川西边远区块采气废水现场处理设备及工艺研究

凌 兵 宋 佳 罗平凯 邱林青

(中石化西南石油工程有限公司油田工程服务分公司)

川西边远区块采气废水现场处理设备及工艺研究

凌 兵 宋 佳 罗平凯 邱林青

(中石化西南石油工程有限公司油田工程服务分公司)

针对川西边远区块采气废水处理难、采气废水污染指标高的问题,研制出了一套适用于现场的川西边远区块采气废水处理设备。该设备由11个单元构成,主要采用电凝聚气浮技术、斜管沉淀工艺、筛板塔吸收O3/H2O2复合氧化工艺、过滤臭氧复合处理工艺4种先进的工艺技术。通过现场对比试验,确定出该设备的最佳工作参数:电气浮电流3 500 A左右、处理流量8 m3/h、一级沉淀池出水p H值13左右、双氧水加量7 g/min左右、臭氧加量96 g/min左右。现场采气废水试验结果表明,川西边远区块采气废水现场处理设备在去除采气废水COD、石油类、悬浮物等方面具有较好的效果,其出水污染指标达到了GB 8978-1996《污水综合排放标准》的一级标准,从而为川西边远区块采气废水的现场达标处理提供了一套方便、实用的设备。

采气废水 边远区块 现场处理设备 工艺 试验

随着川西地区油气勘探开发的深入,越来越多的边远区块成为勘探开发的重点。一般而言,川西地区的采气废水采取罐车拉运至场站进行集中处理的模式,而对于边远区块的井场而言,由于井场距离场站较远,存在着交通不便、罐车拉运周期长、拉运费用高的缺点。故有必要设计一套边远区块采气废水现场处理设备,形成一套适合于川西边远区块采气废水处理技术,从而解决川西边远区块大规模油气开发所造成的相应环境问题,为川西地区油气的可持续开采创造有利条件。

1 川西边远区块采气废水污染特性

采气废水是在天然气气井采气过程中伴随着天然气带出的地层水[1-2]。不同地区的天然气气井会因地质条件产生一定差异,但总体上讲,采气废水是含有凝析油、悬浮物、盐、硫化物等的一种工业废水,具有COD值高、色度高、矿化度高、可生化性差、治理难度大等特点[3-4]。表1是川西边远区块5口气井采气废水分析结果。

表1 川西边远区块5口气井采气废水污染指标分析结果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口气井的采气废水,其主要污染成分均较复杂,污染负荷较高,特别是COD值、石油类、悬浮物、铁、锰等指标已经远远超过国家及地方规定的污染物排放标准。

2 处理设备介绍

针对川西边远区块采气废水污染特性和边远区块的现场条件,设计制造了一套川西边远区块采气废水现场处理设备,现对该处理设备做简单的性能和结构介绍。

2.1 设备主要性能

(1)废水处理后指标达到GB 8978-1996《污水综合排放标准》的一级标准。

(2)单套设备处理量8～10 m3/h。(3)设备能连续稳定运行。

2.2 结构

整套设备由压滤单元、电气浮单元、一级混凝单元、一级沉淀单元、臭氧化单元、二级混凝单元、二级沉淀单元、过滤单元、监护罐、底座、电气系统共11个单元构成(见图1)。

2.3 工艺技术特点

(1)采用电凝聚气浮技术,借鉴已工业化和试验验证可行的“电凝聚气浮技术”对采气废水进行处理,大大降低了废水的COD值。

(2)采用斜管沉淀技术对混凝后的废水进行处理,最大限度地除去水中的悬浮物。

(3)采用筛板塔吸收-O3/H2O2复合氧化工艺对废水进行深度处理,可以实现废水COD的充分氧化降解,使COD值大幅降低。

(4)采用过滤-臭氧复合处理工艺,既可进一步降低废水COD值,还能延长过滤介质的使用寿命和更换周期,降低成本。

3 设备工艺试验

现场对采气废水处理设备的关键工艺进行试验,通过不同工艺参数条件下废水处理效果的对比,优选出该设备的最佳工艺参数。由于采气废水主要污染指标为COD值,所以本次试验主要为COD的去除。

3.1 电气浮工艺试验

将电气浮池充满采气废水,测试不同电流强度(1 000 A、2 000 A、3 000 A、4 000 A、5 000 A)下的废水反应情况。

表2 不同电流强度的废水试验Table 2 Wastewater test at different current intensity

表2表明,电流强度为3 000～5 000 A时,电絮凝-气浮效果明显。以250 A为一个变化梯度进行细化实验,进一步确定最佳工作电流的范围,每个电流强度下反应20 min,取样过滤后测试COD值。

