一種鑽井廢水厭氧處理方法與流程
2023-09-19 07:21:40 1
本發明屬於工業水處理領域。
背景技術：
石油天然氣勘探鑽井生產作業中，為了保障鑽井作業的正常進行，為後期作業提供高質量的井筒和穩定的井壁，則在鑽井作業中大量使用具有高色度、高汙染、難降解的聚合物泥漿體系。而大量的鑽井液在使用過程中進入鑽井廢水，致使鑽井廢水成為固相含量高、色度高、有機物含量高、重金屬含量高、礦物油含量高的工業廢水,這種工業廢水具有濃度高、汙染大、難降解的特點。
此類工業廢水排入環境中帶來的危害有：①廢水衝入河流或滲入地層，將使水體的CODcr、色度、懸浮物、石油類、揮發酚、硫化物、金屬離子等超標，影響水生生物的正常生長，影響水體功能；②Cr6+，Hg2+，Cd2+，Pb2+等廢水中有害的重金屬離子，和不易被動植物降解的有機物易進入生物食物鏈，並在環境或動植物體內蓄積，從而危害人類的身體健康和生命安全；③廢水中氯化物的含量很高，大量的氯化物排入土壤中，會造成土壤鹽鹼化，土壤的理化性能被改變，肥力下降，造成農作物減產；④高含鹽濃度鑽井廢水排入農田，則將直接作用農作物上，造成農作物的細胞質壁分離而導致枯死，而且廢水中的石油類物質會堵塞土壤顆粒縫隙，阻止農作物吸收水分和營養物質，油膜粘附在農作物上，會使農作物枯死而導致減產。
現有的鑽井廢水排放前通常要經過厭氧微生物處理，現有的厭氧微生物處理多採用厭氧汙泥處理法，大致包括如下步驟：①將準備用於馴化的厭氧汙泥裝入將要進行廢水處理運行的厭氧處理設備中；②將需要處理的鑽井廢水通入裝有厭氧汙泥的厭氧處理設備中，使得厭氧汙泥中的微生物適者生存，存活下來的厭氧微生物可以對後續廢水進行降解，即馴化成熟；③馴化完成後就將厭氧處理設備正式投入運行，大量鑽井廢水通入該厭氧處理設備中，控制進水流量、溶解氧及其運行指標，對鑽井廢水進行降解處理。
上述厭氧反應處理方法的缺點在於：①依靠厭氧汙泥中的厭氧微生物，在剛開始運行時或許效果明顯，但是在汙水處理過程中，由於鑽井廢水中含有的汙染物毒性較大時，會造成厭氧微生物大量死亡，若微生物死亡的速度大於其生長速度，同時外界無補充的汙水降解微生物至厭氧反應器中，那麼最後整個厭氧處理系統將會癱瘓；②因該處理方法的反應器中只有厭氧活性汙泥，因此抗負荷性較差，鑽井廢水流量增大、水質變化、環境變化等波動會造成厭氧活性汙泥流失，厭氧微生物也就隨著汙泥流失或者死亡，導致處理後的廢水無法達到排放標準，或者達不到下一段廢水處理工序的處理要求，比如CODcr偏高、廢水中汙染物仍然含量高等。③採用厭氧汙泥上附著的厭氧微生物進行處理，沒有對厭氧汙泥中厭氧微生物進行分離和純化，因此受影響的因素較多(例如厭氧汙泥中的厭氧微生物數量、種類和降解能力等)，運行過程中容易出現較大的波動。
技術實現要素：
本發明意在提供一種提升鑽井廢水降解效果的厭氧處理方法。
本發明一種鑽井廢水厭氧處理方法，包括如下步驟：
a)馴化厭氧降解菌
分離厭氧降解菌並採用凍乾粉保種，再進行接種和擴大培養；
b)首次投放
向厭氧處理設備中投放佔厭氧處理設備體積0.1％～0.5％厭氧降解菌、20％厭氧活性汙泥和20％～30％生物填料；
取預處理後的鑽井廢水上清液進行稀釋並調節pH值在6.5～7，再泵入厭氧處理設備直至生物填料完全淹沒，使其形成均勻的懸浮狀態；
c)掛膜處理
向厭氧處理設備內通入氮氣或二氧化碳，每天向厭氧處理設備中通入稀釋後的鑽井廢水上清液，控制厭氧處理設內廢水的CODcr值在2000～3000mg/L，直至有甲烷氣體生成；
d)補充投放
向厭氧處理設備中再次投放厭氧降解菌；
e)沉澱
厭氧處理裝置內的出水導入厭氧沉澱池內進行沉澱。
