（环境工程专业论文）钻井含盐废弃泥浆无害化处理研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 钻井含盐废弃泥浆无害化处理研究是由中石化集团财务计划部土地管理 处提议，中石化集团公司科技开发部立项( 合同号j 3 0 3 0 2 0 ) 的科研项目。项目 围绕钻井含盐废弃泥浆的无害化处理、资源化利用开展了污染治理技术研究。 钻井含盐废弃泥浆主要由岩屑、粘土颗粒、无机盐和钻井液处理剂、添加剂 等形成的胶体悬浮物，含水率一般在3 5 9 0 之间，呈碱性，外观一般呈粘稠流体 状态，具有颗粒细小、级配差、粘度大、含水率高且不易脱水的特点，是一种典型 的粘稠状胶体。其中所含的盐类、可溶性金属元素( c r 6 + 、h g “、c d 2 + 、p b 2 + 、 a s z + 等) 、有机物以及碱等污染物对钻井周围土壤和水体造成严重的污染。本研究 过程提出了污泥调理、污泥脱水、脱出的淡盐水和浓盐水分剐无害化处理回收的 工艺思路。 污泥调理过程研究筛选出调理剂的种类，确定了各调理剂的最佳添加比例。 通过实验室的实验研究得出：在调理过程中首先添加助凝剂粉煤灰( 添加比例3 ) ，然后添加无机混凝剂聚合氯化铝( 稀释比例5 ，添加比例1 0 ) 和有机高 分子混凝剂阳离子型聚丙稀酰胺( 其分子量在1 2 0 0 万以上，稀释比例i o ，添加 比例8 ) 。调理后的泥浆脱水效果好，利于后续工艺过程的顺利进行。 调理后泥浆脱水过程研究选用真空带式压滤机进行脱水，通过中试研究，确 定洗涤脱水过程的真空度控制在：o 0 3 一o 0 4 m p a ；在脱水过程中水洗六次。脱水 后泥饼浸出物的氯离子含量小于2 5 0 m g l ( 农田灌溉水质标准g b 5 0 8 4 9 2 ) ，泥浆 脱盐达到要求。 对含盐泥浆的调理、水洗、真空带式压滤脱水项目进行联合试验，脱水后泥 饼浸出物的氯离子含量小于2 5 0 m g 力( 农田灌溉水质标准g b 5 0 8 4 9 2 ) ，处理后泥 饼的含水率平均为7 5 ，所含的盐分、重金属元素、硫化物和有机物含量远远小 于国家相关的排放标准，可以运用到路基建设和井场施工中。试验证明，污泥调 理效果是好的，粉煤灰、聚合氯化铝、聚丙稀酰胺的添加比例是正确的，真空带 式压滤设备的水洗和脱水效果符合要求。 泥浆调理后脱出的淡盐水( 盐分浓度 3 5 0 0 0 m g 1 ) 选择复合过滤和反渗透方 法进行处理，首先通过多介质过滤和精密过滤，滤除水中的悬浮物、机械杂质， 降低水的浑浊度，然后通过反渗透( r o ) 工艺去除其中的盐分和其它化学物质， 武汉理工大学硕士学位论文 反渗透膜选用超低压高脱盐交连芳香族聚酰胺复合膜。通过中试研究，淡盐水经 本工艺过程处理后水中氯离子浓度一 一3 5 0 0 0 m g 1 ) ， 选用二效升膜蒸发工艺进行处理，生成结晶盐。通过中试研究，确定升膜蒸发真 空度控制在o 0 3 一o 0 5 m p a ，各工艺设备的运行效果达到要求，生成的结晶盐可 用于钻井过程的循环使用。 在实验室实验和中试的基础上，本套中试装置还随钻井过程进行了现场试 验，经过潜江市环境保护局跟踪抽样检验【( 2 0 0 5 ) 潜环监字( 4 7 ) 号1 ，处理后 的泥饼达到国家相应排放标准，运用到路基建设和井场施工中；处理后的淡水水 质达到国家污水综合排放标准一类标准和农田灌溉水质标准，在钻井过 程中循环使用；生成的结晶盐在钻井过程中循环使用。钻井含盐废弃泥浆或淡水 废弃泥浆经该工艺设施处理后，钻井过程无需泥浆池，打破了传统的钻井工艺， 从源头上切断了污染源，节约大量的土地资源，可实现钻井过程中的清洁生产， 极大地改善油田企业的环境保护形象，具有显著的社会和经济效益。 蒸发 关键词：钻井含盐废弃泥浆无害化处理絮凝真空带式压榨反渗透升膜 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t ( ( r e s e a r c ho ft h es a l i f e r o u sw a s t ed r i l l i n gf l u i di n n o c u o u st r e a t m e n t i st h e s c i e n t i f i cr e s e a r c hi t e mw h i c ht h el a n dm a n a g e r i a ld e p a r t m e n to ft h ef i n a n c i a lp l a n m i n i s t r yo fs i n o p e cc o r p p r o p o s e sa n dt h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g ye x p l o i t a t i o n m i n i s t r yo fs i n o p e cc o r p c o n f i r m s t h ec o n t r a c tn u m b e ri sj 3 0 3 0 2 0 t h es t u d ys h o