申请日2018.05.18
公开(公告)日2018.10.09
IPC分类号C02F9/04; C02F103/10; C02F101/20
摘要
本发明提供一种用于钻井废水的移动式水处理系统，设置在集装箱中，包括两个房间，分别是废水处理间和自控仪表间，两个房间均设置单独的门窗;废水处理间设置进水泵、主反应器、加药机和电机等主要设备;自控仪表间设置自控控制柜和监测仪表等辅助设备。其中，主反应器包括：废渣暂存区、预沉降区、第一除油区、碰撞沉降区、第二除油区、加药搅拌沉淀区、第一吸附区和第二吸附区。本发明涉及的移动式水处理系统及设备集重力除油、加药混凝沉淀、过滤和吸附作用于一身，流程简单，集成化程度特别高，占地面积小，自动化程度高，大幅度降低了污水处理系统的投资和运行费用，并且，还具有可移动性强、处理效果好、制备简单、价格低廉等特点。
翻译权利要求书
1.一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其特征在于：在集装箱内设置自控仪表间和废水处理间;
所述自控仪表间设有自控控制箱和监测仪表;
所述废水处理间设有主反应器、移动式自吸式污泥泵、加药机、电机和备用电机;
所述主反应器内设计为废渣暂存区、预沉降区、第一除油区、碰撞沉降区、第二除油区、加药搅拌沉淀区、第一吸附区和第二吸附区;
所述主反应器包括以下部分：溢流口、污泥抽吸泵、废渣排放管、排泥穿孔管、导流管、喇叭口、第一除油区下挡板a、第一浮子除油器、第一除油区上挡板a、碰撞沉降区填料、第二除油区下挡板b、第二浮子除油器、第二除油区上挡板b、双层搅拌器、第三浮子除油器、隔板a、第一吸附区填料、隔板b、第二吸附区填料、出水管、出水槽。
2.如权利要求1所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其特征在于：各部分的连接关系为，所述移动式自吸式污泥泵的出水口连接进水软管，进水软管连接导流管进入主反应器，导流管上设有喇叭口，排泥穿孔管连接污泥抽吸泵，污泥抽吸泵放置在废渣暂存区内，废渣暂存区内连接废渣排放管。
3.如权利要求1所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其特征在于：
所述废水处理间和自控仪表间尺寸为9800mm×2130mm，高度为2720mm;
所述废渣暂存区尺寸为1500mm×720mm，高度为2050mm;
所述预沉降去和碰撞沉降区的尺寸为1500mm×1500mm，高度为2050mm;
所述第一除油区和第二除油区的尺寸为500mm×1500mm，高度为2050mm;
所述加药搅拌沉淀区每个区的尺寸为500mm×500mm，高度为2050mm;
所述第一吸附区的尺寸为860╳1500mm，高度为2050mm;
所述第二吸附区的尺寸为620╳1500mm，高度为2050mm;
所述主反应器的尺寸为7100╳1500mm，高度为2050mm;
所述集装箱的尺寸为11800╳2130mm，高度为2720mm;
所述废水处理间尺寸和自控仪表间尺寸均为9800╳2130mm，高度为2720mm。
4.如权利要求1所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其特征在于：其排渣方式为，所述废渣排放管安装常闭阀门，所述废渣暂存区中安装污泥浓度监测仪表，将信号返回自控系统，达到设计数据时，自控系统报警，可人为排放所述废渣暂存区的废渣。
5.如权利要求4所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其特征在于：
所述导流管流速为0.6m/s;
所述喇叭口最大直径为所述导流管直径的1.5—2倍;
所述下挡板a高度为1550mm;
所述第一浮子除油器安装高度为1950mm;
所述上挡板a距底面高度为500mm;
所述下挡板b高度为1400mm;
所述第二浮子除油器安装高度为1800mm;
所述上挡板b距底面高度为500mm;
所述双层搅拌器搅拌直径为350mm;
所述第三浮子除油器安装高度为1650mm;
所述隔板a高度为1300mm;
所述隔板b距底面高度为500mm;
所述碰撞沉降区填料从上至下分别为纤维层、卵石层和不锈钢网支撑层，冲洗方式为逆向流冲洗方式，冲洗频次为1-2次/天，冲洗时间为20min;冲洗水压高程为30-40m;
所述第二吸附区填料由上至下分别为活性炭层和不锈钢格网支撑层;
所述活性炭层为颗粒活性炭，直径为2—5mm;
所述出水管流速为0.8m/s;
所述加药机和加药管为成套设备，添加药剂为胡敏素和聚合硫酸铁，添加量为胡敏素50—70mg/L、聚合硫酸铁为25—40mg/L。
