1、環(huán)保鉆井液處理劑作用原理,蘇俊霖西南石油大學石油與天然氣工程學院 CNPC鉆井液重點研究室,提 綱,一、鉆井液廢棄物概述 二、鉆井液環(huán)評項目 三、鉆井廢棄物處理方法 四、環(huán)保鉆井液,一 鉆井液廢棄物概述,1.1 鉆井廢棄物來源及組成,來源 伴隨鉆井液而廢棄的鉆井液原料、各種處理劑 鉆進時混入的油、鉆屑、水等 設備沖洗水等 成分 有機物、烴類、無機鹽、粘土顆粒、鉆屑、加重材料,有害因素 油類、化學需氧量、生物需氧量、色度、懸浮物、pH、揮發(fā)酚、重金屬、硫化物等 石油類主要來源于鉆井設備的清洗過程 COD和色度主要來源于有機質及其分解產物 懸浮物主要來源于膨潤土顆粒,1.

2、2 鉆井廢棄物的危害,污染環(huán)境、損害生物,一 鉆井液廢棄物概述,1.3 鉆井廢棄物的特點,廢液,一 鉆井液廢棄物概述,1.2 鉆井廢棄物的特點,固棄物,一 鉆井液廢棄物概述,二 鉆井液環(huán)評項目,2.1 環(huán)評依據,水環(huán)境質量標準 GB 3838-2002 地表水環(huán)境質量標準 GB/T 14848-1993 地下水質量標準 GB 5084-92 農田灌溉水質標準 GB 11607-89 漁業(yè)水質標準 GB 12941-91 景觀娛樂用水水質標準 GB 3097-1997 海水水質標準 土壤環(huán)境質量標準 GB 15618-1995 土壤環(huán)境質量標準,二 鉆井液環(huán)評項目,2.1 環(huán)評依據,水污染物排放

3、控制標準 GB 8978-1996污水綜合排放標準 GB 4914-85海洋石油開發(fā)工業(yè)含油污水排放標準 GB 18486-2001污水海洋處置工程污染控制標準,二 鉆井液環(huán)評項目,2.1 環(huán)評依據,與固體廢物相關的污染控制標準 GB 5085.13 -1996危險廢物浸出毒性鑒別標準 GB 18597-2001危險廢物貯存污染控制標準 GB 18598-2001危險廢物填埋污染控制標準 GB 18484-2000危險廢物焚燒控制標準 GB 18599-2001一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準 GB 8173-87農用粉煤灰中污染物控制標準 GB 4284-84農用污泥中污染物控制標準

4、,國家四項海洋標準 GB 18420.1-2001海洋石油勘探開發(fā)污染物 生物毒性分級 GB/T 18420.2-2001 海洋石油勘探開發(fā)污染物生物 毒性檢驗方法 GB 18421-2001海洋生物質量 GB 18668-2002海洋沉積物質量,二 鉆井液環(huán)評項目,2.1 環(huán)評依據,國際和國外組織（如ISO、API）在其石油天然氣開采業(yè)標準體系中，都含有環(huán)境保護專業(yè)的標準，包括大量的單項標準。API標準中約有15%的標準為專項環(huán)保標準，另外約20%的標準涉及到污染預防與控制。 國際上大部分國家都有系統(tǒng)的石油天然氣開采污染物排放控制標準，如美國、英國、加拿大、尼日利亞等，這些標準在制訂過程中，

5、由于有石油公司的廣泛參與，標準主要是基于最佳實用技術而制訂的，具有顯著的行業(yè)特點和地區(qū)特點，有些還有明確的工藝技術要求，便于執(zhí)行、檢查和評估。,2.1 環(huán)評依據,二 鉆井液環(huán)評項目,主要參考標準及規(guī)范 土壤環(huán)境質量標準 危險廢物鑒別標準 一般工業(yè)固體廢棄物的貯存與填埋污染物控制指標 農用污泥中污染物控制標準 農用粉煤灰污染物控制標準 污水綜合排放標準 美國、英國、加拿大和澳大利亞等國外鉆井廢物管理規(guī)定和管理指南,2.1 環(huán)評依據,二 鉆井液環(huán)評項目,二 鉆井液環(huán)評項目,2.2 環(huán)評項目,2.3 環(huán)評指標,污水綜合排放標準(GB8978-1996),二 鉆井液環(huán)評項目,2.3 環(huán)評指標,鉆井液添

