Материал: Проблемы очистки сточных вод и новые решения бурения на суше и на море

водораспределительную ёмкость для направления технической воды на точки водоиспользования с целью вовлечения её в водооборот. [6]

1.3    Буровые сточные воды

Буровые сточные воды представляют собой агрегативно-устойчивую коллоидно-дисперсную систему, стабилизированную химреагентами, используемыми для обработки буровых растворов. В своем составе они содержат различные минеральные и органические вещества, представленные глиной, утяжелителем ( баритом, гематитом), нефтью и нефтепродуктами, химическими реагентами различной природы, растворимыми солями и другими соединениями. Они находятся в коллоидно-дисперсном и растворенном состояниях. Дисперсный состав обусловливается в основном минеральной составляющей буровых сточных вод.

Таблица 1.1. Дисперсный состав буровых сточных вод

Буровые сточные воды вследствие их высокой подвижности и аккумулирующей способности к загрязнителям являются значительным и самым опасным отходом при бурении, способным загрязнить обширные зоны гидро - и литосферы. Они образуются при различных технологических операциях. Химические реагенты ( основные загрязнители) попадают в них в процессе приготовления бурового раствора, хранения и приготовления химических реагентов, из емкостей для запаса бурового раствора.

Физико-химический состав буровых сточных вод изменяется в широких пределах.

Таблица 1.2. Физико-химический состав буровых сточных вод

По условиям образования БСВ можно разделить на три категории: производственные сточные воды, хозяйственно-бытовые и атмосферные.

Производственные сточные воды формируются в процессе выполнения различных технологических операций, работы механизмов, оборудования и устройств.

Хозяйственно-бытовые сточные воды на буровых предприятиях образуются в результате деятельности пунктов питания, объектов культурно-бытового и санитарно-гигиенического назначения.

Атмосферные сточные воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков, подразделяют на дождевые и талые (таяние снега и льда).

Буровые сточные воды характеризуются довольно высоким уровнем загрязненности и содержат в своем составе широкий спектр загрязнителей различной природы, представляющих опасность для объектов окружающей среды. Кроме того, по многим параметрам они не удовлетворяют не только требованиям их использования для различных технологических целей бурения, но и требованиям безопасного сброса в объекты природной среды. В то же время основным направлением природоохранных работ в рамках отраслевой стратегии создания экологически безопасной малоотходной ресурсе - и природосберегающей технологии строительства скважин является максимальная утилизация образующихся отходов бурения. Без этого не может быть решена также и проблема своевременной и качественной ликвидации шламовых амбаров как главного источника загрязнения природной среды в районах ведения буровых работ.

Взвешенные вещества в составе буровых сточных вод представлены глиной, частицами утяжелителя, высокомолекулярными соединениями, трудно- и не растворимыми минеральными солями, а также мелкодисперсными частицами выбуренной породы различного генезиса.

Нефть и нефтепродукты содержатся в буровых сточных водах в растворённом, эмульгированнном и плёночном состоянии. При этом наиболее трудноудаляемой является растворённая и эмульгированная нефть и её производные.

Наиболее трудноудаляемым загрязняющим компонентом буровых сточных вод является органика, представленная широкой гаммой химических реагентов, используемых в бурении. Количественное содержание оценивается по ХПК.

Растворимые примеси представлены преимущественно минеральными солями и некоторыми органическими соединениями. В сточных водах содержатся, как правило, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты натрия, калия, кальция, магния. Содержание на практике оценивается по показателю "сухой остаток" или удельной электропроводимостью.

Состав и свойства БСВ изменяются в значительных пределах как на разных буровых, так и при бурении одной и той же скважины, а также при проведении отдельных технологических операций.

Таблица 1.3. Требования, предъявляемые к водам для технических нужд бурения

При использовании воды такого качества на буровых не возникают осложнения в технологических операциях процесса бурения. Такие характеристики подходят для обмыва оборудования, отдельных механизмов.[6]

Однако для буровых растворов воду очищать нужно в иных пределах, т.к. при высоком содержании в её составе загрязнителей, ухудшаются фильтрационные показатели:

Таблица 1.4. Требования к водам, используемым в буровых растворах

1.4    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.

Основным принципом выбора метода очистки является состав сточной воды. Среди многообразия подходов в настоящее время наиболее удачным и общепринятым считается подход, предложенный Л.А.Кульским (Табл. 1.5.). Его основу составляет классификация примесей по признаку фазового дисперсного состояния веществ в растворах. Согласно нему, все примеси, содержащиеся воде, делятся на четыре группы:

.Взвеси в виде тонкодисперсных суспензий и эмульсий.

.Коллоидный и высокомолекулярные соединения.

.Растворимые органические вещества и газы.

.Растворимые минеральные соли.

