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      油田壓裂返排液處理技術(shù)研究進(jìn)展

      2016-02-14 03:29:34王順武趙曉非李子旺于慶龍
      化工環(huán)保 2016年5期
      關(guān)鍵詞:臭氧廢水油田

      王順武,趙曉非,李子旺,于慶龍

      (1. 東北石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院石油與天然氣化工省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 大慶 163318;2. 中國(guó)石油 大慶油田有限責(zé)任公司 第四采油廠,黑龍江 大慶 163511)

      油田壓裂返排液處理技術(shù)研究進(jìn)展

      王順武1,趙曉非1,李子旺1,于慶龍2

      (1. 東北石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院石油與天然氣化工省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 大慶 163318;2. 中國(guó)石油 大慶油田有限責(zé)任公司 第四采油廠,黑龍江 大慶 163511)

      分析了油田壓裂返排液的組分和特點(diǎn),歸納總結(jié)了成熟的傳統(tǒng)壓裂返排液處理技術(shù)和新型處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),提出了壓裂返排液處理應(yīng)朝著優(yōu)化工藝組合、開(kāi)發(fā)高級(jí)氧化和電絮凝等新技術(shù)、研制撬裝處理設(shè)備使處理工藝模塊化和有效成分回收利用等未來(lái)方向發(fā)展,為油田壓裂返排液無(wú)害化、資源化處理技術(shù)的研發(fā)提供了思路和參考。

      壓裂返排液;難降解廢水;處理方法;廢水回用;綜合利用

      油田開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的壓裂返排液是石油天然氣企業(yè)的主要污染源之一[1]。我國(guó)油田常規(guī)壓裂施工作業(yè)中,每個(gè)鉆井隊(duì)每天每口井壓裂返排液體積為100~200 m3。而美國(guó)能源信息署預(yù)計(jì),在頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,美國(guó)每口井的壓裂返排液量可達(dá)3 000~6 000 m3,到2035年增加到3.4×1011m3/a,占天然氣總年產(chǎn)量的50%。大量的壓裂返排液如果不能合理有效地處理而隨意排放或回注地層,會(huì)對(duì)地表土壤或地下環(huán)境、地表水系、農(nóng)作物等自然環(huán)境造成嚴(yán)重污染和資源浪費(fèi)[2-3]。近年來(lái),隨著水處理技術(shù)和處理裝備的不斷更新,壓裂返排液處理技術(shù)也不斷取得新進(jìn)展,美國(guó)、蘇聯(lián)、加拿大和中國(guó)等國(guó)家的環(huán)保工作者對(duì)壓裂返排液處理問(wèn)題進(jìn)行了大量研究,設(shè)計(jì)并制造了各種處理裝置,也研制出各種新型處理藥劑。

      我國(guó)在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020)》中對(duì)所有工業(yè)污染物的排放實(shí)施了強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)要求,且隨著國(guó)家對(duì)石油化工領(lǐng)域內(nèi)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越嚴(yán)格,壓裂返排液處理技術(shù)的研發(fā)和作業(yè)廢水的治理越來(lái)越顯得迫切和必要。

      本文分析了壓裂返排液的組分和特點(diǎn),歸納總結(jié)了成熟的傳統(tǒng)處理技術(shù)和新型處理技術(shù)的特點(diǎn),探討了新技術(shù)的發(fā)展方向,為油田壓裂返排液無(wú)害化、資源化處理技術(shù)研究提供了思路和參考。

      1 壓裂返排液的主要特點(diǎn)

      水力壓裂作業(yè)耗水量大。一般每口井約需水19 000 m3,需水罐車運(yùn)輸約1 000次,同時(shí)產(chǎn)生的占注水壓裂液60%~80%水量的壓裂返排液會(huì)返回地層。這些廢液的主要特點(diǎn)是:1)組分復(fù)雜,污染物種類多、含量高。壓裂返排液中主要成分是高濃度胍膠和高分子聚合物等,其次是硫酸鹽還原菌(SRB)、硫化物和鐵等,總鐵、總硫含量都在20 mg/L左右[4]。2)黏度大,乳化程度高。其中,放噴液的黏度很高,達(dá)到10~20 mPa·s;而近排液的黏度較低。由于壓裂過(guò)程中所用復(fù)合型壓裂液乳化嚴(yán)重,產(chǎn)出的壓裂廢水黏稠、深黃更甚至烏黑色,且有刺激氣味,靜置沉降出水困難。3)處理難度大。壓裂液中的各種添加劑使壓裂返排液的COD,TDS,TSS均較高,增大了處理難度,直接外排或回注易對(duì)周圍環(huán)境和地層造成嚴(yán)重污染[5]。

