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1、固定化小球藻净化海水养殖废水的研究1、相关定义1.1、海水工厂化养殖的概念 海水工厂化养殖,又名海水封闭循环水养殖,工厂化养殖18是指运用建筑、 机电、化学、自动控制学等原理,对养殖过程中的水质、水温、投饵、排污等实 行半自动或全自动化的管理,始终维持鱼类的最佳生长环境,从而使鱼健康、快 速地生长,最大限度地提高单位水体鱼产量和质量,且不产生内外污染的一种高 效养殖方式。海水工厂化养殖的特点是充分利用厂房设施以及与其配套的机械仪 器设备,高密度、集约化19。它立足于海洋生态保护,科学的对养殖水体进行净 化处理,营造出适合鱼类生长繁殖的条件,使养鱼处于人工控制状态,实现全年 稳产、高产。 海水工
2、厂化养殖是当今最为先进的养鱼方式,它具有单产高、占地少、经济 效益高、可全年连续生产、操作管理自动化、受自然环境影响小等众多优点,是 一种生态环境友好的绿色养殖方式20。 1.2、絮凝剂的定义与分类 絮凝沉淀法所用的药剂通常分为两类,第一类是使脱稳之后的胶体颗粒之间 产生架桥的作用并在沉淀的过程中发生卷扫作用的药剂叫作絮凝剂;第二类是对 水中的胶体、悬浮颗粒表面电荷进行中和或者压缩颗粒的双电层,使其脱稳的药 剂叫作凝聚剂2-4。在处理废水时使用絮凝沉淀法,絮凝剂的选择是其关键的技 术之一。 1.3、海水养殖业环境成本定义 随着海水养殖业的发展,养殖环境污染问题也日益突出,海水养殖业环境保 护问
3、题日益引起世界各国的普遍高度重视,要求养殖企业减少环境污染、降低影 响环境的物质能源消耗、建立并实施外向型海水养殖业环境成本核算制度的呼声 越来越高。 但是对于什么是环境成本,目前理论界的观点很不一致。 目前普遍认可的定义为,在可持续发展思想的指导下,环境成本可定义为: 环境成本是指某一主体在其可持续发展的过程中,因进行经济活动或其它活动, 而造成的资源耗减费用、环境降级费用以及为管理其活动对环境造成的影响而采 取的防治措施费用。因此,环境成本可分为以下三类:(1)资源耗减成本,是 指由于经济活动开发、使用而发生的自然资源实体数量减少的价值。经济活动必 然消耗资源,由于资源的利用,使资源的储量
4、随开采、利用的规模而逐渐减少。 (2)环境降级成本,是指由于废弃物的排放超过环境容量而使环境资源的质量 下降所造成损失的货币表现,也可称为污染损失成本,如空气和水的污染、恶劣 环境对人类健康的影响等。环境降级成本包括环境污染损失和生态破坏损失。(3) 环境保护成本,是指为避免环境降级或消除其影响而实际发生的费用,包括废弃 物循环利用及有害有毒物的处理、环境科学技术研究、环境卫生维护等,如生产 和生活垃圾、废水处理,废气净化,噪音和光污染的消除,电磁和核辐射防治等 (李明辉,2005)。 因此,我们根据以上对环境成本的不同定义及我国实行的海洋经济可持续发 展战略思想,对外向型海水养殖业环境成本进
5、行了定义。外向型海水养殖业环境 成本是指外向型海水养殖业在其可持续发展过程中,因进行出口水产品的生产而 造成的海水资源的耗减费用、海水养殖环境降级费用以及恢复海水养殖活动对海 洋环境造成的破坏所需支付的费用。具体的费用分类在第 5 部分详细阐述。 1.4、海水养殖企业相关概念及理论基础 2.1 相关概念界定2.1 相关概念界定 2.1.1 海水养殖业2.1.1 海水养殖业 海水养殖指的是利用浅海、港湾、滩涂、围塘等海域,通过人工投放苗种或 天然纳苗,进行人为的养殖和生产,并进一步促进其生育和繁殖海洋动植物的活 动。海水养殖是人类合理有效利用海洋资源的重要手段之一,也是促进人类经济 社会不断发展
