申请日2021.08.03
公开日期2021.11.19
IPC分类C02F9/06;C02F103/10
摘要
本发明的目的在于提供一种油气田钻井废水提标外排处理方法及系统，属于油气田废水环保处理技术领域。其通过混凝沉淀、两级精密过滤预处理分离、臭氧催化氧化和多维电催化氧化等物理、机械、化学及电化学等多种手段有机结合，稳定深度去除钻井废水中COD、BOD5、氨氮和总磷等基本控制项目指标，使钻井废水水质既能满足《污水综合排放标准》（8978‑1996）的一级标准的要求，也能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（18918‑2002）的一级标准中A类标准的要求，实现了油气田钻井废水高标准稳定处理、产水提标外排安全处置，是一种经济、高效的钻井废水提标外排处理的新技术、新方法。
权利要求
1.一种油气田钻井废水提标外排处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）混凝沉淀处理：在油气田钻井废水混凝沉淀反应罐中加入pH调节剂、混凝剂、沉淀剂和絮凝剂，搅拌使其混合混匀，再进行固液分离以去除大颗粒悬浮物、大分子有机物、石油类、硫化物、磷酸根、钙镁结垢型离子等污染物；
（2）两级精密过滤：将经步骤（1）处理后的清液逐级通过锰砂过滤器、保安过滤器进行两级精密过滤处理，分离去除废水中的微小颗粒悬浮物、溶解性锰、亚铁离子等杂质；
（3）臭氧催化氧化：将经步骤（2）处理后的清液泵入臭氧催化反应器中，调节一定流量控制臭氧接触氧化反应时间，以深度降解分离去除废水中低分子有机污染物；
（4）多维电催化氧化：将步骤（3）处理后的清液泵入多维电催化反应器中，调节控制电催化氧化工艺参数，降解矿化小分子有机物、氨氮、BOD5等确保废水提标处理，实现安全排放处置。
2.根据权利要求1所述的废水提标外排处理方法，其特征在于，所述混凝剂由凝聚剂和助凝剂组分组成，其中，凝聚剂组分的使用量为5kg/m3～20kg/m3；助凝剂组分的使用量为2kg/m3～8kg/m3；
所述沉淀剂组分的使用量为2kg/m3～10kg/m3，絮凝剂组分的使用量为5L/m3～10L/m3。
3.根据权利要求2所述的废水提标外排处理方法，其特征在于，所述凝聚剂为质量分数为20%～30%的聚合硫酸铁、聚合硅酸氯化铝铁和硫酸铝溶液的任一种或两种的复合物，助凝剂为生石灰。
4.根据权利要求1所述的废水提标外排处理方法，其特征在于，所述沉淀剂组分为碳酸钠和碳酸氢钠中的任一种或两种任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的废水提标外排处理方法，其特征在于，所述絮凝剂为质量分数为0.05%～0.1%的阳离子聚丙烯酰胺溶液。
6.根据权利要求1所述的废水提标外排处理方法，其特征在于，所述锰砂过滤器所用滤料为锰砂作填料，锰砂中锰含量（以MnO2计）质量分数不低于35%；保安过滤器的过滤精度为5μm。
7.根据权利要求1所述的废水提标外排处理方法，其特征在于，所述臭氧催化反应器为生成气泡为5μm～200nm的微纳米臭氧催化反应器，臭氧反应浓度为100g/m3～400g/m3，进水pH为7～8，反应时间为30min～60min。
8.根据权利要求1所述的废水提标外排处理方法，其特征在于，所述多维电催化反应器的电压为6V，电流为16A，反应时间为10min～60min。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的油气田钻井废水提标外排处理方法所需的油气田钻井废水提标外排处理系统，其特征在于，包括依次串联的混凝沉淀处理模块、精密过滤处理模块、臭氧氧化处理模块和多维电催化氧化模块；