      油田壓裂返排液的水質(zhì)特征見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn),壓裂返排液中不僅有機(jī)物和石油類污染物質(zhì)含量高,而且較其他廢水而言黏度大。通常情況下,水在20 ℃時(shí)的黏度約為1×103Pa·s,而壓裂返排液的黏度是水的3~10倍,這是壓裂返排液難以處理的主要原因。在壓裂返排液的處理過(guò)程中,所投加的化學(xué)藥劑很難擴(kuò)散,傳質(zhì)作用緩慢,造成反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、處理效果差。

      表1 壓裂返排液的水質(zhì)特征

      2 壓裂返排液的傳統(tǒng)處理方法

      對(duì)于壓裂返排液對(duì)環(huán)境造成的影響,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)展開(kāi)了廣泛的科學(xué)研究。根據(jù)美國(guó)環(huán)保署統(tǒng)計(jì),石油天然氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中廢水的處理方式主要有深井灌注、入市政污水廠處理、脫鹽處理等。劉文士等[6]通過(guò)對(duì)美國(guó)壓裂返排液處理現(xiàn)狀的梳理發(fā)現(xiàn),壓裂返排液處理技術(shù)路線建立在對(duì)水質(zhì)特點(diǎn)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀等因素的綜合評(píng)估基礎(chǔ)上,整理出可能的壓裂返排液處理途徑,見(jiàn)圖1。對(duì)圖中多個(gè)途徑進(jìn)行合理選擇和設(shè)計(jì),可以適應(yīng)不同情況下壓裂返排液的處理。

      圖1 壓裂返排液處理途徑

      國(guó)內(nèi)外對(duì)油田壓裂返排液處理的要求主要是達(dá)標(biāo)排放和回注利用,所用方法有物理法、化學(xué)法、生物法和組合工藝等。

      2.1 物理法

      物理法主要包括氣浮、重力分離、過(guò)濾和離心分離等,主要去除固體懸浮顆粒和油脂。壓裂返排液中含有部分未被氧化的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物,可以通過(guò)加入多孔粉末或顆粒等吸附劑去除該類物質(zhì)并脫色除臭。物理法工藝簡(jiǎn)單、投資小,缺點(diǎn)是對(duì)可溶性有害物質(zhì)去除效果差。

      2.2 化學(xué)法

      2.2.1 絮凝沉降法

      絮凝沉降法常作為預(yù)處理工藝去除部分有機(jī)物和懸浮物[7-8]。在油田壓裂返排液的處理中,使用最多的絮凝劑是鋁鹽和鐵鹽。王志強(qiáng)等[9]通過(guò)單因素變量分析及正交混凝試驗(yàn),以COD和濁度作為混凝效果的參照指標(biāo),得出在聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺加入量分別為450 mg/L和5.0 mg/L、靜置時(shí)間80 min的條件下,壓裂返排液的濁度、COD及BOD5的去除率分別達(dá)到99.9%、86.5%和87.9%,壓裂返排液水質(zhì)得到明顯改善。蔣繼輝等[10]在聚硅酸活化pH為 12、活化溫度為25~30 ℃、活化時(shí)間為2 h的條件下制備聚合硅酸鋁鐵絮凝劑,對(duì)壓裂返排液COD和濁度的去除率分別達(dá)到58%和97%。絮凝沉降法缺點(diǎn)為:處理效果受多種因素影響,絮凝劑用量大,污泥產(chǎn)生量大等。

      2.2.2 氧化還原法

      氧化還原法是通過(guò)向壓裂返排液中添加氧化劑,降解返排液中的有機(jī)物,從而降低COD。根據(jù)氧化降解程度不同可分為初級(jí)氧化還原法和高級(jí)氧化還原法[11]。

