壓裂返排液水處理再利用現狀及進展

引言

國內外油氣田的進一步開發，低滲特低滲儲層成了主力開發區，而壓裂成了增儲上產的主要措施之一，是低滲特低滲油氣田勘探和開發不可缺少的一項重要技術手段。壓裂返排液成分復雜，水處理困難，如果處置不當極易污染環境。

1、普通污水處理技術

現代的污水處理技術，按其作用原理可分為物理法、化學法、物理化學法和生物處理法四大類。

1.1物理法

（1）重力分離（即沉淀）法：借重力沉降（或上浮）作用，使水中懸浮物分離出來。可作為其他處理方法前的預處理和經生物處理后的二次沉淀池。（2）過濾法：利用過濾介質截流污水中的懸浮物。（3）氣浮（浮選）：將空氣通入污水中，利用空氣在水中的浮力使污水中相對密度接近于水的微小顆粒狀的污染物質（如乳化油）黏附在氣泡上上浮完成分離（4）離心分離法：利用高速旋轉設備讓懸浮顆粒（如乳化油）和污水受到的離心力大小不同而被分離的方法。

1.2化學法

（1）化學沉淀法：向污水中投加某種化學物質，使它與污水中需要除去的物質進行反應，生成難溶于水的沉淀物的方法。

（2）混凝法：向水中投加混凝劑，可使污水中的膠體顆粒失去穩定性，凝聚成大顆粒而下沉。當單獨使用混凝劑不能達到應有凈水效果時，為加強混凝過程、節約混凝劑用量，常可同時投加助凝劑。

（3）中和法：利用酸性或者堿性藥劑去除污水中的堿性和酸性廢水進行中和。

（4）氧化還原法：利用強氧化劑或利用電解時的陽極反應，將廢水中的有害物氧化分解為無害物質；利用還原劑或電解時的陰極反應，將廢水中的有害物還原為無害物質，以上方法統稱為氧化還原法。

1.3物理化學法

（1）萃取（液-液）法：利用相似相溶原理，加入藥劑使污水中的溶質溶于溶劑中，然后利用溶劑與水的密度重差，將溶劑分離出來。再利用溶劑與溶質的沸點差，將溶質蒸餾回收，再生后的溶劑可循環使用。

（2）吸附法：利用多孔性的固體物質，使污水中的一種或多種物質被吸附在固體表面而去除的方法。

（3）離子交換法： 用固體物質去除污水中的某些物質，即利用離子交換劑的離子交換作用來置換污水中的離子化物質。

（4）電滲析法：電滲析是在外加直流電場作用下，利用陰、陽離子交換膜對水中離子的選擇透過性，使一部分溶液中的離子遷移到另一部分溶液中去，以達到濃縮、純化、合成、分離的目的。

（5）反滲透：利用一種特殊的半滲透膜，在一定的壓力下，將水分子壓過去，而溶解于水中的污染物質則被膜所截留，污水被濃縮，而被壓透過膜的水就是處理過的水。

（6）超過濾法：以壓力為推動力，使水溶液中大分子物質與水分離，膜表面孔隙大小是主要控制因素。

1.4生物法

（1）好氧生物處理法。在有氧的條件下，借助于好氧微生物（主要是好氧菌）的作用來進行的。依靠生活在活性污泥上的巨量微生物或者在填料上大量繁殖生長微生物形成污泥狀的生物膜上的巨量微生物以有機物為食料，從而去除污水中的有機物達到凈化水目的。

（2）厭氧生物處理法。在無氧的條件下，利用厭氧微生物的作用分解污水中的有機物，達到凈化水的目的。

2、壓裂返排液物性特征

2.1成分復雜、污染物種類多、含量高。返排液主要成分是高濃度胍膠和高分子聚合物等，其次是SRB菌、硫化物和總鐵等，總鐵、總硫含量都在20mg/L左右。

2.2黏度大、乳化程度高。其中，放噴液的黏度很高，為10～20mPa·s，而近排液的黏度較低。由于壓裂所用為復合型壓裂液，乳化嚴重，放出的返排液烏黑、黏稠，靜沉出水困難。

2.3處理難度大。懸浮物是常規含油污水處理中最難達標的項目，壓裂返排液組分的復雜性及其性質的獨特性決定了其處理難度更大。

壓裂返排液不僅有機物和石油類污染物質含量高，而且較其他廢水而言黏度大。通常情況下，水在20℃的黏度約為1×10-3Pa·s，而壓裂返排液的黏度是水的3倍～10倍，這是壓裂返排液難于處理的主要原因。在其處理過程中，所投加的化學藥劑在壓裂返排液中很難擴散，傳質作用緩慢，造成反應體系時間很長，處理效果差。

3、壓裂返排液水處理現狀與進展

3.1利用絮凝沉降法

桂召龍以壓裂返排液和王家崗污水站廢液收集池中混合廢液中加入絮凝劑和助凝劑采用絮凝沉降和氧化工藝相組合的處理技術，凈化處理。處理后的廢液可以達到油田采出水處理系統的水質要求。

王建國等對處理橋口油田鉆井、酸化及壓裂等作業廢液的污泥吸附混凝沉降法工藝進行了研究。試驗采用酸液預中和，污泥吸附混凝沉降去除廢液中的有害成分，再摻入采出污水中處理的方式，實現了作業廢液的達標處理。并有良好經濟效益。

趙洪彬對呼倫貝爾油田含油污水開展污水系統達標現場試驗。在系統來水平均含油量為77.12mg/L，平均懸浮固體含量為85.67mg/L，粒徑中值為5.44μm的情況下，系統處理出水平均含油量為1.39mg/L，平均懸浮固體含量為1.48mg/L，粒徑中值為1.12μm，達到了大慶油田低滲透油層回注水水質標準。也取得了較好的經濟效益與社會效益

3.2生物及生物化學法

劉軍等以天津大港油田港深11-8井壓裂返排液為研究對象，先用混凝-微電解-吸附預處理，再用生物法處理。結果表明，生物處理法對廢水達標排放起著決定性作用，經生物法處理后，壓裂返排液COD值由8906mg/L降至70mg/L，去除率達99.2%，水質達到國家一級排放標準。

3.3高級氧化技術

它通過不同途徑產生活性極強的羥基自由基（·OH），·OH幾乎能無選擇性地將廢水中難降解的有機污染物氧化降解成無毒或低毒的小分子物質，甚至直接礦化為二氧化碳和水及其它小分子羧酸，達到無害化目的。

2002年何煥杰等開發了化學混凝/高級氧化聯合法處理壓裂廢液回注達標技術，待處理的壓裂廢水與采油污水以體積比為1∶10摻混，用水質改性技術處理，凈化水主要技術指標符合局頒和行業注水水質標準，目前該項技術已在中原油田投入現場應用。

王松等采用混凝-氧化-吸附-光化法處理壓裂液，處理后的水質達到了回注標準。該技術已經在河南油田進行了中試，取得了較好的效果。

3.4Fe/C微電解組合工藝

張愛濤等人采用“Ca（OH）2 破膠-微波絮凝-Fe/C微電解-微波H2O2氧化”對油田酸化壓裂廢水進行處理達到排放標準。

4、結論與建議

壓裂返排液由于成分復雜，具有處理難度大，處理成本高并且單位時間處理量低的特點，對其進一步研究如何降低處理成本，有重大的社會效益。