申請日2015.09.16

　　公開(公告)日2015.11.18

　　IPC分類號C02F103/10; C02F9/04

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種基于特種膜的氣田廢水處理工藝，包括第一階段除油除懸浮物，第二階段芬頓氧化破膠，第三階段利用核心SuperRO系統(tǒng)脫鹽除COD等三個主要工段，采用效率更高的溶氣平流式組合氣浮工藝進行除油和除懸浮物，再利用氧化能力最好的芬頓流化床對污廢進行物化，提高了各物質(zhì)間的傳質(zhì)效率，縮短反應(yīng)時間和降低藥品消耗，從而實現(xiàn)只需較為簡單的預(yù)處理即可使廢水直接進入膜系統(tǒng)，保障系統(tǒng)的運行穩(wěn)定和使用壽命，大大降低了環(huán)保的建設(shè)成本和污水處理的運行費用。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種基于特種膜的氣田廢水處理工藝，其特征在于，包括如下步驟：

　　(1)將氣田廢水引入調(diào)節(jié)池中匯集;

　　(2)在斜板隔油池中對氣田廢水進行除油預(yù)處理，去除的油類物質(zhì)進入疊螺機固化工序;

　　(3)預(yù)處理后的出水由組合氣浮裝置進行氣浮處理，去除的油類物質(zhì)和懸浮物也進入疊螺機固化工序;

　　(4)氣浮處理后的出水經(jīng)芬頓流化床物化處理;

　　(5)物化處理后的出水在沉淀罐中沉積分離，并經(jīng)多介質(zhì)過濾，沉淀后的固形物也進入疊螺機固化工序;

　　(6)過濾后的出水進入超濾系統(tǒng)進行超濾處理，產(chǎn)生的濃水返回沉淀罐;

　　(7)超濾處理的出水進入納濾系統(tǒng)進行納濾處理，產(chǎn)生的濃水進入濃縮池聚集;

　　(8)納濾處理的出水進入SuperRO系統(tǒng)進行脫鹽和除COD處理，產(chǎn)生的濃水進入濃縮池聚集，其產(chǎn)水經(jīng)保安過濾器后達(dá)標(biāo)排放。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特種膜的氣田廢水處理工藝，其特征在于，所述疊螺機固化工序中，產(chǎn)生的清液返回再經(jīng)多介質(zhì)過濾，產(chǎn)生的殘渣外運處理或填埋處理。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特種膜的氣田廢水處理工藝，其特征在于，所述濃縮池聚集的濃水外運處理，或經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶后再填埋處理。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特種膜的氣田廢水處理工藝，其特征在于，所述組合氣浮裝置為加壓射流溶氣平流式組合氣浮機。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特種膜的氣田廢水處理工藝，其特征在于，所述SuperRO系統(tǒng)對COD的截留率不低于90%，對無機鹽的截留率不低于97%。

　　說明書

　　基于特種膜的氣田廢水處理工藝

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及污廢處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及的是一種基于特種膜的氣田廢水處理工藝。

　　背景技術(shù)

　　氣田廢水通常有地層采出水、壓裂返排液、鉆井廢水、凈化廠廢水及礦區(qū)雨水等。通常都有以下特點：①石油類物質(zhì)含量高，含油量一般為100-500mg/L左右，石油類物質(zhì)以懸浮態(tài)存在為主，部分為乳化態(tài)，乳化油分布穩(wěn)定不易分離;②SS含量高，懸浮顆粒微小，粒徑一般為1-100μm，廢水總SS為300-5000mg/l;③有機物含量較高，一般氣田廢水COD基本在800~3000mg/l(鉆井可能高達(dá)數(shù)萬)，廢水中可能存在一定量環(huán)狀芳烴類衍生物及聚合物等，性質(zhì)穩(wěn)定，不易被氧化及生物降解;④礦化度高，無機鹽種類多，含多種鹽類，采出水高達(dá)幾萬甚至十幾萬毫克/升，大量的結(jié)垢鹽分容易造成管線結(jié)垢。

　　現(xiàn)有技術(shù)中，氣田廢水治理工藝主要有回注、處理達(dá)標(biāo)外排及資源化回用三種。

　　一、回注工藝

　　目前油氣田廢水的最終處置方法仍以回注地層為主。氣田水回注其主要工作集中在對氣田水的預(yù)處理方面，主要解決氣田水中機械雜質(zhì)對地層的堵塞，控制氣田水中SS的總量和粒徑。采用工藝為混凝-過濾-精濾的組合，其關(guān)鍵設(shè)備為精濾單元，當(dāng)前采用的精濾組件主要有陶瓷燒結(jié)管、PE濾棒、改性纖維球等。但是回注工藝存在以下幾個缺點：1)一次性工程投資較高;2)無法實現(xiàn)污水資源化利用;3)對周邊油田產(chǎn)生直接影響;4)對周邊段油藏產(chǎn)生直接影響。