      2.2.2.1 初級(jí)氧化還原法

      初級(jí)氧化還原法是向廢水中投加氧化劑(H2O2、ClO2、NaClO、KMnO4、K2FeO4等),使廢水中大分子有機(jī)物得到降解。朱凌岳等[12]采用NaClO作為一級(jí)氧化劑,以Ca(ClO)2,H2O2,KMnO4進(jìn)行二級(jí)氧化,處理壓裂返排液,在NaClO加入量為40 mL/L、一級(jí)氧化時(shí)間為30 min、二級(jí)氧化時(shí)間為30 min、初始廢水COD 為3 976 mg/L的條件下,二級(jí)氧化劑Ca(ClO)2、H2O2、KMnO4最佳加入量分別為80,40,40 mL/L,對(duì)應(yīng)的COD去除率分別為82.60%,71.50%,83.50%。但是這些氧化劑大多為強(qiáng)氧化性,與有機(jī)物作用時(shí)間短,并且反應(yīng)后會(huì)引入大量離子,易造成后期二次污染。2.2.2.2 高級(jí)氧化還原法

      高級(jí)氧化技術(shù)是20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)的處理難降解有機(jī)污染物的技術(shù),主要利用不同途徑產(chǎn)生活性極強(qiáng)的羥基自由基,將壓裂返排液中的有機(jī)污染物氧化降解成無(wú)毒或低毒的小分子物質(zhì)[13-14],主要包括Fenton氧化法、電解氧化法、臭氧催化氧化法、超臨界水氧化法、光催化氧化法、超聲氧化法等。

      a) Fenton氧化法。該法具有強(qiáng)氧化能力,是因?yàn)镠2O2被 Fe2+催化分解,生成·OH,并引發(fā)產(chǎn)生更多其他自由基。反應(yīng)所生成的·OH具有強(qiáng)氧化性,能夠進(jìn)攻有機(jī)污染物分子,在較短時(shí)間內(nèi)分解或偶合廢水中有毒有害或難以生物降解的有機(jī)物[15-16]。楊春維[17]用浸漬法將FeSO4負(fù)載于活性炭上制備催化劑,催化分解H2O2產(chǎn)生大量·OH,氧化降解有機(jī)物,特點(diǎn)是pH適應(yīng)范圍廣、活性炭表面具有各種功能團(tuán)、Fe2+分散在活性炭表面利用率更高等。高璽瑩等[18]采用標(biāo)準(zhǔn)Fenton試劑處理壓裂返排液,通過(guò)正交試驗(yàn)確定了Fenton氧化的主要影響因素,在最佳條件下可以將壓裂返排液的COD由2 075.84 mg/L降至500.49 mg/L,去除率達(dá)到75.9%。Fenton氧化法的缺點(diǎn)是:反應(yīng)過(guò)程中起催化作用的Fe2+是使H2O2分解產(chǎn)生·OH的必要條件,對(duì)Fe2+加入量的研究是一個(gè)必須關(guān)注的問(wèn)題;此外,H2O2容易腐蝕設(shè)備,反應(yīng)產(chǎn)生的Fe3+在水中顏色較深,F(xiàn)e(OH)3沉淀產(chǎn)生污泥多[19]。