Загрязнители БСВ, относящиеся к первым двум группам, представляют собой итерогенные системы со специфической кинетической и агрегативной устойчивостью. Они как правило являются термодинамическими неустойчивыми системами. Загрязнители третьей и четвёртой групп относятся к гомогенным системам и являются термодинамическими неустойчивыми, обратимыми системами.[6]

Табл. 1.5. Классификация сточных вод по Л.А.Кульскому[7]

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. Удаление растворимых веществ (четвертая группа) из воды осуществляется путем их перевода в малорастворимые соединения, методом ионного обмена, а также мембранными методами.

Такой подход позволяет выбрать наилучший способ очистки воды разного состава. Учитывая, что буровые сточные воды по своему генезису являются гетерогенными коллоидно-дисперсными системами с высокой агрегативной устойчивостью, содержащими к тому же и растворимые примеси, то для очистки можно использовать практически все известные методы. Однако из-за преимущественного содержания в них веществ, находящихся в коллоидно-дисперсном состоянии, предпочтение в любом случае следует отдавать коагуляционным методам.

Поскольку в составе БСВ присутствуют примеси, относящиеся ко всем четырем группам, то следует оценить эффективность каждого из известных методов. Перечисленные 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.

Сравнительная оценка эффективности методов очистки буровых сточных вод представлена на рисунке 1.6

Рис.1.6 Сравнительная оценка эффективности методов очистки буровых сточных вод.

Методы и техника доочистки буровых сточных вод.

Доочистка сточных вод предусматривает удаление из их состава растворимых минеральных солей. Основными методами деминерализации природных и сточных вод являются: физические (термический, гидротехнический), физико-химические (обратный осмос, электроосмос и электродиализ, ультрафильтрация) и химические (ионный обмен).

Из физических методов наибольшее распространение получил термический метод - термическая дистилляция (при высоких температурах) [8]. Сущность термической дистилляции заключается в выпаривании сточной или природной воды с последующим сбором дистиллята. Сущность вымораживания заключается в воздействии на воду низких отрицательных температур с последующим оттаиванием такой массы и сбором талых вод. Метод термической очистки оказывается весьма эффективным при исходной минерализации вод до 1,5%, а метод вымораживания - при минерализации до 0,7 % [9]. В результате очистки данными методами получают обессоленную воду с общей минерализацией до 50 мг/л и концентрированный раствор солей (рассол). Термические методы наиболее целесообразны в тех случаях, когда деминерализации подлежит небольшое количество сточных вод и другие методы их обработки оказываются не только экономически нецелесообразными, но и практически трудноосуществимыми.

Гидротехнический метод основан как на разбавлении солесодержащих природных и сточных вод чистой водой до удовлетворяющего заданным нормативам качества стоков уровня, так и на естественном испарении с последующим сбором конденсата. Применение такого метода наиболее целесообразно для вод с минерализацией до 1,2 %. При большем содержании солей в составе сточных вод данный метод требует значительного расхода пресной природной воды.

Используются в практике водоочистки и физико- химические методы [10]. Целесообразной областью применения этих методов является опреснение солоноватых сточных вод с содержанием минеральных солей до 3000 - 5000 мг/л [11].

Электродиализ - это процесс удаления (сепарации) ионов из сточных вод при их электролизе с использованием ионообменных (ионитовых) мембран. Ионнообменные (ионитовые) мембраны представляют собой гибкие тонкие ленты, изготовленные на основе катионообменной смолы (мембраны марки MK-4Q) и на основе анионообменной смолы (мембраны марки МА-40 и МА-41). Энергозатраты на осуществление процесса очистки не превышают, как правило, 3,5 (кВтч)/м3. Глубина очистки сточных вод с помощью электродиализа достигает 500 мг/л; более глубокая очистка нецелесообразна с экономической точки зрения.

Эффективным методом деминерализации сточных вод является метод обратного осмоса [12]. Обратный осмос, или гиперфильтраци - это процесс разделения растворов фильтрованием через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое. Полупроницаемые мембраны пропускают молекулы воды, но не пропускают гидратированные ионы солей или молекулы недиссоциированных соединений. Таким образом, при гиперфильтрации получают чистую воду, которую можно сбрасывать в объекты природной среды или направлять в систему оборотного водоснабжения, и концентрированный раствор, который направляется либо на утилизацию, либо на захоронение. Гиперфильтрацию целесообразно применять для опреснения высококонцентрированных растворов солей, имеющих повышенное осмотическое давление (с концентрацией свыше 5000 мг/л). Основным рабочим элементом аппаратов для обратного осмоса является полупроницаемая мембрана, которая изготовляется либо из ацетатцеллюлозы, либо из полых волокон органоминеральной природы. Достоинством этого метода является его относительная невосприимчивость к составу минеральных солей и их концентрации. Использование метода обратного осмоса позволяет получать воду с содержанием солей менее 20 мг/л, а при применении селективных мембран - воду с заранее фиксированным содержанием солевого компонента, что важно для ряда отраслей промышленности. К недостаткам следует отнести необходимость создания и поддержания в системе высокого давления (до 10 МПа и более), а также малый срок службы полупроницаемых мембран. Удельная производительность процесса такой водоочистки (производительность, отнесенная к единичной мощности используемых при этом технических средств) несколько ниже электродиализа и дистилляции [10].