CN105417705A - 一种基于besi技术的压裂返排液生物处理方法 - Google Patents

一种基于besi技术的压裂返排液生物处理方法 Download PDF

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Abstract

一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法，本发明涉及基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法。本发明是为了解决现有技术成本高和出水含油量大的问题。本发明的具体步骤为：一：压裂返排液经污水进水泵进入厌氧反应装置(2)进行处理，HRT为20～28小时；二：步骤一处理后的压裂返排液进入兼性厌氧反应装置(3)，HRT为20～28小时；三：步骤二处理后的压裂返排液进入好氧反应装置(4)，HRT为44～52小时；四：步骤三处理后的压裂返排液一部分经排放管直接流出，另一部分回流到兼性厌氧反应装置(3)中，两部分的体积比为1：1。本发明应用于压裂返排液生物处理领域。

Description

一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法
技术领域
本发明涉及基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法。
背景技术
目前我国油田的开采普遍进入了中后期，利用压裂作业的方式对于油田的增产增注具有重要意义。压裂作业所产生的压裂返排液含有大量有毒有害物质，如果不经处理直接排放，将会对油田周围的生态***产生重要的影响。由于压裂返排液具有化学成分复杂，高粘度，高COD，高悬浮物，高盐度，难生物降解等特点，导致压裂返排液难以处理。
目前压裂返排液的处理仍然处于起步探索阶段，并且仍未总结出一套完整易用的处理工艺。在以往的研究中，针对压裂返排液的处理目的都是为了油田生产服务，因而所制定的处理目标大都是达到回注的水质标准，关注的水质指标以含油量、悬浮固体、粘度、粒径中值等为主，忽略了压裂返排液中的毒性物质和有毒有害物质。然而，一个不容忽视的问题是，目前我国的油田开采已经进入了高含水阶段，采出水外排将是一个无法回避的问题，因此使采出水处理达到更高的水质要求是油田生产的新要求
目前，国内外的研究者对压裂返排液的处理进行了大量的研究，处理方法主要包括：固化处理、焚烧处理、物理化学法、高级氧化法和生物法，但是由于压裂返排液的复杂性，实际处理压裂返排液往往采用复合工艺。万里平等采用“中和一微电解一催化氧化一活性炭吸附”4步工艺处理川中磨140井酸化压裂返排液，处理出水达到污水综合排放标准(GB8978-1996)中的二级标准。刘军等以天津大港油田港深11-8井压裂返排液为研究对象，先用混凝一微电解一吸附工艺进行预处理，再用生物法进行深度处理，出水可以达到污水综合排放标准(GB8978-1996)中的一级标准。KerriL.Hickenbottom等利用正渗透的方法处理压裂返排液，回收水量为80％，并且通过渗透性反冲洗的方法有效去除膜污染，恢复膜通量。虽然以上两种方法达到了排放标准，但处理成本高，每吨水200元以上。
压裂返排液的处理方法多种多样，各有利弊。混凝沉淀可以有效地对水样进行预处理，但是容易造成二次污染；膜过滤法可以有效地保障出水水质，但需要预处理，而且容易导致膜污染问题；高级氧化法处理效果好，但处理成本高。
发明内容
本发明是为了解决现有技术成本高和出水含油量大的问题，而提出的一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法。
一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法，所述生物处理的方法具体过程为：
步骤一：压裂返排液经污水进水泵(1)经厌氧反应装置(2)的底部进水口进入厌氧反应装置(2)进行处理，HRT为20～28小时，所述HRT为水利停留时间；
步骤二：步骤一处理后的压裂返排液经厌氧反应装置(2)顶部侧壁出水口流出，通过兼性厌氧反应装置(3)的底部进水口进入兼性厌氧反应装置(3)，HRT为20～28小时；
步骤三：步骤二处理后的压裂返排液经兼性厌氧反应装置(3)的顶部侧壁出水口流出，通过好氧反应装置(4)的底部进水口进入好氧反应装置(4)，HRT为44～52小时；
步骤四：步骤三处理后的压裂返排液分为两部分，一部分经排放管直接流出，另外一部分经回流泵(6)回流到兼性厌氧反应装置(3)中，两部分的体积比为1：1。