      b) 微電解法。該法利用金屬腐蝕原理,將鐵屑和炭粒浸沒(méi)在酸性廢水中,在Fe和C之間產(chǎn)生電極電位差,廢水中就會(huì)形成無(wú)數(shù)個(gè)微原電池,發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)以降解污染物[20-21],特別是對(duì)高礦化度、高COD和高毒性廢水的處理效果較明顯[22]。但是,研究表明單一電解難以將廢水處理達(dá)到要求指標(biāo),需要不斷改善電解法與其他工藝的耦合研究[23]。Qiang等[24]采用電Fenton技術(shù)組合出Electrolysis-Fenton(EF)-H2O2-FeRe工藝,降解有機(jī)廢水,反應(yīng)1 h后可使COD從13 000 mg/L降到1 900 mg/L。電Fenton法的優(yōu)點(diǎn)是鐵污泥量少、無(wú)需投加H2O2,在陰極曝氣的酸性條件下反應(yīng)產(chǎn)生H2O2,陰極還原Fe3+為Fe2+,促進(jìn)反應(yīng)降解廢水中有機(jī)物,并且陽(yáng)極還具有電氧化有機(jī)物功能,可以使有機(jī)物在陽(yáng)極板進(jìn)行氧化降解[25-26]。蔣寶云等[27]采用微電解-Fenton氧化法處理模擬壓裂返排液,在pH為2.5、反應(yīng)時(shí)間為2 h的最佳實(shí)驗(yàn)條件下,最終COD去除率為64.8%,較單一電解法提高了26.3%。微電解處理工藝的缺點(diǎn)是:需將水樣酸化至低pH,增加處理費(fèi)用;填料表面長(zhǎng)時(shí)間使用后易鈍化、板結(jié),造成裝置處理污水能力隨運(yùn)行時(shí)間增加而下降;產(chǎn)生的大量廢渣也給環(huán)境帶來(lái)更多污染負(fù)荷。

      c) 臭氧催化氧化法。該法是利用反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的大量強(qiáng)氧化性·OH,破壞水中有機(jī)物的極性及其化學(xué)結(jié)構(gòu)而達(dá)到處理廢水的目的[28]。冀忠倫等[29]研究了一種絮凝—臭氧催化氧化處理技術(shù),在反應(yīng)時(shí)間為2 h、pH為7~9、催化劑TiO2加入量為 1 g/L、O3,PAC,PAM加入量分別為 2.0~2.5,200~250,8~10 mg/L的條件下,處理后油田壓裂返排液水質(zhì)達(dá)到GB 8978—1996二級(jí)指標(biāo)[30]。該工藝具有污泥產(chǎn)出量少、藥劑加入量少等優(yōu)點(diǎn),但缺點(diǎn)是氧氣利用效率低、臭氧發(fā)生器效率低。

      d) 光催化氧化法。該法是利用太陽(yáng)光或其他光為光源,在特定波長(zhǎng)光照射下激發(fā)半導(dǎo)體材料光催化劑產(chǎn)生電子空穴對(duì),在合適介質(zhì)中發(fā)生氧化還原反應(yīng)。吳斌等[31]對(duì)江漢油田壓裂返排液利用紫外光照射納米TiO2進(jìn)行深度處理,在最佳反應(yīng)條件下處理后COD僅為98 mg/L,COD去除率達(dá)96.6%。光催化氧化法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約能源、降解有機(jī)物范圍廣、能大幅度提高光催化活性;缺點(diǎn)是催化劑制備工藝繁瑣、電極材料要求高、處理廢水量小。

      2.3 生物法

      生物法是利用微生物新陳代謝將廢水中呈溶解態(tài)或膠體態(tài)的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無(wú)害的物質(zhì)[32]。董小麗等[33]以安塞油田某井壓裂返排液為研究對(duì)象,先采用Fenton氧化—絮凝法對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理,再利用生物法對(duì)其進(jìn)行深度處理,在生物反應(yīng)器中曝氣8 h和沉降1 h后,壓裂返排液的COD從4 132.92 mg/L降至190.38 mg/L以下,出水COD去除率高達(dá)95.4%,接近GB 8978—1996[30]中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。Yang等[34]通過(guò)絮凝—Fenton氧化—生物處理過(guò)程處理油田壓裂返排液,COD從9 360 mg/L下降到748.8 mg/L,去除率達(dá)到92%以上。

      生物法的優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)污染物降解徹底、微生物來(lái)源廣、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等;缺點(diǎn)是生物法無(wú)法單獨(dú)使用,需要聯(lián)合化學(xué)方法等組成組合工藝使用,且所需周期長(zhǎng),此外尋找優(yōu)勢(shì)菌種也是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

