油气田压裂返排液生物处理技术研究进展

在对压裂返排液污染物的组成及来源分析的基础上,对目前国内外以生物处理为核心的压裂返排液处理工艺进行了归纳,综述了活性污泥法、好氧颗粒污泥法和生物膜法等处理压裂返排液的研究进展;指出高盐度和返排液中存在的部分难降解及有毒有机物是制约生物法处理压裂返排液的关键因素;并提出未来压裂返排液处理的研究方向,为压裂返排液处理技术的研发提供思路和参考。     

页岩气压裂返排液电化学处理现场试验研究

页岩气压裂返排液盐度高、有机物含量丰富,在回用和外排前需进行深度处理。构建了2 m³/h的电絮凝-电化学氧化集成工艺装置,在某页岩气开采平台开展了压裂返排液现场处理试验,该平台水质波动大。结果表明,在长周期运行过程中,经优化后的电絮凝-化学絮凝联用工艺可降低系统电耗和排泥量,电化学氧化深度降解COD符合一级反应动力学模型。当采用电絮凝电流35 A、电化学氧化电流60 A、停留时间均为10 min、辅助聚合氯化铝(PAC)投加量350 mg/L、Na₂CO₃投加量550 mg/L时,压裂返排液中悬浮物、硬度和COD均稳定达到100 mg/L以下,满足《页岩气储层改造第3部分：压裂返排液回收和处理方法》(NB/T 14002.3—2015)的回用要求和后续外排脱盐处理需求。药剂投加量较常规化学絮凝法可降低70%以上,污泥产生量降低约30%,直接运行成本约28元/m³。整套工艺具备良好的抗冲击能力,污染物去除效率高,成本较低,为油气开发中的压裂返排液处理工程建设提供了技术支撑。     

页岩气压裂返排液的序批式生物膜处理研究

以页岩气压裂返排液为研究对象,采用序批式活性污泥反应器(SBR)和序批式生物膜反应器(SBBR)2种方式进行驯化试验。试验结果显示:SBBR具有耐冲击能力强及运行稳定的优点,可用于页岩气压裂返排液的处理。SBBR不仅对COD有良好的去除效果,对SS、石油类以及Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等金属离子也有较好的去除效果。对SBBR微生物菌群解析结果表明,在门水平,丰度最高的是变形菌门(Proteobacteria),在属分类水平,优势类菌群均是目前尚未分离培养的菌属,有待进一步开发利用。     

基于水凝胶界面光蒸发的压裂返排液脱盐降污处理

压裂返排液的无害化处理是页岩气绿色开发中亟待解决的问题之一，也是实现“双碳”目标的重要组成部分。本文以天然高分子材料假酸浆胶(NPG)、聚乙烯醇(PVA)为原料，聚吡咯(Ppy)为光吸收剂，制备了具有双网络套孔结构的超亲水性水凝胶(SH)。以太阳能为驱动力，将基于该水凝胶的界面光蒸发技术用于压裂返排液的核心脱盐降污处理，实现了压裂返排液的低能耗达标外排处理。实验结果表明：在1个标准太阳光强度下(1kW/m²),SH处理压裂返排液的界面光蒸发速率最高为3.59kg/(m²·h)，平均光蒸发效率高达96%以上。经脱盐降污处理后的返排液总溶解固体量低于150mg/L，各类盐离子浓度显著降低3～4个数量级，TOC含量去除率高达87.1%。同时水凝胶具有良好的抗盐性和自洁功能，能确保其长期、持续使用。     

诺氟沙星对MABR处理生活污水的影响

近年来，各类污废水中多会检测出诺氟沙星(NOR)。为了研究NOR对膜曝气生物反应器(MABR)处理生活污水的作用机制，考察了不同NOR浓度对污染物去除效果、悬浮污泥特性以及系统内微生物菌群变化的影响。结果表明：在NOR浓度为20～500μg/L范围内，随NOR浓度的增加，MABR对COD和NOR的去除率没有明显降低，可达80%左右；NOR浓度对去除NH₄⁺-N和TN影响较大，NH₄⁺-N去除率从96.4%降低至35.6%,TN去除率从72.4%降低至30.6%。NOR使悬浮污泥中的功能微生物AOB和NOB活性下降，DNB活性呈先上升后下降的趋势；微生物为抵抗NOR而分泌大量的EPS，增加了蛋白质和多糖的含量。对比Alpha多样性可知，NOR浓度对菌群丰度和多样性影响较大，MABR生物膜和悬浮污泥菌群组成存在差异，生物膜内的微生物比悬浮污泥对NOR的抗冲击性强，说明MABR系统内特殊的生物相构成对处理含高浓度NOR的生活污水具有可行性。     

