气井采出废水达标排放的集成化处理工艺.pdf

本发明涉及一种气井采出废水达标排放的集成化处理工艺，属于油气田废水处理技术。该集成化处理工艺包括以下过程：混凝破乳反应工艺单元，尼克尼泵气浮分离工艺单元，粗滤池工艺单元，水解酸化厌氧浮动床生物膜反应器工艺单元，好氧移动床生物膜反应器工艺单元，曝气生物滤池工艺单元。本发明的优点在于，废水污染物去除效率为高、运行费用低、管理简单，适合于制成一体化设备，安装在中小型天然气采出站现场。该设备对气井采出水中有机物(COD，BOD)、石油类、氨氮、硫化物、悬浮物(SS)等主要污染物均有很好的去除效果。

1、  一种气井采出废水达标排放的集成化处理工艺，该工艺是对于气井开采过程中排出的含有石油碳氢化合物，硫化物，氨氮及悬浮物的废水达标排放处理，其特征在于包括以下过程：
1)、混凝破乳反应工艺单元：在搅拌速度80-100转/min下，向采出废水加入混凝破乳剂聚合硫酸铁或聚合氯化铝，混凝破乳剂配比质量百分比浓度为5～10％，在气井采出废水含COD_cr为2000～50000mg/L的情况下，混凝破乳剂的投加量为50～500mg/L，反应时间控制为3～10min；
2)、尼克尼泵气浮分离工艺单元：采用竖流气浮分离工艺，泵的水流量控制为0.1～0.2m³/h，吸气量占进水量的5％～10％，气浮池接触区停留3～5min，分离区停留时间30～60min；溢流排除浮渣，清水由池底穿孔管引出；
3)、粗滤池工艺单元：池内装滤料的粒径级配为5～10mm，2～5mm的颗粒型滤料，滤料层高度为0.7～1.0m，垫层为砾石，高度0.2～0.3m，滤池操作滤速为6～8m/h；
4)、水解酸化厌氧浮动床生物膜反应器工艺单元：反应器投加轻质生物膜颗粒填料，填料投加的体积比为50％～70％，当进入生物膜反应器废水的COD_cr为400～2000mg/L时，操作有机负荷为1～5kgCOD_cr/(m³池容·d)，水力停留时间5～8h；
5)、好氧移动床生物膜反应器工艺单元：移动床生物膜反应器中也投加轻质生物膜颗粒填料，并在该反应器底部设置曝气装置，填料投加的体积比为50～70％，操作有机负荷为0.5～2kgCOD_cr/(m³池容·d)，水力停留时间5～8h，曝气量与进水量之比为3～10∶1；
6)、曝气生物滤池工艺单元：曝气生物滤池设为两级串联运行，第一级滤池水流采用降流式，第二级采用升流式，滤池装填高表面积的陶粒颗粒填料，陶粒粒径2～5mm，填料层厚度1.5～1.8m，垫层采用砾石，厚度0.2～0.3m，滤池滤速控制为0.3～1.0m/h，接触时间1～3h，反冲强度8～12m/h。

气井采出废水达标排放的集成化处理工艺
技术领域
本发明涉及一种气井采出废水达标排放的集成化处理工艺，属于油气田废水处理技术
背景技术
目前气井采出水的处理以物化方法为主，主要注重难降解有机物的去除，一般规模较小，且处理费用较高，处理的污染物也比较单一，多数尚处于研究阶段，还没有真正用于生产的工程。目前国内在处理气井采出水的试验研究中还没有采用生物处理技术的工艺。
采用沉降-吹脱—臭氧化技术处理气井水，该水中主要污染物为有机物、油类、硫化物及悬浮物等，在吹脱气量Q＝1.0L/min、吹脱时间25min、臭氧浓度为14.5mg/L的情况下，取得了较好的效果。
采用内电解法脱除气田水中的COD，内电解法是利用废水中有些组分易被氧化、有些组分易被还原，当这些不同属性组分相遇，且有导电介质时，化学反应便会自发进行的一种废水处理方法。进水COD值为250～600mg/L，控制pH为4.0，HRT1.0h的情况下，其出水COD＜150mg/L。该方法存在反应速度较慢且受pH值影响大地影响，而且不适合高浓度废水的处理。
