专利名称：压裂返排废水的处理方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油勘探开发过程中，一种对压裂施工产出的返排废水的处理方法和利用该方法对压裂的返排废水进行处理的装置。
背景技术：
在石油和天然气开采中，压裂工艺是油气井增产的一项常规技术措施。简单说来，它是利用高压泵将高粘度液体，以大排量压入井下地层，使地层形成裂缝而利于油气产出。压裂成功后，压裂液将与井下其它液体一起返回地面。为了提高压裂效果，压裂液中常用的添加剂有增粘剂如羟基胍胶，黄原胶和聚丙烯酰胺等；破胶剂如碳酸氨盐，氧化钙等；缓冲剂碳酸氢钠，富马酸等；粘土稳定剂氯化钙，聚合羟基铝等；减阻剂阳离子聚丙烯酰胺等。此外还有杀菌剂等。
由于压裂业液中使用多种添加剂，使返排废水的CODcr值可达到10000mg/L以上，给废水处理造成困难。
目前处理压裂返排液的方法有经混凝等简单处理后，回注地层，其困难在于要有合适的回注井，要求回注井距离不远，回注容量大且不污染地下水；另一方法是将返排废水与废弃钻井泥浆混合后，加固化剂固化后填埋，该方法的缺点是成本高。
又由于压裂返排废水属一次性排放，水量不大，通常不超过200m3，加上油井井位分散，因此要求废水处理方法和设备应符合上述特点的要求。为了实现环保排放，解决的上述难题，使得处理效果达到国家排放标准GB8978-1996，主要是降低排放水的CODcr值，经对比研究混凝、电解、吸附和生化处理等多种污水处理方法，认为混凝处理选用氧化性助凝剂有助于提高处理效率、内电解可提高废水的可生化性并去除金属离子，利用吸附方法可缩短生化处理时间，利用培养和驯化的微生物菌群可提高污水处理效率，并形成了如下的压裂返排废水处理方法。
发明内容
一种处理压裂返排废水的方法，包括混凝、内电解、吸附处理和生化处理过程，主要特征在于按照以下处理步骤完成污水处理A、将压裂返排废水进行混凝处理。以聚合硫酸铁为混凝剂，用量为2000～3500mg/L，以漂白粉为助凝剂，用量为3500～4500mg/L，加入到压裂返排废水中。为加速絮体沉降，还可以再加入5~10mg/L的SW205促凝剂，进行搅拌和候凝，直到产生的污泥体积占冲刷体积(污泥体积与混凝后的废水体积之和)的25％左右，污泥经离心甩干后，可填埋。
B、将混凝后的废水进行内电解处理。以碳质和铁屑的体积比1∶0.5，用活化剂？活化，废水与Fe/C按接触时间为0.5小时；废水先调pH值，处理至出水的pH值比引入的混凝后废水PH增加2.5时完成；若废水中存在Pb，Cr等金属，可用石灰将pH调为强碱性，即PH为10，以去除Pb，Cr等金属离子。
C、吸附处理。将经内电解后的废水进行活性碳吸附处理，活性碳吸附柱内装粒状活性碳，吸附平衡时间为30分钟。
D、生化处理。上述A、B、C任意步骤产生的废水都可进行生化处理。将1000毫升10％浓度的葡萄糖溶液中加入磷酸盐类0.2克，尿素0.2克，于空气中静置7天，产生灰绿色菌团；把该菌团引入混凝后的压裂返排水，逐渐增加混凝后的压裂返排水的比例，从20％至40％，而后60％至80％，直至100％的压裂返排水，使菌团受到驯化，驯化时间3-4天，驯化后菌团作为生化处理用的菌种；将经驯化后的菌种，引入需要处理的废水中，菌种用量与废水量的体积比为1∶500，搅拌混合后静置，则生化开始，静置时间为7天，生化处理过程中曝气，则生化速度提高1倍；生化处理后的废水可用过滤器或砂滤器将水与菌团分离。菌可留作处理其它废水时使用，废水可实现达标排放。
上述处理方法还可根据时间和经费需要，混凝处理后，不进行内电解和吸附处理，或只进行内电解，不进行吸附处理，就直接进行生化处理，这样的处理过程，只要相应延长生化处理的时间，也可实现污水达标排放。例如，混凝后直接进行生化处理，在20℃条件下，需30天，才使CODcr降为100mg/L以下；若原水经混凝→内电解→吸附→生化处理，且生化时曝气，则只需7天。
为了方便实现上述的压裂返排污水处理方法，依据上述方法的各项处理步骤，特别设计出一套相应的压裂返排污水处理装置，该装置由带有搅拌器的废液储罐、内电解柱、中间水池、活性碳吸附柱、生化池和砂滤器构成，且各个罐、处理反应柱和池之间由水管或带泵水管依次连接。
由于上述混凝处理和生化处理都可在井场的废液罐或废水池内进行，简便易得。而内电解柱和活性碳吸附柱及其它附件(中间水箱，泵等)，井场不配备，可根据需要安装在一辆专车提供。只要该车到井场，则处理即可在当地进行，免除废水运输问题。
图1、压裂返排废水处理工艺流程2、压裂返排废水处理装置示意图，包括废液储罐(或废液池)，搅拌器，内电解柱，中间水池(箱)，活性碳吸附柱，生化池和砂滤器，由水管和水泵等依次连接而成。
具体实施例方式实施例一某油田的压裂返排废水主要污染指标如表1所示。
表1废水污染指标实测值(除pH，色度外，单位皆为mg/L)
