凌 兵 宋 佳 羅平凱 邱林青

(中石化西南石油工程有限公司油田工程服務(wù)分公司)

川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水現(xiàn)場處理設(shè)備及工藝研究

凌 兵 宋 佳 羅平凱 邱林青

(中石化西南石油工程有限公司油田工程服務(wù)分公司)

針對川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水處理難、采氣廢水污染指標(biāo)高的問題,研制出了一套適用于現(xiàn)場的川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水處理設(shè)備。該設(shè)備由11個單元構(gòu)成,主要采用電凝聚氣浮技術(shù)、斜管沉淀工藝、篩板塔吸收O3/H2O2復(fù)合氧化工藝、過濾臭氧復(fù)合處理工藝4種先進(jìn)的工藝技術(shù)。通過現(xiàn)場對比試驗(yàn),確定出該設(shè)備的最佳工作參數(shù):電氣浮電流3 500 A左右、處理流量8 m3/h、一級沉淀池出水p H值13左右、雙氧水加量7 g/min左右、臭氧加量96 g/min左右?，F(xiàn)場采氣廢水試驗(yàn)結(jié)果表明,川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水現(xiàn)場處理設(shè)備在去除采氣廢水COD、石油類、懸浮物等方面具有較好的效果,其出水污染指標(biāo)達(dá)到了GB 8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級標(biāo)準(zhǔn),從而為川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水的現(xiàn)場達(dá)標(biāo)處理提供了一套方便、實(shí)用的設(shè)備。

采氣廢水 邊遠(yuǎn)區(qū)塊 現(xiàn)場處理設(shè)備 工藝 試驗(yàn)

隨著川西地區(qū)油氣勘探開發(fā)的深入,越來越多的邊遠(yuǎn)區(qū)塊成為勘探開發(fā)的重點(diǎn)。一般而言,川西地區(qū)的采氣廢水采取罐車?yán)\(yùn)至場站進(jìn)行集中處理的模式,而對于邊遠(yuǎn)區(qū)塊的井場而言,由于井場距離場站較遠(yuǎn),存在著交通不便、罐車?yán)\(yùn)周期長、拉運(yùn)費(fèi)用高的缺點(diǎn)。故有必要設(shè)計一套邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水現(xiàn)場處理設(shè)備,形成一套適合于川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水處理技術(shù),從而解決川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊大規(guī)模油氣開發(fā)所造成的相應(yīng)環(huán)境問題,為川西地區(qū)油氣的可持續(xù)開采創(chuàng)造有利條件。

1 川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水污染特性

采氣廢水是在天然氣氣井采氣過程中伴隨著天然氣帶出的地層水[1-2]。不同地區(qū)的天然氣氣井會因地質(zhì)條件產(chǎn)生一定差異,但總體上講,采氣廢水是含有凝析油、懸浮物、鹽、硫化物等的一種工業(yè)廢水,具有COD值高、色度高、礦化度高、可生化性差、治理難度大等特點(diǎn)[3-4]。表1是川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊5口氣井采氣廢水分析結(jié)果。

表1 川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊5口氣井采氣廢水污染指標(biāo)分析結(jié)果Table 1 Analysis results of wastewater pollution index of 5 gas wells in remote blocks of western Sichuan (ρ/(mg·L-1))

由表1可以看出,在川西抽取5口氣井的采氣廢水,其主要污染成分均較復(fù)雜,污染負(fù)荷較高,特別是COD值、石油類、懸浮物、鐵、錳等指標(biāo)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家及地方規(guī)定的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 處理設(shè)備介紹

針對川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水污染特性和邊遠(yuǎn)區(qū)塊的現(xiàn)場條件,設(shè)計制造了一套川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水現(xiàn)場處理設(shè)備,現(xiàn)對該處理設(shè)備做簡單的性能和結(jié)構(gòu)介紹。

2.1 設(shè)備主要性能

(1)廢水處理后指標(biāo)達(dá)到GB 8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級標(biāo)準(zhǔn)。

(2)單套設(shè)備處理量8～10 m3/h。(3)設(shè)備能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 結(jié)構(gòu)