6、加劑生物降解性評價標準,二 鉆井液環(huán)評項目,2.3 環(huán)評指標,鉆井液添加劑及完鉆井廢棄物生物毒性評價標準,二 鉆井液環(huán)評項目,二 鉆井液環(huán)評項目,2.3 環(huán)評指標,鉆完井液廢棄物烴類評價標準,固棄物中重金屬評價標準,2.3 環(huán)評指標,二 鉆井液環(huán)評項目,三 鉆井廢棄物處理方法,廢棄物收集模塊,固液分離固化模塊,3.1 處理模塊,3.2 廢液處理,水質指標,三 鉆井廢棄物處理方法,三 鉆井廢棄物處理方法,3.2 廢液處理,物理凈化：水體中的污染物通過稀釋、混合、沉淀于揮發(fā)，是濃度降低，但總量不減。 化學凈化：污染物通過氧化還原、酸堿反應、分解合成、吸附凝聚等過程使存在形態(tài)發(fā)生變化，濃度降低，但總

7、量不減 生物化學凈化：污染物通過水生生物特別是微生物的生命活動，使其存在形態(tài)發(fā)生變化，有機物無機化、有害物無害化，從而使污染物的濃度降低、總量減少。,3.2 廢液處理,廢水處理方法（按處理原理分類）,三 鉆井廢棄物處理方法,三 鉆井廢棄物處理方法,電絮凝浮選法 利用電化學原理，通過電絮凝浮選裝置，在鉆井廢水中通入直流電，利用可溶性陽極(如Al、Fe)電解后產生的氫氧化物起絮凝作用。然后通過絮凝劑和氣泡的吸附、電中和作用，使污染物絮凝沉降或上浮，達到分離和去除污染物的目的。該方法操作簡單，無須另加絮凝劑，且易于自動化控制。缺點是處理成本高，并且需要經常更換電極。,3.2 廢液處理,絮凝-氣浮-過

8、濾法 在鉆井廢水中加入浮選劑進行絮凝，然后在氣浮池中通過空氣壓縮釋放產生的微小氣泡將絮凝物攜帶上浮，再將分離水經過砂濾和活性炭吸附，達到凈化的目的。絮凝-氣浮-過濾工藝簡單、效率高、處理水質較好，但處理費用較高，且氣浮方式各具優(yōu)缺點。一般需根據處理量、水質特點和要求等方面綜合進行選擇。,3.2 廢液處理,三 鉆井廢棄物處理方法,機械過濾法 機械過濾法是以聚酯纖維物作為過濾材料，在減壓條件下過濾鉆井廢水，待濾餅干化后再進行填埋。這是一種先進的鉆井廢水處理工藝，具有操作簡便和處理后水質好等特點。但對過濾材料的要求嚴格，目前仍屬于研究和試用階段。,3.2 廢液處理,三 鉆井廢棄物處理方法,過濾-吸附

9、-反滲透法 過濾-吸附-反滲透法通過污水池中的過濾器進行分離，然后通過油水分離器及吸附裝置分離出油類，再利用反滲透裝置處理后可獲得潔凈的水流。該方法處理效果好，出水水質甚至可達到飲用標準。但由于處理成本昂貴，應用受到了限制 。,3.2 廢液處理,三 鉆井廢棄物處理方法,化學絮凝-強化固液分離法 化學絮凝-強化固液分離法是目前國內外鉆井廢水處理中最普遍使用的一種方法。該法將化學絮凝和強化固液分離結合起來，可顯著提高絮凝質量、絮體密度及結合強度。該法相應的工藝技術最成熟，因此被廣泛應用。,3.2 廢液處理,三 鉆井廢棄物處理方法,負壓熱力法 研選反相破乳劑和無機高分子絮凝劑，并借鑒海水淡化工藝特點

10、，在此基礎上提出了破乳-絮凝-深度氧化（可選）一鍋法負壓熱力法的治理研究方案。,3.2 廢液處理,三 鉆井廢棄物處理方法,3.3廢固處理方法,微生物處理 選育具有高效降解能力的微生物復合菌群，通過微生物在廢棄物中原位生長繁殖，經過復雜的生物、化學過程，對廢棄物的有害成分降解轉化，使其脫毒、脫膠、脫鹽堿、脫水，達到無害化處理。 優(yōu)點：不增加其它物質，降解后環(huán)保效果好。 缺點：時間長、菌種不具有廣譜性。,三 鉆井廢棄物處理方法,物理-化學脫附 添加合適類型的化學處理劑將固體廢棄物中的有機質、油等脫附下來。 優(yōu)點：理論上能夠脫附所有有害物質 缺點：每一口鉆井的泥漿成份相當復雜，不同時段所產生的污泥必