w s h o wt od i s p o s et h es a l i f e r o u sw a s t ed r i l l i n gf l u i da n dm a k e si th a r m l e s sa n du s e f u l t h es a l i f e r o u sw a s t ed r i l l i n gf l u i di sc o l l o i dt h a ti sm a d eu po ft h er o c kb i t s ，c l a y g r a n u l e s ，i n o r g a n i cs a l t ，d i s p o s a lc h e m i c a l ，a d d i t i v e ，e t c t h ew a t e r c o n t e n to fd r i l l i n g f u i di sc o m m o n l yb e t w e e n3 5 9 0 t h ed r i l l i n gf l u i di sa l k a l e s c e n c yw h i c h a p p e a r a n c ei st h er o p yf l u i ds t a t e t h i sr o p yc o l l o i dh a s l i t t l eg r a n u l e s ，b a dg r a d a t i o n ， s i z a b l ev i s c o s i t y , a n dh i 咖w a t e rc o n t e n tt h a ti sd i f f i c u l t l yd e h y d r a t e d t h e c o n t a m i n a f i o n sa l et h es a l t s ，d e l i q u e s c e n tm e t a l l i ce l e m e n t s ( c r 6 + , h 9 2 + , c d 2 + ，p b 2 + ，a s 2 + e t c ) ，o r g a n i cc o m p o u n d ，a c e r b i t ya n da l k a l ip o l l u t et h es o i la n dw a t e ra r o u n d t h ea r t e s i a nw e l l s w ed i s p o s et h es a l i f e r o u sv c a s ed r i h i n gf l u i db ys l u d g et r e a t m e n t ， s l u d g ed e h y d r a t e t h eh i 曲c o n t e n tb r m ea n dt h el o wc o n t e n tb r i n ea r ed i s p o s e d s e p a r a t e l yt ob eh a r m l e s s l y t h es l u d g et r e a t m e n tr e s e a r c hc h o o s e st h ek i n d sa n do r d i n a la c c e s s i o np r o p o r t i o n t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n s i nt h et r e a t m e n tp r o c e s s ，t h ef l ya s h ( t h e a c c e s s i o np r o p o r t i o ni s3 1i sa c c e d e dt ot h ed r i l l i n gf l u i da st h ec o a g u l a n ta i df i r s t l y t h e nt h ep o l y m e r i z a t i o na l u m i n u mc h l o r i d e ( t h ed i l u t i o nr a t i oi s5 a n dt h ea c c e s s i o n p r o p o r t i o n i s1 蝴1a st h ei n o r g a n i cc o a b u l a n ta n dt h ec a t i o np o l y a e r y l a m i d e ( m o l e c u l a rw e i g h t 11 2 0 0 0 ，0 0 0 ，t h ed i l u t i o nr a t i oi s1 ，a n dt h ea c c e s s i o np r o p o r t i o n i s8 1a st h eo r g a n i cc o a g u l a n ta r ea c c e d e dt ot h ed r i l l i n gf l u i d a f t e rt h