申請日2010.07.27

　　公開(公告)日2011.08.24

　　IPC分類號C02F9/06; C02F1/66; C02F1/78; C02F1/52; C02F1/461

　　摘要

　　一種基于臭氧復合催化氧化的鉆井廢水深度處理方法，屬于石油勘探、開發(fā)領域。針對當前鉆井廢水處理效果較差、成本較高的現(xiàn)狀，提供一種低成本、效果好、可連續(xù)處理鉆井廢水的方法。本發(fā)明將pH值為8～9的鉆井廢水后先進行混凝處理，調清液pH值為2～4后，再進行微電解處理及氧化處理。采用本發(fā)明對經過生化處理的焦化廢水進行深度處理，出水COD<100mg/L，色度去除率、硫化物去除率接近100%，對環(huán)境無二次污染。

　　摘要附圖

 

　　權利要求書

　　1.一種基于臭氧復合催化氧化的鉆井廢水深度處理方法，其特征在于，包括如下步驟：

　　(1)調節(jié)廢水pH值為8～9;

　　(2)調節(jié)pH值后的廢水進行混凝處理，加入混凝劑沉降至上清液濁度為10～30NTU時，泵出上層清液，調清液pH值為2～4;

　　(3)將步驟(2)中調節(jié)pH值后的廢水在微電解槽內進行微電解處理;微電解槽內填充有內電解填料，廢水與填料重量比為1∶1.5～1∶3，廢水在微電解槽內處理時加入雙氧水，廢水與H2O2的重量比為1000∶1～12，氧化時間為0.5～4小時;

　　(4)經步驟(3)處理后的廢水進入沉淀池，調節(jié)廢水pH值為8～12，沉淀;

　　(5)步驟(4)處理后的廢水中加入臭氧，每升廢水加入280～900mg O3，在氧化反應器中進行處理;

　　(6)氧化反應器內裝填有固體非均相催化劑，固體非均相催化劑體積與氧化反應器容積之比為1∶3～1∶6;廢水在氧化反應器中的反應時間為20～40分鐘;

　　(7)處理后的廢水過濾后外排。

　　2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于臭氧復合催化氧化的鉆井廢水深度處理方法，其特征在于，所述步驟(5)中的臭氧加入方式為：步驟(4)處理后的廢水通過混合射流器進入氧化反應器，混合射流器上連接有臭氧發(fā)生器;當廢水流經混合射流器時，開啟臭氧發(fā)生器，臭氧發(fā)生器出口端氣體中的臭氧濃度控制為70～90mg/L;混合射流器吸入的氣體流量與通過混合射流器中的廢水流量之比為4∶1～10∶1。

　　3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種基于臭氧復合催化氧化的鉆井廢水深度處理方法，其特征在于，所述混凝劑優(yōu)選由CaCl2、PJJ、PAC復配而成的混凝劑，CaCl2、PJJ、PAC的重量比為1∶1.5∶1.5。

　　4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種基于臭氧復合催化氧化的鉆井廢水深度處理方法，其特征在于，所述的內電解填料，優(yōu)選鐵、銅與碳顆粒燒結的填料，鐵、銅、碳的重量比為1∶0.1∶1.2。

　　5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種基于臭氧復合催化氧化的鉆井廢水深度處理方法，其特征在于，所述的固體非均相催化劑優(yōu)選TiO2負載摻雜稀土金屬Ru的催化劑。

　　說明書

　　一種基于臭氧復合催化氧化的鉆井廢水深度處理方法

　　技術領域

　　本發(fā)明涉及一種鉆井廢水的處理方法，具體涉及采用臭氧復合催化氧化技術對鉆井廢水進行深度處理的方法，屬于石油勘探、開發(fā)領域。

　　背景技術

　　鉆井廢水來自于廢棄的鉆井液和鉆井過程中的各種生產用水，其中，導致環(huán)境污染的有害成分為油類、鹽類、殺菌劑、某些化學添加劑、重金屬(如汞、銅、鉻、鎘、鋅、鉛等)、高分子有機化合物生物降解產生的低分子有機化合物和堿性物質等，從而造成色度、COD、SS、石油類等主要的污染指標大量超標。另外鉆井廢水的組成和濃度隨著地層結構、泥漿體系、鉆井井深的變化而變化，還具有多變性、復雜性、分散性等特點。由于鉆井廢水的污染性較強，如果不經處理直接排放，將對環(huán)境造成巨大危害，因此解決鉆井廢水COD超標問題，已成為處理鉆井廢水的關鍵。

　　目前，國內外對鉆井廢水進行處理的主要技術方法可歸納為：物理法、化學法、生物法、物理-化學法。其中物理法和物理-化學處理技術常用在鉆井廢水預處理階段，包括混凝處理法、中和-混凝處理法、酸堿處理法等。這些方法對懸浮物、膠體的去除率較高，但是對于水體中存在的大量溶解性有機物難以去除。為解決此類問題，還需要進行深度處理，主要包括：化學氧化法、生物處理、活性炭吸附等。然而這些方法都有各自的不足之處，如活性炭吸附能力小，成本較高;次氯酸鈉氧化效率低，若采用催化劑又會造成鎳的流失，同時引入新的污染物氯離子。Fenton試劑處理效果較好，也不會造成二次污染但反應時間比較長，它無法滿足油田作業(yè)中快速，簡單的要求。另外由于鉆井廢水的毒性高，生物處理法對鉆井廢水處理的實用性較低。于是，尋找一種快速、方便，能夠對難處理的廢鉆井液以有效處理的工藝技術是迫在眉睫的。