所述混凝沉淀处理模块包括混凝沉淀反应罐，精密过滤处理模块包括锰砂过滤器和保安过滤器，臭氧氧化处理模块包括臭氧发生器和与臭氧发生器连接的臭氧催化反应器，多维电催化氧化模块包括多维电催化氧化反应器。
10.根据权利要求9所述的油气田钻井废水提标外排处理系统，其特征在于：所述混凝沉淀处理模块还包括第一撬座，第一撬座上安装有混凝沉淀反应罐和设置在混凝沉淀反应罐一侧的废水输送泵，混凝沉淀反应罐顶部安装有加药装置和搅拌器；
所述精密过滤处理模块包括第二撬座，锰砂过滤器和保安过滤器均安装在第二撬座上；
所述臭氧氧化处理模块包括第三撬座，臭氧发生器和与臭氧发生器连接的臭氧催化反应器均安装在第三撬座上；
所述多维电催化氧化模块包括第四撬座，多维电催化氧化反应器安装在第四撬座上。
说明书
一种油气田钻井废水提标外排处理方法及系统
技术领域
本发明属于油气田废水环保处理技术领域，具体涉及一种油气田钻井废水提标外排处理方法及系统。
背景技术
石油天然气行业常规和非常规油气勘探开发采用水基钻井液实施钻井工程而产生的钻井废水，是一种井位分散、水量相对较多，污染物成分复杂、含量高且难处理的油气田高浓度难降解有机废水。此类废水的污染特点是污染物种类多、含量高、胶体体系稳定、均质性差，其均质性随着井深、钻井液体系和储层地质岩性不同差异较大。钻井废水中主要含有机物、悬浮物、石油类、氨氮、磷酸盐、重金属盐、有机酚、硫化物和氯化物等污染物，是一种稳定的胶体体系。钻井废水若不采用高端的、先进的达标、提标等绿色环保技术处理，则无法实现稳定外排方式安全处置，既影响油气田开发属地周边生态环境安全，又严重制约油气勘探开发钻井工程的绿色安全施工。为此，许多研究人员都进行了努力和探索。
中国专利CN101190822B公开了一种用于高深井钻井污水处理工艺，其采用以混凝沉淀-一级氧化-生物处理-二级氧化为主体的处理工艺，并辅助以固液分离、酸碱调节及二级氧化后的深度处理工艺，该工艺需要进行生物培养驯化，存在处理步骤复杂，反应时间长的缺陷。
中国专利CN102295359B公开了一种深井聚磺泥浆钻井废水的处理方法，其采用了混凝-二次絮凝-活性炭吸附-氯酸盐氧化联合工艺，处理川东北和川西酸性气田深井超深井聚磺泥浆钻井废水，产水水质主要控制指标可达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的1级标准，实现了钻井废水达标处理和外排安全处置。但对BOD5、氨氮、总磷的分离去除效果未作报道，而且采用活性炭吸附和无机氯酸盐氧化，存在着活性炭再生困难、药剂用量大和运行成本偏高等不足。
中国专利CN104045193A公开了一种快速有效降低油田钻完井废水COD的处理方法，废水经破胶、混凝、过滤处理后的钻完井废水进行铁碳微电解-芬顿氧化-活性炭吸附-氧化剂氧化(氧化剂包括高锰酸钾、次氯酸钠、漂白粉、过硫酸铵和过氧化钙)，如出水不合格，再进行一轮微电解-氧化-吸附-氧化过程处理。中国专利CN102992535A公开了一种石油天然气钻井废水现场达标处理方法，该方法是将废水混凝后，进行固液分离，再将分离后的废水进行铁碳微电解处理，最后进行高浓度臭氧氧化处理。中国专利CN100450944C公开了一种钻井废水处理方法，采用混凝-微电解-氧化除铁-活性炭吸附过滤-反渗透除氯措施，使废水处理达标排放或回用。以上公开的三种方法均存在着药剂加量大，操作工艺过于复杂、装备投资和占地面积大等问题。
中国专利CN103288249A公布了一种钻井废水电解催化氧化和电絮凝处理工艺及装置，该工艺是废水先电催化氧化再进行电絮凝。该工艺存在问题是废水中大分子有机物等降解主要发生在电催化氧化反应器中，电絮凝仅仅起到絮凝分离电催化氧化反应后的小分子有机物及机械杂质等，而不能直接絮凝分离原钻井废水中的大中分子有机物，其处理成本较高。