有益效果：①因鑽井廢水的毒性較大，會使得大量的厭氧降解菌致死，因此增加了補充投放步驟，可根據厭氧處理設備內厭氧降解菌的存活情況進行補充，保證厭氧處理設備內有足夠數量的厭氧降解菌；②採用了掛膜處理，使厭氧微生物(即厭氧降解菌)附著在生物填料上生長，增加抗負荷的衝擊性，生物膜上的附著的微生物在單位體積內，比傳統的厭氧汙泥中的微生物數量較多，而且在處理過程中因微生物有附著點，所以不容易隨著汙泥而流失，相比傳統的厭氧汙泥處理法，本發明通過汙泥和生物膜法可以提高微生物的耐受性，能夠降解一般單純厭氧活性汙泥法不易降解的廢水，提高對廢水中汙染物的處理能力；③此厭氧處理方法將汙水中降解效果最好的幾種微生物分離出來，經過發酵工藝培養，形成強大的生物菌群，再針對性的投放至厭氧處理設備中，使廢水中汙染物的降解速率和耐負荷衝擊性大幅度提高；④通過間接或連續補充所培養的微生物，對廢水汙染物進行強制降解，提高水質的排放標準。
進一步地，所述厭氧降解菌包括丁酸梭菌、乳酸桿菌、產氫產乙酸菌、產酸菌、產甲烷桿菌、產甲烷短桿菌、產甲烷八疊球菌。這幾類厭氧降解菌的優點在於：①易形成穩定的微生物菌群，縮短厭氧處理工序的調試啟動時間；②菌種之間具有相輔相成，有機協調的功能，極大的增強對廢水中的汙染物的降解能力。
進一步地，所述厭氧降解菌各菌種的體積比為：丁酸梭菌:5～10％；乳酸桿菌：5～10％；產氫產乙酸菌：25～30％；產酸菌：20～25％；產甲烷桿菌：5～10％；產甲烷短桿菌：10～15％；產甲烷八疊球菌：10～20％，使廢水處理效果達到該工藝中厭氧段的出水要求，並持續穩定
進一步地，所述步驟c)中進行連續攪拌，其作用在於：①使厭氧汙泥更快的形成顆粒狀，並且顆粒逐漸增大，並促進微生物在生物填料上生長；②使整個厭氧處理設備中的厭氧汙泥和生物填料形成均勻、穩定的懸浮狀態，提高在正常投入運行過程中整個厭氧設備的流化態。
進一步地，所述步驟d)中採用間歇投放，每5～7天投放一次，投放量為已處理的廢水量的0.005％～0.02％。其好處在於：①對死亡和流失的厭氧降解菌及時的補充，增加該工序的抗負荷衝擊性；②對廢水中的汙染物進行強制降解；③0.01％～0.02％的投放量較為適宜，投放過少則可能達不到所要求的效果，投放過多則會導致處理成本的增加。
進一步地，所述步驟d)中採用連續投放，連續投放可以及時補充厭氧降解菌，則其投放量為廢水流量的0.005％～0.015％。
進一步地，所述步驟e)中的厭氧活性汙泥一部分回流至厭氧處理設備，對厭氧處理設備的中流失的厭氧活性汙泥進行補充。另一部分經壓濾後將濾渣作為水泥添加劑或耐火磚材料。汙泥中鈣鎂含量高，可以將汙泥資源化利用，並且在水泥或耐火磚燒制過程中，將汙泥中的有機物用過高溫燃燒的方式轉化成二氧化碳，避免了環境汙染。
進一步地，所述步驟b)中的預處理包括混凝處理、破乳處理和微電解處理。混凝處理使得廢水中的懸浮物、膠體沉澱；破乳處理使得廢水中的乳化油與水進行徹底分離，降低預處理出水的油含量，防止乳化油對設備造成損傷；強化微處理則可以降低廢水中的CODcr和重金屬。
進一步地，所述厭氧活性汙泥為顆粒狀，這種顆粒狀的厭氧汙泥是由相互聚集的多種微生物構成的團體，具有很大的生物緻密性，具有沉降速度快、較高的汙泥濃度和抗負荷性。
具體實施方式
下面通過具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：
一種鑽井廢水厭氧處理方法，包括如下步驟：
1)馴化厭氧降解菌
分離菌種：將從汙泥和土壤中馴化、分離出來的鑽井廢水7種厭氧降解菌(即丁酸梭菌、乳酸桿菌、產氫產乙酸菌、產酸菌、產甲烷桿菌、產甲烷短桿菌、產甲烷八疊球菌)採用凍乾粉保種。