　　二、達(dá)標(biāo)外排

　　主要有兩種工藝形式，其一是廢水經(jīng)預(yù)處理除去油和懸浮物后，直接物化(高級氧化，如Fe/C微電解、芬頓等)，然后排放。其存在的問題有①運行費用太高，依據(jù)不同的水質(zhì)，一般運行費用高達(dá)100元/噸水以上;②對鹽分沒有去除，不能真正達(dá)到地方環(huán)保要求;③引入大量新的化學(xué)藥劑，造成二次污染。

　　其二是廢水經(jīng)預(yù)處理除去油和懸浮物后，直接物化(高級氧化，如Fe/C微電解、芬頓等)，然后經(jīng)過蒸發(fā)工序，最后排放。其存在的問題是①引入蒸發(fā)可解決鹽分問題，但直接蒸發(fā)投資和運行費用太高;②蒸發(fā)冷凝液可能COD不達(dá)標(biāo);③引入大量新的化學(xué)藥劑，造成二次污染。

　　總的來說，達(dá)標(biāo)外排處理均是針對其中的S2-、COD等特征污染物。針對氣田水脫COD研究開發(fā)了中和、絮凝沉降、氧化、Fe/C微電解、H2O2/Fe2+催化氧化、吸附、多種處理技術(shù)聯(lián)合工藝。目前全球重視環(huán)境程度的提高，以及淡水資源越來越短缺，未來的發(fā)展方向為不外排、不浪費，盡量資源化回用。

　　三、資源化回用

　　針對資源化回用，國外(像美國和加拿大)在電費低，對能耗要求不嚴(yán)格的情況下，大部分氣田廢水都采用資源化回用工藝;國內(nèi)中原油田富余污水經(jīng)深度處理后用于配母液，克拉瑪依和遼河油田富余污水經(jīng)深度處理后回用注氣鍋爐。四川氣田水是世界上罕見富含鉀、硼的氣田水，已形成9大含鈉水巖系及21個區(qū)域氣田水層。它常與天然氣伴生，不但氯化鈉含量高而適宜制取食鹽外，而且富含溴、碘、硼、鉀、鍶、銣等多種元素，其含量通常能達(dá)到或超過工業(yè)指標(biāo)。隨著越來越嚴(yán)苛的環(huán)境治理要求和水資源的短缺，資源化回用工藝勢必取代回注治理工藝。

　　氣田廢水資源化回用主要是將廢水中的有用物質(zhì)如鹽或微量元素提出回收，而且把水處理到可以回用在鍋爐補給水、配置油井回注頂油或灌溉等。因此主要工藝路線就是把水和溶解物質(zhì)分離、濃縮過程。常見的脫鹽除硬工藝有：化學(xué)軟化(加藥沉淀軟化)，離子交換軟化(大孔弱酸交換樹脂軟化)，熱法脫鹽(低溫多效蒸發(fā)(MEE)、多效蒸餾(MED)、機械壓縮蒸發(fā)(MVC)、射流泵負(fù)壓抽吸蒸汽蒸發(fā)技術(shù))，膜法脫鹽(雙膜脫鹽(UF/MF+RO)、電滲析脫鹽(EDR))，吸附脫鹽(電吸附脫鹽(EST))等。

　　其中，“化學(xué)沉淀軟化+離子交換”除硬技術(shù)只能去除水中的硬度和二氧化硅，溶解性固體總量基本不去除，對比油田污水資源化需求水質(zhì)，適于礦化度小于7000mg/L的油田污水軟化，該技術(shù)在遼河、河南油田處理較低礦化度(TDS=3000-5000mg/L)油田污水資源化用作注汽鍋爐用水得到廣泛應(yīng)用，并取得可觀的經(jīng)濟效益，但是此工藝對于礦化度高達(dá)數(shù)萬的氣田廢水不適宜。而且沉淀物屬于更難處置物質(zhì)，只能作為危固處理;離子交換樹脂存在一個飽和情況，需要藥劑清洗，剩余大量的廢酸廢堿難以處置。