es l u d g e t r e a t m e n t , t h ed r i l l i n gf l u i di se a s yt od e h y d r a t ea n db e n e f i t st o t h es u b s e q u e n t t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s t h ed i s p o s e dd d h i n gf l u i di sd e h y d r a t e db yt h ev a c u u n lt a p ep r e s s u r ef i l t e r w e c o n f i r mt h ev a c u u r ld e g r e ew h i c hi s0 0 3 一o 0 4 m p ai nt h ep r o g r e s so fw a s h i n ga n d d e h y d r a t i o n w en e e dw a s ht h ed r i l l i n gf l u i df o rs i xt i m e s t h ec h l o r i n ei o nc o n t e n ti n t h es o a kf l u i do ft h em u dc a k ei sl e s st h a n2 5 0 r a g 1 ( t h ew a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o r 武汉理工大学硕士学位论文 f a r m l a n di r r i g a t i o ng b 5 0 8 4 - 9 2 ) t h ed e s a l i n i z a t i o no ft h ed r i l l i n gf l u i dd e l i v e r st h e g o o d s t h es a l i f e r o u sw a s t ed r i l l i n gf l u i di sd i s p o s e db yt h es l u d g et r e a t m e n t ，w a s h i n g ， a n dt h ev a c u l l r nt a p ep r e s s u r ef i l t e rt h r o u g ht h ea l l ye x a m i n a t i o n a f t e rt h et r e a t m e n t ， t h ec h l o r i n ei o nc o n t e n ti nt h es o a kf l u i do ft h em u dc a k ei sl e s st h a n2 5 0 m g l ( t h e w a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o rf a r m l a n di r r i g a t i o ng b 5 0 8 4 - 9 2 ) a n dt h ew a t e rc o n t e n ti s 7 5 i nt h ea v e r a g el e v e lt h a tc a nb eu s e dt ob u i l dt h eg r o u n d s i l la n dr o a d b e di nt h e a r t e s i a nw e l ls i t e t h ee x p e r i m e n tc o n f i r m st h a tt h ee f f e c to ft h es l u d g ei r e a t m e n ti s g o o da n dt h ea c c e s s i o np r o p o r t i o no f t h ep o l y m e r i z a t i o na l u m i n u mc h l o r i d e ，t h ec a t i o n p o l y a c r y l a m i d ea n dt h ef l ya s ha r er i g h ta n dt h ew a s h i n ga n dd e h y d r a t i o no ft h e v a c u u mt a p ep r e s s u r ef i l t e rd e l i v e rt h eg o o d s t h el o wc o n t e n tb r i n ew h i c hi sd e h y d r a t e df r o mt h es a l i f e r o u sw a s t ed r i l l i n gf l u i d ( s a l i n es a l i n i t y 3 5 0 0 0 m g 1 ) i sd i s p o s e db yt h ef i l t r a t i o na n d t h er e v