中国专利CN202594898U公开了一种钻井污水电化学处理装置，该装置主要由加药、电絮凝、污水分离和电催化氧化设备组成。该发明装置能有效降低钻井污水中的BOD5、色度和悬浮物含量，但钻井废水处理后其主要污染物COD控制指标不容易稳定达到达标排放的数值。
可见，目前油气田钻井废水已报道的处理技术中，在处理工艺方面存在着流程长、工艺繁杂、部分单元工艺反应时间长、药剂加量大和设备投资高等缺陷；在处理效果方面依然参照《污水综合排放标准》（GB8978-1996），仅关注基本控制项目COD指标，而对其它控制项目如BOD5、总氮、氨氮和总磷等指标达标情况报道极少。同时基本控制项目COD指标也不能稳定达到GB8978-1996的一级标准。随着十四五期间，国家生态文明建设对环保的高标准要求及高密度的生态环保巡视督察，石油天然气行业对油气田污水的零排放和回用等提标处理技术需求日益紧迫，要求该行业废水达标外排处理时，产水执行国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级标准的A标准技术要求，现有的油气田钻井污水处理技术受到严重挑战，已远不能满足国家对生态环境保护的高标准要求，亟需技术先进、流程简短、工艺简单、减少处理过程二次污染和运行成本合理的绿色环保治理新工艺、新方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油气田钻井废水提标外排处理方法，其通过混凝沉淀、两级精密过滤预处理分离、臭氧催化氧化和多维电催化氧化等物理、机械、化学及电化学等多种手段有机结合，稳定深度去除钻井废水中COD、B0D5、氨氮和总磷等基本控制项目指标，协同构建一种钻井废水水质既能达标处理满足《污水综合排放标准》（8978-1996）的一级标准，也能提标处理满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（18918-2002）的一级标准中A类标准的新技术、新方法，技术先进、流程简短、工艺简单、药剂用量少，成本低廉。
本发明的另一个目的在于提供一种利用上述钻井废水提标外排处理方法所需的油气田钻井废水提标外排处理系统，包括依次串联的混凝沉淀处理模块、精密过滤处理模块、臭氧氧化处理模块和多维电催化氧化模块，油气田钻井废水依次通过上述模块，稳定深度去除钻井废水中COD、B0D5、氨氮和总磷等基本控制项目指标，处理后的水质既能满足《污水综合排放标准》（8978-1996）的一级标准的要求，也能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（18918-2002）的一级标准中A类标准的要求，结构简单，操作方便，成本低廉。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种油气田钻井废水提标外排处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）混凝沉淀处理：在油气田钻井废水混凝沉淀反应罐中加入pH调节剂、混凝剂、沉淀剂和絮凝剂，搅拌使其混合混匀，再进行固液分离以去除大颗粒悬浮物、大分子有机物、石油类、硫化物、磷酸根、钙镁结垢型离子等污染物；
（2）两级精密过滤：将经步骤（1）处理后的清液逐级通过锰砂过滤器、保安过滤器进行两级精密过滤处理，分离去除废水中的微小颗粒悬浮物、溶解性锰、亚铁离子等杂质；
（3）臭氧催化氧化：将经步骤（2）处理后的清液泵入臭氧催化反应器中，调节一定流量控制臭氧接触氧化反应时间，以深度降解分离去除废水中低分子有机污染物；