采用生物法处理压裂返排液因其具有适应性强、操作灵活、处理成本低、无二次污染等优点，好氧与厌氧处理方法各有不同的优缺点，对于难降解污水单靠一种方法很难取得满意的处理效果，在实际应用中，通常是将两种方法结合起来，按照“分级处理、厌氧先行、好氧把关”的原则，来确定合理的方法流程。本发明正是基于以上思路，利用厌氧生物处理对难降解物质进行开环锻链，增加其可生化性，并利用接触氧化处理强化出水水质，提出了新型BESI生物工艺来处理压裂返排液。
BESI方法通过UASB反应器(或ABR、EGSB、IC等厌氧生物反应器或者组合反应器)+厌氧反应柱+接触氧化池来实现的，该方法具有如下优点：(1)UASB反应器设计巧妙，下部为污泥反应区，上部为沉淀区，顶部为三相分离区，有效的实现了气液固的分离，保障水力停留时间和污泥泥龄的分离。(2)UASB有利于形成颗粒污泥，从而促使微生物与污水充分接触，微生物利用率高，处理能力强。(3)厌氧区、缺氧区、好氧区的分离，实现了不同生物相的分离，有利于不同种群微生物的新陈代谢，从而可以达到脱氮除磷的目的，并可以稳定和提高处理效果。(4)耐污染冲击负荷能力强，污泥产率低，可长时间无需排泥。(5)除少量投加必要的营养剂外，无需其它药剂，运行费用低。
本发明可以实现对压裂返排液的有效处理，处理后的水质COD含量≤150mg/L，含油量≤10mg/L，悬浮固体含量≤20mg/。本发明方法以中试规模计算吨水的处理成本为1.508元/m3；以工业化放大试验计算，吨水的处理成本为0.706元/m3。本发明方法与现有技术相比大大降低了处理成本。
附图说明
图1为BESI技术处理压裂返排液反应装置示意图；图中其中1为污水进水泵、2为厌氧反应装置、3为兼性厌氧反应装置、4为好氧反应装置、5为球形填料、6为回流泵、7为曝气装置。
图2为球形填料示意图；
图3为本发明方法处理前后原水和出水COD含量对比图；
图4为本发明方法处理前后原水和出水含油量对比图；
图5为本发明方法处理前后原水和出水悬浮物含量对比图。
具体实施方式
具体实施方式一：一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法包括以下步骤：
步骤一：压裂返排液经污水进水泵(1)经厌氧反应装置(2)的底部进水口进入厌氧反应装置(2)进行处理，HRT为20～28小时，所述HRT为水利停留时间；
步骤二：步骤一处理后的压裂返排液经厌氧反应装置(2)顶部侧壁出水口流出，通过兼性厌氧反应装置(3)的底部进水口进入兼性厌氧反应装置(3)，HRT为20～28小时；
步骤三：步骤二处理后的压裂返排液经兼性厌氧反应装置(3)的顶部侧壁出水口流出，通过好氧反应装置(4)的底部进水口进入好氧反应装置(4)，HRT为44～52小时；
步骤四：步骤三处理后的压裂返排液分为两部分，一部分经排放管直接流出，另外一部分经回流泵(6)回流到兼性厌氧反应装置(3)中，两部分的体积比为1：1。
本发明方法采用基于BESI技术的压裂返排液生物处理装置进行处理。
本发明为了有效地解决压裂返排液的处理达标，满足污水回注及外排的问题。提出了BESI生物技术，BESI技术采用“厌氧+兼性厌氧+好氧”串联的方式，包括“来水→厌氧反应装置→兼性厌氧反应装置→好氧反应装置→出水”，主要通过厌氧过程的硫酸盐还原、兼性厌氧及好氧过程的反硝化及硝化作用，降解压裂返排液中的难降解物质，同时去除污水中大部分原油和悬浮固体。BESI技术的核心为提出了一种新的以硫酸根为电子受体的污水处理方法，该技术可以根据污水的水力停留时间以及水质特性，可以多级厌氧和多级兼性厌氧以及多级好氧来保证污水处理的效果。
BESI技术是一种基于硫循环、硫代谢的电子传递、污染物有机碳源和氮源梯度利用的生物处理技术，主要的技术形式包括：厌氧生物反应阶段(可以是多级厌氧生物处理)，可以采用UASB、IC、RB、GSB等反应器，兼性厌氧生物反应阶段(可以是多级兼性厌氧生物处理)，可以采用UASB、IC、RB、GSB等反应器，梯度好氧反应阶段(好氧生物滤池、好氧悬浮填料生物反应器等好氧反应器)；
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述厌氧反应装置(2)具体为：
厌氧反应装置(2)采用UASB、ABR、IC或SBR厌氧反应器，厌氧反应装置(2)中添加的填料为悬浮填料，添加悬浮填料的体积为厌氧反应装置(2)体积的30～50％；所述悬浮填料的驯化条件：接种的污泥为大庆油田东风污水处理厂厌氧生物处理段的污泥，污泥的接种量为厌氧反应装置(2)体积的18～20％，驯化周期为12～18d；
所述悬浮填料为黑色聚氨酯填料，大小为4×4×4cm。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同的是：所述兼性厌氧反应装置(3)具体为：