      2.4 組合工藝

      由于壓裂返排液的難處理性和特殊性,單一處理方法難以實(shí)現(xiàn)污水循環(huán)利用或達(dá)標(biāo)排放,因此在油田壓裂返排液處理中普遍采用物理法、化學(xué)法、生物法等聯(lián)合處理工藝。林海等[35]針對(duì)四川德陽(yáng)某油田現(xiàn)場(chǎng)壓裂返排液,采用破膠絮凝—預(yù)氧化—深度氧化進(jìn)行處理,使COD降低79%。陳明燕[36]針對(duì)大牛地氣田的壓裂返排液,在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上增加預(yù)氧化環(huán)節(jié),通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳處理?xiàng)l件,COD去除率可達(dá)81%。徐劍等[37]采用物化處理與高級(jí)氧化處理為主、化學(xué)處理為輔的聯(lián)合處理工藝處理壓裂返排液,使其達(dá)到了重復(fù)利用和排放要求。韓卓等[38]通過(guò)采用破膠—鐵碳微電解—混凝—壓濾工藝處理非常規(guī)壓裂返排液,使處理后污水滿足回注水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

      2.5 循環(huán)回用

      壓裂返排液循環(huán)回用技術(shù)是壓裂返排液經(jīng)過(guò)物理法、化學(xué)法、生物法等處理后,通過(guò)加入添加劑、修復(fù)劑等措施滿足再次回用要求的新技術(shù)。該技術(shù)能充分利用壓裂返排液中殘余的各種添加劑和寶貴水資源,既能滿足新型壓裂增產(chǎn)技術(shù)對(duì)水資源的巨大需求,同時(shí)降低了對(duì)環(huán)境的污染程度。熊穎等[39]針對(duì)非常規(guī)氣藏體積壓裂過(guò)程存在配液用水缺乏、壓裂返排液處理難度大、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題,在四川盆地應(yīng)用液體回用技術(shù),壓裂返排液回收后利用率達(dá)95%,節(jié)約了水資源,實(shí)現(xiàn)了廢水循環(huán)利用。蔣繼輝等[40]采用模擬壓裂返排液研究無(wú)機(jī)鹽種類及含量對(duì)壓裂液特性的影響,結(jié)果表明當(dāng)壓裂返排液無(wú)機(jī)鹽含量大于1%(w)時(shí)配制的壓裂液的特性明顯下降,其中Ca2+、Mg2+、CO32-等離子對(duì)壓裂液特性影響最大。李善建等[41]研究了一種有機(jī)硼鋯交聯(lián)弱酸性壓裂液的循環(huán)回用技術(shù),在回收破膠液與新制基液體積比為1∶1、pH為4~6、溫度為60~70 ℃、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為3.5 g/L、破膠劑質(zhì)量濃度為0.4~0.5 g/L的適宜條件下,回收再利用的壓裂返排液滿足再次壓裂施工的要求。

      3 壓裂返排液處理新技術(shù)

      3.1 超聲波/臭氧氧化—電絮凝—反滲透復(fù)合技術(shù)

      超聲波/臭氧氧化—電絮凝—反滲透復(fù)合技術(shù)是利用超聲波和臭氧氧化壓裂返排液中的有機(jī)物和重金屬,后經(jīng)電絮凝除去懸浮物,再通過(guò)反滲透處理為達(dá)標(biāo)清水。技術(shù)過(guò)程包括3步:1)壓裂返排液在罐中自然沉降,去除固體顆粒;2)過(guò)濾去除壓裂返排液中懸浮物;3)超聲波/臭氧氧化—電絮凝處理。過(guò)飽和的臭氧水混入壓裂返排液,經(jīng)雙頻超聲波對(duì)壓裂返排液進(jìn)行溶氣浮選,去除懸浮物及各種油;臭氧能氧化壓裂返排液中所含羥基類物質(zhì);納米級(jí)泡沫會(huì)產(chǎn)生氣液界面,泡沫坍塌變?yōu)楹苄◇w積時(shí)內(nèi)溫度瞬間可達(dá)482 ℃,于是導(dǎo)致有機(jī)類物質(zhì)在35~100 ps內(nèi)被氧化;超聲波同時(shí)也可以將小泡沫聚集,增大泡沫上升速度、降低固體顆粒和油的浮選時(shí)間。該技術(shù)應(yīng)用在Woodford頁(yè)巖氣田,處理后75%的壓裂返排液的總?cè)芙夤腆w(TDS)小于500 mg/L,壓裂返排液處理前后的水質(zhì)見(jiàn)表2[42]。

