生物法处理压裂返排液的实验研究_何红梅

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1、? ? * 本文系 CNPC 科研项目( 编号: 200112? 3? 2)。 ? ? 作者简介: 何红梅, 女, 1972生; 1996 年毕业于西南石油学院环境工程专业, 现为西南石油学院应用化学在读硕士研究生。 地址: (610500) 四川省成都市新都区西南石油学院硕 2002 级 5班。电话: 13540140626。 生物法处理压裂返排液的实验研究* 何红梅 ? 赵立志 ? 范晓宇 (西南石油学院化学化工学院) ? ? 何红梅等. 生物法处理压裂返排液的实验研究. 天然气工业, 2004; 24(7): 71 73 ? ? 摘? 要? 压裂返排液是井下作业废弃液的一种, 它的有机物

2、浓度非常高, 采用单一的处理方法很难达标。为 此, 文章提出用混凝? Fe/ C微电解? 活性炭吸附的方法对大港油田港深 11? 8 井的压裂返排液进行预处理, 然后 采用直接投加细菌的方法进行生化处理研究。实验结果表明: 预处理不仅可以使压裂返排液的 CODcr去除 65% , 而且提高了压裂返排液的可生化性, 降低了后续生化处理的负荷; 经过 15 d 的生化处理, CODcr值可降到 100 mg/L 以下, 其他各项污染指标均达到国家一级排放标准。 ? ? 主题词? 压裂返排液? 预处理? 生化? 达标排放 ? ? 压裂是油气田开发过程中的重要增产措施。压 裂返排液由于 CODcr值高

3、而使其处理十分困难?1?。 笔者采用混凝? 微电解? 吸附的方法对其进行预处 理, 然后进行了生化处理研究。 水样来源及水质特征 ? ? 实验采用大港油田港深 11? 8 井的压裂返排液 为研究对象。该压裂液为水基压裂液, 其增粘剂为 羟丙基胍胶, 另外加有交联剂、 防膨剂和助排剂等, 其组成具有代表性。压裂返排液外观粘稠, 呈黑色。 水质分析结果如表 1 所示。 表 1? 港深 11? 8 井压裂返排液水质分析结果 pH 值石油类SS S2- CODcr挥发酚Cr6+色度 6. 0 107300. 2565001. 41. 054 ? ? 注: 除 pH 值和色度外单位均为mg/ L。 ?

4、? 从表 1 可见, 超标最严重的污染物是 CODcr, 其 次是 SS( 总悬浮物) , 但后者容易去除, 而挥发酚、 Cr6+和色度仅略有超标。故本研究工作的重点是 CODcr的去除, 在 CODcr处理的过程中, 其他污染物 亦将被去除。 实 ? ? 验 ? ? ( 1) 废水的预处理。因压裂返排液的CODcr值很 高, 实验表明, 原废水几乎没有可生化性。必须进行 预处理, 预处理过程为: ? 混凝沉降 ? 取 5 L 压裂返 排液, 加入一 定量的聚铁( PFS) 、 阴离子聚合物 ( PHP) 、 粉煤灰搅拌, 再加氢氧化钠调 pH, 静置分 层, 取上清液进行后续处理; ? 微电

5、解 ? 取混凝出水 用硫酸调 pH 为 2 后, 加入 Fe/ C 微电解反应器内 ( Fe/ C 体积比为 1: 1) , 反应一定时间, 加氢氧化钠去 除 Fe2+; ? 吸附 ? 取微电解出水放入装有粉末状活 性炭的反应容器内, 反应一定时间后, 过滤上层废 水, 详见参考文献?1?。经过预处理, 压裂返排液的 CODcr值由 6500 mg/ L 降至 2260 mg/ L, 去除率为 65%, 不仅减少了生化处理的负荷, 而且提高了废水 的可生化性。 ? ( 2) 菌种的培养。取 1000 mL 湖水, 加蔗糖 20 g,磷酸二氢钾 1 g, 氯化铵 1 g, 搅拌均匀, 在室温 2