e r s eo s m o s i s w e l e a c ha w a yt h es e s t o na n dm e c h a n i c a li m p u r i t i e sa n dd e b a s et h et u r b i d i t yt h r o u g ht h e m e d i u m sf i l t r a t i o na n de x a c t i t u d ef i l t r a t i o n t h e nw ew i p eo f ft h es a l i n i t ya n do r g a n i c t h r o u g hr e v e r s eo s m o s i s w ec h o o s et h es u p e rl o wp r e s s u r ea n dh i g hd e s a l i n i z a t i o n c o n n e c t e da r o m a t i cp e l y a m i d ec o m p o s i t em e m b r a n ea st h er e v e r s eo s m o s i sm e m b r a n e t h r o u g ht h em i d d l ee x p e r i m e n t , t h ec h l o r i n ei o nc o n t e n ti nt h el o w c o n t e n tb r i n ei sn o t m o r et h a n2 0 t o g a ，c o di sn o tm o r et h a n2 0 m g 1a n dt h es e s t o nc o n t e n ti sn o tm o r e t h a n1 0m g la f t e rt h eb r i n ei sd i s p o s e db yt h et e c h n o l o g i e a lp r o c e s s t h ed i s p o s e d w a t e ri sm e a s u r eu pt h ew a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o rf a r m l a n di r r i g a t i o na n dc a nb e r e c y c l e di nt h ew e l ld r i l l i n gp r o c e s s t h ec h l o r i n ei o nc o n t e n ti nt h eh i g hc o n t e n tb r i n e t h a ti sr e c l a i m e di sn o tl e s st h a n4 5 0 0 0 m g 1a n di sd i s p o s e db ye v a p o r a t i o n t h e l l i g hc o n t e n tb r i n et h a ti sd e h y d r a t e df r o mt h es a l i f e r o u sw a s t ed r i l l i n gf l u i d a n dt h er e v e r s eo s m o s i si sd i s p o s e db yt h ed o u b l ee f f e c ta s c e n dm e m b r a n ee v a p o r a t i o n a n dt h e np r o d u c et h ec r y s t a ls a l tb yt h em o u l d t h r o u g ht h em i d d l ee x p e r i m e n t , w e c o n f i r mt h ev a c u u md e g r e ew h i c hi so 0 3 0 0 5 m p ai nt h ep r o g r e s so fa s c e n d m e m b r a n ee v a p o r a t i o n , t h et e c h n o l o g i c a le q u i p m e n t sf u n c t i o nw e l la n dt h er e c l a i m e d c r y s t a ls a l tc a nb er e c y c l e di nt h ew e l ld r i l l i n gp r o c e s s t h em i d d l ee x p e r i m e n ts e t t i n g sa r eu s e di nt h el o c a l ee x p e r i m e n ta tt h eb a s eo f t h el a b o r a t o r ya n dm i d d l ee x p e r i m e n t t h ed i s