Полная версия

Главная arrow Экология arrow ОСНОВЫ ГЕОЭКОЛОГИИ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

5.3. Природоохранные мероприятия при бурении скважин

5.3.1. Методы и технологические схемы очистки, обезвреживания и утилизации буровых сточных вод, отработанных буровых растворов и бурового шлама Методы очистки буровых сточных вод.

Выбор метода очистки буровых сточных вод зависит в основном от степени дисперсности частиц, физико-химических свойств и концентрации примесей, а также требований, обусловленных направлением утилизации очищенной воды [10, 49].

Основным принципом выбора метода очистки является состав сточной воды. Все примеси, содержащиеся в воде, делятся на четыре группы:

  • 1. Взвеси в виде тонкодисперсных суспензий и эмульсий.
  • 2. Коллоидные и высокомолекулярные соединения.
  • 3. Растворимые органические вещества и газы.
  • 4. Растворимые минеральные соли.

Загрязнители БСВ, относящиеся к первым двум группам, представляют собой гетерогенные системы со специфической кинетической и агрегативной устойчивостью. Они являются, как правило, термодинамическими неустойчивыми системами. Загрязнители третьей и четвертой групп относятся к гомогенным системам и являются термодинамическими устойчивыми, обратимыми системами.

Для очистки воды от веществ первой группы наиболее эффективны методы, основанные на использовании естественных и многократно усиленных сил гравитации, а также сил адгезии. Характерной особенностью загрязнителей второй группы является их способность к образованию устойчивой коллоидно-дисперсной системы. Для очистки воды от таких загрязнителей целесообразно применять коагуляционные методы, основанные на использовании веществ, изменяющих состав и концентрацию дисперсной фазы. Загрязнители третьей группы наиболее эффективно удаляются из воды методами физико-химического окисления, адсорбции и аэрирования. И наконец, удаление растворимых веществ (четвертая группа) из воды осуществляется путем их перевода в малорастворимые соединения методом ионного обмена, а также мембранными методами.

Поскольку в составе БСВ присутствуют примеси, относящиеся ко всем четырем группам, то следует оценить эффективность каждого из известных методов. Перечисленные выше методы существенно отличаются друг от друга принципом и характером заложенных в них физико-химических процессов, а также технико-технологическим оформлением. К ним относятся механические, физико-химические и биологические методы.

Наиболее простым и доступным методом очистки является механический. Этот метод является, как правило, предварительным способом очистки сточных вод и включает отстаивание, центрифугирование и фильтрацию. Он позволяет удалять из сточных вод нерастворимые примеси различной степени дисперсности, за исключением частиц коллоидной фракции и растворимых солей.

Самым распространенным методом в практике бурения является отстаивание БСВ. При этом удаление взвешенных веществ из сточной воды происходит под действием сил гравитационного поля. Эффективность удаления взвесей из БСВ зависит от степени их дисперсности и стабильности суспензии (табл. 5.9).

Таблица 5.9

Время осаждения взвешенных веществ различной фракции в чистой воде

Материал

Размер фракций, мм

Время осаждения частиц в столбе воды высотой 1 м

Шлам

5-10

1—5 с

Песок

0,1-1,0

Юс

Мелкий песок

0,01-0,1

120 с

Недиспсргированные глинистые частицы

0,001-0,01

Низкодисперсные глинистые частицы

0,0005-0,001

8 сут

В ы сокод исперс 11 ые гл ин и - стые частицы

0,0005-0,000015

2 года

Коллоидные частицы

0,000015

20 лет

Из таблицы видно, что скорость естественного осаждения глинистых частиц, составляющих большую часть примесей в составе БСВ и обусловливающих загрязненность воды, весьма незначительна и не удовлетворяет производственным нуждам.

Существующие системы очистки БСВ методом отстаивания в амбарах-отстойниках обеспечивают лишь частичное удаление из них грубодисперспых частиц, а основные загрязнители остаются в БСВ.

Непосредственное использование силы тяжести путем прямой седиментации может быть усилено с помощью центробежных сил, используемых в циклонах и центрифугах. Известны результаты очистки промышленных сточных вод от взвешенных частиц и нефти с помощью гидроциклонов. Основные преимущества гидроциклонного способа очистки состоят в относительно высокой производительности, компактности и простоте конструкции. Схема гидроциклонной установки для очистки буровых сточных вод, согласно которой БСВ собираются в емкость 1 объемом 2—3 м3, представлена на рис. 5.5. С помощью центробежного насоса 2 эти воды направляются для очистки в гидроциклон 5. При этом твердые частицы по желобу 6 отводятся в контейнер, а очищенная жидкость вновь направляется в емкость 1. Давление на входе в гидроциклон регулируется задвижкой 3 и контролируется с помощью манометра 4. После рециркуляции в течение 10—15 мин с помощью задвижки 7 очищенная вода направляется для повторного использования.