6、的重要推动力之一32。海水养殖可以按集约程度和空间分布进行分 类。按集约程度可分为粗养、精养和半精养等,按空间分布可分为港湾、浅海、 围塘等。其养殖对象可分为鱼类、虾蟹类、贝类以及其他经济生物。 1.5、压裂废水模块化处理的概念、目的及意义 1.3.1 压压压压裂裂裂裂废废废水水的 处处处处理理理现现状 油气田井场作业性质决定了压裂废水产生的水量小、分散和不连续性的特点, 合理的处置这些分散式井场废水已成为长庆油田企业管理的重要程序。目前,国 内外关于这些分散式井场废水的处置方式较为常用的方式是分散收集、集中处置 或者建立移动式(撬装式)污水处理装备对其进行处理,但是长庆油田很多井场 分布比较
7、偏远,道路环境恶劣,集中收集或者采用移动处置存在诸多不便和运输 的安全隐患9。 油井压裂是油田主要增产增注技术措施,特别是对于长庆油田所处的低渗透 区块,压裂作业尤为重要。”十一五”期间,长庆油田油井老井压裂措施比例为40.24 % ,增油比例为57.88 %;水井压裂措施比例为19. 82 % ,增注比例为27. 68 %; 水井酸化措施比例为63. 49 %、增注比例为43. 77 %。另外,新油井中压裂投产井 占1/3。虽然,长庆油田对于部分压裂返排液进行了处置,还有相当一部分处理液 并未作任何处置。通常情况下,这些污水就地排放在井场排废池内,采用自然蒸 发等方法处理,对井场周边环境造成
8、了严重的污染和水资源浪费。 因此,对这些集中收集处理或者移动处置较难的井场废水的处理迫在眉睫, 所以,开发一种就地污水处理技术,对于缓解当地环境问题显得至关重要,也对 于保障油田的正常生产和可持续发展具有重要意义。 1.3.2 压压压压裂裂裂裂废废废废水水水水模模模模块块块块化化化化处处处处理理理理设设设设备备备备的的的提提出 长庆油田所处的地区环境和油气田井场作业性质决定了井场废水量小、分散 和不连续性的特点。据调查,每口新井所产生的压裂废水量约为200 m3左右,老井 所产生的压裂废水量为100m3左右,而且,对于一口井的压裂为35年/次。概括起 来,长庆油田井场压裂废水具有以下特点: 1
9、 污染点源分布广泛、污染物类别众多; 2 污染物分布水平不一,污染物间歇排放; 3 不同污染物分布特征及处理性差异大。 通过上述内容可以看出,将分散式的油气田有机废水集中收集并采用某种处 理技术进行集中处置并不适于油气田的开发特点,很难达到有效、及时地控制污 西安建筑科技大学硕士学位论文 7 染的目的。因此,为了适应当前油气田开发过程中产生的有机废水治理的新形势, 针对分散式油气田废水,结合长庆油气田井场作业特点和废水的组成及特征,必 须研究开发可独立完成收集、截留、控制污染的处理工艺与技术体系。然而,对 于分散式、小水量、组成性质差异较大的油气田有机废水的该类处理技术,几乎 是空白。 基于上
10、述原因,针对油气田开发的污染特征,以污染物排放点为单位进行污 染物就地处理,建立分散式油气田有机废水处理系统与污染控制模式是当今长庆 油田污染控制的重要途径。通常情况下,针对典型工业污染物排放量较小、分布 不连续的特征,分散式污水处理系统采用的控制技术是设置移动式处理装置(或 者撬装式污水处理装置),满足小范围内工业污染物控制。 针对压裂废水处理后的不同归宿,其处理技术也相应不同。概括起来,压裂 废水处理水一般有回注地层、汇入集输系统以及达标排放三种。若根据不同的归 宿,研发不同的移动式处理设备,这样无疑增加了运行成本,而且效率低,适应 性不强。根据这些情况,提出了压裂废水的模块化处理概念,既
11、对于一套移动式 处理设备,具有不同的处理模块,针对压裂废水处理后的不同归宿,采用不同的 模块单元对其进行处理。 1.3.3 研研研研究究究目目的 与意意义 基于压裂废水的环境危害,国内外对其开展了广泛的科学研究和实际应用。 纵观国内外压裂废水处理技术,可以追溯到上世纪6070年代,至今已有近半个世 纪的发展。由于压裂废水成分的复杂性及其初期压裂液的粘稠性,迄今为止的压 裂废水处理技术尚未有定型的处理工艺技术体系,技术成熟性较差。这些技术仍 局限在初级处理阶段,都或多或少地存在一些缺陷,如存在处理费用昂贵、无成 熟工艺,或者由于技术可实现性要求很高,在现场难以实施等问题而不能应用。 例如,目前经