p o s e ds a l i f e r o u sw a s t ed r i l l i n gf l u i di s f o l l o w e du pt h es c e n ta n ds a m p l i n gi n s p e c t i o n ( 2 0 0 5 ) q i a n j i n a ge n v i r o n m e n t 1 v 武汉理工大学硕士学位论文 i n s p e c t i o n ( 4 7 ) 】t h ed i s p o s e dm u dc a k ec a l b e u s e dt ob u i l dt h eg r o u n d s i l la n d r o a d b e di nt h ea r t e s i a nw e l ls i t e ，t h ea f t e r - t r e a t m e n tw a t e rr e a c h e dt h en a t i o n a ls e w a g e d i s c h a r g es t a n d a r dia n dc a nb er e c y c l e di nt h ep r o c e s so fd r i l l i n g t h er e c l a i m e d c r y s t a ls a l tc a nb er e c y c l e di nt h ew e l ld r i l l i n gp r o c e s s a f t e rt h e s e ，w en e e d n tt h em u d p i ta g a i n t h e s ec h a n g et h ec o n v e n t i o n a ld r i l l i n gt e c h n i q u ea n dc u to f f t h es o u r c eo f p o l l u t i o nf r o mt h eh e a d s t r e a m ，e c o n o m i z eag o o dq u a n t i t yo fl a n dr e s o b l e ，a c h i e v e t h ec l e a np r o d u c e ，a m e n dt h ei m a g eo ft h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o no ft h eo i lf i e l d ， a n dh a v et h em a r k e ds o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t k e y w o r d s ：t h es a l i f e r o u sw a s t ed r i l l i n gf l u i df l o c c u l a t e ；i n n o c u o u st r e a t m e n t ； f i o c e u l g t i o n ；v b c b r i r lt a p ep r e s s t l r ef i l t e r ；r e - q e r s eo s m o s i s , a s c e n dm e m b r a n e e v a p o r a t i o n v 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：重坚 e t 期：2 q q 生旦! ! 旦 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：塞坚导师签名：友丝筮e t 期：2 q q 生旦! ! 旦 谁揪 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 钻井含盐废弃泥浆及其污染 1 1 1 钻井含盐废弃泥浆概况 钻井是地质勘探和石油开采必不可少的过程，钻井泥浆是提高钻井效率的重 要手段，起到了润滑钻具、提高钻速、防止井塌和井漏、评价生产层等作用。在 遇到盐膏层或盐膏夹层时，常常因可溶性盐的侵入而引起水基泥浆钻井液的性能 发生变化，所以需采用含盐泥浆钻井液【l 】。含盐泥浆钻井液的含盐超过1 o x1 0 4 m g a ( 氯离子含量6 x 1 矿m g 1 ) ，我国的胜利油田、江苏油田、江汉油田、中原 油田、河南油田等油田在钻井过程中均采用的是含盐泥浆钻井液。随着我国石油 勘探开采业的迅猛发展，含盐钻井废弃泥浆的排放量也逐年增加，大量的含盐钻 井废弃泥浆未经处理堆放在井场，占用大量的耕地，平均每钻一口油井，要占用 耕地0 8 1 8 亩，这些由岩屑、粘土颗粒、钻井废水和钻井液处理剂、添加剂、堵 水剂、调配剂等形成的胶体悬浮物，其中所含盐类、可溶性白勺：垂淦属( c y a 、 管+ 、 c d 2 + 、p b 2 + 、a 孑+ 等) 及有机处理剂等 2 1 ，不仅占用和污染了宝贵的耕地资源，而且 当雨季到来之时，污染物随雨水外流，造成井场周围生态环境的破坏。 