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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)保科技有限公司 天津300456）

石油作為當(dāng)今世界第一大能源，在人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的各個(gè)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(duì)象，采用隔油+破乳+絮凝沉淀+生化為主體的工藝對(duì)廢水進(jìn)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(jí)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(jì)和社會(huì)生活的各個(gè)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(yùn)輸、電力、機(jī)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(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的氣、固、液等廢棄物，對(duì)環(huán)境造成了很大的壓力，特別是油氣井鉆探過(guò)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(duì)象，采用隔油+破乳+絮凝沉淀+生化為主體的工藝對(duì)廢水進(jìn)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(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 鉆井巖屑廢水的來(lái)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(tái)石油開采、提煉過(guò)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?zèng)_洗用水，主要是鉆井過(guò)程中沖洗鉆井、機(jī)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(lái)源，因此，巖屑廢水含鹽量極高，Cl-濃度可達(dá)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(guò)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(jī)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(guò)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前國(guó)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(guò)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(guò)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(wú)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(yùn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被吸收、轉(zhuǎn)化合成為微生物體內(nèi)的有機(jī)成分或繁殖成新的微生物，其余部分被生物氧化分解成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)或有機(jī)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(lái)自天津渤海石油海上鉆井平臺(tái)，水樣外觀呈黑褐色，含有大量油類和懸浮物，廢水的各項(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(jì)出水應(yīng)滿足《天津市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/356-2008）二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 工藝流程圖（見圖1）

圖1 工藝流程圖

實(shí)驗(yàn)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(dá)1.8×105mg/L，污水首先進(jìn)行隔油處理，去除廢水中的懸浮油。隔油池出水進(jìn)入加熱裝置進(jìn)行破乳，使之油水分離，進(jìn)一步除掉廢水中乳化油。破乳后的水通過(guò)化學(xué)混凝沉淀去除COD和色度，再進(jìn)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(dá)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(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 鉆井巖屑廢水處理實(shí)驗(yàn)研究

2.1 隔油預(yù)處理

廢水首先進(jìn)入隔油單元除油類物質(zhì)。[4]在不同進(jìn)水水質(zhì)條件下監(jiān)測(cè)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(guò)簡(jiǎn)單提純后回收利用，出水中油類大部分為乳化油，需要通過(guò)后續(xù)處理加以去除。

2.2 加熱破乳

將廢水進(jìn)行水浴加熱，加熱到一定時(shí)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(shí)間（見表3）。

表3 鉆井廢水經(jīng)隔油處理后出水水質(zhì)

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，確定加熱破乳實(shí)驗(yàn)的溫度、加熱時(shí)間及靜置時(shí)間分別為60℃、30 min和10 min，此時(shí)出水油去除率可達(dá)99.5%，色度去除率約80%。

2.3 化學(xué)混凝

實(shí)驗(yàn)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(guò)大量實(shí)驗(yàn)確定了混凝反應(yīng)的最佳工藝參數(shù)。

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

靜置時(shí)間：20～30 min，實(shí)驗(yàn)時(shí)取30 min。

廢水進(jìn)水CODCr為9 980～12 357 mg/L時(shí)，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(zhǎng)狀況、測(cè)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(jìn)水濃度（即進(jìn)水為原水），此時(shí)馴化完成。

2.4.2 生化培養(yǎng)條件對(duì)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(jìn)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(cè)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(cè)，生化單元出水的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均可達(dá)《天津市污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/356-2008）中二級(jí)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行混凝；廢水CODCr和色度等指標(biāo)進(jìn)一步降低，進(jìn)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(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均可達(dá)《天津市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 12/356-2008）中的二級(jí)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(dá)標(biāo)，且成本相對(duì)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(shí)際意義。

4 建議

本文對(duì)鉆井廢水進(jìn)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(jìn)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(guò)不斷探索改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)裝置，以便于整套工藝的推廣和利用；在確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下改善各部分工藝條件，以便進(jìn)一步降低成本?！?/p>

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[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.

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2011-09-06