采用混凝沉降—微电解—氧化—吸附法处理气井水采出水。整个实验在实验室进行，可分为4步，第一步通过正交实验确定混凝沉降最佳处理配方：聚合硫酸铁(PFS)400mg/L，pH值为7；第二步在pH为1的条件下Fe/C微电解25min；第三步漂白粉氧化，投量为8g/L，氧化时间20h；第四步活性炭吸附，活性炭投加量为8mg/L，平衡时间40min，可使原水COD值从1,567mg/L降至150mg/L，其他各项污染指标达到国家综合污水排放2级标准，但该方法操作复杂，处理成本偏高。
采用双氧水氧化和活性炭吸附联合作用的方法处理气井采出水，在小试规模下H₂O₂加量为0.8mL/100mL废水，活性炭投加量为4g/L，COD的总去除率可达81.8％。
国外针对气井采出水的专项性研究较少，一般针对的是整个油(气)田产出水。如连续流活性污泥处理系统处理美国西南油田产出水，在污泥停留时间(SRT)20d，混合液悬浮固体浓度(MLSS)730mg/L的条件下，对废水中的石油碳氢化合物(TPH)去除率达到98-99％。采用小试规模的反渗透-湿地处理工艺处理采油废水，整个工艺对电导率和总溶解性固体(TDS)的去除率分别达到94％和95％。采用粗粒化+膜生物反应器组合工艺处理油田产出水，通过粗粒化去除废水中的大颗粒物质，通过膜生物反应器去除其中的溶解性污染物，在水力停留时间(HRT)12h的条件下，对COD、TOC、苯酚和氨氮的去除率分别达到65％、80％、65％和40％，最终工艺出水COD和TOC为230和55mg/L。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气井采出废水达标排放的集成化处理工艺，该工艺去除气井采出废水中污染物效率高，运行费用低。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，对于气井开采过程中排出的含有石油碳氢化合物，硫化物，氨氮及悬浮物的废水，达标排放的集成化处理工艺，其特征在于包括以下过程：
1、混凝破乳反应工艺单元：在搅拌速度80-100转/min下，向采出废水加入混凝破乳剂聚合硫酸铁或聚合氯化铝，混凝破乳剂配比质量百分比浓度为5～10％，在气井采出废水含COD_cr为2000～50000mg/L的情况下，混凝破乳剂的投加量为50～500mg/L，反应时间控制为3～10min；
2、尼克尼泵气浮分离工艺单元：采用竖流气浮分离工艺，泵的水流量控制为0.1～0.2m³/h，吸气量占进水量的5％～10％，气浮池接触区停留3～5min，分离区停留时间30～60min；溢流排除浮渣，清水由池底穿孔管引出；
3、粗滤池工艺单元：池内装滤料的粒径级配为5～10mm，2～5mm的颗粒型滤料，滤料层高度为0.7～1.0m，垫层为砾石，高度0.2～0.3m，滤池操作滤速为6～8m/h；
4、水解酸化厌氧浮动床生物膜反应器工艺单元：反应器投加轻质生物膜颗粒填料，填料投加的体积比为50％～70％，当进入生物膜反应器废水的COD_cr为400～2000mg/L时，操作有机负荷为1～5kgCOD_cr/(m³池容·d)，水力停留时间5～8h；
5、好氧移动床生物膜反应器工艺单元：移动床生物膜反应器中也投加轻质生物膜颗粒填料，并在该反应器底部设置曝气装置，填料投加的体积比为50～70％，操作有机负荷为0.5～2kgCOD_cr/(m³池容·d)，水力停留时间5～8h，曝气量与进水量之比为3～10∶1；