1 1 2 废弃泥浆环境污染 对江苏油田、胜利油田、江汉油田、中原油田等油田的部分钻井废弃泥浆的 调查分析表明，十一项污染指标( 总铬、六价铬、总汞、总砷、总镉、总铅、总 盐度、c o d 、石油类、p h 值) 中的多数高于国家有关标准规定的污染物排放限度 3 1 0n a c i 、n a 2 s 0 4 、n a n 0 3 、k c l 、k 2 s 仉、k n 0 3 、m g c l ”m g s 0 4 、m g ( n 0 3 ) 2 、c a c i2 、c a s o 、 c a ( n 魄) ：、k o h 等盐类和碱类容易造成土壤的盐碱化并板结，使植物无法生长，改 变地下水和地表水的p h 值；根据国家环保局的规定，废弃泥浆中的铬、汞、砷 等重金属为第类污染物，容易在环境蓄积，或进入食物链而在动植物体内蓄积， 危害人类的身体健康和生命安全 4 1 ，特别是废弃泥浆中含有大量的铬，其中六价 铬比三价铬的毒性高出1 0 0 倍，并且易被人体吸收和蓄积；所含的有机处理剂会 使水体中的c o d 、b o d 增高，影响水生生物的正常繁殖【5 】。钻井废弃泥浆造成的环 武汉理工大学硕士学位论文 境污染主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 导致土壤的板结( 主要是盐、碱和岩盐地层的影响) ，对植物生长不利， 甚至无法生长，致使土壤无法复耕，造成土地资源的浪费。 ( 2 ) 各种重金属滞留于壤，影响植物的生长和微生物的繁殖，同时因植 物吸收而富集，危害到人畜的健康嘲。 ( 3 ) 影响水生动物和飞禽( 化学添加剂) 。 ( 4 ) 污染地表水和地下水资源。 1 2 钻井含盐废弃泥浆国内外治理方法及现状 1 2 1 处理钻井含盐废弃泥浆的方法 1 2 1 1 各种废钻井液处理方法及其适用性 废弃钻井泥浆分为水基、油基和盐基钻井泥浆，现在处理方法有以下几种： ( 1 ) 简单处理排放门 ( 2 ) 注入安全地层嘲 ( 3 ) 脱水回填1 9 】 ( 4 ) 固化f 1 0 a m 2 i ( 5 ) 生物处理【1 习 ( 6 ) 填埋冷冻【1 4 1 ( 7 ) 焚烧法【1 5 】 其中适用于水基泥浆的有简单处理排放、注入安全地层、脱水回填、固化； 适用于油基泥浆的有注入安全地层、固化、焚烧法。由于盐基泥浆的特殊性，所 含盐分极易溶于泥浆胶体这一复杂体系，很难去除，所以适用于盐基泥浆的只有 注入安全地层法，可细分为回注法和填埋冷冻法。 1 2 1 2 回注法 ( 1 ) 注入非渗透性地层：用压裂液在机械作用下加压到足以将地层压裂的 压力，将要处理的废弃泥浆注入地层裂缝中，撤销压力时，周围地层中的裂缝自 行关闭，从而防止地层中的盐基废弃泥浆发生迁移。现在海上钻井时，许多情况 下的盐基废弃泥浆处理就是用该方法。 ( 2 ) 注入地层或井眼环形空间：将盐基废弃泥浆注入安全地层或井眼的环 2 武汉理工大学硕士学位论文 形空间。但该方法对地层有严格的要求，深度必须大于6 0 0m 旧。 1 2 1 3 填埋冷冻法 在比较寒冷的地方，废弃盐基泥浆和岩屑可以注入冻土层，将这些废弃物永 久地冷冻在冻土层中，这样就不会发生迁移而造成地表环境污染。在美国阿拉斯 加州的北斜坡地区使用该方法，在该地区通过使用废弃物处理设备已成功地将 1 9 0 8 0 0 0r i l 3 钻井废弃物注入到6 0 9 6m 深的地下冷冻层，并跟踪了它的潜在污染 情况，结果非常理想，虽然钻井废弃物具有一定的温度，注入到冷冻层后对里面 的温度有影响，但是这个影响很微弱，不会使冷冻层的冷冻物融化，相反可以将 废弃物永久冷冻起来而不让其发生迁移【1 7 1 。在适宜的区域用该方法处理钻井废弃 物较好。 1 2 2 国外对含盐钻井废弃泥浆治理的研究现状 国外从本世纪5 0 年代开始进行对钻井废弃泥浆浸毒性的雨季测试工作，7 0 年代从事钻井废弃泥浆的处理研究并对钻井泥浆进行生物鉴定。采用深井回注和 填埋冷冻法对含盐钻井废弃泥浆进行处理。 1 2 3 国内对钻井含盐废弃泥浆治理的研究现状 国内对油田泥浆的研究起步较晚，自8 0 年代后期我国科学工作者在针对目 前使用钻井泥浆毒性调研、分析、检测的基础上，发展了固化治理技术，主要用 于处理水基泥浆，但对盐基泥浆的处理不理想。各大油田的钻井含盐废弃污泥均 没有进行处理，直接占用耕地长期堆放。 1 2 4 国内外对钻井舍盐泥浆治理的研究现状及处理的难点 现在对钻井含盐废弃泥浆的处理，主要采用填埋法进行处理，填埋需要深井、 地层裂缝、冷冻地层或者要对地层进行隔离以保证泥浆不对周围环境产生污染， 此类方法需要大量的资金和人力物力，而且在钻井过程中还需占用大量的耕地资 源。国内外还没有更有效的跟随钻井过程使用的成套含盐废弃泥浆处理系统，其 处理难点主要有以下几个方面。 ( 1 ) 含盐钻井废弃泥浆的成分复杂，颗粒小、级配差、粘度大、含水率高且不 易脱水，是一种典型的粘稠状胶体。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 盐基泥浆均为饱和盐水泥浆，泥浆浸出液含盐量从5 0 0 0p p m - 3 0 0 0 0 0p p m 不等，含盐量高，盐分与水结合形成水合盐离子存在于胶体中，采用常规 的方法如水洗、电渗析、离子交换都很难将其与泥浆分离。 ( 3 ) 油田钻井野外条件复杂，流动性强，受地理和自然条件限制，设备必须重 量轻、体积小，方便与钻井设备一起移动。 1 3 课题的提出及其意义 我国的胜利油田、江苏油田、江汉油田、中原油田、河南油田等油田在钻井 过程中均采用的是含盐泥浆钻井液。随着我国石油勘探开采业的迅猛发展，含盐 钻井废弃泥浆的排放量也逐年增加，大量的含盐钻井废弃泥浆未经处理堆放在井 场，占用大量的耕地，平均每钻一口油井，要占用耕地0 8 - 1 _ 8 亩，而且严重污 染周围环境。我国由于经济实力的限制，也无法将其填埋于深井、地层裂缝、冷 冻地层以保证泥浆不对周围环境产生污染。所以急需种行之有效又经济适当的 方法来处理钻井含盐废弃泥浆。 本课题对钻井含盐废弃泥浆采用物理和化学相结合的方法进行综合处理。首 先采用复合高效絮凝剂、助凝剂对泥浆及岩屑进行絮凝调理，破坏其胶体状态， 使泥与水分离，水和其中的盐类、可溶性的重金属、有机处理剂等污染物采用真 空带式压滤的方法使其从泥浆中脱离出来。在真空带式压滤脱水的过程中加水水 洗，泥浆和岩屑中的盐分去除率达9 9 以上，脱出的盐水如果是淡盐水，盐分浓 度。 命 v 巴 t 盟 羞 5 2 1 5 l o 5 0 35791 01 2 聚合氯化铝添加比例( ) 图3 - 3 聚合氯化铝添加比例实验效果 结论：通过实验研究表明，5 浓度的聚合氯化铝的添加比例为1 0 最佳。 3 3 2 聚合硫酸亚铁添加实验 表3 - 2 聚合硫酸距铁添加实验数据 实验项目 o 3 o 6 1 1 5 3 4 泥浆絮团大小小小小比较大大比较大 泥浆中微小颗粒少少少比较多多比较多 水耄誊冀品， 。s ，t sz 蚰z s sm：，z 瓮秦瑟芝嘉餐，s 。x - 护。“，矿3 8 x 1 0 9 3 5 x 1 0 9 ：拟- 护，- s t 护 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 ： 旨 霉 髓 哺 妊 静 u 为 囊 丑 聚台硫酸亚铁器加比例( ) 图3 4 聚合硫酸亚铁添加实验效果 结论：通过实验研究表明，聚合硫酸亚铁的处理效果对加量十分敏感，且最 佳加量的处理效果不如聚合氯化铝的处理效果所以选择无机混凝剂为聚合氯化 铝( 最佳稀释比例为5 ) ，其添加比例l o 为最佳。 3 4 有机高分子混凝剂的协同效果 对于钻井泥浆这样复杂、稳定的胶体体系，单纯使用一种混凝剂，往往不会 有理想的效果，因此使用无机混凝剂与有机高分子混凝剂的复配，实现无机和有 机、低分子与高分子的协同作用，来提高处理后泥浆达到好的脱水效果。本课题 参考了很多资料，选择污泥处理最常用和稳定经济的有机高分子混凝剂聚丙稀酰 t 7 武汉理工大学硕士学位论文 胺( p a m ) ，在含盐废弃泥浆中加入同比例的无机混凝剂的聚合氯化铝( 稀释比 例为5 ，添加比例1 0 ) 的情况下考察聚丙稀酰胺选型、添加比例。 3 4 1 聚丙稀酰胺选型实验 表3 - 3 聚丙烯酰胺阴、阳离子选择实验效果 结论：通过上述表中的絮凝实验效果，并且已知钻井含盐废弃泥浆胶体带负 电荷，本课题选用阳离子型聚丙烯酰胺。 表3 - 4 阳离子聚丙稀酰胺不同分子量的实验效果 1 8 o 3 霉 终 蛸 武汉理工大学硕士学位论文 图3 5 阳离子聚丙烯酰胺不同分子量的实验效果 结论：通过上述表中的絮凝实验效果以及配比时的溶解速度，本课题确定选 用1 2 0 0 万分子量以上阳离子型聚丙烯酰胺。 3 4 2 聚丙烯酰胺添加比例实验 资料表明并依靠实验，聚丙烯酰胺的最佳溶解比例为1 o 。 表3 - 51 浓度的聚丙稀酰胺向泥浆中添加比例实验数据 1 9 武汉理工大学硕士学位论文 懈 蠢 一 叠 越 图3 - 6lo g o 浓度的聚丙稀酰胺向泥浆中添加比例实验效果 结论：通过上述表中实验数据，i 。a o 浓度的聚丙稀酰胺向泥浆中添加比例为 8 。 本节小结：通过实验研究，聚丙稀酰胺的选型为阳离子型，其分子量在1 2 0 0 万以上，其稀释比例为1 o ，其添加比例为8 。 3 5 助凝剂的助凝效果实验 助凝剂其本身不起混凝作用，而在于调节污泥的p h 值，供给污泥以多孔状 网格的骨架，改变污泥颗粒的结构，破坏胶体的稳定性，提高混凝剂的混凝效果， 增强絮体强度。 本课题选用常规助凝剂粉煤灰【3 7 。3 9 1 ，然后添加混凝剂聚合氯化铝( 稀释比例 为5 ，添加比例l0 9 6 ) 和阳离子型聚丙稀酰胺( 其分子量在1 2 0 0 万以上，其稀释 比例1 ，其添加比例8 ) 。 表3 - 6 粉煤灰向泥浆中添加比例脱水实验数据 武汉理工大学硕士学位论文 j 一 捌 错 媲 * * 翟 鼎 甓 图3 7 粉煤灰向泥浆中添加比例脱水实验效果 实验表明，向泥浆中添加比例为3 助凝蠢g 粉煤灰后，絮凝反应更加迅速且 絮体更加稳定，脱水效果更好。 3 6 小结 污泥调理过程通过实验室的实验研究，筛选出调理剂的种类，确定了各调理 剂的最佳添加比例。