微藻处理压裂返排液的效果及影响因素

针对压裂返排液污染物成分复杂、含量高,对环境污染严重的特点,采用小球藻好氧处理结合聚合氯化铝(PAC)混凝、颗粒污泥厌氧处理压裂返排液结果表明,压裂返排液可生化性差,小球藻直接处理返排液COD去除率仅为5.85%,返排液培养小球藻96 h后藻株进入对数期增殖,最大藻密度为1.19 g/L。混凝处理可以有效去除返排液中有机物污染物,混凝出水培养小球藻72 h后藻株进入对数期增殖,最大藻密度为1.03 g/L,返排液经混凝、小球藻处理后COD去除率为68.63%。颗粒污泥厌氧处理可以进一步去除返排液混凝出水有机污染物,厌氧出水培养小球藻24 h后藻株快速增殖,最大藻密度为0.35 g/L,返排液经混凝、厌氧和小球藻处理后,COD去除率可达92.16%。     

压裂返排液回注处理及可行性评价

为了充分利用水资源,压裂返排液多在处理后回注。为了确保回注效果,需要进行处理后压裂返排液的回注可行性评价。采用化学氧化与絮凝处理方式对压裂返排液进行了处理,通过对水质离子含量、混合水结垢量及配伍性、黏土膨胀率、储层伤害率的分析研究,对其回注可行性进行了评价。结果表明:压裂返排液经过"氧化-絮凝"处理后,压裂返排液的悬浮物质量浓度为1.6 mg/L、含油量低于1.0 mg/L,黏土在处理后压裂返排液中的防膨率为92.68%;处理后压裂返排液与储层产出水混合体积比为3∶7时,结垢量低于72 mg/L;当处理后水含油量、悬浮物质量浓度低于6.00 mg/L时,对储层渗透率的伤害率低于20%。     

压裂返排液高效回用处理技术研究与应用

系统分析了四川地区不同页岩气压裂返排液的水质情况,明确了返排液中超出回用水质标准的关键指标,通过室内实验系统研究不同工艺对压裂返排液的处理效果,提出了能适应不同水质返排液的回用处理技术,并在现场开展应用。研究结果表明,返排液经软化-混凝-絮凝-杀菌处理后出水达到回用水质标准,其最优条件为：升高pH至10,混凝剂投加量(Y₁)满足Y₁=0.46X₁+39(X₁为混凝前悬浮物浓度),絮凝剂投加量(Y₂)满足Y₂=0.004 1X₂-0.9(X₂为絮凝前悬浮物浓度),杀菌剂投加量、杀菌pH和时间分别为200 mg/L、6和30 min。根据最优条件制造了能自动加药的回用处理装置。应用结果表明,自动加药处理出水水质比手动加药的出水水质更优且能达到回用水质标准,其药剂费比手动加药低35%,自动加药处理出水配成的滑溜水性能优于原水及手动加药处理出水配成的滑溜水性能,且能达到滑溜水性能要求。     

压裂返排液电化学处理装置的研制与应用

针对油气田压裂返排液具有高矿化物、高氯离子的水质特点,研制出压裂返排液电化学处理装置。该装置采用一体式系统组合设计,主要包括反应系统、排污系统、检测系统、电控系统和辅助系统。现场应用效果表明,该电化学装置可有效地去除返排液中的有害成分,处理后的返排液可用于重新配制压裂液。     

