随着川西地区油气勘探开发的深入，越来越多的边远区块成为勘探开发的重点。一般而言，川西地区的采气废水采取罐车拉运至场站进行集中处理的模式，而对于边远区块的井场而言，由于井场距离场站较远，存在着交通不便、罐车拉运周期长、拉运费用高的缺点。故有必要设计一套边远区块采气废水现场处理设备，形成一套适合于川西边远区块采气废水处理技术，从而解决川西边远区块大规模油气开发所造成的相应环境问题，为川西地区油气的可持续开采创造有利条件。
采气废水是在天然气气井采气过程中伴随着天然气带出的地层水[1-2]。不同地区的天然气气井会因地质条件产生一定差异，但总体上讲，采气废水是含有凝析油、悬浮物、盐、硫化物等的一种工业废水，具有COD值高、色度高、矿化度高、可生化性差、治理难度大等特点[3-4]。表 1是川西边远区块5口气井采气废水分析结果。
由表 1可以看出，在川西抽取5口气井的采气废水，其主要污染成分均较复杂，污染负荷较高，特别是COD值、石油类、悬浮物、铁、锰等指标已经远远超过国家及地方规定的污染物排放标准。
针对川西边远区块采气废水污染特性和边远区块的现场条件，设计制造了一套川西边远区块采气废水现场处理设备，现对该处理设备做简单的性能和结构介绍。
(1) 废水处理后指标达到GB 8978-1996《污水综合排放标准》的一级标准。
(2) 单套设备处理量8~10 m3/h。
(3) 设备能连续稳定运行。
整套设备由压滤单元、电气浮单元、一级混凝单元、一级沉淀单元、臭氧化单元、二级混凝单元、二级沉淀单元、过滤单元、监护罐、底座、电气系统共11个单元构成(见图 1)。
(1) 采用电凝聚气浮技术，借鉴已工业化和试验验证可行的“电凝聚气浮技术”对采气废水进行处理，大大降低了废水的COD值。
(2) 采用斜管沉淀技术对混凝后的废水进行处理，最大限度地除去水中的悬浮物。
(3) 采用筛板塔吸收-O3/H2O2复合氧化工艺对废水进行深度处理, 可以实现废水COD的充分氧化降解，使COD值大幅降低。
(4) 采用过滤-臭氧复合处理工艺，既可进一步降低废水COD值，还能延长过滤介质的使用寿命和更换周期，降低成本。
现场对采气废水处理设备的关键工艺进行试验，通过不同工艺参数条件下废水处理效果的对比，优选出该设备的最佳工艺参数。由于采气废水主要污染指标为COD值，所以本次试验主要为COD的去除。
将电气浮池充满采气废水，测试不同电流强度(1 000 A、2 000 A、3 000 A、4 000 A、5 000 A)下的废水反应情况。
表 2表明，电流强度为3 000~5 000 A时，电絮凝-气浮效果明显。以250 A为一个变化梯度进行细化实验，进一步确定最佳工作电流的范围，每个电流强度下反应20 min，取样过滤后测试COD值。
由图 2可以看出，电流强度为3 500 A时，废水COD去除率达到61.1%；当电流强度继续增加时，COD去除效率变化缓慢。由此，确定3 500 A为电气浮最佳电解电流强度。
通过调整进水阀开度控制进水流量，从而控制电解反应时间。测定了电解处理时间分别为10 min、15 min、20 min、25 min、30 min时对应处理流量下的COD值(电解电流强度3 500 A)，结果如图 3所示。
试验表明，在电解电流强度为3 500 A时，处理流量8 m3/h(电解时间20 min)时，COD去除率为50%~70%，为理想的电解参数区间。不同的水质可适当调节电流，电流在3 250~3 700 A间为宜。
氧化过程需确定氧化药剂的加量，根据川西边远区块采气废水处理设备的条件，本套设备采用的氧化剂为双氧水和臭氧。
(1) 双氧水加量调试：以pH值、双氧水、臭氧的加量为变量进行调试，以确定最佳的氧化效果，处理流量为8 m3/h。
根据经验加量，首先固定臭氧的加量为120 g/min，双氧水的加量从0~15 g/min依次变化，调节进水的pH值至13，出水调节过滤后测试相应的数据，如图 4所示。
图 4表明，当双氧水的加量为7 g/min左右时，COD去除率最高，达到54%。当双氧水的加量大于7 g/min时，处理出水的COD值反而升高。
(2) 臭氧加量调试：确定双氧水的加量为7 g/min后，再调整臭氧的加量为0~120 g/min(按12 g/min的间隔进行调节)，调节进水pH值为13，处理出水过滤后，测试各项处理数据，如图 5所示。
图 5表明，当臭氧的加量为96 g/min时，废水的COD去除率最高。当加量大于96 g/min时，COD去除效果增加不明显。
(3) 氧化最佳pH值的确定：双氧水、臭氧的加量分别为7 g/min和96 g/min时，调节进水pH值，确定最佳的氧化参数。
由图 6可以看出，在pH值为13时氧化能力最强。
通过以上试验，确定出最佳氧化参数为：双氧水加量7 g/min左右、臭氧加量96 g/min左右、进水最佳pH值13左右。
运行川西边远区块采气废水现场处理设备，设备的运行条件为：电气浮电流3 500 A左右、处理流量8 m3/h、一级沉淀池出水pH值13、双氧水加量7 g/min、臭氧加量96 g/min。现场共处理了856 m3采气废水，处理前后共取了10组对比样。对10组样品出水进行了检测，污染指标均达到了GB 8978-1996的一级标准，其中未检测出金属离子超标，主要污染指标结果如表 3所示。
由表 2可以看出，川西边远区块采气废水现场处理设备处理效果良好，能达到GB 8978-1996的一级标准。
根据川西边远区块采气废水的水质特征和现场条件，研制出了一套川西边远区块采气废水现场处理设备。现场试验结果表明，该设备在去除采气废水石油类、悬浮物及COD等方面具有较好的效果，其出水污染指标达到GB 8978-1996的一级标准。总的来说，川西边远区块采气废水现场处理设备具有工艺技术先进，现场适应性强，经济可行且适用性广泛的特点，在边远区块具有较好的推广前景。
2014, Vol. 43 Issue (5): 570-573
2014, Vol. 43 Issue (5): 570-573