專利名稱：去除油田鉆井廢水中有機(jī)成分的工藝與裝置的制作方法
油田鉆井廢水是在石油鉆井過程中產(chǎn)生的廢水，該廢水含有鉆井過程中人為加入的有不同用途的有機(jī)高分子鉆井液添加劑，同時(shí)也含少量的石油及其它成分。一般來說，使用馴化后的微生物，石油可以通過生物處理方法得到比較有效的去除，但人為添加的有機(jī)高分子鉆井液添加劑因分子量大成分復(fù)雜而難被生物降解。
石油鉆井液有機(jī)處理劑主要由有機(jī)高分子化合物組成，分子量從幾千至幾百萬不等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，品種繁多，在安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)和快速鉆井中發(fā)揮了不同的重要作用。烷基磺酸鹽和烷基苯磺酸鹽系列作為泡沫劑或乳化劑聚丙烯酸鹽、聚丙烯腈鹽和硝基腐殖酸鹽系列可作為降濾失劑；單寧酸鹽和鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽可作為稀釋劑等都在石油鉆井過程中發(fā)揮了各種不同用途的作用。近年來，為避免重金屬污染，鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽已由不含重金屬離子的化合物取代。目前國內(nèi)外在油田鉆井廢水的處理中除采用直接填埋、坑內(nèi)密封和脫穩(wěn)干化等方法外，主要采取如下方法1.閉合回路處理系統(tǒng)主要包括絮凝、脫水、控制和固控4個(gè)單元。使處理后的水可以回用，脫出的固相含水率低，可用作鋪路。2.固化這種方法是近年來普遍使用的方法，分為高強(qiáng)度固化和摻合固化。前者在鉆井廢液中加入固化劑，使其轉(zhuǎn)化成強(qiáng)度很高的固體，用作建筑材料。后者加入磷石膏等膠結(jié)材料，使其轉(zhuǎn)化為類似土壤的固體。3.化學(xué)強(qiáng)化固液分離主要加入某種化學(xué)藥劑進(jìn)行化學(xué)脫穩(wěn)、絮凝處理后進(jìn)行機(jī)械固液分離。盡管上述提到的方法在油田鉆井廢液的處理中從不同角度發(fā)揮了一定的作用，但總的來看都存在著造價(jià)高、操作復(fù)雜和處理后的廢水難以達(dá)標(biāo)排放等缺點(diǎn)。
為了提高油田鉆井廢水中有機(jī)物的處理效率并使處理后的廢水達(dá)標(biāo)排放，本發(fā)明申請者選取了2種陸地和1種海上油田鉆井廢水作為研究對象，首先用活性污泥、厭氧好氧組合以及酵母菌等生物方法對海上油田鉆井廢水的處理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在不同時(shí)間內(nèi)廢水中有機(jī)物的去除率(以總有機(jī)碳(TOC)表示)只能達(dá)到10～40％左右(表1)。在經(jīng)過反復(fù)的探索性研究實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，用鹽酸將海上油田鉆井廢水的pH值調(diào)節(jié)至2到6時(shí)有沉淀產(chǎn)生，再用聚合氯化鐵(40mg/L Fe3+)進(jìn)行絮凝后發(fā)現(xiàn)，在pH從3到5時(shí)，海上油田鉆井廢水TOC的去除率達(dá)到80％以上(表2)。將2種陸地油田鉆井廢水的pH調(diào)節(jié)到3后，再加入40mgLFe3+的聚合氯化鐵絮凝劑進(jìn)行絮凝，使廢水中TOC的去除率分別達(dá)到66.5％和92.7％(表3)。最后采用24小時(shí)活性污泥處理、調(diào)節(jié)pH至5和加入聚合氯化鐵絮凝劑(40mg/LFe3+)的集成組合方法對海上油田鉆井廢水處理的研究結(jié)果表明，可使廢水中TOC的去除率達(dá)到94.3％(表4)，處理后的油田鉆井廢水能夠達(dá)標(biāo)排放。為了更進(jìn)一步證明油田鉆井添加劑能夠通過調(diào)節(jié)pH和加入聚合氯化鐵絮凝劑的方法從水中得到有效去除，本發(fā)明申請者分別選取了聚丙烯酸鹽、聚丙烯晴銨和鉀鹽、硝基腐植酸鉀和磺甲基化酚醛樹脂5種鉆井過程中常用的添加劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)pH至3后，水中上述5種添加劑的去除率為80～100％(表5)。