页岩气压裂返排液电渗析脱盐处理技术研究

页岩气压裂返排液具有高盐、高COD的污染特征,其TDS约为3.2×10⁴～4.0×10⁴mg/L。采用GC-MS对压裂返排液进行分析,结果表明,其有机污染物包括烷烃、环烷烃、醇类、卤代烃,以及少量酮类、酚类、酯类等。烷烃是页岩气压裂压返液的主要污染成分。采用电渗析技术对页岩气压裂返排液进行处理,研究操作电压、极水质量分数等因素对脱盐率、电导率及COD去除率的影响。实验结果表明,电渗析处理过程中,随着操作电压的增加(5～20 V范围内),压裂返排液的脱盐率和COD去除率随之升高;电压为20 V时,TDS和COD的去除率分别达到99.94%、79.99%。在不同操作电压下,前40 min脱盐速率较快,60 min后脱盐速率降低,随后趋于平缓。极水质量分数为0.5%～0.75%时,压裂返排液的脱盐率、COD去除率随极水质量分数的增加而提高。此后进一步提高极水质量分数,TDS和COD的去除率均有所降低。电渗析过程中离子价态对各离子的去除率有一定影响。阴离子SO₄^2-、Cl^-的去除率分别...     

电化学工艺处理油田聚合物型压裂返排液

压裂技术已逐渐成为油田增产的主要手段。随着更加严格的《陆上石油天然气开采工业污染物排放标准》的即将颁布,新疆玛湖油田在未来几年可能会面临大量聚合物型压裂返排液外排的压力。基于高效、低成本的处理要求,开发了“电絮凝预处理+电化学氧化”工艺处理压裂返排液。结果表明：当电絮凝预处理条件为阴阳极板均为铝板、极板间距为0.5 cm、电流密度为10 mA/cm²、通电时间为15 min时,压裂返排液COD去除率达到65.4%,浊度达到4 NTU。对电絮凝预处理后的压裂返排液进行电化学氧化处理,在阳极为镀钌铱钛板、阴极为不锈钢板、电流密度为25 mA/cm²、电源脉冲频率为4 000 Hz、占空比为65%、pH=7.2、反应时间为90 min的条件下,新疆玛湖油田压裂返排液COD可以降至80 mg/L以下,油质量浓度降至1.0 mg/L以下,氨氮降至0.5 mg/L以下,悬浮物降至30 mg/L以下。处理后压裂返排液水质指标满足陆上排放标准要求且成本较低,具有良好的工业应用前景。     

压裂返排液快速高效处理方法研究

针对目前压裂返排液处理技术步骤繁琐、处理周期长、设备占地大、无法即返排即处理等问题,基于对压裂返排液水质及主要组分的分析结果,确定以去除有机物(COD)为首要目标,建立了絮凝预处理+电化学/高级氧化/超声耦合高效处理的两步处理方法。通过实验优化出最佳操作条件,使返排液经处理后水质澄清透明,COD、固体悬浮物及含油量均达到规定要求。在此基础上初步设计了处理工艺流程及撬装设备,可实现压裂返排液的边返排边连续在线处理,具有工业化应用前景。     

催化反应在压裂返排液处理中的应用

压裂返排液中不仅含有大量化学添加剂,在返排过程中还将地层中的有机和无机化合物、细菌、重金属以及放射性元素携带出来,与其他油气田污水相比具有污染物种类繁多、成分复杂、浓度高、粘度大、COD高、矿化度高、稳定性高等特点。利用催化反应技术打破压裂返排液化学键,降低其稳定性,配合常规化学处理方法解决压裂返排液处理难等问题,达到回注目的。     

压裂返排液回用影响因素研究

返排液处理后直接用作配液用水成为返排液处理工艺主要研究方向。压裂返排液必须经过特殊处理才能进行二次利用。研究在返排液中含量较高的总铁、Ca²⁺、Mg²⁺、硼酸根离子对返排液回用的影响。结果表明,Ca²⁺、Mg²⁺、总铁单独存在变化时,会对压裂返排液回用效果产生一定的影响。在实际应用过程中,返排液中各因素共同作用,影响因素硼酸根>总硬度>总铁,优化后的水质指标确定为硬度<400 mg/L,总铁<10 mg/L,硼酸根含量<3 mg/L。     

压裂返排液回用技术研究

对返排液水质进行分析,研究了影响返排液回用的影响因素,压裂返排液处理剂配方为：0.15%高效络合剂+0.1%屏蔽剂+0.1%杀菌灭藻剂。处理后压裂返排液回用的压裂液体系为：0.35%瓜胶+0.35%多效压裂助剂+0.01%专用螯合剂;交联液为低用量多核交联剂+断裂催化剂。结果表明,优化的压裂返排液回用体系具有良好的耐温抗剪切,静态滤失、破胶性能和配伍性。同时形成了配套的回用工艺,采用“破胶降粘-除油-絮凝沉淀过滤-脱硼处理-成分调节”五个工序对压裂液返排液进行处理,实现了压裂返排液的重复再利用。     