6、曝气生物滤池工艺单元：曝气生物滤池设为两级串联运行，第一级滤池水流采用降流式，第二级采用升流式，滤池装填高表面积的陶粒颗粒填料，陶粒粒径2～5mm，填料层厚度1.5～1.8m，垫层采用砾石，厚度0.2～0.3m，滤池滤速控制为0.3～1.0m/h，接触时间1～3h，反冲强度8～12m/h。
本发明的优点在于废水污染物去除效率为高、运行费用低、管理简单，适合于制成一体化设备，安装在中小型天然气采出站现场。该设备对气井采出水中有机物(COD，BOD)、石油类、氨氮、硫化物、悬浮物(SS)等主要污染物均有很好的去除效果。处理后出水能够达到国家《污水综合排放标准GB8978-1996》中二级排放标准。
附图说明
图1为本发明工艺流程框图
具体实施方式
以处理废水量3m³/d为例，本发明专利的具体实施方式为：
1、气井采出废水经蓄水池，以0.125m³/h自流进入混凝破乳反应池。反应池搅拌速度100转/min，投加的混凝破乳剂为聚合硫酸铁，破乳剂配比质量百分比浓度为5％。破乳剂的投加量根据废水含COD_cr浓度高低，用烧杯试验确定。例如当废水COD_cr＝5000mg/L时，破乳剂的投加浓度为200mg/L，反应时间控制为5min。
2、混凝破乳后的废水，用尼克尼气浮泵抽升，打入竖流气浮池。气浮泵的流量控制为0.125m³/h，吸气量占进水量的7％，气浮池接触区停留5min，分离区停留时间60min；溢流排除浮渣，清水由池底穿孔管引出。
3、在气浮之后废水进入粗滤池。滤池操作滤速为6m/h。
4、经粗滤池过滤的出水自流流入水解酸化厌氧浮动床生物膜反应器。该反应器投加轻质生物膜颗粒填料，填料投加占池总体积之比为50％(以填料的堆积体积计)，操作有机负荷为3kgCOD_cr/(m³池容·d)，水力停留时间7h。
5、经水解酸化厌氧浮动床生物膜反应器发生水解酸化的废水，自流进入好氧移动床生物膜反应器。移动床生物膜反应器底部设置穿孔管曝气装置；轻质生物膜颗粒填料投加的体积比为50％，操作有机负荷为1.0kgCOD_cr/(m³池容·d)，水力停留时间7h，曝气量与进水量之比为3∶1。
6、好氧移动床生物膜反应器的出水自流进入曝气生物滤池。曝气生物滤池设为两级串联运行，第一级曝气生物滤池水流采用降流式，第二级曝气生物滤池采用升流式。滤池装填的陶粒颗粒填料粒径2～5mm，填料层厚度1.8m，垫层采用砾石，厚度0.3m，滤池滤速控制为1.0m/h，两级滤池的总接触为3h，反冲强度为12m/h。
7、由第二级曝气生物滤池的出水自流进入清水池，通过出水泵从清水池将处理好水的抽升排放。出水泵流量为0.125m³/h。不定期用反冲泵从曝气生物滤池抽水，对曝气生物滤池或粗滤池进行反冲。
实施效果：
依据以上实施方式，本发明工艺的处理效果为：
处理水量：3m³/d，水温大于20℃；
原水主要水质指标：COD_cr＝2000～30000mg/L，BOD₅＝1300～7000mg/L，氨氮＝29.14～117.3mg/L，石油类＝90.3～109mg/L，硫化物＝1.84～6.6mg/L，悬浮物(SS)＝150～250mg/L。
处理后出水满足国家《污水综合排放标准GB9878-1996》规定的二级排放标准。实际出水主要水质指标：COD_cr＝50～145mg/L(标准为≤150mg/L)，BOD₅＝1.6～12.8mg/L(标准为≤30mg/L)，氨氮＝0.69～3.95mg/L(标准为≤25mg/L)，石油类＝0.56～5.47mg/L(标准为≤10mg/L)，硫化物＝0.0013～0.0342mg/L(标准为≤0.5mg/L)，悬浮物(SS)＝10.0～30.0mg/L(标准为≤150mg/L)。