兼性厌氧反应装置(3)采用UASB、ABR、IC或SBR厌氧反应器，兼性厌氧反应装置(2)中的氧气是通过从好氧反应装置中回流得到的；兼性厌氧反应装置(3)中添加的填料为弹性填料，添加弹性填料的体积为兼性厌氧反应装置(3)体积的30～40％；所述弹性填料的驯化条件：接种的污泥为大庆油田东风污水处理厂厌氧生物处理段的污泥，污泥的接种量为厌氧反应装置(2)体积的18～20％；驯化周期为12～18d；
所述弹性填料的材质为PVC，直径为10厘米，弹性填料为购买的。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述好氧反应装置(4)具体为：
好氧反应装置(4)采用好氧反应器，好氧反应装置(4)中添加的填料为球形填料(5)，添加球形填料(5)的体积为好氧反应装置(4)体积的70～80％；球形填料(5)的驯化条件：接种的污泥为大庆油田东风污水处理厂好氧生物处理段的污泥，污泥的接种量为厌氧反应装置(2)体积的8～10％；好氧反应装置(4)的曝气量为16:1；
所述球形填料(5)由球形填料壳和内部填充物两部分组成，其中球形填料壳(如图2所示)直径10cm，内部填充物为黑色聚氨酯填料，黑色聚氨酯填料的大小为2×2×2cm，每个球形填料壳内部装27个黑色聚氨酯填料。球形填料壳和黑色聚氨酯填料为购买的，黑色聚氨酯填料具有一定的弹性，可以压缩。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述污泥的驯化药剂具体为：
溶剂1L；尿素0.5克；白砂糖2克；硫酸亚铁0.2克；磷酸二氢钾0.1克；硝酸钠0.1克；硫酸镁0.1克；乳酸钠2毫升；硫酸钠2克；氯化钙0.01克；
其中所述溶剂为水。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述厌氧反应装置(2)为1级或多级，兼性厌氧反应装置(3)为1级或多级，好氧反应装置为1级或多级，所述多级为2级或3级。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：如图1所示，所述基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法采用的装置包括：
污水进水泵(1)、厌氧反应装置(2)、兼性厌氧反应装置(3)、好氧反应装置(4)、球形填料(5)、回流泵(6)和曝气装置(7)；
污水进水泵(1)与厌氧反应装置(2)的底部进水口相连，厌氧反应装置(2)的顶部侧壁出水口与兼性厌氧反应装置(3)的底部进水口相连，兼性厌氧反应装置(3)的顶部侧壁出水口与好氧反应装置(4)的底部进水口相连，球形填料(5)设置在好氧反应装置(4)内部，好氧反应装置(4)连接排放管，同时与兼性厌氧反应装置(3)的底部侧壁进水口相连，曝气装置(7)与好氧反应装置(4)的底部进水口相连。
污泥排出口位于好氧反应装置(4)的底部，污泥经污泥排出口排出。
实施例一：
本实例提供了一种基于BESI生物技术的压裂返排液生物处理装置及方法，具体步骤如下：
步骤一：压裂返排液经污水进水泵进入厌氧反应装置进行处理，来水处理量为0.75L/h(小试规模)，HRT为24小时；厌氧反应装置采用UASB，填充悬浮填料的体积为40％。
步骤二：步骤一处理后的压裂返排液进入兼性厌氧反应装置，HRT为24小时；兼性厌氧反应装置采用UASB；
步骤三：步骤二处理后的压裂返排液进入好氧反应装置，HRT为48小时；
步骤四：步骤三处理后的压裂返排液分为两部分，一部分经排放管直接流出，另外一部分经回流泵回流到兼性厌氧反应装置中，回流比为50％，实验结果如图3至图5所示，处理后的水质COD含量≤150mg/L，含油量≤10mg/L，悬浮固体含量≤20mg/L。采用本发明方法处理压裂返排液，COD含量、油含量和悬浮物含量均达到国家污水综合排放一级标准。
以现场中试试验规模，压裂返排液现场试验为例，处理规模1m3/h。吨水处理成本主要包括电费及营养剂投加费用。
每天总耗电量为：54.4度电×0.63元/度电＝34.272元。
吨水用电成本：34.272元/24m3/d＝1.428元/m3。
吨水处理成本＝1.428元/m3(电费)+0.08元/m3(营养剂费用)＝1.508元/m3。以每天2000立方米的处理规模计算：
每天总耗电量为：19880度电×0.63元/度电＝12524.4元。
吨水用电成本：12524.4元/20000m3/d＝0.626元/m3。
吨水处理成本＝0.626元/m3(电费)+0.08元/m3(营养剂费用)＝0.706元/m3。