6.如权利要求3所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其特征在于：所述纤维层采用PTT纤维纺织截留层，是主要采用PTT纤维作为原材料的一种截留材料，其制备过程如下：
(1)选择原材料：选用PTT纤维材料，要求断裂强力≥3.0cN，断裂强度≥1.8cN/dT，断裂伸长率≥15%。
(2)将原材料编织制作成纤维网状:网格尺寸为1—2mm。
(3)材料改性：①去离子水浸泡12h;②120℃烘干20min;③浸泡在改性剂中60min;④190—200℃焙烘10min;⑤100—120℃烘干20min。
所述原材料改性剂在水中的重量百分比组成为：含氟烷基丙烯酸酯约25%～30%，丙酮15%～20%,三聚氛胺树脂5%～10%，乙二醛树脂10%～15%，催化剂2%～3%。
7.如权利要求1所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其特征在于：所述第一吸附区填料由上至下分别为隔离纤维层、吸附剂层和不锈钢格网支撑层;
所述隔离纤维层采用PTT纤维纺织截留层，是主要采用PTT纤维作为原材料的一种截留材料，其制备过程如下：
(1)选择原材料：选用PTT纤维材料，要求断裂强力≥3.0cN，断裂强度≥1.8cN/dT，断裂伸长率≥15%。
(2)将原材料编织制作成纤维网状:网格尺寸为0.5—1mm。
(3)材料改性：①去离子水浸泡12h;②120℃烘干20min;③浸泡在改性剂中60min;④190—200℃焙烘10min;⑤100—120℃烘干20min;
所述原材料改性剂在水中的重量百分比组成为：含氟烷基丙烯酸酯约25%～30%，丙酮15%～20%,三聚氛胺树脂5%～10%，乙二醛树脂10%～15%，催化剂2%～3%。
8.如权利要求7所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其特征在于：所述吸附剂层采用表面附着土壤芽孢杆菌产胞外聚合物的褐煤，其制备过程如下：
(1)选取直径为5—8mm的褐煤颗粒，采用去离子水冲洗2—3遍;
(2)将土壤芽孢杆菌产胞外聚合物溶解至超纯水中，浓度为150mg/L，将褐煤颗粒浸泡在上述溶液中3—5d。
说明书
一种用于钻井废水的移动式水处理系统
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种用于钻井废水的移动式水处理系统。
背景技术
钻井废水产生于石油、天然气及地质钻探和修井作业过程中，由钻井液、地面水及雨水组成。如果不加以处理直接排放，将会给周围的生态环境带来很大的影响。钻井废水中含有大量的泥沙、油类物质、重金属污染物和各种化学处理剂，典型钻井废水水质指标及出水标准见图1。
目前，对于钻井废水的处理方法，有物理法、化学法和生物法等，主要存在以下几个问题：
(1)物理方法，即分离法和截留法，是钻井废水处理的常用方法之一，但是由于钻井废水中存在一定量的乳化油，其粒径通常在0.1—3μm之间，用传统的分离法很难将其处理掉，需要投加大量的混凝剂，极大地增加了企业的经济负担。而如果采用膜分离方法，会取得较好的处理效果，但膜极易受到污染，其再生和重复利用同样会增加企业的人力物力负担。
(2)混凝法，是处理钻井废水的一种常用的有效化学方法，但是由于钻井废水水质复杂，通常很少单独使用一种或一类絮凝剂，一般都是通过多种絮凝剂的复合使用来达到处理效果，而多种絮凝剂即意味着多套投加设备和具有丰富经验的工作人员，因此对企业也是增加了额外的经济负担，另外，混凝法对于溶解在水中的污染物去除能力有限，需要进一步的处理才能达到废水排放的要求。
(3)氧化法，是目前钻井废水的研究方向，其具有较好的处理效果，但是由于氧化剂的成本通常较高，反应设备相对复杂，副产物的产生难以处置，因此其的实际应用受到了一定的限制。
(4)生化法，由于钻井废水水质组成复杂而多样，污染物组成通常为钻屑、粘土、油类、钻井液添加剂、无机盐类以及重金属，其中无机物含量较高，稳定性和可生化性较差，因此，生物处理或单一的处理方法难以保证出水水质稳定达标。
(5)除此之外，钻井废水高度分散、周期短、流动性大、排放不连续，并且由于钻井方式、工艺以及地质的差异，钻井废水水质组成复杂而多样。因此，对钻井废水的处理，需要设备化、自控性程度非常高的工艺或设备，目前还没有工艺能够满足要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供种用于钻井废水的移动式水处理系统，具体技术方案如下：