由图2可以看出,电流强度为3 500 A时,废水COD去除率达到61.1%;当电流强度继续增加时, COD去除效率变化缓慢。由此,确定3 500 A为电气浮最佳电解电流强度。

通过调整进水阀开度控制进水流量,从而控制电解反应时间。测定了电解处理时间分别为10 min、15 min、20 min、25 min、30 min时对应处理流量下的COD值(电解电流强度3 500 A),结果如图3所示。

试验表明,在电解电流强度为3 500 A时,处理流量8 m3/h(电解时间20 min)时,COD去除率为50%～70%,为理想的电解参数区间。不同的水质可适当调节电流,电流在3 250～3 700 A间为宜。

3.2 氧化工艺试验

氧化过程需确定氧化药剂的加量,根据川西边远区块采气废水处理设备的条件,本套设备采用的氧化剂为双氧水和臭氧。

(1)双氧水加量调试:以p H值、双氧水、臭氧的加量为变量进行调试,以确定最佳的氧化效果,处理流量为8 m3/h。

根据经验加量,首先固定臭氧的加量为120 g/min,双氧水的加量从0～15 g/min依次变化,调节进水的p H值至13,出水调节过滤后测试相应的数据,如图4所示。

图4表明,当双氧水的加量为7 g/min左右时, COD去除率最高,达到54%。当双氧水的加量大于7 g/min时,处理出水的COD值反而升高。

(2)臭氧加量调试:确定双氧水的加量为7 g/min后,再调整臭氧的加量为0～120 g/min(按12 g/min的间隔进行调节),调节进水p H值为13,处理出水过滤后,测试各项处理数据,如图5所示。

图5表明,当臭氧的加量为96 g/min时,废水的COD去除率最高。当加量大于96 g/min时, COD去除效果增加不明显。

(3)氧化最佳p H值的确定:双氧水、臭氧的加量分别为7 g/min和96 g/min时,调节进水p H值,确定最佳的氧化参数。

由图6可以看出,在p H值为13时氧化能力最强。

通过以上试验,确定出最佳氧化参数为:双氧水加量7 g/min左右、臭氧加量96 g/min左右、进水最佳p H值13左右。

4 设备现场试验

运行川西边远区块采气废水现场处理设备,设备的运行条件为:电气浮电流3 500 A左右、处理流量8 m3/h、一级沉淀池出水p H值13、双氧水加量7 g/min、臭氧加量96 g/min。现场共处理了856 m3采气废水,处理前后共取了10组对比样。对10组样品出水进行了检测,污染指标均达到了GB 8978-1996的一级标准,其中未检测出金属离子超标,主要污染指标结果如表3所示。

表3 设备现场试验结果 (ρ/(mg·L-1))Table 3 Field test results of equipment

由表2可以看出,川西边远区块采气废水现场处理设备处理效果良好,能达到GB 8978-1996的一级标准。

5 结语

根据川西边远区块采气废水的水质特征和现场条件,研制出了一套川西边远区块采气废水现场处理设备。现场试验结果表明,该设备在去除采气废水石油类、悬浮物及COD等方面具有较好的效果,其出水污染指标达到GB 8978-1996的一级标准。总的来说,川西边远区块采气废水现场处理设备具有工艺技术先进,现场适应性强,经济可行且适用性广泛的特点,在边远区块具有较好的推广前景。

[1]周光元,卢海清.CQS1.2/0.6型采气废水处理装置[J].石油机械,2004,32(12):35-38.

[2]党延磊,胡俊,李维维,等.户部寨气田泡沫钻井废水处理技术的优化研究[J].石油与天然气化工,2011,40(5):535-538.

[3]廖崇.撬装式钻井固废液装置在塔河油田的应用[J].油气田地面工程,2010,29(9):101-102.

[4]何策,杨晓峰,杨讯,等.钻井污水处理单元设备及工艺流程研究[J].石油机械,2000,28(8): 50-53.

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;编辑:钟国利

凌兵(1967-),男,现任中石化西南石油工程有限公司油田工程服务分公司西南环保中心党支部书记兼副主任,主要从事管理工作及油气田环境治理方面的工作。地址:(618000)四川省德阳市旌阳区玉泉路389号景霞花苑。电话: 0838-3851788。E-mail:lingbing67@126.com