Claims (7)

1.一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法，所述方法采用基于BESI技术的压裂返排液生物处理装置进行处理，其特征在于，所述生物处理的方法具体过程为：
步骤一：压裂返排液经污水进水泵(1)经厌氧反应装置(2)的底部进水口进入厌氧反应装置(2)进行处理，HRT为20～28小时，所述HRT为水利停留时间；
步骤二：步骤一处理后的压裂返排液经厌氧反应装置(2)顶部侧壁出水口流出，通过兼性厌氧反应装置(3)的底部进水口进入兼性厌氧反应装置(3)，HRT为20～28小时；
步骤三：步骤二处理后的压裂返排液经兼性厌氧反应装置(3)的顶部侧壁出水口流出，通过好氧反应装置(4)的底部进水口进入好氧反应装置(4)，HRT为44～52小时；
步骤四：步骤三处理后的压裂返排液分为两部分，一部分经排放管直接流出，另外一部分经回流泵(6)回流到兼性厌氧反应装置(3)中，两部分的体积比为1：1。
2.根据权利要求1述的一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法，其特征在于所述步骤一中厌氧反应装置(2)具体为：
厌氧反应装置(2)采用UASB、ABR、IC或SBR厌氧反应器，厌氧反应装置(2)中添加的填料为悬浮填料，添加悬浮填料的体积为厌氧反应装置(2)体积的30～50％；所述悬浮填料的驯化条件：接种的污泥为大庆油田东风污水处理厂厌氧生物处理段的污泥，污泥的接种量为厌氧反应装置(2)体积的18～20％，驯化周期为12～18d；
所述悬浮填料为黑色聚氨酯填料，大小为4×4×4cm。
3.根据权利要求2述的一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法，其特征在于所述步骤二中兼性厌氧反应装置(3)具体为：
兼性厌氧反应装置(3)采用UASB、ABR、IC或SBR厌氧反应器，兼性厌氧反应装置(2)中的氧气是通过从好氧反应装置中回流得到的；兼性厌氧反应装置(3)中添加的填料为弹性填料，添加弹性填料的体积为兼性厌氧反应装置(3)体积的30～40％；所述弹性填料的驯化条件：接种的污泥为大庆油田东风污水处理厂厌氧生物处理段的污泥，污泥的接种量为厌氧反应装置(2)体积的18～20％；驯化周期为12～18d；
所述弹性填料的材质为PVC。
4.根据权利要求3述的一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法，其特征在于所述步骤三中好氧反应装置(4)具体为：
好氧反应装置(4)采用好氧反应器，好氧反应装置(4)中添加的填料为球形填料(5)，添加球形填料(5)的体积为好氧反应装置(4)体积的70～80％；球形填料(5)的驯化条件：接种的污泥为大庆油田东风污水处理厂好氧生物处理段的污泥，污泥的接种量为厌氧反应装置(2)体积的8～10％；好氧反应装置(4)的曝气量为16:1；
所述球形填料(5)由球形填料壳和内部填充物两部分组成，其中球形填料壳直径10cm，内部填充物为黑色聚氨酯填料，黑色聚氨酯填料的大小为2×2×2cm，每个球形填料壳内部装27个黑色聚氨酯填料。
5.根据权利要求4述的一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法，其特征在于所述污泥的驯化药剂具体为：
溶剂1L；尿素0.5克；白砂糖2克；硫酸亚铁0.2克；磷酸二氢钾0.1克；硝酸钠0.1克；硫酸镁0.1克；乳酸钠2毫升；硫酸钠2克；氯化钙0.01克；
其中所述溶剂为水。
6.根据权利要求5所述的一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法，其特征在于所述厌氧反应装置(2)为1级或多级，兼性厌氧反应装置(3)为1级或多级，好氧反应装置为1级或多级，所述多级为2级或3级。
7.根据权利要求6所述的一种基于BESI技术的压裂返排液生物处理方法，其特征在于，所述基于BESI技术的压裂返排液生物处理装置包括：
污水进水泵(1)、厌氧反应装置(2)、兼性厌氧反应装置(3)、好氧反应装置(4)、球形填料(5)、回流泵(6)和曝气装置(7)；
污水进水泵(1)与厌氧反应装置(2)的底部进水口相连，厌氧反应装置(2)的顶部侧壁出水口与兼性厌氧反应装置(3)的底部进水口相连，兼性厌氧反应装置(3)的顶部侧壁出水口与好氧反应装置(4)的底部进水口相连，球形填料(5)设置在好氧反应装置(4)内部，好氧反应装置(4)连接排放管，同时与兼性厌氧反应装置(3)的底部侧壁进水口相连，曝气装置(7)与好氧反应装置(4)的底部进水口相连。
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