一种用于钻井废水的移动式水处理系统，由集装箱内设置自控仪表间和废水处理间;
所述自控仪表间和废水处理间分别设有自控仪表间窗户、自控仪表间门和废水处理间窗户、废水处理间门;
所述自控仪表间设有自控控制箱和监测仪表;
所述废水处理间设有主反应器、移动式自吸式污泥泵、加药机、电机和备用电机;
所述主反应器内设计为废渣暂存区、预沉降区、第一除油区、碰撞沉降区、第二除油区、加药搅拌沉淀区、第一吸附区和第二吸附区;
进一步地，所述主反应器包括以下部分：溢流口、污泥抽吸泵、废渣排放管、排泥穿孔管、导流管、喇叭口、第一除油区下挡板a、第一浮子除油器、第一除油区上挡板a、碰撞沉降区填料、第二除油区下挡板b、第二浮子除油器、第二除油区上挡板b、双层搅拌器、第三浮子除油器、隔板a、第一吸附区填料、隔板b、第二吸附区填料、出水管、出水槽。
进一步地，所述移动式自吸式污泥泵的出水口连接进水软管，进水软管连接导流管进入主反应器，导流管上设有喇叭口，排泥穿孔管连接污泥抽吸泵，污泥抽吸泵放置在废渣暂存区内，废渣暂存区内连接废渣排放管;
运行时，将移动式自吸式污泥泵放置在现场暂存废水池中，废水进入移动式自吸式污泥泵进水口，通过所述移动式自吸式污泥泵提升，通过进水软管后进入所述主反应器内;
所述进水软管的流速为0.9—1.1m/s;
加药管连接加药机插接在主反应器内;
下挡板a和上挡板a内设置为第一除油区，第一除油区内设有第一浮子除油器;
上挡板a与下挡板b内设置为碰撞沉降区，碰撞沉降区内设置碰撞沉降区填料;
上挡板b与下挡板b内设置为第二除油区，第二除油区内设有第二浮子除油器;
所述加药搅拌沉淀区均匀设有三个区，每个区均设有双层搅拌器;
隔板a与隔板b内设置为第一吸附区，第一吸附区内设有第三浮子除油器和第一吸附区填料;
隔板b与加药机围成第二吸附区，第二吸附区内设有第二吸附区填料和出水槽，出水槽连出水管。
所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其优选方案为所述废水处理间尺寸为9800╳2130mm，高度为2720mm;
所述自控仪表间尺寸为9800╳2130mm，高度为2720mm;
所述废渣暂存区尺寸为1500╳720mm，高度为2050mm，内部设置污泥抽吸泵;
所述预沉降区的尺寸为1500╳1500mm，高度为2050mm，其作用是去除直径大于100μm的油类污染物以及水中的泥沙;油类污染物上浮经过下挡板a，与废水一同进入第一除油区;预沉降区的水力停留时间为9.5—10h;
所述第一除油区的尺寸为500╳1500mm，高度为2050mm，将直径大于100μm的油类污染物直接去除;
所述碰撞沉降区的尺寸为1500╳1500mm，高度为2050mm，内设的碰撞沉降区填料，其作用是通过设置疏油填料，使直径在40—100μm的油类污染物通过与填料的碰撞，形成大颗粒油污，然后进入第二除油区被去除;
所述第二除油区的尺寸为500╳1500mm，高度为2050mm，将直径为40—100μm的油类污染物碰撞后形成的大颗粒油类污染物直接去除;
所述加药搅拌沉淀区分为三个区，每个区的尺寸为500╳500mm，高度为2050mm，每个区均设置所述双层搅拌器，其为间歇运行，即加药的同时搅拌30min，然后沉淀30min;作用是加药后将直径小于40μm的油类污染物和部分重金属离子形成的沉淀去除;
所述第一吸附区的尺寸为860╳1500mm，高度为2050mm，作用是将直径小于40μm的油类污染物去除和通过吸附作用将大部分重金属离子去除;
所述第二吸附区的尺寸为620╳1500mm，高度为2050mm，作用是通过吸附将剩余重金属离子色度去除。
所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其优选方案为所述废渣排放管安装常闭阀门，所述废渣暂存区中安装污泥浓度监测仪表，将信号返回自控系统，达到设计数据时，自控系统报警，可人为排放所述废渣暂存区的废渣;
所述导流管流速为0.6m/s;
所述喇叭口最大直径为所述导流管直径的1.5—2倍;
所述下挡板a高度为1550mm;
所述第一浮子除油器安装高度为1950mm;
所述上挡板a距底面高度为500mm;
所述碰撞沉降区填料从上至下分别为纤维层、卵石层和不锈钢网支撑层。
所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其优选方案为所述纤维层采用PTT纤维纺织截留层，是主要采用PTT纤维作为原材料的一种截留材料，其制备过程如下：
(1)选择原材料：选用PTT纤维材料，要求断裂强力≥3.0cN，断裂强度≥1.8cN/dT，断裂伸长率≥15%。
