生物法处理压裂返排液实验研究_刘军

环境监测与保护生物法处理压裂返排液实验研究刘军赵立志李健张红兵(西南石油学院)摘要油气井压裂施工中所产生的压裂返排液,先用混凝-微电解-吸附预处理,再用生物法处理。结果表明,生物法处理后能使压裂返排液COD值降至100mg/l以下,使压裂返排液达到排放标准。主题词压裂返排液生物处理达标排放压裂工艺是油气井增产的一项主要措施。压裂施工中用了增稠剂、交联剂、调节剂、稳定剂、防膨剂、助排剂等添加剂。压裂施工产生压裂返排液,该废水组分复杂,COD严重超标,为主要污染物。常用的化学、物理化学方法处理该废水,COD去除率不高,多步处理后仍然不能达标排放。本研究以天津大港油田港深11-8井压裂返排液为废水样,经过混凝-微电解-吸附预处理,再用生物法处理。生物法处理对废水达标排放起着决定性作用,能使COD达到国家一级排放标准。1生物法处理废水原理[1]微生物广泛分布于土壤、空气和水体等自然环境中。废水和微生物群体在处理构筑物中充分接触时,一方面微生物通过分解代谢,使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解而无机化,使废水得以净化。另一方面部分有机物则被合成为微生物的细胞质。微生物的细胞质虽然也是有机物质,但微生物是以悬浮状态存在于水中的,相对地说,个体比较大也比较容易凝聚,可以同废水中的其它一些物质(包括一些被吸附的有机物和某些无机的氧化产物以及菌体的排泄物),通过物理凝聚作用一起沉淀或上浮,从而与废水分离。2压裂返排液的污染特征港深11-8井压裂返排液最终综合水样呈现黑色,具有明显的糊焦味,搅拌有泡沫产生。水质分析结果如表1所示。由表1可知,压裂返排液废水中,COD严重超标,COD是处理的重点。在处理COD的同时,其它超标污染物也会在处理的过程中得到降低,最终达到排放标准。表1港深11-8井压裂返排液废水水质分析结果(单位为mg/l,pH值、色度除外)监测项目pH石油类SS硫化物COD挥发酚Cr6+色度一级标准值6～910701.01000.50.550实测值608500.3589061.81.268实测值/标准值-0120.35893.62.41.43实验3.1微生物的培养在1000ml的烧杯里,加入自来水1000ml,葡萄糖22g,尿素2.5g,磷酸二氢钾1g,搅拌均匀,在20℃室温条件下,静置20天,水表面可见绿色微生物群出现,此即为本实验生物处理所需的微生物。3.2生物处理实验方法在室温的条件下,取200ml水样置于250ml的广口瓶中,将培养的少量微生物群(边长1cm的正方形)置于广口瓶中水面上,静置一段时间,取广口瓶中的清液测定COD值。4结果和讨论4.1预处理方法的确定实验表明,压裂返排液几乎没有可生化性。现将压裂返排液进行不同预处理,得3种水样,这3种水样分别是:(1)经混凝处理的压裂返排液1;(2)经混凝-微电解处理的压裂返排液2;(3)经混凝-微电解-吸附处理的压裂返排液3。3种水样经16天生物处理后的COD及去除率见表2。281第31卷第5期石油与天然气化工表23种水样经16天生物处理后的COD值及去除率水样123原COD,mg/l498137612654处理后COD,mg/l1807126698COD去除率,%63.766.396.3从以上可以作如下分析:(1)压裂返排液中主要的有机物是增稠剂羟丙基胍胶,其为天然产物胍胶的改性有机物,易被微生物所降解。与酸化返排液不同,压裂返排液Cl-含量通常不超过10000mg/l,不妨碍压裂返排液可生化性。(2)未经预处理的原水基本上没有可生化性,其原因可能是多种添加剂的使用,抑制微生物新陈代谢。(3)压裂返排液经混凝-微电解-吸附处理后,可生化性好,经过16天生化处理,COD已经降到100mg/l以下,达到国家一级排放标准,COD去除率高达96.3%,其原因在于三步预处理去除了对微生物有抑制作用的物质,提高了废水的可生化性。4.2水样经生物处理其COD值随时间变化情况取经过混凝-微电解-吸附处理的出水,按3.2方法进行生物处理,每隔4天测一次COD值,COD值随时间变化如图1所示。从图1可以看出,三步预处理后的出水,4天生物处理前后COD变化相当大,经16天处理,COD就能降低到100mg/l以下。利用Excel软件和以上数据,可以建立以下关系式:Y=2196.6·e-0.1809X(1)式中:Y为废水的COD值,mg/l;X为生物处理时间,天。利用该关系式可以求出生物处理后某天废水的COD值。4.3四步处理后水质分析压裂返排液经混凝—微电解—吸附预处理后,再经20天生物处理后的出水水质分析结果见表3。表3四步处理后最终出水水质分析结果(单位为mg/l,pH值、色度除外)监测项目pH石油类SS硫化物COD挥发酚Cr6+色度一级标准值6～910701.01000.50.550处理