药罐(16)之间设置有药液输送管(17)，所述第二配药罐(16)的侧壁设置有药液出口(16a)，所述药液出口(16a)与絮凝反应罐(1)的加药口(1b)连通。
8.根据权利要求7所述的钻井废水循环处理装置，其特征在于：所述药液出口(16a)与絮凝反应罐(1)的加药口(1b)之间设置有二次回流管路(18)，所述二次回流管路(18)包括第一球阀(19a)和第二球阀(19b)，所述第一球阀(19a)的输入端、第二球阀(19b)的输入端均连通至第二配药罐(16)的内部;所述第一球阀(19a)的输出端连接有第一柱塞计量泵(20a)，所述第一柱塞计量泵(20a)的输出端并联有输出管路(21)和第一回流管路(22a)，所述输出管路(21)将第一柱塞计量泵(20a)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(22a)将所述第一柱塞计量泵(20a)的输出端与第二配药罐(16)的内部连通;所述第二球阀(19b)的输出端连接有第二柱塞计量泵(20b)，所述第二柱塞计量泵(20b)的输出端与第二配药罐(16)之间设置有第二回流管路(22b)，所述第二回流管路(22b)将第二柱塞计量泵(20b)的输出端与第二配药罐(16)内部连通。
9.根据权利要求1至4中任一所述的钻井废水循环处理装置，其特征在于：所述井场设置有撬装体(23)，所述撬装体(23)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(23)内部，所述撬装体(23)底部设置有至少两个支撑立柱(24)，所述支撑立柱(24)之间设置有横撑(25)。
10.根据权利要求1至4中任一所述的钻井废水循环处理装置，其特征在于：所述絮凝沉降池(3)包括相邻的岩屑池(26)和浊水池(27)，所述岩屑池(26)与浊水池(27)相邻的一侧设置有至少两个连通口(28)，所述岩屑池(26)远离浊水池(27)的一侧设置有进水坡道(29)，所述岩屑池(26)的底面沿进水坡道(29)至连通口(28)的方向向下倾斜，所述浊水池(27)的底部呈锥形，所述水泵(6)进水管连通至浊水池(27)内部。
11.一种利用如权利要求4所述的钻井废水循环处理装置处理钻井废水的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
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;
液体在絮凝沉降池(3)内静置12～16小时;
用水泵(6)抽吸絮凝沉降池(3)中的液体通过电解进水管(12)泵入至电解气浮装置(10)的净水区(10c)内，并由电解出水管(13)回流入絮凝反应罐(1)中;
液体在絮凝沉降池(3)内静置12～16小时。
12.根据权利要求11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
一种钻井废水循环处理装置及利用该装置处理废水的方法
技术领域
本发明涉及一种钻井废水处理装置及方法，尤其是一种钻井废水循环处理 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：主要由加入无机处理添加剂铬酸盐引入的Cr6+,另外铬酸盐 木质磺酸盐也引入铬离子，其它重金属污染源还有Pb2+、Cd2+等离子。
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。
现有的利用絮凝法处理钻井废水的装置通常为设置有废水输入管路、配药 输入管路、输出管路以及搅拌装置的废水处理罐，钻井废水汇集入废水池以后， 由废水输入管路进入废水处理罐中与絮凝剂一起搅拌、絮凝以后，由输出管路 排出至沉降池进行自然沉降，其存在以下几个不足之处：
1、钻井废水需依次在废水池和废水处理罐中进行汇集和絮凝，通常需要 在施工现场设置大容积的废水池和废水处理罐，然而伴随废水处理池容积的增 大，施工难度和作业成本随之增加，如何既保证废水处理效率、又减少钻井废 水存储池占用土地多的问题一直是难以解决的问题。另外，在大容积的废水处 理罐内的液体流动性难以保证，对搅拌装置的性能要求很高。
2、经絮凝处理后的水体中含有较多的金属离子，若采用传统的投放化学 药剂的方式去除，不仅成本高、工序复杂，而且投入的化学药剂容易对水体造 成二次污染。
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，提供一种废水处理 效率高、并且占用土地少的一种钻井废水循环处理装置。
为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：一种钻井废水循环处 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， 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，所述排水口 与絮凝沉淀池之间设置有出水管路，所述絮凝沉降池与给水口之间设置有水泵 进水管，所述水泵进水管的一端与絮凝沉降池连通，所述水泵进水管的另一端 与水泵的进水口连通，所述水泵的出水口与给水口通过第一进水管连通。通过 将絮凝反应罐与设置于井场的絮凝沉降池之间连通构成水循环，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，避免了絮凝剂在水中微溶、或难溶时，絮凝反应不充分的情况，絮凝剂在 絮凝沉降池、以及絮凝反应罐中之间若干次循环后达到预设平衡浓度，最大限 度利用了微溶或难溶药品，极大减少了微溶或难溶药品的使用量。
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。
优选的，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。
优选的，所述絮凝沉降池与絮凝反应罐之间设置有电解气浮装置，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，所述污水区与 絮凝沉降池通过电解进水管连通，所述净水区与絮凝反应罐通过电解出水管连 通。
优选的，所述水泵的出水口与絮凝沉降池之间设置有第三进水管，所述第 三进水管的一端与水泵的出水口连通，所述第三进水管的另一端连通至所述絮 凝沉降池的底部。
优选的，所述第三进水管与水泵进水管分别设置于絮凝沉降池内相对的两 侧。
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。
优选的，所述絮凝沉降池包括相邻的岩屑池和浊水池，所述岩屑池与浊水 池相邻的一侧设置有至少两个连通口，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，所述水泵进水管连通至浊水池内部。
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、用水泵抽吸絮凝沉降池中的液体通过电解进水管泵入至电解气浮装置 的净水区内，并由电解出水管回流入絮凝反应罐中;
d、液体在絮凝沉降池内静置12～16小时。
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是pH升高，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，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，本发明的有益效果是：通过将絮凝反应罐与设置于井场 的絮凝沉降池之间连通构成水循环，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，避免了絮凝剂在水中微溶、 或难溶时，絮凝反应不充分的情况，絮凝剂在絮凝沉降池、以及絮凝反应罐中 之间若干次循环后达到预设平衡浓度，最大限度利用了微溶或难溶药品，极大 减少了微溶或难溶药品的使用量。