（4）多维电催化氧化：将步骤（3）处理后的清液泵入多维电催化反应器中，调节控制电催化氧化工艺参数，降解矿化小分子有机物、氨氮、B0D5等确保废水提标处理，实现安全排放处置。
作为本发明的一种改进，所述混凝剂由凝聚剂和助凝剂组分组成，其中，凝聚剂组分的使用量为5kg/m3～20kg/m3；助凝剂组分的使用量为2kg/m3～8kg/m3；
所述沉淀剂组分的使用量为2kg/m3～10kg/m3，絮凝剂组分的使用量为5L/m3～10L/m3。
作为本发明的一种改进，所述凝聚剂为质量分数为20%～30%的聚合硫酸铁、聚合硅酸氯化铝铁和硫酸铝溶液的任一种或两种的复合物，助凝剂为生石灰。
作为本发明的一种改进，所述沉淀剂组分为碳酸钠和碳酸氢钠中的任一种或两种任意比例的混合物。
作为本发明的一种改进，所述絮凝剂为质量分数为0.05%～0.1%的阳离子聚丙烯酰胺溶液。
作为本发明的一种改进，所述锰砂过滤器所用滤料为锰砂作填料，锰砂中锰含量（以MnO2计）质量分数不低于35%；保安过滤器的过滤精度为5μm。
作为本发明的一种改进，所述臭氧催化反应器为生成气泡为5μm～200nm的微纳米臭氧催化反应器，臭氧反应浓度为100g/m3～400g/m3，进水pH为7～8，反应时间为30min～60min。
作为本发明的一种改进，所述多维电催化反应器的电压为6V，电流为16A，反应时间为10min～60min。
本发明还提供了一种利用上述钻井废水提标外排处理方法所需的油气田钻井废水提标外排处理系统，包括依次串联的混凝沉淀处理模块、精密过滤处理模块、臭氧氧化处理模块和多维电催化氧化模块；所述混凝沉淀处理模块包括混凝沉淀反应罐，精密过滤处理模块包括锰砂过滤器和保安过滤器，臭氧氧化处理模块包括臭氧发生器和与臭氧发生器连接的臭氧催化反应器，多维电催化氧化模块包括多维电催化氧化反应器。
作为本发明的一种改进，所述混凝沉淀处理模块还包括第一撬座，第一撬座上安装有混凝沉淀反应罐和设置在混凝沉淀反应罐一侧的废水输送泵，混凝沉淀反应罐顶部安装有加药装置和搅拌器；
所述精密过滤处理模块包括第二撬座，锰砂过滤器和保安过滤器均安装在第二撬座上；
所述臭氧氧化处理模块包括第三撬座，臭氧发生器和与臭氧发生器连接的臭氧催化反应器均安装在第三撬座上；
所述多维电催化氧化模块包括第四撬座，多维电催化氧化反应器安装在第四撬座上。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种油气田钻井废水提标外排处理方法，其通过混凝沉淀、两级精密过滤预处理分离、臭氧催化氧化和多维电催化氧化等物理、机械、化学及电化学等多种手段有机结合，稳定深度去除钻井废水中COD、B0D5、氨氮和总磷等基本控制项目指标，协同构建一种钻井废水水质既能达标处理满足《污水综合排放标准》（8978-1996）的一级标准，也能提标处理满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（18918-2002）的一级标准中A类标准的新技术、新方法，实现了油气田钻井废水高标准稳定处理、产水提标外排安全处置，是一种经济、高效的钻井废水提标外排处理的新方法，技术先进、流程简短、工艺简单、操作方便，药剂用量少，成本低廉。
本发明还提供了一种利用上述钻井废水提标外排处理方法所需的油气田钻井废水提标外排处理系统，由于采用了上述的钻井废水提标外排处理方法，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面的说明，这里不再赘述。
进一步地，依次串联的混凝沉淀处理模块、精密过滤处理模块、臭氧氧化处理模块和多维电催化氧化模块均采用撬座结构，结构简单、紧凑，不需要拆装即可实现设备的搬运工作，极大地降低了工作人员的劳动强度和运移成本；同时，相对于特种车辆产品不需要占用汽车底盘，节约费用。