      3.2 Pinedale Anticline壓裂返排液處理技術(shù)

      Pinedale Anticline技術(shù)將頁(yè)巖氣田壓裂返排液處理分為兩個(gè)過(guò)程:1)在初期4年里主要將壓裂返排液澄清過(guò)濾后進(jìn)行好氧和厭氧生物處理,生物降解殘余添加劑,處理和回收壓裂返排液3.498×106m3;2)后期為使處理后壓裂返排液補(bǔ)充新鮮水并滿足外排要求,需去除返排液中甲醇、硼和芳香族化合物。采用膜生物反應(yīng)器進(jìn)行反滲透離子交換處理,使壓裂返排液中的有機(jī)成分降至檢測(cè)限以下,硼由15.00~30.00 mg/L降至0.75 mg/L以下,無(wú)機(jī)鹽由8 000 mg/L降到100 mg/L以下。第一年處理水回收利用量3.18×104m3,1.59×105m3以上的處理水外排。另外也采用膜過(guò)濾法快速除去壓裂返排液中降解的胍膠、聚丙烯酰胺等,并利用石灰軟化澄清壓裂返排液,后經(jīng)過(guò)濾去除沉淀[43]。

      表2 復(fù)合技術(shù)處理壓裂返排液前后的水質(zhì)ρ,mg/L

      3.3 Clean Wave技術(shù)

      Halliburton公司開(kāi)發(fā)出一種Clean Wave移動(dòng)電凝技術(shù)[44]。該技術(shù)先通過(guò)紫外線殺菌,再利用電絮凝使懸浮物絮凝,最后通過(guò)過(guò)濾除去絮體。當(dāng)壓裂返排液流過(guò)電絮凝裝置時(shí),陽(yáng)極釋放出正電離子與壓裂返排液中膠體顆粒表面的負(fù)電離子結(jié)合,破壞其穩(wěn)定分散狀態(tài),使其電荷吸附聚集。此外,陽(yáng)極產(chǎn)生的氣泡吸附在絮體表面上浮到液面,經(jīng)分離器去除,較重的下沉到底部。經(jīng)過(guò)精細(xì)過(guò)濾裝置使絮體與清水分離,可去除99%的懸浮物。該技術(shù)還可以去除大部分的油脂及鐵離子,使油含量由300~45 000 mg/L降至20 mg/L以下。該技術(shù)已在美國(guó)壓裂返排液處理中得到應(yīng)用,處理后的壓裂返排液可用以配制滑溜水或交聯(lián)壓裂液。

      3.4 Ecosphere臭氧處理技術(shù)

      Ecosphere公司不使用化學(xué)藥劑,通過(guò)超聲波催化、活性炭和臭氧協(xié)同作用方式,利用臭氧破壞細(xì)胞壁殺菌并抑制結(jié)垢,同時(shí)采用活性炭表面負(fù)載納米MnO2作為催化劑提高催化活性。每分鐘可以處理12 490 L壓裂返排液,可以去除水中99.99%的細(xì)菌,同時(shí)利用超聲波發(fā)生水力空化反應(yīng),促進(jìn)臭氧分解生成·OH,使難降解有機(jī)物去除率提高2~3倍。與普通臭氧處理技術(shù)相比,該工藝的處理性能提升了10~20倍。Ecosphere公司運(yùn)用該技術(shù)不僅為美國(guó)西南能源公司和新田石油等大型石油企業(yè)提供技術(shù)服務(wù),也同時(shí)為中小石油公司提供幫助[45]。

      3.5 “智能海綿”吸附技術(shù)

      Abtech公司研制了一種由高度親油疏水的新型彈性聚合材料制成的“智能海綿”,可吸附3倍于自身質(zhì)量的油,在美國(guó)休斯頓召開(kāi)的第三屆世界頁(yè)巖氣峰會(huì)上獲得年度技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)?!爸悄芎>d”多被加工成多種形狀,據(jù)Abtech公司對(duì)《福布斯》雜志公布的數(shù)據(jù),爆米花狀的“智能海綿”每分鐘能夠吸附廢水中99.9%的碳?xì)浠衔锖蛢艋s1.14 m3的壓裂返排液[46]。同時(shí)Abtech公司正研究將使用過(guò)的“智能海綿”燃燒后產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電力資源,使水處理過(guò)程建成“自給自足”的閉合系統(tǒng),使資源得到充分的循環(huán)利用。