11、須及時有針對性的配置化學藥劑（混凝劑、絮凝劑）等來處理，現(xiàn)場實際操作難度很大。,3.3廢固處理方法,三 鉆井廢棄物處理方法,固化 適當使用固化劑，將固相污染物相對穩(wěn)定的固定在固化體中，降低固化體的瀝濾性和遷移作用，并對固化體進行轉移，或在固化體上直接覆土還耕造林等。 固化物抗壓強度測試能夠按照相關規(guī)定，符合標準； 固化物侵蝕后水質檢測能夠按照相關規(guī)定，符合標準； 污水水質分析污水蒸發(fā)或回收利用。 優(yōu)點：適用范圍廣 缺點:只是延緩了污染環(huán)境的時間而已，并沒有徹底解決污染問題。二次污染,3.3廢固處理方法,三 鉆井廢棄物處理方法,熱處理：焚燒、電磁波處理、蒸餾 脫液-干燥-熱解 電磁波處理 利用光

12、波、電磁波和微波的綜合熱效應，可對固廢中的有機質、油等實現(xiàn)降解、氣化、分離。 優(yōu)點：外加藥劑少 缺點：電磁污染,3.3廢固處理方法,三 鉆井廢棄物處理方法,物理吸收法（類似脫硫工藝）：如LERT技術 在盡量脫液的固廢中加入有機化合物為溶劑，在高壓、低溫下油溶解于溶劑內，使固廢物“甜化” 并與溶劑分離。吸收油的溶劑在另一塔器內，改變工藝條件（加熱、降壓、汽提等）釋放油，使溶劑恢復吸收能力，使脫油過程循環(huán)持續(xù)進行。 物理溶劑再生時所需的加熱量較少。,3.3廢固處理方法,三 鉆井廢棄物處理方法,三 鉆井廢棄物處理方法,焚燒： 焚燒處理方法，能使廢固的全部有機物質、病原體等氧化、熱解，徹底破壞，是最徹

13、底的減容化、無害化和資源化的處理方法。 缺點：常規(guī)污泥垃圾焚燒處理設備有鼓泡式流化床、循環(huán)流化床、回轉焚燒爐，都是要有固定場地、固定污泥垃圾特性、固定大容量垃圾及大噸位的焚燒設備，并且不能防止焚燒過程中各種有害物質的產生，因此根本不適用鉆井污泥處理處置方式。,高溫熱解鉆井污泥技術 是一種高溫熱解處理技術，使污泥的全部有機質、病原體等物質在高溫下氧化、熱解并被徹底破壞，并能有效防止有毒有害物質的產生。,三 鉆井廢棄物處理方法,工藝流程一：污泥干燥,離心脫水（油）器,該工藝流程采用核心設備為離心脫水（油）器，該設備可脫去絕大部分水（油），其中水（油）含量可降到較低水平，回收物可重復利用。,三 鉆井

14、廢棄物處理方法,工藝流程二：污泥熱解,該工藝流程采用核心設備為高溫旋轉窯。能夠高溫裂解廢棄物，分離回收重晶石，處理鉆屑油含量可降至0.01mg /g水平，熱解固廢物能夠進一步變廢為寶處理，具有較大經濟效益。,三 鉆井廢棄物處理方法,二噁英生成的“三T”條件： 溫 度：350-700 時 間： 2秒 渦流度： 趨于靜止 二噁英的防止、消除“三T+1”原則： 溫 度： 800 時 間： 2秒 渦流度： 大渦流度 空氣過量系數(shù),二噁英生成機理與防止、消除,三 鉆井廢棄物處理方法,旋轉窯的密封良好，且負壓運行，保證了有害氣體不會外泄。整個旋轉窯的區(qū)域功能分明，廢氣在旋轉窯350-700 工區(qū)中滯留時間

15、遠小于2秒，且處于高速旋轉大渦流狀態(tài)，從源頭避免二噁英生成。,烘干區(qū),脫水區(qū),干燥區(qū),熱解區(qū),熱解工藝避免二噁英生成,三 鉆井廢棄物處理方法,工藝流程三：煙氣處理,該工藝流程采用核心設備為二燃室，二燃室前段溫度控制在8501000，強烈的氣體混合使得煙氣中未完全燃燒物完全燃燒。 石灰粉和活性炭粘附在布袋除塵器表面上進一步消除二噁英和酸性物。 最后采用石灰漿對煙氣進行噴淋噴霧，在繼續(xù)降溫的同時把煙氣中所有酸性氣體SO2、HCl、HF、Cl等迅速消除，排放的尾氣完全滿足國家環(huán)保要求，并達到歐盟排放二級標準。,三 鉆井廢棄物處理方法,工藝流程四：廢水處理,廢水處理裝置,三 鉆井廢棄物處理方法,陜西榆

