气矿钻探废水处理工艺的研究

秦春林(重庆（长寿）化工园区中法水务有限公司)

一、 引 言

钻井废水通常被认为是经过稀释的钻井液， 钻井液处理剂种类繁多，已由过去的20 多种发展到100 多种，通常包括加重剂、降失水剂、堵漏剂、增粘剂、稀释剂和稳定剂，解卡剂、减阻剂、PH 调节剂、防地层伤害和防垢剂等[1]。 气井钻井废水对环境的影响：①pH 值过高或过低，致使高含盐的废水影响土壤的结构和危害植物的生长；②废水有机物（如高分子化合物等钻井添加剂）使水体的COD、BOD 升高，影响水生动植物的生长；③有害的金属离子（如Cr6+、汞）容易进入食物链，并累积而危害人类的正常生理活动。

目前，气井钻井废水的处理有下列几种处理方法：化学处理法、电絮凝处理法、生化处理法、地层渗透处理法、钻井废水的深度处理方法。 混凝处理对悬浮物和胶体的去除率较高，但对水溶性有机物难除去，特别是钻井后期废水和深井废水；混凝处理难以达到排放要求，需要进行深度处理，国内外深度处理一般采用活性炭吸附， 化学氧化和生物处理等工艺， 而活性炭吸附能力小，成本较高。 氧化法常用的氧化剂有臭氧、次氯酸钠和双氧水等，其中臭氧处理耗电量大，设备维修费用高而应用很少。 次氯酸钠氧化效率低，采用催化剂提高催化效率，但易造成镍流失，同时引入新的污染物氯离子[2]。

某工业污水处理厂除接收常规工业污水的同时， 接收一部分气矿废水，其主要来源于钻井过程中的大量泥浆，设备及钻台的冲洗水等，其特征：水质波动性大、COD 浓度高，可生化性差；氯离子浓度高；悬浮物含量高等。 该厂主要工艺为卡鲁赛尔氧化沟及利用添加PFS 等化学药剂的方法去除COD 和BOD，但鉴于气矿废水的特性，其现有好氧系统无法满足处理要求。 因此，笔者参考业内相关高浓度废水处理经验，利用现有设施，对气矿废水处理管理及相关参数控制进行了摸索和研究。

二、气矿原水水质

根据对该厂所接纳的气矿原水样进行的分析， 发现各气井所产生的水质差异及浓度波动较大：COD 均值12561mg/l， 峰值245400 mg/l；氯离子均值19239mg/l，峰值145000mg/l；且其特殊性质导致含油较高、 B/C 较低，极难生化处理。 各指标均超出该厂常规接纳标准。

三、 模拟处理

鉴于气矿废水氯离子极高， 且极可能含有其他抑制毒性物质， 须先进行实验室模拟处理。 相关资料显示， 氯离子超过10000mg/l 将抑制微生物活性，故取上限值检验抑制情况。 将适量活性污泥加入5L 容器中，利用充气泵曝气，根据氯离子浓度计算加入气矿废水； 选取曝气24、48、72、96、120H 五个控制点，分析结果表明，最初曝气24H，COD 下降23.7%，微生物尚可吸附部分有机物；48H 由于高浓度氯离子抑制，有机物解吸，且少量污泥解絮，COD 升高；72H 后污泥驯化，COD 稳定下降。氨氮去除较稳定，证明硝化菌能承受该浓度氯离子；整个实验过程中，无原、后生动物，菌胶团未出现明显解体现象。

实验证实气矿废水除氯离子外，无其他明显抑制毒性物质，故严格控制其浓度，将不会冲击好氧系统；经过120H 曝气，COD去除率仅为31.7%，故仅利用好氧生化无法达到要求，须考虑先进行缺氧预处理。

四、 实际处理

笔者综合模拟阶段经验，结合该厂生产负荷较低，一条线运行、一条线空置的现状，形成了预处理+强化深度处理的工艺路线。

预处理：1、投加适量活性污泥进入空置氧化沟（以下简称“预处理段” ），并逐步注入气矿废水，停运曝气机，仅运行潜推，逐步驯化缺氧/厌氧污泥；2、根据预处理段内水质及水位情况，适量补充活性污泥，保持足够的污泥浓度的同时稀释氯离子；3、根据好氧段处理情况，当预处理段内COD 低于3000 mg/l 时，停潜推静置1H，开启闸门，上层较清处理水进入空置二沉池，并将该水抽入回流污泥系统，进而进入好氧段。

