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石油钻井废水处理

石油钻井废水处理
在石油开采的过程中,会产生大量的钻井废水。这些废水主要来源于废弃散落的泥浆、冲洗设备的动力用水、钻井过程中测试和作业产生的废水以及天然的降雨等。
其中含有大量的泥沙、油类物质、重金属污染物和各种化学处理剂。如果不加处理直接外排钻井废水,将会给周围的生态环境带来很大的影响。因此研究钻井废水的处理方法,减少钻井废水的危害,有很重要的意义。
为了实现钻井废水的无害处理,国内外都展开了许多相关研究。按照处理原理这些方法大体上分为以下几类:物理法,化学法,生物法,物理化学等方法。
1、物理法
物理法是指采用物理的手段除去废水中的固体物质,此法不会改污染物的化学性质。物理法大体上两大类,一种是基于离心力、重力或压力的分离法;另外一种是基于过滤介质的截留法。
(1)分离法。分离法指依靠废水中污染物的密度和水密度的差异,将泥沙、悬浮物和部分油类物质分离出来,可以达到初步除油或除掉悬浮物的目的。因此通常被用在钻井废水的预处理阶段或者混凝法之后,促进沉降。钻井废水经过分离预处理之后可以降低一级处理的成本,避免了在一级处理或深度处理时造成设备不能正常运行,而分离本身所需要的费用不高,因此常常被广泛采用。
(2)截留法。截留法是指利用有空隙率的介质进行过滤或者是半透膜进行渗透,从而将悬浮物中微小的颗粒和水分开。其中半透膜分离法在油水分离有着巨大的发展潜力,常常用在深度处理中。膜分离主要是作用于乳化油分离中,因为乳化油的粒径通常在0.1-3μm之间,用传统的分离法很难将其分开。膜分离不仅能去除污染物,还能起到回收物质的作用。但由于膜本身容易被污染,因此膜的再生性和重复利用成为了研究的关键。在超滤膜中加入了一种两亲性的梳状共聚物,不仅提高了超滤膜的重复利用率,而且也没有影响膜的分离能力。
2、化学法
主要通过添加化学物质来达到破坏废水稳定性从而分离出有害物质,回收有用物质的目的。常用的有混凝法,氧化法,酸化法等。
2.1 混凝法
混凝法是处理钻井废水的一种常用的有效化学方法。通过加入一定的絮凝剂,并在助凝剂的协助下,使得钻井废液中的悬浮物和胶体沉降下来,降低COD。混凝法应用的关键是絮凝剂的选用以及使用方法。絮凝剂按照化学成分可以分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类,其中无机絮凝剂又分为无机低分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂,有机絮凝剂又包括有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。无机絮凝剂中和电荷的能力比有机絮凝剂强,但是由于无机絮凝剂的分子链较短,吸附能力不及有机絮凝剂,因此在实际应用中,通常很少单独使用一种或者是一类絮凝剂,更多的是通过絮凝剂的复合使用来达到处理的目的。
通过对比单独的聚合氯化铝处理钻井废水以及聚合氯化铝和聚丙烯酰胺复合体系处理钻井废水的差异,得出复合体系处理废水的COD的去除率更高,且减少了药剂的用量。王德龙等选用了无机絮凝剂和有机高分子聚合物混合同时作为絮凝剂,经过两次絮凝后和氧化反应后,悬浮物和色度都达到了排放的国家标准。
2.2 氧化法
氧化法是通过各种氧化剂的作用,来达到降低钻井废液中有害物质的方法。氧化法常常作为一级处理的方法,用于提高混凝的效果,或者是用在混凝之后进一步的处理过程之中。在生物法处理前选用氧化处理,也可以有效的提高降解的速度。常用的氧化剂有臭氧、双氧水、二氧化氯等,但是这些氧化剂都有自身的缺陷,比如二氧化氯会造成废水体系中氯离子浓度的增加,臭氧对设备的要求较高,并且会产生有毒的副产物,如醛类物质等。因此复合氧化剂或者辅助其他方法的氧化成为发展的新趋势。
氧化法可以很好的弥补混凝处理的不足,特别是针对溶剂在水中的污染物氧化法有很好的效果。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,因此氧化法的应用受到了一定的限制。现在发展的新趋势是将混凝发、氧化法和生物法相结合,提高处理效率,降低处理成本。
2.3 酸化法
酸化法是预处理中应用最多的一种方法。?钻井废水中的泥浆处理剂通常是带有正电的,通过降低pH值,可以减少-COO-?和-SO3-?等维持泥浆稳定的负离子从而破坏泥浆的稳定性。同时电荷的改变也可以破坏粘土和油珠的稳定性。因此通过酸化作用可以除掉大部分的油类物质,破坏油水混合体系的稳定性,达到初步沉降的目的减少了一级处理剂的使用量,提高一级处理的有效性。由于酸化的过程是不可逆的,酸化后通常会加入CaO或NaOH类似的碱性物质,一方面可以调节体系的pH值,另外一方面也会产生混凝的效果。
3、生物法
3.1 微生物降解法
在钻井废水中加入好氧或厌氧微生物,这些微生物可以使有机物降解,废水由此得到净化。微生物降解特别适用海洋中的石油污染处理。在用生物法处理之前,应该先明确废水中的物质是否可以被这些微生物降解,而废水中是否有特定的物质会影响微生物的生长。
3.2 活性污泥法
活性污泥法是在富氧的条件下,污水中的好氧微生物会繁殖形成生物絮凝体和污水形成混合物,从而对废水中的有机物进行代谢。活性污泥法是生物法处理废水技术中最早出现的,和物理化学相比较有着许多优势。比如反应条件温和,成本低等。
4、物理化学法
常用的物理化学有吸附法、电解法、电气浮法等。
4.1 吸附法
吸附法主要是针对废水中难于用单纯的化学或者物理方法除去的有机化合物,常常需要一些具有吸附性能的材料对其进行分离去除。由于活性炭有较高的空隙率和表面积,常常被用做吸附材料。
4.2 电解法
电解法是通过反应物之间构成原电池,进行氧化还原反应从而对污染物进行处理的过程。在钻井废水的处理中应用最多的是铁屑/活性炭的电解法。铁作为阳极,碳作为阴极,铁和碳之间发生电化学反应生成高活性的氢原子和三价铁离子。这些高活性的物质和水中的污染物进行反应,从而达到去污的作用。在用电解技术处理污水之前,通常会用化学的方法对钻井废水进行一级处理。
4.3 电气浮
电气浮处理法主要是基于钻井废水具有一定的导电能力,运用电化学的方法来除去部分钻井废物。通过电解絮凝,电极产生气泡带动胶体颗粒浮到废水表面,从而得到清除。
5、总结
由于不同地区的钻井废水特点不同,成分含量有差异,在加之钻井废水本身成分复杂,稳定性高,因此很难用统一的方法或者是单独一种方法去处理。通常是不同的地区采用多种不同方法相结合,最终以期达到低成本,高效率的完成处理过程。

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