16、林煤化工污泥熱解現(xiàn)場,三 鉆井廢棄物處理方法,南通江躍化工公司污泥熱解現(xiàn)場,三 鉆井廢棄物處理方法,江蘇奧立危險廢物回轉式焚燒爐,三 鉆井廢棄物處理方法,3.3廢固處理方法,三 鉆井廢棄物處理方法,3.4重金屬污染特點,上述方法均不能將重金屬減容，而只是將重金屬轉移或轉化。 毒性大、存在復雜，形態(tài)多變,不易被生物降解，易被生物所富集與累積。,轉移過程 重金屬污染物進入水體后由于水體中懸浮物的吸附作用，大部分從水相轉移至懸浮物中隨之遷移，當懸浮物負荷量超過其搬用能力時就逐步沉降下來，蓄積在沉積物中。 當水環(huán)境條件等因素改變時，重金屬又可能再次釋放，重新進入水體中。水體中的各種物理、化學及生物反應

17、，并且其中有些過程是可逆的。,三 鉆井廢棄物處理方法,重金屬的賦存形態(tài),歐共體物質標準局BCR法：酸可提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)及殘渣態(tài)。 化學相結合的程度：離子交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳水合氧化物結合態(tài)、有機一硫化物結合態(tài)、殘渣態(tài)。,可交換態(tài)的重金屬在中性條件下最為活躍，最易被釋放也最容易發(fā)生反應轉化為其他形態(tài)，最易為生物所利用，毒性最強； 鐵錳氧化物態(tài)可在還原條件下釋放； 有機物結合態(tài)釋放過程緩慢； 殘渣態(tài)的重金屬與沉積物結合最牢固，用一般的提取方法不能提取出來，它的活性最小，只能通過漫長的分化過程釋放。,活性與毒性,三 鉆井廢棄物處理方法,重金屬在焚燒的過程中主要有兩種遷移途徑：一種是被

18、固定在殘渣中，另外一種是隨著飛灰擴散到大氣中。 重金屬元素的揮發(fā)難以程度：沸點低，飽和蒸汽壓大的易揮發(fā)，金屬的熔沸點和飽和蒸汽壓可查閱戴永年院士編寫的有色金屬真空冶金，,焚燒處理法中重金屬問題,三 鉆井廢棄物處理方法,四 環(huán)保鉆井液,4.1環(huán)保型鉆井液的基本要求 不產生危險廢物 對人、畜無毒 不抑制植物生長與發(fā)育 污染物容易快速從環(huán)境中消除，生態(tài)影響小,4.2應對策略 研選環(huán)保處理劑，從源頭控制污染物的產生 根據鉆井液環(huán)評項目及指標范圍，優(yōu)選環(huán)保參數(shù)可控的現(xiàn)有處理劑，降低現(xiàn)有鉆井液體系對環(huán)境傷害程度, 達到現(xiàn)行的排放標準。,4.3常用處理劑環(huán)評,四 環(huán)保鉆井液,4.3常用處理劑環(huán)評,四 環(huán)保鉆

19、井液,4.3常用處理劑環(huán)評,4.3常用處理劑環(huán)評,四 環(huán)保鉆井液,4.3常用處理劑環(huán)評,四 環(huán)保鉆井液,4.3常用處理劑環(huán)評,四 環(huán)保鉆井液,4.3常用處理劑環(huán)評,4.3常用處理劑環(huán)評,四 環(huán)保鉆井液,4.3常用處理劑環(huán)評,四 環(huán)保鉆井液,聚合物污染性的原因 難降解、毒性、催化劑、交聯(lián)劑的毒性、所含的重金屬,4.4環(huán)保處理劑,降解形式 無規(guī)斷鏈 解聚 弱鍵分解 取代基的脫除,四 環(huán)保鉆井液,降解類型,四 環(huán)保鉆井液,生物降解主要取決于聚合物分子大小、結構、微生物種類以及環(huán)境因素。對聚合物而言，一般可生物降解的化學結構順序為：脂肪族酯鍵、肽鍵、氨基甲酸酯、脂肪族醚鍵、亞甲基。 高分子結構中帶有酰胺,酯基,羥基的容易生物降解。烷基,芳香環(huán)的不容易降