在调理过程中首先添加助凝剂粉煤灰( 添加比例3 ) ，然后 添加无机混凝剂聚合氯化铝( 稀释比例5 ，添加比例1 0 ) 和有机高分子混凝 剂阳离子型聚丙稀酰胺( 其分子量在1 2 0 0 万以上，稀释比例1 o ，添加比例8 ) 。 调理后的泥浆脱水效果好，利于后续工艺过程的顺利进行。 2 1 武汉理工大学硕士学位论文 第4 章调理后泥浆脱水过程研究 4 。1 调理后泥浆脱水方法的选择 4 1 1 污泥脱水的方法 ( 1 ) 真空过滤脱水：真空过滤脱水主要使用的机械是真空带式机。特点： 能够连续生产，运行平稳，可自行控制。主要缺点是附属设备较多，工艺较复杂， 运行费用较高。其构造特点是：覆盖有过滤介质的空心转鼓浸在污泥槽中，转鼓 用径向隔板分隔成许多扇形问格，每格有单独的连通管，管端与分配头相接。分 配头由两片紧靠在一起的转动部件与固定部件组成。固定部件有与真空泵通的缝 与真空管路相通，与空压机通的孔与压缩空气管路相同。转动部件有一列小孔， 每孔通过连接管与各扇形间格相连。转鼓旋转时，由于真空的作用，将污泥吸附 在过滤介质上，液体通过介质沿管流到气水分离罐。吸附在转鼓上的滤饼转出污 泥槽后，若扇形间隔的连通管在固定部件的孔相通时，便进入反吹区与压缩空气 相通，滤饼被反吹松动剥落介质然后由刮刀刮除。经皮带输送器外输。再转过休 止区进入滤饼形成区，周而复始。 ( 2 ) 压榨脱水：压榨脱水采用板框压榨机。它的结构较简单，过滤推动力 大，适合于各种污泥，但不能连续运行。其构造特点是：板与框相间排列而成， 在滤板的两侧覆有滤布，用压紧装置把板与框压紧，即在板与框之间构成压滤室， 在板与框的上端中间相同部件开有小孔，压紧后成为一条通道，加压到o 2 0 4 m p a ( 2 4 k g c m 2 ) 的污泥，由该通道进入压滤室，滤板的表面刻有沟槽，下 端钴有供滤液排除的孔道，滤液在压力下，通过滤布、沿沟槽与孔道排出滤机， 使污泥脱水。 ( 3 ) 滚压脱水：用于污泥滚压脱水的设备是带式压滤机。其特点是把压力 施加在滤布上，用滤布的压力和张力使污泥脱水，而不需要真空或加压设备，动 力消耗少，可以连续生产。其构造特点是：由滚压轴及滤布带组成，污泥先经过 压缩段( 主要依靠重力过滤) ，使污泥失去流动性，以免在压榨段被挤出滤饼， 浓缩段的停留时间l o 2 0 s 。然后进入压缩段，压榨时间1 5 m i n 。九十年代以来， 开发出浓缩脱水一体机，可把p 大于9 9 的污泥，降至8 0 以下。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 4 ) 离心脱水：离心脱水的设备是离心机，主体依靠离心力作为推动力。 其结构特点是：由螺旋输送器、锥筒和空心转轴组成。螺旋输送器固定在空心钻 轴上。空心钻轴与锥筒由驱动装置传动，同向转动，但两者之间有速差，前者稍 慢后者稍快。依靠速差从泥饼从锥口推出。速差越大离心机的产率越大，泥饼在 离心机中的停留时间也越短、泥饼含水率越高、固体含水率越低。 4 1 2 污泥脱水方法选择 污泥浓缩脱水是依靠污泥颗粒的重力，作为脱水的推动力，推动对象是污泥 的固相。真空过滤或压滤脱水，脱水的推动力是外加的真空度或压力，推动的对 象是液相。外加力( 真空度或压力) 对液相的推动力，远较重力对固相的推动力 为大，因此脱水的效果也好。离心脱水，脱水的推动力是离心机，推动的对象是 固相，离心力的大小可控制，脱水的效果也比浓缩的好【钺h 5 1 。 本课题处理的对象为钻井含盐废弃泥浆，因其含有大量盐份，在脱水的同时 需要对其进行水洗，保证盐分完全脱去，所以本课题选用了核工业烟台同兴实业 有限公司生产的d z y - - 8 0 0 型真空带式压滤机。真空预脱水，大大提高脱水效率， 滤饼含水率比普通带式过滤机低5 一8 ；在过滤的同时可对滤饼进行连续洗涤 ( 平流或逆流) ，可对滤液、洗涤液分段收集利用，模块式设计，机型可灵活组 装。 4 2 真空带式压滤设备的脱水工艺 4 2 1 真空带式压滤脱水设备组成 真空带式压滤脱水设备由真空滤室、压榨区及上下滤带等组成，是充分利用 真空吸力和滚筒的反复压榨对物料形成剪切作用实现固液分离的高效脱水设备。 其结构见下图4 一i 。 武汉理工大学硕士学位论文 图4 _ 1 真空带式压滤脱水设备结构图 4 2 2 工作过程原理图 真空带式压滤脱水设备原理图如图4 2 ，4 - 3 。 图4 - 2 真空带式压滤脱水行程 武汉理工大学硕士学位论文 图4 - 3 返回行程 ( 1 ) 真空脱水行程 过滤开始时，真空切换阀开启真空，经过集液管联通滤室，使滤室形成真空， 料浆从高位槽经阀门，由折板式加料斗均布在滤带上，由于真空吸力的作用，滤 带紧贴在滤盘上，在真空吸力的作用下进彳亍抽滤，滤带和滤盘同步向前移动。滤 带由变频调速器经减速机通过头轮传动机构驱动并调速，真空滤盘在真空吸力的 作用下随滤布同步向前移动，由于滤带、滤盘移动均由同一传动机构驱动，从而 使滤带和滤盘的速度达到静态和动态平衡，实现同步运行。当滤盘运行到设定位 置，感应到感应开关时，真空切换阀动作，关闭真空，这时大气切换阀接通大气 在先，主气缸换向在后，接着进行返回行程。 ( 2 ) 返回行程 滤盘返回过程中，当运动到设定的返回行程止点时，滤盘感应到另一个感应 开关，这时真空切换阀动作，关闭大