整套設(shè)備由壓濾單元、電氣浮單元、一級混凝單元、一級沉淀單元、臭氧化單元、二級混凝單元、二級沉淀單元、過濾單元、監(jiān)護(hù)罐、底座、電氣系統(tǒng)共11個單元構(gòu)成(見圖1)。

2.3 工藝技術(shù)特點(diǎn)

(1)采用電凝聚氣浮技術(shù),借鑒已工業(yè)化和試驗(yàn)驗(yàn)證可行的“電凝聚氣浮技術(shù)”對采氣廢水進(jìn)行處理,大大降低了廢水的COD值。

(2)采用斜管沉淀技術(shù)對混凝后的廢水進(jìn)行處理,最大限度地除去水中的懸浮物。

(3)采用篩板塔吸收-O3/H2O2復(fù)合氧化工藝對廢水進(jìn)行深度處理,可以實(shí)現(xiàn)廢水COD的充分氧化降解,使COD值大幅降低。

(4)采用過濾-臭氧復(fù)合處理工藝,既可進(jìn)一步降低廢水COD值,還能延長過濾介質(zhì)的使用壽命和更換周期,降低成本。

3 設(shè)備工藝試驗(yàn)

現(xiàn)場對采氣廢水處理設(shè)備的關(guān)鍵工藝進(jìn)行試驗(yàn),通過不同工藝參數(shù)條件下廢水處理效果的對比,優(yōu)選出該設(shè)備的最佳工藝參數(shù)。由于采氣廢水主要污染指標(biāo)為COD值,所以本次試驗(yàn)主要為COD的去除。

3.1 電氣浮工藝試驗(yàn)

將電氣浮池充滿采氣廢水,測試不同電流強(qiáng)度(1 000 A、2 000 A、3 000 A、4 000 A、5 000 A)下的廢水反應(yīng)情況。

表2 不同電流強(qiáng)度的廢水試驗(yàn)Table 2 Wastewater test at different current intensity

表2表明,電流強(qiáng)度為3 000～5 000 A時,電絮凝-氣浮效果明顯。以250 A為一個變化梯度進(jìn)行細(xì)化實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步確定最佳工作電流的范圍,每個電流強(qiáng)度下反應(yīng)20 min,取樣過濾后測試COD值。

由圖2可以看出,電流強(qiáng)度為3 500 A時,廢水COD去除率達(dá)到61.1%;當(dāng)電流強(qiáng)度繼續(xù)增加時, COD去除效率變化緩慢。由此,確定3 500 A為電氣浮最佳電解電流強(qiáng)度。

通過調(diào)整進(jìn)水閥開度控制進(jìn)水流量,從而控制電解反應(yīng)時間。測定了電解處理時間分別為10 min、15 min、20 min、25 min、30 min時對應(yīng)處理流量下的COD值(電解電流強(qiáng)度3 500 A),結(jié)果如圖3所示。

試驗(yàn)表明,在電解電流強(qiáng)度為3 500 A時,處理流量8 m3/h(電解時間20 min)時,COD去除率為50%～70%,為理想的電解參數(shù)區(qū)間。不同的水質(zhì)可適當(dāng)調(diào)節(jié)電流,電流在3 250～3 700 A間為宜。

3.2 氧化工藝試驗(yàn)

氧化過程需確定氧化藥劑的加量,根據(jù)川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水處理設(shè)備的條件,本套設(shè)備采用的氧化劑為雙氧水和臭氧。

(1)雙氧水加量調(diào)試:以p H值、雙氧水、臭氧的加量為變量進(jìn)行調(diào)試,以確定最佳的氧化效果,處理流量為8 m3/h。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)加量,首先固定臭氧的加量為120 g/min,雙氧水的加量從0～15 g/min依次變化,調(diào)節(jié)進(jìn)水的p H值至13,出水調(diào)節(jié)過濾后測試相應(yīng)的數(shù)據(jù),如圖4所示。

圖4表明,當(dāng)雙氧水的加量為7 g/min左右時, COD去除率最高,達(dá)到54%。當(dāng)雙氧水的加量大于7 g/min時,處理出水的COD值反而升高。

(2)臭氧加量調(diào)試:確定雙氧水的加量為7 g/min后,再調(diào)整臭氧的加量為0～120 g/min(按12 g/min的間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)),調(diào)節(jié)進(jìn)水p H值為13,處理出水過濾后,測試各項(xiàng)處理數(shù)據(jù),如圖5所示。