从表1可见，CODcr为最主要的污染物，本发明主要针对CODcr的去除为目标，在CODcr去除的过程中，其它污染皆得到去除；本例采用混凝--内电解--吸附--生化的处理工艺流程，处理方法和结果如下①混凝废水(CODcr＝8470mg/L)中加入聚合硫酸铁2500mg/L，搅拌，同时加入漂白粉4000mg/L，静止后，测上清液CODcr＝4980mg/L，去除率为41.2％；②混凝出水通过Fe/C柱，使水与Fe/C接触时间为30min，测出水的CODcr＝3760mg/L，去除率9.8％。
③将内电解出水通过活性炭吸附柱，使水在柱内停留时间为30分钟，测出水CODcr＝2650mg/L，去除率为29.5％；④将活性碳吸附出水置于罐中，进行生化处理，静置每4天测一次CODcr值，其结果如表2所示(操作温度为18±5℃)。
表2生化处理结果与时间的关系
由表2可见经16天生化处理，废水CODcr可达到一级排放标准。
生化处理后水样经砂滤，测各项指标，皆能满足一级排放标准要求，如表3所示。
表3经混凝--内电解--吸附--生化处理的污水指标
实施例二用上述同一口井的返排废水，使用混凝--内电解--生化处理法进行处理。
①混凝废水(CODcr＝8470mg/L)中加入聚合硫酸铁2500mg/L，搅拌，同时加入漂白粉4000mg/L，静止后，测上清液CODcr＝4980mg/L，去除率为41.2％；②混凝出水通过Fe/C柱，使水与Fe/C接触时间为30min，测出水的CODcr＝3760mg/L，去除率9.8％。
③按前述返排污水处理方法中的D生化处理步骤，进行生化处理，结果如表4所示。
表4混凝出水直接生化处理的结果
由表4可见，采用混凝—内电解后直接生化处理，经28天后，CODcr值已降为100mg/L以下，可实现达标排放。
实施例三用上述同一口井的返排废水，使用混凝--生化处理法进行处理。
首先，混凝操作同实施例一中的①混凝，出水CODcr＝4980mg/L；然后，按前述返排污水处理方法中的D生化处理步骤，进行生化处理，结果如表5所示。
表5混凝出水直接生化处理的结果
由表5可见，混凝出水直接生化处理，经40天后，CODcr值已降为100mg/L以下，可实现污水达标排放。
权利要求
1.一种处理压裂返排废水的方法，包括混凝、内电解、吸附处理和生化处理过程，其特征在于按照以下处理步骤依次进行污水处理A、将压裂返排废水进行混凝处理。以聚合硫酸铁为混凝剂，用量为2000～3500mg/L，以漂白粉为助凝剂，用量为3500～4500mg/L，加入到压裂返排废水中。为加速絮体沉降，还可以再加入5~10mg/L的SW205促凝剂，进行搅拌和候凝，直到产生的污泥体积占冲刷体积(污泥体积与混凝后的废水体积之和)的25％左右，污泥经离心甩干后，可填埋。B、将混凝后的废水进行内电解处理。采用碳质和铁屑的体积比1∶0.5的Fe/C柱，废水与Fe/C柱按接触时间为0.5小时；废水先调pH值，处理至出水的pH值比引入的混凝后废水PH增加2.5时完成；若废水中存在Pb，Cr等金属，可用石灰将pH调为强碱性，即PH为10，以去除Pb，Cr等金属离子。C、吸附处理。将经内电解后的废水进行活性碳吸附处理，活性碳吸附柱内装粒状活性碳，吸附平衡时间为30分钟。D、生化处理。将1000毫升10％浓度的葡萄糖溶液中加入磷酸盐类0.2克，尿素0.2克，于空气中静置7天，产生灰绿色菌团，把该菌团引入混凝后的压裂返排水中驯化，驯化时间3-4天，驯化后菌团作为生化处理用的菌种，引入需要处理的废水中，菌种用量与废水量的体积比为1∶500，搅拌混合后静置，则生化反应开始，约16天后，将水与菌团分离，废水可达标排放。
2.如权利要求1所述的压裂返排废水的方法，其特征在于依次进行A步骤混凝和B步骤内电解后，将内电解出水直接进行D步骤生化处理，延长生化反应时间，静置28天以上。
3.如权利要求1所述的压裂返排废水的方法，其特征在于进行A步骤混凝后，将混凝出水直接进行D步骤生化处理，延长生化反应时间，静置约40天以上。
4.依据权利要求1所述的压裂返排废水的方法，形成相应的压裂返排污水处理装置，其特征在于该装置包括带有搅拌器的废液储罐、Fe/C内电解柱、中间水池、活性碳吸附柱、生化池和砂滤器，并由水管或带泵水管依次连接构成。
5.如权利要求4所述的压裂返排污水处理装置，其特征在于所述的Fe/C内电解柱和活性碳吸附柱，水管或带泵水管，可车载提供。
全文摘要
本发明涉及一种对压裂施工产出的返排废水的处理方法和利用该方法对压裂的返排废水进行处理的装置。压裂液中常用的添加剂，使返排废水的COD
文档编号C02F9/14GK1566000SQ03147870
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月27日 优先权日2003年6月27日
发明者田栓魁, 孟凡彬, 王万福, 诸林 申请人:天津大港油田集团石油工程有限责任公司, 西南石油学院, 大港油田集团有限责任公司