配置培養基：先以100～200ml為基準，按以下的比例配製4份培養基：牛肉膏0.5％；蛋白腖0.5％；維生素10ml；葡萄糖1％；磷酸氫二鉀0.15％；硫酸鎂0.05％；硫酸錳0.025％；丙酸鈉2％；半胱氨酸0.05％；丁酸鈉2％；無菌水100～200ml。另外，按以下比例配置3份培養基：氯化銨0.1％；氯化鎂0.1％；氯化鈉0.05％；磷酸氫二鉀0.04％；磷酸二氫鉀0.04％；蛋白腖0.2％；酵母浸出粉0.2％；乙酸鈉1％；半胱氨酸0.05％；0.1％刃天青2ml；維生素10ml；無菌水100～200ml。
培養基滅菌：將所配製的培養基分別倒入7個不同的250ml錐形瓶中搖勻，直至全部溶解，再置於123℃內的高壓蒸汽滅菌鍋內滅菌30min，滅菌完成後冷卻至室溫，向培養基中注入二氧化碳氣體密封后置於厭氧無菌操作箱中備用。
接種：將凍乾粉保種的7種厭氧降解菌分別各取出1支，在厭氧無菌操作箱中用滅菌後的移液槍分別吸取1ml無菌水至7支不同的安瓿瓶中，分別用7支不同的移液槍槍頭攪動安瓿瓶促使凍幹菌完全溶解，隨即吸出安瓿瓶，分別接種至上述7個不同的所備用的250ml錐形瓶中，再用無菌不透氣封口膜密封，置於厭氧培養箱中培養，控制溫度35～37℃，培養5～7天。
將所培養的7種200ml的降解菌分別以10％的接種比例接種至已經過滅菌處理後的種子發酵罐中，控制溫度35～37℃，調節培養基pH在7左右，培養5～7天。
將種子發酵罐中培養的7種降解菌，分別以10％的比例接種至已經過滅菌處理後的無氧生產發酵罐中，控制溫度35～37℃，調節培養基pH在7左右，厭氧發酵培養5～7天，最後形成成品包裝備用。
2)首次投放
以厭氧處理設備的體積為基準，向厭氧處理設備中投放20％的顆粒狀的厭氧活性汙泥、20％～30％的生物填料、0.1％～0.5％厭氧降解菌。厭氧降解菌內各菌種的體積比(佔整個厭氧降解菌體積的體積比)為：丁酸梭菌:5～10％；乳酸桿菌：5～10％；產氫產乙酸菌：25～30％；產酸菌：20～25％；產甲烷桿菌：5～10％；產甲烷短桿菌：10～15％；產甲烷八疊球菌：10～20％。生物填料選用活性炭或纖維球或塑料球。
鑽井廢水先經過預處理(混凝處理、破乳處理和微電解處理)後，取其上清液進行稀釋，其稀釋的比例以控制該部分的廢水的CODcr值在2000～3000mg/L為準，並調節pH值在6.5～7。將稀釋後的上清液泵入厭氧處理設備直至生物填料完全淹沒，使其形成均勻的懸浮狀態，
3)掛膜處理
向厭氧處理設備內通入氮氣或二氧化碳，控制其厭氧處理設備內部形成微正壓，若厭氧處理設備有攪拌裝置，那麼開啟攪拌裝置連續攪拌運行，進行降解菌的掛膜處理。每天向厭氧處理設備中通入稀釋後的上清液，控制內部的CODcr值在2000～3000mg/L，直至有大量的甲烷氣體生成。出口採用液封槽進行液封，使整個厭氧處理設備內部形成絕對厭氧區域，而產生的甲烷氣體直接排放或通過燃燒裝置作燃燒處理。
在此過程中採用間斷通入稀釋後的上清液，若厭氧處理設備已完全充滿，則將出水通入厭氧沉澱池，並啟動汙泥泵，將沉澱池內的廢水抽至厭氧處理設備，形成全回流，控制流量為進水流量的1.5～2倍，或者在第二次進水時，將厭氧處理設備的曝氣全部關閉，靜置沉澱2～3小時，在氮氣或者二氧化碳(或氫氣)氣體的保護下將厭氧處理設備內的上清液全部抽出，再通入廢水。
4)補充投放
在厭氧處理設備運行過程中連續或間歇的投放厭氧降解菌，若採用間歇投放，則每5～7天投放一次，投放量為已處理的廢水量的0.005％～0.02％；若採用連續投放，則其投放量為廢水流量的0.005％～0.015％。廢水在厭氧處理設備內停留的時間為8～12h；
5)沉澱
將厭氧處理裝置內的出水進入厭氧沉澱池內，厭氧沉澱池底部的厭氧活性汙泥一部分回流至厭氧處理設備，控制回流比為1.5～2之間，另一部分經壓濾後將濾渣作為水泥添加劑或耐火磚材料(也可作無害化處理後填埋)。