海上压裂返排液处理设备小型化试制

为解决海上平台面积限制、逐渐推广成熟的海上大规模压裂产生的大量返排液处理需求、海域排放标准严格等问题,对现有的压裂返排液处理工艺进行优化,高效缩短了处理工序并试制了适合海上平台摆放的小型化压裂返排液处理设备。现场试验结果表明：整套设备占地面积100 m²,最大设备重量9.53 t,满足海上平台吊装能力。经过预处理、电絮凝、一级裂解、二级裂解、多介质过滤、超滤和RO膜过滤后,COD值由6 109 mg/L降到112 mg/L,满足海上生产水COD≤300 mg/L的排量标准。同时各设备具备独立的加药系统、电机系统,电磁流量计,取样口等,能根据返排的压裂液的COD值、处理平台面积进行组合使用。为后续海上大规模压裂提供技术保障。     

油田压裂返排液处理工艺的研究现状及展望

针对油田压裂返排液化学试剂含量高、组分复杂、处理难度大的特点,综述了近年来物理法、化学法、生化法、组合法等压裂返排液处理工艺的研究进展,分析了各种处理工艺的优缺点,并对压裂返排液处理工艺的发展方向进行了展望,认为采用组合法处理油田压裂返排液,并对其进行资源化回收利用是压裂返排液处理工艺的发展趋势。     

基于臭氧与超声氧化降低页岩气压裂返排液COD

针对页岩气压裂返排液化学需氧量（COD）高,难以直接排放的问题,研究了臭氧氧化（O₃）、超声氧化（US）和臭氧与超声联用氧化（O₃+US）三种方式降低页岩气压裂返排液COD的效果。结果表明：O₃+US因能产生更多的自由基而具有更好的降低COD效果。O₃+US联用氧化返排液过程中,首先是臭氧直接氧化有机污染物生成醛酮等物质,然后再是自由基氧化降解,返排液颜色会出现特征变化。另外研究了水样pH、超声波功率、催化剂种类和加量、反应时间等因素对O₃+US联用氧化降低COD的影响,结果表明其降低COD的效率随pH的增大而减小,随超声波功率的增大先增大后减小,随作用时间的延长而增大。综合考虑,推荐降低页岩气压裂返排液COD的氧化条件为：臭氧质量浓度42mg/L、pH为2.5左右、超声波功率800W、催化剂MnO₂加量0.45g/L、反应时间100min,处理后COD降低68.17%。同时,降解动力学拟合分析显示MnO₂催化下O₃+US联用氧化降低页岩气压裂返排液COD的过程更符合二级动力学特征。     

涪陵页岩气开发压裂废水的污染防治技术探讨

水力压裂技术是目前页岩气开发的主要储层改造手段,水力压裂所需水量大,返排液的总返排量大、高矿化度、高COD且返排周期长,为降低对环境的污染,返排液必须经处理再排放。根据涪陵页岩气开发压裂废水情况,本研究以"前期回用-后期排放"为方向。在开发阶段压裂返排液和采气分离水经"pH值调节/预氧化-混凝"处理在工区内重复利用,开发结束后不再利用的压裂返排液和采气废水经"pH值调节/预氧化-混凝-高级氧化-反渗透-浓水处理"深度处理后达标排放。前期回用处理采用罐装车设备,后期排放处理以罐装车与深度处理的撬装装置联用,整套设备适应性强、可重复利用且方便移动。     

新疆油田压裂返排液处理技术研究与应用

新疆油田地区常见的压裂液主要包括胍胶冻胶压裂液及乳液等体系,随着大型体积压裂工艺在新疆区块的广泛普及,当务之急是寻求有效的返排液处置措施。本文介绍了新疆油田压裂返排液的处理现状,详细阐明了对应的研究理论基础、思路和返排液处置方案,即采用"除油-沉降-杀菌"联合工艺进行返排液复配,再结合"氧化破胶-混凝沉降-过滤"技术对废液实施回注处理。现场应用结果表明,该回注处理技术可有效降低2个试验油厂废液中的COD含量(平均去除率可达88%)和含油量(平均去除率可达92.5%),可实现对新疆油田地区返排液的高效处理和回用,对落实油田现场的降本增效具有重要意义。