鉆井巖屑廢水處理新技術(shù)

代君 （天津市塘沽區(qū)鑫宇環(huán)?？萍加邢薰?天津300456）

鉆井巖屑廢水處理新技術(shù)

代君 （天津市塘沽區(qū)鑫宇環(huán)?？萍加邢薰?天津300456）

石油作為當(dāng)今世界第一大能源，在人類經(jīng)濟和社會生活的各個方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。以油田鉆井廢水為研究對象，采用隔油+破乳+絮凝沉淀+生化為主體的工藝對廢水進行處理，使得治理后出水滿足《天津市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/356-2008）二級標(biāo)準(zhǔn)。

巖屑廢水 破乳 絮凝 生化

1 背景

石油作為當(dāng)今世界第一大能源，在人類經(jīng)濟和社會生活的各個方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。[1]石油制品不但是交通運輸、電力、機械制造等工業(yè)的重要能源，也是石油化工、輕工、紡織和食品等工業(yè)所必需的原料。但在石油勘探開發(fā)過程中，會產(chǎn)生相應(yīng)的氣、固、液等廢棄物，對環(huán)境造成了很大的壓力，特別是油氣井鉆探過程中產(chǎn)生的大量鉆井廢水，已成為當(dāng)前最重要的水體污染源之一。[2]本文以油田鉆井廢水為研究對象，采用隔油+破乳+絮凝沉淀+生化為主體的工藝對廢水進行處理，使得治理后出水滿足《天津市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/356-2008）二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 鉆井巖屑廢水的來源及組成

鉆井巖屑廢水是鉆井廢水的一種，是海上石油平臺石油開采、提煉過程中產(chǎn)生的廢水，該廢水主要產(chǎn)生于鉆井初期，由以下幾部分組成：①沖洗用水，主要是鉆井過程中沖洗鉆井、機械設(shè)備和其他設(shè)備的巖屑而產(chǎn)生的廢水。由于海上作業(yè)沖洗水所用水多為海水，這部分廢水水量大，而且其中含有大量油類，是鉆井廢水的主要來源，因此，巖屑廢水含鹽量極高，Cl-濃度可達8 000～10 000 mg/L。②鉆井廢液，指鉆井作業(yè)中漏失的鉆井液。③油基泥漿，油基泥漿是油井開采過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，為一種含礦物油、酚類化合物及重金屬的復(fù)雜多相體系，其浸出液有較高毒性；鉆井廢液中的有機組分多為聚合物和高分子化合物，種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且污染組分隨采油情況的改變而變化。[3]④鉆井特種作業(yè)過程所產(chǎn)生的廢水，主要指酸化和固井作業(yè)產(chǎn)生的廢水。這部分廢水量小，但水質(zhì)復(fù)雜，富有酸化作業(yè)劑和固并劑。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢

目前國內(nèi)外鉆井廢水的處理方法按照原理的不同大體可歸結(jié)為5類，分別是物理處理法、化學(xué)處理法、物理化學(xué)處理法、生化處理法和復(fù)合處理法等。

鉆井廢水的物理處理法是通過物理作用分離和去除廢水中的不溶解懸浮物（主要去除廢水中的油類）的方法。根據(jù)物理作用的不同，物理處理法可以分為重力分離法、過濾法、離心分離法和膜分離法等。

化學(xué)法又稱藥劑法，是投加藥劑由化學(xué)作用將污水中的污染物成分轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使污水得到凈化的一種方法。常用的化學(xué)方法有鹽析法、酸化法和化學(xué)氧化法等。

物理化學(xué)處理法是運用物理和化學(xué)的綜合作用使廢水得到凈化的方法。常用的物理化學(xué)法包括吸附法、氣浮法、化學(xué)混凝、電化學(xué)法等。

生化處理法處理鉆井廢水是利用微生物使油的一部分作為營養(yǎng)物質(zhì)被吸收、轉(zhuǎn)化合成為微生物體內(nèi)的有機成分或繁殖成新的微生物，其余部分被生物氧化分解成簡單的無機或有機物質(zhì)如CO2、H2O、N2等，從而使廢水得到凈化。從氧化的形式上生物化學(xué)法又可分為活性污泥法、生物膜法和氧化塘法。

1.3 水質(zhì)分析

水樣來自天津渤海石油海上鉆井平臺，水樣外觀呈黑褐色，含有大量油類和懸浮物，廢水的各項水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 水質(zhì)指標(biāo)及排放標(biāo)準(zhǔn)

從表1可以看出。實驗用鉆井廢水色度高和含鹽量極高，BOD5/CODCr值較低，可生化性極差，設(shè)計出水應(yīng)滿足《天津市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/356-2008）二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 工藝流程圖（見圖1）

圖1 工藝流程圖

實驗工藝采用隔油預(yù)處理+加熱破乳+化學(xué)混凝+好氧生化處理組合工藝處理鉆井巖屑廢水。巖屑廢水油含量高達1.8×105mg/L，污水首先進行隔油處理，去除廢水中的懸浮油。隔油池出水進入加熱裝置進行破乳，使之油水分離，進一步除掉廢水中乳化油。破乳后的水通過化學(xué)混凝沉淀去除COD和色度，再進入生化處理單元。廢水先厭氧處理，再好氧處理，最終使出水能達標(biāo)排放，滿足《天津市污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/356-2008）二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 鉆井巖屑廢水處理實驗研究