　　發(fā)明內容

　　本發(fā)明的目的是針對當前鉆井廢水處理效果較差、成本較高的現(xiàn)狀，提供一種低成本、效果好、可連續(xù)處理鉆井廢水的方法，具體步驟如下：

　　(1)調節(jié)廢水pH值為8～9;

　　(2)調節(jié)pH值后的廢水進行混凝處理，加入混凝劑沉降至上清液濁度為10～30NTU時，泵出上層清液，調清液pH值為2～4;

　　(3)將步驟(2)中調節(jié)pH值后的廢水在微電解槽內進行微電解處理;微電解槽內填充有內電解填料，步驟(2)中調pH值后的廢水與該填料的重量比為1∶1.5～1∶3，廢水在微電解槽內處理時加入雙氧水，廢水與H2O2的重量比為1000∶1～12，氧化時間為0.5～4小時;

　　(4)經步驟(3)處理后的廢水進入沉淀池，調節(jié)廢水pH值為8～12，沉淀;

　　(5)步驟(4)處理后的廢水中加入臭氧，每升廢水加入280～900mg O3，在氧化反應器中進行處理;

　　(6)氧化反應器內裝填有固體非均相催化劑，固體非均相催化劑體積與氧化反應器容積之比為1∶3～1∶6;廢水在氧化反應器中的反應時間為20～40分鐘;

　　(7)處理后的廢水過濾后外排。

　　在本發(fā)明中，所述步驟(5)中加入臭氧主要是利用臭氧的高級氧化功能，臭氧的加入方式除常用的曝氣方式加入廢水中外，還可以在沉淀池與氧化反應器間增設一個混合射流器，混合射流器上連接有臭氧發(fā)生器，臭氧發(fā)生器可產生臭氧，當步驟(4)處理后的廢水被水泵從沉淀池中泵出，并流經混合射流器時，開啟臭氧發(fā)生器，臭氧發(fā)生器出口氣體中的臭氧濃度控制為70～90mg/L;當廢水流經混合射流器時，會產生負壓，利用此負壓將含臭氧的氣體吸入混合射流器中，在混合射流器中進行氣體和廢水的兩相混合后進入氧化反應器，混合射流器吸入的氣體流量與通過混合射流器中的廢水流量之比為4∶1～10∶1;氧化反應器內裝有固體非均相催化劑，固體非均相催化劑體積與氧化反應器容積之比為1∶3～1∶6，實現(xiàn)以OH-和H2O2為主的均相催化過程和固體非均相催化劑的復合催化過程，廢水在氧化反應器中的反應時間為20～40分鐘;

　　針對上述步驟(2)中所述的混凝劑，優(yōu)選由CaCl2、PJJ、PAC復配而成的混凝劑，CaCl2、PJJ、PAC的重量比為1∶1.5∶1.5。上述步驟(3)中所述的內電解填料，優(yōu)選鐵、銅與碳顆粒燒結的填料，鐵、銅、碳的重量比為1∶0.1∶1.2。上述步驟(5)中所述的固體非均相催化劑優(yōu)選TiO2負載摻雜稀土金屬Ru的催化劑。

　　本發(fā)明的基本原理是：(1)混凝法是通過向水體中投加混凝劑破壞膠體的穩(wěn)定性，使膠體粒子(簡稱膠粒)發(fā)生絮凝，產生絮凝物，并發(fā)生吸附作用，將廢水中污染物吸附在一起，然后沉降而與水分離的方法。該法主要是利用雙電層壓縮、靜電中和、吸附架橋、沉淀網捕等作用機理。固液分離是顆粒物在重力的作用下沉降。(2)偏酸性的廢水在微電解槽內，以鐵或其他金屬作陽極、碳或其他物質作陰極在水中形成無數(shù)個微電池場，從而發(fā)生微電解反應，反應產生的新生態(tài)的氧原子具有極強的氧化性，可氧化水中的部分無機物和有機物;同時產生的新生態(tài)的氧原子具有很強的還原作用，使污水中的某些物質得以還原;另外，由于有機物參與陰極的還原反應，使得官能團發(fā)生了變化，改變原有機物性質，而且水中溶解的陽離子會形成羥基絡合物，在污水中起混凝作用，有助于去除廢水中的懸浮物質和膠體雜質。(3)經微電解處理后的污水中新生成有大量的Fe2+，因此可以作為催化劑強化H2O2氧化能力，形成經典的Fenton試劑，大大減輕后續(xù)臭氧氧化部分的有機負荷。(4)臭氧是一種強氧化劑，在堿性和催化劑存在的條件下，臭氧是以間接反應為主，臭氧會分解產生二次氧化劑——羥基自由基(·OH)，·OH具有比臭氧更強的氧化能力，在與水中有機物反應時具有反應速度快、無選擇性、無二次污染等優(yōu)點。

　　本發(fā)明中，若使用鐵、銅與碳顆粒的燒結的填料，更換周期為4～6個月;Fenton氧化主要利用內電解過程生成的Fe2+，無需外加亞鐵鹽作為催化劑;若自制臭氧，臭氧的制備主要通過空氣制備，運行成本主要為電耗和催化劑的成本;采用本發(fā)明對經過生化處理的焦化廢水進行深度處理，出水COD<100mg/L，色度去除率、硫化物去除率接近100%，對環(huán)境無二次污染。