圖5表明,當(dāng)臭氧的加量為96 g/min時,廢水的COD去除率最高。當(dāng)加量大于96 g/min時, COD去除效果增加不明顯。

(3)氧化最佳p H值的確定:雙氧水、臭氧的加量分別為7 g/min和96 g/min時,調(diào)節(jié)進(jìn)水p H值,確定最佳的氧化參數(shù)。

由圖6可以看出,在p H值為13時氧化能力最強(qiáng)。

通過以上試驗(yàn),確定出最佳氧化參數(shù)為:雙氧水加量7 g/min左右、臭氧加量96 g/min左右、進(jìn)水最佳p H值13左右。

4 設(shè)備現(xiàn)場試驗(yàn)

運(yùn)行川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水現(xiàn)場處理設(shè)備,設(shè)備的運(yùn)行條件為:電氣浮電流3 500 A左右、處理流量8 m3/h、一級沉淀池出水p H值13、雙氧水加量7 g/min、臭氧加量96 g/min?，F(xiàn)場共處理了856 m3采氣廢水,處理前后共取了10組對比樣。對10組樣品出水進(jìn)行了檢測,污染指標(biāo)均達(dá)到了GB 8978-1996的一級標(biāo)準(zhǔn),其中未檢測出金屬離子超標(biāo),主要污染指標(biāo)結(jié)果如表3所示。

表3 設(shè)備現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果 (ρ/(mg·L-1))Table 3 Field test results of equipment

由表2可以看出,川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水現(xiàn)場處理設(shè)備處理效果良好,能達(dá)到GB 8978-1996的一級標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

根據(jù)川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水的水質(zhì)特征和現(xiàn)場條件,研制出了一套川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水現(xiàn)場處理設(shè)備?，F(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明,該設(shè)備在去除采氣廢水石油類、懸浮物及COD等方面具有較好的效果,其出水污染指標(biāo)達(dá)到GB 8978-1996的一級標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f,川西邊遠(yuǎn)區(qū)塊采氣廢水現(xiàn)場處理設(shè)備具有工藝技術(shù)先進(jìn),現(xiàn)場適應(yīng)性強(qiáng),經(jīng)濟(jì)可行且適用性廣泛的特點(diǎn),在邊遠(yuǎn)區(qū)塊具有較好的推廣前景。

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Wastewater treatment equipment in remote gas blocks of western Sichuan and its technology research

Ling Bing,Song Jia,Luo Pingkai,Qiu Linqing
(Oil Field Engineering Service Branch,Sinopec Southwest Petroleum Engineering Co.,Ltd,Mianyang 621000,Sichuan,China)

According to the difficulty of wastewater treatment and the high pollution indicator of wastewater from gas production in remote gas blocks,of western Sichuan,a set of wastewater treatment equipment is developed.The device contains 11 units,mainly using four kinds of advanced technologies,such as electro-coagulation air floatation technique,inclined tube sedimentation process,sieve tray absorption O3/H2O2complex oxidation process,and filter ozone composite process.After field contrast test,the optimum operating parameters of the device are determined,which the electrical air floatation current is about 3 500 A,the processing flow is about 8 m3/h,the p H value of effluent from the first order sedimentation tank is 13 or so,the dosage of hydrogen peroxide is around 7 g/min,and the ozone dosage is about 96 g/min.The field wastewater test result shows that the equipment has a good effect in removal of oil,suspended solids and COD of wastewater in remote gas blocks of western Sichuan,and the water quality reaches the primary level of the Integrated Wastewater Discharge Standard(GB 8978-1996), which provides a convenient and practical device for the field standard treatment with wastewater in the field.

wastewater in gas field,remote blocks,field treatment equipment,technology, experiment

TE992

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2014.05.022

2014-03-13;編輯:鐘國利

凌兵(1967-),男,現(xiàn)任中石化西南石油工程有限公司油田工程服務(wù)分公司西南環(huán)保中心黨支部書記兼副主任,主要從事管理工作及油氣田環(huán)境治理方面的工作。地址:(618000)四川省德陽市旌陽區(qū)玉泉路389號景霞花苑。電話: 0838-3851788。E-mail:lingbing67@126.com