废水和产生的水的有效管理对于保护环境和确保可持续的工业运作至关重要,不适当的处置会导致地下水污染、地表水污染和生态系统退化,随着工业的扩大和监管的加强,采取健全的管理做法不再是可选的——它已成为一项核心业务要求,该条概述了处理、回收和处置废水和产生的水的行业主导战略,重点是遵守、效率和环境管理。

了解废水和产生的水

废水包括工业、市政或家庭工艺中使用的含物理、化学或生物污染物的水,在工业环境中,废水可包括重金属、有机化合物、悬浮固体和病原体,生产的水是石油和天然气开采过程中产生的一种特殊类型的废水,天然产生的水被困在地下构造中,与碳氢化合物一起带到地表,生产的水中往往含有高浓度的溶解盐(完全溶解固体)、碳氢化合物、钻探和裂解产生的化学添加剂以及自然产生的放射性物质(NORM)。 管理这些复杂的流需要专门的方法来减轻对人类健康和环境的风险。

环境和监管驱动因素

管理不善对环境的影响

废水和产生的水的不当处置可产生严重后果,地表排放可能污染河流和湖泊,损害水生生物,影响饮用水源,地下注入如管理不当,可造成地震活动或渗入浅含水层,产生的水中盐度高和有毒成分会使土壤无菌,破坏淡水生态系统,即使是轻微的溢出,也会导致长期补救成本和公共卫生问题。

主要监管框架

在美国,《清洁水法》根据《国家污染物排放消除系统》对废水的表面排放作了规定,《安全饮水法》规定了保护地下饮用水源的地下注入控制方案,对生产用水,《环境保护法》将其列为石油和天然气开采的副产品,处置通常属于《国家环境卫生法》第二类井,此外,《国家环境政策法》要求对大型项目进行环境影响评估,国际条例各不相同,但往往遵循限制污染物浓度和确保适当储存和监测的类似原则,理解这些监管要求是遵守规定和实行最佳做法的第一步。

废水管理的最佳做法

工业废水管理需要采用多屏障方法,将源控制、处理和安全处置或再利用结合起来。

  • 预处理和减少源: 消除生成时的大型固体、油和油脂,减少下游处理的负荷,技术包括筛选、沉积、溶解空气浮浮和化学凝固,减少源——例如替代毒性较低的化学品或提高工艺效率——可以尽量减少污染物量。
  • 初级、二级和三级治疗: 初级治疗清除可溶解固体和浮质;二级治疗使用生物工艺(活化污泥、滤泡器)降解有机物;三级治疗通过过滤、营养去除或消毒(紫外线、氯化)来磨灭排出物或再利用标准。
  • 循环和再利用: 处理过的废水可以回收用于冷却、锅炉饲料或洗涤等工业工艺。 诸如反渗透、膜生物反应器(MBR)和高级氧化工艺等先进技术能够使高品质的再利用、减少淡水的抽取和排出量。 许多工业现在都着眼于通过回收水和将残留物作为固体集中,实现零液体排放(ZLD)。
  • Proper 存储和封存: 所有废水必须储存在防漏的罐体或有二级封存的排污物中,定期的完整测试、漏泄探测系统和溢漏反应设备是必不可少的,存储能力应顾及降雨或设备故障等最坏情况。
  • 正常的监测和报告: 持续或定期取样排出物参数(pH、TSS、BOD、COD、金属、有毒化合物),确保遵守许可证限制,自动监测系统可提供实时数据和警报,报告应按要求提交管理机构,并保存以备审计。
  • 核准的处置方法: 在无法再利用的情况下,必须把废水排入允许的处理设施,或通过UIC许可的深井注入方式进行处置,只有在废水符合严格标准并获得NDES许可后,才允许直接排入地表水。

生产用水处理的最佳做法

产水管理因其盐度高、碳氢化合物含量高、体积大而独特。 石油和天然气工业已经制定了专门做法,以安全处理这一挑战性溪流。

  • 碳氢化合物和固体的初级处理 清除: 生产水首先经过重力分离器、水环或离心机,以分离自由油和悬浮固体。
  • 二次处理和条件:[ 根据最终使用或处置方法,进一步处理可能包括过滤(介质,弹匣,膜),诱导气体浮出物(IGF)去除散油,以及脱氧以防止腐蚀. 在强化的石油回收(EOR)或再喷出中再利用时,水质必须与储油层岩石和流体兼容,以避免缩放或插入.
  • 强化石油回收或处置的回喷: 向盐水蓄水层或贫化储水层深井注入是最常见的处置方法,喷井必须用多层外壳和水泥建造,喷井压力必须保持在断裂梯度以下以避免漏出,监测包括压力、体积和定期机械完整性测试(MIT),还能够起到保持储水层压力和改善石油回收(水漂)的作用。
  • 环境合规和许可: 操作者必须获得环保局或国家机构颁发的UIC二级许可。 许可要求要求良好的建筑、注入区封闭和报告。 积极主动的合规包括严格测试井体完整性、地下水监测和地震监测,在注射可能引发地震的地区进行。
  • 改进处理的创新技术: 新兴技术正在扩大生产水管理的选择。膜过滤(无烟化、反渗透)能够减少盐度,以便进行有益的再利用,尽管污损仍然是一个挑战。使用卤化物(盐-耐)微生物进行生物补救可以降解碳氢化合物和其他有机化合物。电凝胶和电化学氧化显示消除重金属和破解顽抗性化学品的前景。热蒸馏(蒸汽压缩、多效应蒸馏)会产生高纯度的水,但能源密集型。
  • 应急准备和反应: 产生的水的溢出可能因管道破裂、罐体溢出或井口故障而发生。 操作人员应当保持溢出反应计划、培训人员以及储存的防腐材料,如潮汐、吸收器和真空卡车。 立即封存和清理将土壤和水污染降至最低程度。

新方法和未来方向

零液体放电和最小液体放电

低排放排放系统在废水处理之前,只处理固体废弃物,最大限度地回收水和消除排放。 在资本密集的地区,或排放条例极为严格的地区,低排放排放系统越来越可行。 低排放排放系统的目标是高回收率(90-95%),同时通过深井注入或蒸发池管理剩余盐水,平衡成本和环境效益。

重新使用生产用水的效益

越来越多的经处理的用水正被考虑用于农业灌溉、尘埃控制、其他水井的液压断裂,甚至经过高级处理后在城市使用。 例如,在珀米亚盆地,经营者正在合作处理和再利用经处理的供裂缝用水,减少对淡水资源的需求。 继续研究干旱地区产生的水的脱盐问题,尽管高能量和成本仍然是障碍。

高级监测和数字双胞胎

实时传感器、机器学习和数字双子模型正在提高操作效率和风险管理。 预测分析可以优化处理过程、发现异常和预测良好完整性问题。 自动化可以减少人为错误,并能对水质或体积的变化做出快速反应。

结论

废水和水的负责任管理对于环境保护和操作可持续性至关重要。 通过采用预处理、再循环、适当储存和遵守监管等最佳做法,工业可以减少其生态足迹,促进更清洁的未来。 前进的道路包括不断改进:投资于创新技术、加强监测框架和倡导环境管理文化。 优先考虑这些原则的公司不仅符合监管预期,而且通过资源效率和社区信任获得竞争优势。 归根结底,有效的水管理不仅仅是一个技术挑战,它是一项基本责任,是工业运作长期可行性的基础。

进一步阅读时,参考环保局II级喷射井指导, 轮水保护理事会生产的水资源[,以及 能源部生产的水处理概况。