　　熱法脫鹽工藝處理后的水可達(dá)到凈化廠循環(huán)冷卻水要求，產(chǎn)水率為70%-80%。對原水礦化度適應(yīng)范圍廣。同時，在預(yù)處理方面較雙膜工藝要求寬松。目前來說應(yīng)該是治理各類廢水最根本的工藝。但對加壓二次蒸汽用的生蒸汽要求較高，需要量較大，因此運行成本居高不下。熱法脫鹽除硬工藝噸水運行高達(dá)150元左右。油氣田一般處于偏遠(yuǎn)山區(qū)地帶，污水處理站交通極不方便，現(xiàn)場建設(shè)一個相當(dāng)規(guī)模的蒸汽設(shè)備不是很現(xiàn)實。某些氣田廢水含有低沸點、小分子量物質(zhì)，在蒸發(fā)過程中極易混入冷凝液中，最后導(dǎo)致處理水無法達(dá)到循環(huán)冷卻水要求，需要進一步的去除。

　　膜技術(shù)是環(huán)境保護和環(huán)境治理的首選技術(shù)，特別是排水水質(zhì)要求高的場合。膜是一種具有特殊選擇性分離功能的無機或高分子材料，它能把流體分隔成不相通的兩個部分，使其中的一種或幾種物質(zhì)能透過，而將其他物質(zhì)分離出來。膜分離與傳統(tǒng)過濾的不同在于是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。依據(jù)其孔徑的不同(或稱為截留分子量)，可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜。其中反滲透膜分離等級最高，脫鹽效果好。但是采用膜法脫鹽，膜污染問題是工業(yè)化應(yīng)用的瓶頸。經(jīng)調(diào)研，從卷式反滲透法處理采出水現(xiàn)場試驗分析，盡管反滲透可以得到礦化度非常低的清水，但要求嚴(yán)格的化學(xué)或生物預(yù)處理(SDI<5，還有其他諸如COD的苛刻要求);膜本身成本高，污染后膜通量降低明顯，即使清洗后通量恢復(fù)也較難，同時化學(xué)清洗會產(chǎn)生化學(xué)清洗廢液，使其在氣田污水資源化的工程應(yīng)用難以突破。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種高效、不易污堵、使用壽命長、使用方便成本低的基于特種膜的氣田廢水處理工藝。

　　為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

　　一種基于特種膜的氣田廢水處理工藝，包括如下步驟：

　　(1)將氣田廢水引入調(diào)節(jié)池中匯集;

　　(2)在斜板隔油池中對氣田廢水進行除油預(yù)處理，去除的油類物質(zhì)進入疊螺機固化工序;

　　(3)預(yù)處理后的出水由組合氣浮裝置進行氣浮處理，去除的油類物質(zhì)和懸浮物也進入疊螺機固化工序;

　　(4)氣浮處理后的出水經(jīng)芬頓流化床物化處理;

　　(5)物化處理后的出水在沉淀罐中沉積分離，并經(jīng)多介質(zhì)過濾，沉淀后的固形物也進入疊螺機固化工序;

　　(6)過濾后的出水進入超濾系統(tǒng)進行超濾處理，產(chǎn)生的濃水返回沉淀罐;

　　(7)超濾處理的出水進入納濾系統(tǒng)進行納濾處理，產(chǎn)生的濃水進入濃縮池聚集;

　　(8)納濾處理的出水進入SuperRO系統(tǒng)進行脫鹽和除COD處理，產(chǎn)生的濃水進入濃縮池聚集，其產(chǎn)水經(jīng)保安過濾器后達(dá)標(biāo)排放。

　　其中，所述疊螺機固化工序中，產(chǎn)生的清液返回再經(jīng)多介質(zhì)過濾，產(chǎn)生的殘渣外運處理或填埋處理。

　　并且，所述濃縮池聚集的濃水外運處理，或經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶后再填埋處理。

　　具體地，所述組合氣浮裝置為加壓射流溶氣平流式組合氣浮機。所述SuperRO系統(tǒng)對COD的截留率不低于90%，對無機鹽的截留率不低于97%。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

　　本發(fā)明采用效率更高的溶氣平流式組合氣浮工藝進行除油和除懸浮物，再利用氧化能力最好的芬頓流化床對污廢進行物化，提高了各物質(zhì)間的傳質(zhì)效率，縮短反應(yīng)時間和降低藥品消耗，從而實現(xiàn)只需較為簡單的預(yù)處理即可使廢水直接進入膜系統(tǒng)，保障系統(tǒng)的運行穩(wěn)定和使用壽命，大大降低了環(huán)保的建設(shè)成本和污水處理的運行費用，而且本發(fā)明構(gòu)思新穎，設(shè)計巧妙，簡單易用，具有廣泛的應(yīng)用前景，適合推廣應(yīng)用。