12、常报道和使用的压裂废水处理技术 “混凝-次氯酸钠氧化-Fe/C微 电解-H2O2/Fe2+催化氧化-活性炭吸附”等处理工艺存在的缺陷是采用的氧化剂 或者酸化调节在操作过程中有一定的安全隐患或者不稳定性。 鉴于目前市场上压裂废水治理技术与工艺的上述不足,当今市场急需一种技 术可行、经济节能、操作简单方便、行之有效的压裂废水深度处理工艺与技术体 系。在现有压裂废水研究基础上,以环境友好处理与清洁治理为基本原则,研究 开发出油田压裂废水高效处理剂、快速处理工艺以及深度处理的新技术、新工艺。 并对各处理工艺进行模块化分解,以除油、絮凝、高级氧化、膜处理等为基本单 西安建筑科技大学硕士学位论文 8 元,
13、优化组合各个单元,根据处理需求,以形成针对不同水质的模块化处理组合 方式,有效解决不同污染组份的压裂废水污染问题,节约处理成本,达到企业经 济效益和社会效益双赢,以实现公司”节约发展,清洁发展、安全发展、可持续 发展”的发展目标。 长庆油田每年新开采油井数千口,且随着长庆油田向年产5000万吨油气目标 迈进的步伐加剧,钻井压裂返排液的数量不容忽视。这些压裂返排液的存在对环 境危害巨大,在井场区也会造成潜在的安全隐患。因此,”压裂废水深度处理技术 研究与模块化处理装备研发”项目的开展及其研究成果将拥有广阔的市场容量和 良好的应用前景,可极大地提高油田区域的环境保护效率,项目的实施将产生巨 大的社
14、会和环境效益。 1.3.4 研研研研究究究内内容 (1)研究路线 压裂废水的组成、性质特点分析 压裂废水的处理方法研究 针对压裂废水处理后的不同归宿,确定处理工艺 模块化处理设备的设计加工 现场应用研究 现场考察及取样 结论及建议 图 1.2 压裂废水模块化处理的总体研究路线 根据压裂废水的性质特点,结合油田的实际需要,在对长庆油田压裂废水进 行处理时,研究路线如图1.2所示。 (2)研究内容 根据压裂废水污染物特性和处理目的灵活采用相应的处理技术以达到污染控 制的目的,该类技术主要以物理化学、化学或者组合处理技术为主。 西安建筑科技大学硕士学位论文 9 1 压裂废水的分析 对压裂废水进行综合
15、分析,主要分析指标有含油量、CODCr、色度、悬浮性固 体(SS)、平均腐蚀速率等;对压裂废水进行色谱分析,了解压裂废水中有机物成分 。 2 压裂废水的处理方法研究 结合油田压裂作业特点和井场废水的组成及特征,不难得出井场废水含有的 主要污染成分是悬浮颗粒、石油类以及溶解性有机物,这些污染物质构成了污染 水体的COD、色度和异嗅味。一般而言,悬浮颗粒和石油类污染物质以及部分溶 解性有机物可以通过混凝、沉淀工艺予以去除。 基于上述思路,针对井场压裂废水的水质特点和废水中有机物的分散特性, 选择的高效絮凝剂、助凝剂和预处理剂以实现油田分散式井场废水的环境治理, 通常情况下,混凝处理单元所利用的原理
16、是通过加入絮凝剂改变污染物的表面性 质,并辅以适度的搅拌使这些污染物质破乳、脱稳继而发生凝聚以实现固液分离。 该单元极大程度的去除水中众多污染物质,有效解决不同组份的井场废水污染问 题,该处理单元的主要目的是解决废水中的色度、SS、异嗅味以及重金属等第一 类污染物。但是剩余的大量溶解性有机物很难通过简单的混凝处理单元予以控制。 所以,需要对其进行深度处理。 深度处理技术通常是指在常规混凝处理工艺以后,采用适当的处理方法,将 常规处理工艺不能有效去除的对环境和人类存在潜在风险的污染物加以去除,以 提高和保证水质的水处理方法。从常规意义上将,深度处理往往是以废水回收和 再次回用为目的,常用于去除水中的微量COD和BOD有机污染物质,SS及氮、磷 高浓度营养物质及盐类。本课题采用的方法主要有膜分离法、高级臭氧氧化法、 臭氧催化氧化法及其组合方法。 3 压裂废水模块化处理设备的研发 通过对压裂废水处理方法的研究,结合处理后水的归宿问题,确定处理工艺。 设计并加工压裂废水模块化处理设备。 4 现