经过一段时间实际运行， 主要污染因子浓度得到有效削减。根据计算，预处理段HRT 达66d；排除稀释因素，COD 去除率达71.3%，其中部分COD 转化为BOD5，致使BOD5 浓度提高，考虑对BOD5 的同时去除， 实际去除率为-5.3% ，B/C 值由0.12 提升至0.38，总油及石油类去除率分别为82.1%、82.5%。 对预处理段污泥镜检发现：无原、后生物象，但菌胶团形状良好。 pH 值未出现明显下降（预处理段内HRT 超过50 天，水解酸化产生的乙酸被完全甲烷化），DO 值在0.4mg/l 左右。 根据COD 下降以及B/C 提高情况，判定预处理段主要是厌氧、缺氧污泥交替作用：预处理段表面流速约0.4 米/秒，水深为4.5 米，其上部为缺氧污泥，下部为厌氧污泥。

深度处理：根据资料显示，钻井废水中污染物以胶体物质和乳化剂为主[1]，而去除该类物质最有效的方法为混凝沉淀法。 该厂内原设计CAF 气浮池，因进水中含油极少，已被改造为化学沉淀池，但以除磷为主。 根据相关资料显示以及实际运行经验，对于含有较多难降解胶体物质和乳化剂的废水， 化学混凝沉淀能取得较好的COD 去除效果。故笔者就COD 去除效率提高的可行性，进行了药剂投加量及反应条件的烧杯试验，结果显示：改良投加模式在低投加量，沉淀时间缩短的条件下去除率更佳，故对化学沉淀池进行改造：前移PFS、APAM 投加点至最优位置，增加混合强度及时间；气浮机由全天候全开改为适时开若干台，开启时提高混合效果，关闭时可将后段视为平流沉淀池。 改造后在去除COD、SS 及总磷等方面均取得显著的效果， 运行中发现化学沉淀池COD 平均进水浓度为90.2mg/l 时，去除率为21.3%，且出现进水浓度越高，去除率相应升高的情况，如：化学沉淀池COD进水浓度在130mg/l 时，其去除率可达30%。

五、实际运行成果

某月份， 该厂常规进水均值：COD373.4 mg/l、 氯离子771.9 mg/l；气矿进水均值：COD5786 mg/l、氯离子9825mg/l；总排口均值：COD70.9mg/l、氯离子997.5mg/l。 .根据该厂未处理气矿废时，COD 去除率为83%计算得出，因处理气矿废水导致出水COD 上升7.4mg/l；根据氯离子不被降解的特性以及其浓度，推算出该期间气矿废水与其他废水量比为1∶39.1， 则单独考虑气矿废水，其处理后COD 应为360.2mg/l， 气矿废水整体去除率为93.8%，见表5－1：

表5－1 各工序气矿废水去除效率

六、 结论

现阶段该厂气矿废水处理主要流程为： 气矿原水→预处理段→好氧生化→化学沉淀→达标排放。

在预处理阶段， 高浓度气矿废水几项主要污染因子可得到有效的降解，毒性物质得到缓冲和稀释，可生化性提高，而后少量均匀稳定地进入好氧段，不会对其造成大的冲击。 该处理工艺的关键在于控制氯离子浓度， 过高将抑制预处理段微生物活性进而致死。 在不增设其他处理设施的情况下，该工艺能大规模的处理气矿废水，并具有运行成本低，管理简单，出水水质稳定等优点。

但该处理工艺的应用仍存在限制条件： 一是预处理段HRT过长，若无空余设施而单独修建缺氧单元，则成本较高。 但在目前国内多数污水厂建设超前的情况下，则能有效降低运行成本；二是若单独气矿废水处理水质仍无法满足《污水综合排放标准》GB8978－1996 中COD 小于100mg/l 的要求， 对此建议引入生活废水综合处理， 或增设活性炭过滤等深度处理装置以保证出水水质达标。

[1] 蒋学斌，川渝地区油气田钻井废水处理研究

[2] 黄志宇等，气井钻井废水深度处理实验研究[J].天然气工业，2005，25(5)∶44－46.