2.1 隔油預(yù)處理

廢水首先進入隔油單元除油類物質(zhì)。[4]在不同進水水質(zhì)條件下監(jiān)測出水含油量和去除率，數(shù)據(jù)見表2。

表2 鉆井廢水經(jīng)隔油處理前后水質(zhì)

由此可見，裝置基本能將廢水中的懸浮油類全部去除，去除的油類可通過簡單提純后回收利用，出水中油類大部分為乳化油，需要通過后續(xù)處理加以去除。

2.2 加熱破乳

將廢水進行水浴加熱，加熱到一定時間后將廢水移入分液漏斗，使水相從分液漏斗閥流出，上層油相從漏斗上口倒出，記錄油水兩相的體積和色度等指標(biāo)，確定適宜加熱溫度及加熱時間（見表3）。

表3 鉆井廢水經(jīng)隔油處理后出水水質(zhì)

通過大量實驗，確定加熱破乳實驗的溫度、加熱時間及靜置時間分別為60℃、30 min和10 min，此時出水油去除率可達99.5%，色度去除率約80%。

2.3 化學(xué)混凝

實驗室采用絮凝劑聚合氯化鋁（PAC）和助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）。[5]通過大量實驗確定了混凝反應(yīng)的最佳工藝參數(shù)。

攪拌轉(zhuǎn)速和時間：快速（300 r/min），2～3 min；慢速（50 r/min），2～3 min。

靜置時間：20～30 min，實驗時取30 min。

廢水進水CODCr為9 980～12 357 mg/L時，PAC和PAM的最適投加量分別為0.6 g/L和1 mL/L。

混凝反應(yīng)前后廢水水質(zhì)變化情況見表4。

表4 混凝前后水質(zhì)變化

2.4 生化處理工藝

2.4.1 耐鹽除油微生物的馴化 向培養(yǎng)瓶中加入石油降解菌和一定量生活廢水污泥，然后按絮凝廢水∶生活廢水=1∶9比例加入一定量廢水到培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)馴化，定期觀察細(xì)菌生長狀況、測定SV，隔2～3天逐漸提高一次廢水濃度，即絮凝廢水∶生活廢水比例依次提高為1∶8、1∶7、1∶6，當(dāng)污泥SV在15～20，且污泥呈絮狀，不再改變進水濃度（即進水為原水），此時馴化完成。

2.4.2 生化培養(yǎng)條件對處理效果的影響和優(yōu)化 取適量經(jīng)馴化的污泥加入500 mL生化反應(yīng)瓶中，再加入300 mL絮凝處理后的廢水。將反應(yīng)瓶置于恒溫培養(yǎng)震蕩器中進行水解酸化反應(yīng)，改變各種培養(yǎng)條件如溫度、搖床轉(zhuǎn)速、廢水pH等測定分析處理效果，確定厭氧及好氧條件下培養(yǎng)的最佳條件。經(jīng)監(jiān)測，生化單元出水的各項水質(zhì)指標(biāo)均可達《天津市污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/356-2008）中二級標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

①鉆井廢水水質(zhì)水量變化大，水質(zhì)成分復(fù)雜，廢水懸浮物濃度和鹽度高，環(huán)境污染物質(zhì)負(fù)荷極高。

②實驗工藝采用隔油+加熱破乳+化學(xué)混凝+生化處理工藝處理鉆井巖屑廢水。隔油可去除廢水中大部分的懸浮油類，油后水中仍含有大量乳化油類，且色度極高，采用加熱的方法使其破乳，油水分離后再進行混凝；廢水CODCr和色度等指標(biāo)進一步降低，進行生化處理，廢水經(jīng)好氧處理后含油量、CODCr、色度等指標(biāo)均可得到一定程度的去除。

③廢水經(jīng)隔油預(yù)處理+加熱破乳+化學(xué)混凝+好氧生化處理組合工藝處理后，出水各項水質(zhì)指標(biāo)均可達《天津市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 12/356-2008）中的二級標(biāo)準(zhǔn)，該工藝處理鉆井廢水效果顯著，工藝合理，在較寬水質(zhì)范圍內(nèi)均可使出水達標(biāo)，且成本相對較低，便于操作，是治理鉆井廢水的適宜工藝，具有一定的理論和實際意義。

4 建議

本文對鉆井廢水進行了較深入的研究，提出了一套治理鉆井廢水的工藝。今后還需要完善以下方面的工作：在化學(xué)混凝階段分析聚合類絮凝劑（如聚硅酸鋁鐵）以及其他高效絮凝劑，進一步優(yōu)化混凝反應(yīng)效果；研究工藝的一體化裝置，并通過不斷探索改進和完善實驗裝置，以便于整套工藝的推廣和利用；在確保出水水質(zhì)達標(biāo)的前提下改善各部分工藝條件，以便進一步降低成本?！?/p>

[1]沈齊英．含油廢水處理概況[J]．北京石油化工學(xué)院學(xué)報，2006，14（3）：34-38．

[2]李秋紅，婁世松，趙杉林，等．含油廢水的除油技術(shù)研究[J].化工科技，2008,16（5）：24-28．

[3]啟賢，陸正禹.油田廢水處理綜述 [J].工業(yè)水處理，2001 ，2l（8）：l-4.

[4]曹建樹，李衛(wèi)清.新型波紋板油水分離器的應(yīng)用研究[J].流體機械，2005，33（9）：1-3．

[5]李凡修，肖遙.含油污泥混凝處理試驗研究[J].石油與天然氣化工，2000，29（4）：211-213．

2011-09-06