6、0? 放置 10 d, 可见水表面有一层绿膜, 用显微镜观 察, 发现有球菌、 放线菌、 鞭毛菌等。绿膜即是生物 处理所需的菌种。 ? ? ( 3) 压裂返排液可生化性实验。实验目的是考 察原压裂返排液和经以上预处理后的压裂返排液的 可生化性。在 250 mL 的锥形瓶中加入一定量的预 处理压裂废液和培养的微生物, 用装有溶解氧探头 的橡皮塞子迅速塞紧瓶口, 将瓶子放在控温电磁搅 拌器上, 启动搅拌器, 控制温度为 20? 后定期测定并 记录溶解氧浓度, 以累积耗氧量对时间作图, 得生化 ?71? 第 24 卷第 7 期 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 天 ?

7、然 ? 气 ? 工 ? 业 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?钻 井 工 程 呼吸线( 预处理后生化线) 。以原水做同样试验。在 瓶中只加同量的微生物, 以同样方法进行实验作图, 得内源呼吸线。如果废水的生化呼吸线在内源呼吸 线之上, 说明有机物的存在使微生物的耗氧速率加 快, 则该废水可生化; 反之, 说明有机物对微生物有 抑制作用, 则该废水不可生化?2, 3?。经过预处理后的 压裂废水的可生化性实验结果见图 1。 图 1? 预处理后废水的可生化性 ? ? 实验结果表明, 原压裂返排液不可生化, 而经预 处理后的压裂返排液具有可生化性, 可采用生化法 处理。 ? ? ( 4

8、) 压裂返排液的生化处理。实验以一个 1 L 的大烧杯作为氧化塘反应器, 装入预处理过的压裂 返排液, 加入培养的菌种, 对压裂返排液采取曝气和 不曝气处理进行对比实验, 每 3 天测一次 CODcr值, 直至 CODcr值降至 100 mg/ L 以下。并用显微镜观 察生物相。 结果及讨论 ? ? ( 1) 曝气与不曝气对 CODcr去除率的影响。将预 处理后的废水在室温进行曝气生化处理与不曝气生 化处理, 每 3 天取样测 CODcr, 试验结果见图 2。由 图2 可知, 曝气的水样 CODcr低, 即 CODcr去除率 高。 可见曝气是影响CODcr去除率的重要因素, 曝 图 2? 曝气

9、与否对 COD 去除率的影响 气不仅可以使废水与微生物充分混合, 而且使水中 溶解氧增加, 促进了氧气, 微生物与废水三相之间的 混合, 接触与传质, 提高了好氧微生物的活性和氧化 分解废水中有机物的速率。 ? ( 2) 生物相分析。实验运行过程中, 定期对生 化处理压裂返排液作显微镜观察。在 16 ? 40 倍显 微镜下观察结果如下: 发现进行曝气处理的废水中 的生物相与不曝气处理的废水中的生物相稍有不 同, 曝气的水中除不曝气水中的一些细菌如球菌、 杆 菌、 鞭毛菌、 纤毛虫?4?外, 还有微型藻类。曝气处理 的废水中还可看见大量非常活跃的纤毛虫在水中捕 食游离细菌, 并且曝气处理的废水中

10、微生物在数量 上多于不曝气处理废水中的微生物。镜检所见微生 物形态如图 3所示。 图 3? 镜检所见主要微生物 ? 在废水的生物处理中, 细菌、 原生动物、 藻类等 的出现, 预示着废水处于良好运行过程中。原生动 物对废水进行净化主要是通过吞噬游离的细菌和颗 粒状悬浮物, 同时原生动物还可作为废水处理的指 示生物?5?。在氧化塘中, 有机污染物被细菌降解为 无害的无机物, 同时产生 CO2, 这为藻类生长提供了 条件, 藻类的繁殖产生的氧气又为细菌进一步降解 有机物提供了有利条件。 ? ? ( 3) CODcr随时间的变化。在曝气条件下, 实验 测定不同时间的 CODcr值, 其结果如图4 所