(2)将原材料编织制作成纤维网状:网格尺寸为1—2mm。
(3)材料改性：①去离子水浸泡12h;②120℃烘干20min;③浸泡在改性剂中60min;④190—200℃焙烘10min;⑤100—120℃烘干20min。
冲洗方式为逆向流冲洗方式，冲洗频次为1-2次/天，冲洗时间为20min;冲洗水压高程为30-40m。
所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其优选方案为所述原材料改性剂在水中的重量百分比组成为：含氟烷基丙烯酸酯约25%～30%，丙酮15%～20%,三聚氛胺树脂5%～10%，乙二醛树脂10%～15%，催化剂2%～3%。
所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其优选方案为所述下挡板b高度为1400mm;
所述第二浮子除油器安装高度为1800mm;
所述上挡板b距底面高度为500mm;
所述双层搅拌器搅拌直径为350mm;
所述第三浮子除油器安装高度为1650mm;
所述隔板a高度为1300mm;
所述隔板b距底面高度为500mm。
所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其优选方案为所述第一吸附区填料由上至下分别为隔离纤维层、吸附剂层和不锈钢格网支撑层;
所述隔离纤维层采用PTT纤维纺织截留层，是主要采用PTT纤维作为原材料的一种截留材料，其制备过程如下：
(1)选择原材料：选用PTT纤维材料，要求断裂强力≥3.0cN，断裂强度≥1.8cN/dT，断裂伸长率≥15%。
(2)将原材料编织制作成纤维网状:网格尺寸为0.5—1mm。
(3)材料改性：①去离子水浸泡12h;②120℃烘干20min;③浸泡在改性剂中60min;④190—200℃焙烘10min;⑤100—120℃烘干20min;
所述原材料改性剂在水中的重量百分比组成为：含氟烷基丙烯酸酯约25%～30%，丙酮15%～20%,三聚氛胺树脂5%～10%，乙二醛树脂10%～15%，催化剂2%～3%;
所述吸附剂层采用表面附着土壤芽孢杆菌产胞外聚合物的褐煤，其制备过程如下：
(1)选取直径为5—8mm的褐煤颗粒，采用去离子水冲洗2—3遍;
(2)将土壤芽孢杆菌产胞外聚合物溶解至超纯水中，浓度为150mg/L，将褐煤颗粒浸泡在上述溶液中3—5d;
所述第二吸附区填料由上至下分别为活性炭层和不锈钢格网支撑层;
所述活性炭层为颗粒活性炭，直径为2—5mm;
所述出水管流速为0.8m/s;
所述加药机和加药管为成套设备，添加药剂为胡敏素和聚合硫酸铁，添加量为胡敏素50—70mg/L、聚合硫酸铁为25—40mg/L。
所述的一种用于钻井废水的移动式水处理系统，其优选方案为处理废水时，废水流经途径为移动式自吸式污泥泵-进水软管-导流管-喇叭口-预沉降区-第一除油区-碰撞沉降区-第二除油区-加药搅拌沉淀区-第一吸附区-第二吸附区-出水槽-进水软管。
本发明的有益效果：(1)采用集装箱形式，可随货车移动，可移动性和集成化程度特别高，特别适用于矿井废水，可随矿井队一同移动，变换至任何地点进行废水处理，具有占地面积小、利用率高，大大降低钻井企业对污水处理的投资费用;
(2)除油效果好：本发明采用三级除油系统，第一级充分利用油类污染物的特点去除直径较大的油污，第二级采用孔隙尺寸较大的PTT纤维，利用其疏油特性，利用碰撞原理，去除中间粒径的油污，第三级，投药后，将小粒径油污变成中、大颗粒油污，采用孔隙尺寸较小的PTT纤维，利用其疏油特性隔离油污，从而将油污去除;三级去除油污机制充分利用浮力、碰撞特性、投药、截留等功能逐步去除各级粒径的油污，具有投药量小，去除效果特别好的特点;
(3)重金属去除效果好：本发明采用三级去除重金属物质，一级为加药形成的少量沉淀，主要用于去除部分重金属和硫根离子，二级为表面附着土壤芽孢杆菌产胞外聚合物的褐煤，吸附去除大部分重金属物质，褐煤为一种常用的吸附剂，但土壤芽孢杆菌产胞外聚合物具有良好的重金属吸附性，极大地提高了褐煤的吸附效果，三级为活性炭吸附剂，能吸附去除剩余的重金属以及色度，因此，具有良好的重金属去除效果，并且投药量小，运行费用较低;
(4)工艺简单：本发明为一体化集成设备，采用物理化学方法，处理价格较氧化法低，较传统混凝沉淀法节约加药量，较生物法易控制和启停，特别适用于小型、零散分布的钻井企业产生的钻井废水，具有移动方便、启动快速、可随时启闭的特点;
(5)自动化程序高;本发明采用一体化集成设备，无需构筑物，节省投资和占地，配备自控系统，全部通过计算机的控制，无需人工，大大降低企业的运行成本。
因此采用此结构具有显著的经济效益。