Схема гидроциклонной установки для очистки буровых сточных вод

Рис. 5.5. Схема гидроциклонной установки для очистки буровых сточных вод:

I — буровые сточные воды; II — очищенная жидкость;

III — на повторное использование; 1 — емкость;

  • 2 центробежный насос; 3,7 — задвижки; 4 - манометр;
  • 5 — гидроциклон; 6 — желоб

Очистка буровой сточной воды на основе глинистого раствора, утяжеленного баритом, в гидроциклоне диаметром 0,075 м показала, что эффективность очистки составляет 78—81% при незначительных потерях (0,5—0,7%) жидкой фазы через разгрузочное отверстие гидроциклона. Однако остаточное содержание твердой фазы в очищенной жидкости довольно высокое и составляет 4,4—10,2 г/л. В гидроциклонах обеспечивается отделение минеральных частиц диаметром более 15—20 мкм. Следовательно, основная фракция взвешенных веществ (высокодисперсная и коллоидная) остается в сточной воде. Этот метод неэффективен и в отношении органических загрязнителей.

Другим методом механической очистки, с помощью которого происходит выделение взвешенных загрязнений под действием центробежных сил, является центрифугирование. Использование промышленной осадительной горизонтальной центрифуги для очистки сточных вод позволяет удалить 40—70% взвешенных веществ. Однако это не всегда достаточно для применения очищенной воды в оборотном водоснабжении.

Эффективным методом очистки БСВ от взвешенных частиц является фильтрование. В качестве фильтрующего элемента предлагают использовать слой зернистого или пористого материала, например кварцевый песок, а также тканевые и другие фильтры.

Как известно, БСВ представляет собой термодинамически неустойчивую коллоидно-дисперсную систему с высоким структурным фактором, обусловленным присутствием в ее составе реагентов-стабилизаторов, используемых для обработки буровых растворов. Ее дестабилизация с разделением фаз возможна лишь под действием физико-химических сил. Главную роль в снижении агрегативной и кинетической (седиментационной) устойчивости такой системы играют адсорбционные и электростатические силы, а также силы химического воздействия. Поэтому основными методами очистки БСВ являются физико-химические. Наибольшее распространение получили реагентная коагуляция и электрокоагуляция.

Сущность реагентной коагуляции заключается в разделении фаз иод действием добавляемых в очищаемую воду коагулянтов (преимущественно солей алюминия и железа), гидролизирующихся в обрабатываемой воде с образованием сорбционно-активных гидроокисей. Формирующаяся гидроокись обладает высокоразвитой удельной поверхностью, которая легко адсорбирует дисперсные и коллоидные фракции, а также частично и растворенные загрязняющие вещества. В результате этого возникают хлопьевидные ассо- циаты с довольно высокой гидравлической крупностью, которые седиментируют с образованием осадка. Кроме того, при осаждении хлопья чисто механически увлекают за собой неадсорбироваиную часть загрязняющих ингредиентов, находящихся в очищаемой воде.

В практике водоподготовки используют много коагулянтов, однако наиболее распространены сульфат алюминия и хлорное железо.

Флокулянтами в технологии очистки воды называются высокомолекулярные вещества, интенсифицирующие процесс хлоньсобразования гидроксидов алюминия или железа, а также работу отдельных водоочистных сооружений.

Высокомолекулярные флокулянты классифицируют на органические (природные и синтетические) и неорганические, на анионного и катионного типов. В качестве флокулянтов из природных веществ используют крахмал, водорослевую крупку, белковые гидролизные дрожжи, картофельную мезгу, альгинат натрия и др. Из синтетических анионных флокулянтов наиболее широко применяются органический полимер полиакриламид (ПАА). Также организовано производство флокулянтов катионного типа, которые в отличие от ПАА вызывают образование крупных хлопьев без предварительной обработки примесей воды коагулянтами. Среди неорганических флокулянтов наибольшее распространение получил активированный силикат натрия — активная (активированная) кремниевая кислота.

Применение флокулянтов при обработке воды позволяет ускорить в камерах хлопьеобразования и отстойниках формирование хлопьев и их декантацию, повысить эффект осветления воды и увеличить скорость ее движения в сооружениях.

В ряде случаев применение флокулянтов позволяет увеличить производительность действующих комплексов в 1,5 раза, а при правильном сочетании с простейшими мероприятиями по реконструкции сооружений еще больше; сократить размеры сооружений и снизить на 15—20% стоимость очистки воды.

Одним из эффективных методов очистки сточных вод является электрокоагуляционный. Сущность электрокоагуляции заключается в дестабилизации сточных вод под действием адсорбционно-активных гидроокисей, генерированных электрическим током за счет растворения металла анода. Это приводит к коагуляции высокодисперсных и коллоидных загрязнителей и выпадению их в осадок. Простота аппаратурного оформления метода и его универсальность обусловливают широкое применение электрокоагуляции в производственной практике.

Наиболее целесообразная область применения этого метода — очистка нефтесодержащих сточных вод. Электрокоагуляционная обработка позволяет удалять из состава БСВ нефть и нефтепродукты, взвешенные вещества, растворенную органику и некоторые другие загрязнители. Положительным в электрокоагуляции является нейтральная или слабощелочная реакция среды очищенной воды, что упрощает общую технологию очистки, исключая стадии нейтрализации электрообра- ботанных вод.