11、示。由图 4 可知, 前 3 天 CODcr 的降解最快, 经 15 天, CODcr 就降到 100 mg/ L 以下。 图 4? COD 与时间的关系图 ?72? 钻 井 工 程? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 天 ? 然 ? 气 ? 工 ? 业 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2004 年 7 月 ? ? ( 4) 生化处理后水质分析。取曝气生化 15 天后 的水样进行水质分析, 其结果如表 2 所示。由表 2 可知, 各项指标皆达到一级排放标准 ?6?。 表 2? 生化处理后的水质分析结果 pH 值石油类S SS2- CODcr 挥

12、发酚 Cr6+色度 6. 0 10100. 20940. 30. 40 ? ? 注: 除 pH 值和色度外单位均为mg/ L。 结 ? ? 论 ? ? ( 1) 原压裂返排液不可生化, 但经混凝? 内电解 ? 吸附三步预处理后, 具有可生化性, 预处理是后续 生物处理的基础。 ? ? ( 2) 曝气提高了生化处理中有机物的去除速率, 则可说明生化处理中的微生物大部分是好氧微生 物。 ? ( 3) 在预处理的基础上再采用生化法处理压裂 返排液有很强的针对性和可行性, 其工艺简单, 具有 投资少, 运行管理简单等优点; 缺点是所需时间长, 找出优势菌种来缩短处理时间是我们以后的研究。 参 ? 考?

13、 文? 献 1? 李健, 赵立志, 刘军. 压裂返排废液达标排放的实验研究. 油气田环境保护, 2002; 12(3): 26 28 2? 耿安朝, 张洪林. 废水生物处理发展与实践. 沈阳: 东北大 学出版社, 1997: 215 217 3? 王彩霞编. 城市污水处理新技术. 北京: 中国建筑工业出 版社, 1990: 10 18 4? 顾夏声, 李献文, 俞毓馨编. 水处理微生物学基础. 北京: 中国建筑工业出版社, 1988: 41 49 5? 王建国. 环境微生物. 北京: 化学工业出版社, 2002: 6 27 6?GB8978- 1996?污水综合排放标准? (收稿日期? 200

14、3 ?12 ?23? 编辑? 钟水清) 青藏高原油气资源潜力大 预测油气资源总量超过百亿吨 ? ? 由中国地质调查局成都地质矿产研究所承担的?青藏高原重点沉积盆地油气资源潜力分析?项目取得重要进展, 共发现 7 个有效油气系统和一个大规模含沥青层, 预测油气资源总量超过百亿吨。在羌北盆地中南部上侏罗统上部砂、 泥岩层中发现 迄今羌塘盆地规模最大的含沥青层, 认为该区域大面积发育良好的盖层和圈闭构造是寻找大型油气田的有利区块。在双湖 地区中央隆起带发现油气苗一处, 对判断油气再运移有重要意义。该所根据所获取的最新资料, 对羌塘盆地油气生、 储、 盖特 点进行分析, 取得了新认识: 以中侏罗统布曲

15、组碳酸岩储层为最好储层, 孔隙类型以小孔? 微细喉为主; 物性以低孔、 低渗、 特 低孔、 特低渗为主。通过模拟实验, 确定这一地区盖层岩类以泥质岩和膏盐岩为主, 石灰岩次之; 中? 新生代共发育有 8 套封 盖岩组; 地域上以南羌塘坳陷最佳, 北坳陷的西南和中北部次之。该项目组人员研究发现, 羌塘盆地油气生成普遍, 油气成熟 度高。在油气系统方面, 发现盆地中生界可以划分为 10 个油气系统, 其中 7 个为有效油气系统。根据新资料和全面分析, 该 所重新对羌塘盆地油气资源量进行计算, 认为该区中生界各油气系统总生烃量 13782. 32? 108吨, 资源量 113. 3? 108吨。其

16、中, 石油 38. 08 亿吨, 天然气 75. 22 亿吨。 ( 蒋静萍? 摘自?产经网? 中国国土资源报?) ?73? 第 24 卷第 7 期 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 天 ? 然 ? 气 ? 工 ? 业 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?钻 井 工 程 even distribution, Gate segments jammed by corroding prod? ucts, Valve rod cracking caused by sulfide stress attack at the connection between valve rod and gate segment, or valve rod and valve needle, Sealing performance deterioration caused by surface damage or material loss made from wearing or corrosion, Ageing, bubbling and