另外，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，有機(jī)高分子鉆井液添加劑在降低pH至2到6時(shí)發(fā)生沉淀，但通過加堿調(diào)pH至堿性后析出的有機(jī)高分子鉆井液添加劑能夠重新溶解。經(jīng)過大量的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是許多有機(jī)高分子鉆井液添加劑是各種不同的高分子有機(jī)弱酸鹽，它們在pH(8～9)偏堿性時(shí)，穩(wěn)定成以鹽的形式溶解于水中。但當(dāng)水中pH降低至偏酸性時(shí)，這些高分子有機(jī)弱酸鹽變成高分子有機(jī)弱酸而發(fā)生失穩(wěn)從水中析出。發(fā)生失穩(wěn)的pH因有機(jī)酸鹽的濃度和種類不同而異，但總的來說pH越低越容易產(chǎn)生失穩(wěn)，從水中析出的部分越多。但當(dāng)pH降低至2以下時(shí)，高分子有機(jī)弱酸鹽的去除率已無明顯變化，因此，比較適宜的pH范圍為2～6，最佳范圍為3～5。本發(fā)明一方面可以通過生物處理、調(diào)節(jié)pH和加入鐵系列無機(jī)絮凝劑的流程高效去除油田鉆井廢水中的有機(jī)物，另外一方面對固液分離得到的大量有機(jī)高分子添加劑沉淀物，通過加堿提高其pH，使高分子有機(jī)酸生成溶解于水的有機(jī)酸鹽，從而回收或回用油田鉆井添加劑。隨著pH的上升，鉆井液添加劑的回收率逐步提高，但當(dāng)pH升高到10以上時(shí)，回收率已無明顯變化。因此，溶解回收添加劑的適宜pH范圍為7.5～10，最佳范圍為8～9。這樣可在一定程度上提高油田鉆井廢水處理的經(jīng)濟(jì)效益。
綜上所述，本發(fā)明是一項(xiàng)采用生物處理、調(diào)節(jié)pH和加入鐵系列無機(jī)絮凝劑處理油田鉆井廢水的集成組合工藝與裝置，在解決油田鉆井廢水處理并使之達(dá)標(biāo)排放方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
表1好氧活性污泥對去除海上油田鉆井廢水中有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(活性污泥濃度0.4g/L，溫度25℃)時(shí)間(h)0 8 24 32 48TOC(mg/L) 10575 70 65 65TOC去除率(％) 0.028.633.338.138.1表2不同pH和加入絮凝劑后對去除海上油田鉆井廢水中有機(jī)物的效果(原水TOC 105mg/L，pH 8.4，加入40mg/L Fe3+的聚合氯化鐵絮凝劑)pH 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0TOC(mg/L) 45 50 65 85 100TOC去除率(％) 57.152.438.119.04.8絮凝后TOC(mg/L)45 20 20 15 35TOC去除率(％) 57.181.081.085.766.7表3調(diào)pH為3和加入絮凝劑后對去除2種陸地油田鉆井廢水中有機(jī)物的效果(加入40mg/L Fe3+的聚合氯化鐵絮凝劑)原水pH3 加入絮凝劑 TOC去除率(％)1號水樣TOC(mg/L) 2900460 21192.72號水樣TOC(mg/L) 1850980 62066.5表4活性污泥、調(diào)pH至5和加入絮凝劑對去除海上油田鉆井廢水有機(jī)物的效果(活性污泥濃度0.8g/L，加入40mg/L Fe3+的聚合氯化鐵絮凝劑)原水 24h活性污 pH5.0 加入絮凝劑 TOC去除泥處理率(％)TOC(mg/L)105 8054 694.3表5調(diào)pH為3對去除各種鉆井液有機(jī)添加劑的效果聚丙烯腈 聚丙烯腈聚丙烯磺化樹脂硝基腐鉀鹽 銨鹽 酸鹽 殖酸鉀TOC(mg/L)7721 68 58 17(pH 6～7)TOC(mg/L)152 13 3 0(pH 3.0)TOC去除率80.5 90.5 80.9 94.8 100.0(％)
附圖