      3.6 機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)技術(shù)

      機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)蒸發(fā)技術(shù)是將蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后,送到蒸發(fā)器的加熱室作為加熱蒸汽使用。該技術(shù)使廢棄的蒸汽得到充分利用,可提高熱效率、回收潛熱、降低蒸發(fā)能耗。MVR蒸發(fā)裝置由蒸發(fā)器、分離器、壓縮機(jī)和循環(huán)泵等構(gòu)成。采用該技術(shù)蒸發(fā)處理壓裂返排液,能去除其中的重金屬離子,降低總礦化度。另外該工藝不需另設(shè)冷卻塔,減少占地面積,可撬裝式運(yùn)行。與結(jié)晶器聯(lián)用時(shí)能做到液體零排放,并回收NaCl以節(jié)約工藝成本[47]。美國(guó)Aquapue公司研制的NOMAD 2000型移動(dòng)式蒸發(fā)裝置使用該技術(shù)并在一些壓裂返排液處理工程中應(yīng)用,GE Water & Process 和Aquatech等公司也有相似類型產(chǎn)品。

      4 結(jié)語(yǔ)與展望

      隨著油田開(kāi)采力度的加大,壓裂返排液的處理已成為制約原油開(kāi)采的瓶頸。國(guó)內(nèi)在開(kāi)展油田壓裂返排液體系研究的同時(shí),加大了對(duì)壓裂返排液回收處理研究和應(yīng)用的力度,并涌現(xiàn)出許多可以實(shí)現(xiàn)壓裂返排液達(dá)標(biāo)的新技術(shù)、新方法、新工藝,但大部分還不能大規(guī)模應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。壓裂返排液處理過(guò)程依舊復(fù)雜繁瑣、成本依舊偏高,與國(guó)外在處理工藝和裝備方面還有較大差距。我國(guó)處理油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的壓裂返排液應(yīng)注重以下幾個(gè)方面:

      a) 優(yōu)化壓裂返排液處理工藝流程,以物理處理方法為主,化學(xué)處理方法為輔,盡量減少化學(xué)藥劑用量,采用多種處理方法組合工藝,有效解決不同污染物組分的污染問(wèn)題,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

      b) 加大對(duì)電絮凝和高級(jí)氧化技術(shù)等壓裂返排液處理新技術(shù)的研發(fā)投入,使其向處理裝置撬裝化、處理工藝模塊化方向發(fā)展。

      c) 對(duì)壓裂返排液的不同成分進(jìn)行有針對(duì)性的處理,有用成分進(jìn)行合理回收再利用,降低處理和循環(huán)利用成本,實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的完美結(jié)合。

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      (編輯 葉晶菁)

      Research progresses on treatment technologies of oilfield fracturing flow-back fluid

      Wang Shunwu1,Zhao Xiaofei1,Li Ziwang1,Yu Qinglong2

      (1. Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Oil and Natural GasChemical Engineering,School of Chemistry and Chemical Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing Heilongjiang 163318,China;2. The fourth oil fi eld,PetroChina Daqing Oilfi eld Co. Ltd.,Daqing Heilongjiang 163511,China)

      The composition and characteristics of oilfi eld fracturing fl ow-back fl uid are analyzed. The advantages and disadvantages of the traditional and new processes for treatment of fracturing flow-back fluid are summarized. The development directions are pointed out,such as:optimizing the combination process,developing new technologies of advanced oxidation and electro-flocculation,producing skid-mounted equipments for modularization treatment process,recycling useful components,and so on. These present ideas and references for harmless and resourceful treatment of fracturing fl ow-back fl uid.

      fracturing fl ow-back fl uid;refractory wastewater;treatment process;wastewater reuse;comprehensive utilization

      X703.1

      A

      1006-1878(2016)05-0493-08

      10.3969/j.issn.1006-1878.2016.05.004

      2016 - 01 - 12;

      2016 - 06 - 12。

      王順武(1988—),男,河南省駐馬店市人,碩士生,電話 15776575932,電郵 shun542130@163.com。

      黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12531061)。

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