Разновидностью коагуляционного метода является флотация. Основной областью ее применения является очистка природных и сточных вод от нефти и нефтепродуктов. Метод очистки сточных вод флотацией нашел применение лишь при водоподготовке при добыче нефти и газа.

Перспективным методом очистки БСВ является биохимический метод. Он находит применение для очистки производственных сточных вод ряда отраслей народного хозяйства. Этот метод основан на способности некоторых микроорганизмов извлекать из воды органические вещества различного генезиса и использовать их в качестве питательного субстрата. Преимущества этого метода — возможность одновременного удаления разнообразных по химическому составу соединений, простота решения и низкие эксплуатационные затраты.

Разложение нефти, нефтепродуктов и газоконденсата, а также других органических загрязнителей, содержащихся в буровой сточной воде, может быть осуществлено отдельными чистыми культурами бактерий, микроорганизмами или биоценозом в целом.

К недостаткам метода следует отнести возможность токсического действия некоторых веществ, содержащихся в БСВ, на микроорганизмы и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации вредных примесей. Из-за низкой жизнеспособности отдельных культур бактерий для разрушения специфических загрязнений метод не получил распространения в промысловой практике.

Перечисленные выше методы решают задачи удаления из состава сточных вод главным образом загрязнителей, находящихся в коллоидно-дисперсном состоянии, и практически не способны к удалению растворенных минеральных солей.

Вместе с тем в промысловой практике, как свидетельствует анализ состава и свойств БСВ, нередко встречаются сточные воды со значительным содержанием растворимых солей, причем в количествах, превышающих известные допустимые нормативы соответствующего направления утилизации или сброса. Они требуют обессоливания.

Основными методами деминерализации природных и сточных вод являются следующие: термический, мембранный, ионный обмен и гидротехнический. К термическому методу относятся процессы с использованием высоких температур (дистилляция) и низких температур (замораживание). Мембранный метод (без изменения агрегатного состояния воды) разделяется на электродиализный и обратноосмотический. Метод ионного обмена разделяется на катионирование и анионирование. При гидротехническом методе снижения солесодержания используют разбавление и испарение.

Существующие методы очистки и доочистки буровых сточных вод позволяют оценить их эффективность и применять при бурении. Сравнительная оценка эффективности и возможностей известных методов приведена в табл. 5.10. Из этих данных видно, что наиболее эффективным методом очистки буровых сточных вод следует считать коагуляционный метод, а методом доочистки (деминерализации) — ионный обмен.

Таблица 5.10

Сравнительная оценка эффективности методов очистки буровых сточных вод

Метод

очистки

Удаляемые

загрязнители

Условия применимости

Степень очистки по удаляемому загрязнению, %

Энергозатраты на очистку 1 м3 (с учетом всех энергозатрат), кВт • ч

Механическая (без- реагептпая) очистка:

— седимен- тационная (отстаивание)

Грубодисперсные

частицы

Содержание грубодисперсных частиц

40-60

-

— фильтрование

Грубо- и мелкодисперсные частицы

Содержание загрязнителей до 50 мг/л

60-80

До 1,5-2,0

Продолжение табл. 5.10

Метод

очистки

Удаляемые

загрязнители

Условия применимости

Степень очистки но удаляемому загрязнению, %

Энергозатраты на очистку 1 м3 (с учетом всех энергозатрат), кВт • ч

— гидроциклонный

То же

Содержание загрязнителей от 50 до 250 мг/л

50-70

0,8-4,0

Коагуля

ционная

очистка:

- реагентная коагуляция

Мелкодисперсные и коллоидные частицы минеральной и органической природы

Содержание ВВ до 10 000 мг/л, ХПК

до 6000 мг/л, НП до 800 мг/л

98-100

1,4-10,5

- электрокоагуляция

То же

Содержание: В В до 10 000 мг/л ХПК

до 6000 мг/л НП до 800 мг/л

  • 98-100
  • 85-92
  • 100

2,5-12,0

— флотация

То же

Содержание НП до 1000— 1500 мг/л

98-100

2,2-7,2

Биохи

мическая

очистка

Высокомолекулярные

соединения

Содержание органики по ХПК свыше 6000—8000 мг/л и по ВПК свыше 3000 мг/л

70-80

0,9-2,0

Физико-

химическая

очистка:

термический (дистилляция, выпаривание)

Растворимые минеральные соли

Прокаленный остаток свыше 5000 мг/л

96-97

В зависимости от вида топлива и схемы испарения 4,0-22,0

Окончание табл. 5.10

Метод

очистки

Удаляемые

загрязнители

Условия применимости

Степень очистки по удаляемому загрязнению, %

Энергозатраты на очистку 1 м3 (с учетом всех энергозатрат), кВт-ч

- мембранный (обратный осмос и ультра- фильтрация)

То же

Прокаленный остаток от 3000 до 5000 мг/л

91-96

1,5-3,6

— ионный обмен

То же

Прокаленный остаток до 11 000- 15 000 мг/л

94-98

1,0-2,5

— эектроос- мос и электродиализ

То же

Прокаленный остаток до 10 000 мг/л

90-93

1,6-3,8

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>