顯示本發(fā)明的實(shí)施方案實(shí)例之一，但不局限于附圖。油田鉆井廢水主要經(jīng)過四個(gè)處理流程進(jìn)行(1)首先采用活性污泥、厭氧好氧組合以及酵母菌等生物處理方法主要對油田鉆井廢水中成分復(fù)雜的石油等有機(jī)物進(jìn)行降解。此生物處理階段可根據(jù)有機(jī)物濃度和生物可降解性等實(shí)際情況，選用多級生物處理或各種生物處理技術(shù)組合進(jìn)行。此生物處理階段也可以在降低pH使鉆井液添加劑析出，加入鐵系列無機(jī)絮凝劑進(jìn)行固液分離后再進(jìn)行。(2)調(diào)節(jié)廢水中的pH至2到6，使有機(jī)高分子鉆井液添加劑形成沉淀，以便進(jìn)行后續(xù)的固液分離?！?〕加入5～500mg/L Fe3+的鐵系列無機(jī)絮凝劑，通過攪拌使之與難溶解于水的高分子有機(jī)酸充分發(fā)生物理反應(yīng)。(4)在絮凝劑的作用下，使難溶解于水的高分子有機(jī)酸迅速發(fā)生絮凝沉淀，實(shí)現(xiàn)固液分離，使油田鉆井廢水中的有機(jī)物得到高效去除并做到達(dá)標(biāo)排放。另外，為了提高處理效率，還可以在降低pH使鉆井液添加劑析出后首先進(jìn)行一步固液分離，然后加入鐵系列無機(jī)絮凝劑并將pH調(diào)節(jié)到比較適合混凝沉淀的范圍進(jìn)行第2次固液分離。使用的無機(jī)絮凝劑可以是聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵或聚合硅酸鐵，但不能使用鋁系列絮凝劑。固液分離手段既可以采用沉淀池，也可以采用汽浮池、膜分離設(shè)備或離心設(shè)備等不限。
權(quán)利要求
1.用酸調(diào)節(jié)油田鉆井廢水的pH值到2到6范圍內(nèi)，使廢水中的大部分有機(jī)高分子鉆井液添加劑形成沉淀后，以固體形式從水中析出為特征的去除油田鉆井廢水中有機(jī)成分的方法。
2.在權(quán)利要求第1項(xiàng)記載的方法后，加入鐵鹽系列無機(jī)絮凝劑以促進(jìn)固液分離的從油田鉆井廢水中去除有機(jī)成分的方法。
3.在權(quán)利要求第1和2項(xiàng)記載的方法后，將固液分離后得到的固體有機(jī)高分子鉆井液添加劑通過加堿提高pH的方法進(jìn)行溶解回收鉆井液添加劑的方法。
4.在權(quán)利要求第1和2項(xiàng)記載的方法中，在調(diào)節(jié)pH進(jìn)行固液分離的前端或后端配套使用一級以上的生物處理方法，以提高油田鉆井廢水中石油等有機(jī)成分的去除效率。
5.在權(quán)利要求第4項(xiàng)記載的方法中，至少有一級生物處理使用酵母菌去除油田鉆井廢水中有機(jī)物的方法。
6.以用來調(diào)節(jié)油田鉆井廢水pH以析出有機(jī)高分子鉆井液添加劑的反應(yīng)池；用在pH調(diào)節(jié)反應(yīng)池的調(diào)節(jié)pH的設(shè)備；用來分離從廢水中析出的以有機(jī)高分子鉆井液添加劑為主有機(jī)成分的固液分離設(shè)備；和用來去除鉆井廢水中可生物降解有機(jī)成分的生物處理設(shè)備構(gòu)成為特征的去除油田鉆井廢水中有機(jī)成分的處理裝置。
全文摘要
本發(fā)明采用活性污泥、厭氧和酵母菌處理法等生物處理方法或?qū)⑸鲜錾锾幚矸ㄟM(jìn)行不同組合的處理法,與pH調(diào)節(jié)和混凝后固液分離等化學(xué)物理方法配套的集成組合工藝與裝置對油田鉆井廢水進(jìn)行處理,一方面可使油田鉆井廢水中有機(jī)物(以總有機(jī)碳為指標(biāo))的去除率高達(dá)90%以上,處理后的廢水能夠達(dá)標(biāo)排放。另一方面可以使油田廢鉆井液添加劑得到回收或回用。在解決油田鉆井廢水處理這一科研難題方面具有重要的應(yīng)用前景和價(jià)值。
文檔編號C02F1/54GK1243102SQ9910772
公開日2000年2月2日 申請日期1999年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月26日
發(fā)明者閻海, 楊敏, 汪嚴(yán)明, 鄭少奎, 張昱 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心