[发明专利]基于特种膜的气田废水处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及污废处理技术领域，具体地讲，涉及的是一种基于特种膜的气田废水处理工艺。

背景技术

气田废水通常有地层采出水、压裂返排液、钻井废水、净化厂废水及矿区雨水等。通常都有以下特点：①石油类物质含量高，含油量一般为100-500mg/L左右，石油类物质以悬浮态存在为主，部分为乳化态，乳化油分布稳定不易分离；②SS含量高，悬浮颗粒微小，粒径一般为1-100μm，废水总SS为300 - 5000mg/l；③有机物含量较高，一般气田废水COD基本在800~3000 mg/l（钻井可能高达数万），废水中可能存在一定量环状芳烃类衍生物及聚合物等，性质稳定，不易被氧化及生物降解；④矿化度高，无机盐种类多，含多种盐类，采出水高达几万甚至十几万毫克/升，大量的结垢盐分容易造成管线结垢。

现有技术中，气田废水治理工艺主要有回注、处理达标外排及资源化回用三种。

一、回注工艺

目前油气田废水的最终处置方法仍以回注地层为主。气田水回注其主要工作集中在对气田水的预处理方面，主要解决气田水中机械杂质对地层的堵塞，控制气田水中SS的总量和粒径。采用工艺为混凝-过滤-精滤的组合，其关键设备为精滤单元，当前采用的精滤组件主要有陶瓷烧结管、PE滤棒、改性纤维球等。但是回注工艺存在以下几个缺点：1)一次性工程投资较高；2)无法实现污水资源化利用；3)对周边油田产生直接影响；4)对周边段油藏产生直接影响。

二、达标外排

主要有两种工艺形式，其一是废水经预处理除去油和悬浮物后，直接物化(高级氧化，如Fe/C微电解、芬顿等)，然后排放。其存在的问题有①运行费用太高，依据不同的水质，一般运行费用高达100元/吨水以上；②对盐分没有去除，不能真正达到地方环保要求；③引入大量新的化学药剂，造成二次污染。

其二是废水经预处理除去油和悬浮物后，直接物化(高级氧化，如Fe/C微电解、芬顿等)，然后经过蒸发工序，最后排放。其存在的问题是①引入蒸发可解决盐分问题，但直接蒸发投资和运行费用太高；②蒸发冷凝液可能COD不达标；③引入大量新的化学药剂，造成二次污染。

总的来说，达标外排处理均是针对其中的S^2-、COD 等特征污染物。针对气田水脱COD 研究开发了中和、絮凝沉降、氧化、Fe/C微电解、H₂O₂/Fe²⁺催化氧化、吸附、多种处理技术联合工艺。目前全球重视环境程度的提高，以及淡水资源越来越短缺，未来的发展方向为不外排、不浪费，尽量资源化回用。

三、资源化回用

针对资源化回用，国外（像美国和加拿大）在电费低，对能耗要求不严格的情况下，大部分气田废水都采用资源化回用工艺；国内中原油田富余污水经深度处理后用于配母液，克拉玛依和辽河油田富余污水经深度处理后回用注气锅炉。四川气田水是世界上罕见富含钾、硼的气田水，已形成9大含钠水岩系及21个区域气田水层。它常与天然气伴生，不但氯化钠含量高而适宜制取食盐外，而且富含溴、碘、硼、钾、锶、铷等多种元素，其含量通常能达到或超过工业指标。随着越来越严苛的环境治理要求和水资源的短缺，资源化回用工艺势必取代回注治理工艺。

气田废水资源化回用主要是将废水中的有用物质如盐或微量元素提出回收，而且把水处理到可以回用在锅炉补给水、配置油井回注顶油或灌溉等。因此主要工艺路线就是把水和溶解物质分离、浓缩过程。常见的脱盐除硬工艺有：化学软化（加药沉淀软化），离子交换软化（大孔弱酸交换树脂软化），热法脱盐（低温多效蒸发（MEE）、多效蒸馏（MED）、机械压缩蒸发（MVC）、射流泵负压抽吸蒸汽蒸发技术），膜法脱盐（双膜脱盐（UF/MF+RO）、电渗析脱盐（EDR）），吸附脱盐（电吸附脱盐（EST））等。

其中，“化学沉淀软化+离子交换”除硬技术只能去除水中的硬度和二氧化硅，溶解性固体总量基本不去除，对比油田污水资源化需求水质，适于矿化度小于7000mg/L的油田污水软化，该技术在辽河、河南油田处理较低矿化度（TDS = 3000-5000 mg/L）油田污水资源化用作注汽锅炉用水得到广泛应用，并取得可观的经济效益，但是此工艺对于矿化度高达数万的气田废水不适宜。而且沉淀物属于更难处置物质，只能作为危固处理；离子交换树脂存在一个饱和情况，需要药剂清洗，剩余大量的废酸废碱难以处置。