文摘
生产石油和天然气生产期间,所谓的“水”包括流最大的副产品。此外,许多石油和天然气业务通过注入增强水力压裂(高频)流体进入地层。生产水和高频液体可能包含几百个人的化学物质,一些已知损害公众健康和环境。石油和天然气生产废水为一系列有益的目的,特别是在干旱地区,如果正确地管理。许多处理技术已经开发,允许注入,排出地表,或有益的重用。尽管许多论文已经解决的影响油气生产废水(OGPW)对地下水和地表水质量,大大减少信息可以在这些液体在土壤资源的影响。本综述论文编译基本信息在石油和天然气开发过程产生大量的化学物质和及其对土壤环境的影响。此外,有关OGPW污染防治技术。了解OGPW的影响对土壤化学、物理、生物属性可以提供一个基础OGPW-affected土壤的有效补救;此外,可持续的重用油气水用于灌溉和工业用途可能会增强。
1。介绍
传统的石油、天然气和煤层气的生产往往伴随着生产产生的大量的水。美国生成每年估计有210亿桶的生产水(1]。
在特定的地质地层存在大量的石油和天然气,但他们经历贫穷回收率由于当地低渗透地层。特别是页岩、致密砂、油砂和煤层2]。在水力压裂(高频)(“水力压裂”),一个专门定制的混合物液体复苏注入井在高压低渗透地层断裂,提高天然气和石油产量(3- - - - - -5]。使用高频提取碳氢化合物资源通常被称为“非常规生产。“非常规井包括钻水平,使井眼弯曲90度,穿透目标形成横向到几千米(6]。在过去的二十年中高频的组合与水平钻孔打开了巨大的新的全球石油和天然气储量,以前被认为无法访问或无利可图7,8),把大规模钻探新地区(3,9]。
水力压裂进行深度之间的5000和10000英尺,需要2500000 - 4200000加仑的水每口井(10]。压裂操作注入高度加压流体,在2000和12000 psi,平均流量2000 gpm(47个桶/分钟)11]。水混合0.5 - -2.0%(按体积)选择化学添加剂增加水流和沉积效率的提高。大约1000种化学物质被用于高频过程(7,11]。
最初注入油井产生骨折后,注入水的一部分立即返回到表面,称为“返排”3]。剩下的液体渗透到地层或返回到表面的生活生产井,称为“产生水。”这两种类型的废水可能包含高频体液,天然盐、放射性物质、重金属、和其他化合物形成如多环芳烃、烯烃、烷烃、和其他挥发性和半挥发性的有机物12- - - - - -18]。返排在这篇文章中,石油和天然气水,产生水和水力压裂液将集体被称为石油和天然气生产废水(OGPW)。
高频操作扩大,大量的废水产生正呈几何级数增长(19]。废水从钻井活动通常是通过蒸发处理在注水井或池塘、管理应用程序领域,散布在道路、和/或治疗和重用未来石油和天然气业务(8,13,20.,21]。
水力压裂组件可能对公众健康和环境构成威胁,有些已知有毒,有些是致癌的,和其他被认为是内分泌干扰物(12,22- - - - - -24]。其他化学物质保持专有信息(25),其对公众健康和环境的影响是不可用。最近的研究发现,67%,37%,和18%的评估井断裂≥1,5或10专用化学品,分别12,26]。
土壤污染可以通过液体的泄漏发生在钻井和压裂过程和在运输卡车或通过污水管道和失败的外壳和设备故障和腐蚀的管道和坦克。在一些地区OGPW是转移到污水处理厂20.];然而,设施可能无法删除一些人为或天然化合物(27- - - - - -29日]。这可能导致他们的排放,处理后,最终地表水和土壤(30.,31日]。
2009年至2013年间共有1933泄漏被记录在科罗拉多州(32]。2013年,泄漏被报道在1%科罗拉多井(550 51000活跃井)。允许宾夕法尼亚州井的分析显示了泄漏率为2%(103 5580活跃井)(26]。共有24个州与活跃的页岩储层目前报告泄漏;然而,报告所需限制和信息明显不同。只有五个州要求维护公共记录违规泄漏和(12,26,33]。根据有限的强制报告,石油和天然气的程度可能操作水质是低估了26,33]。在宾夕法尼亚州为例,分析发现,只有59%的记录泄漏报告(12,26]。升高浓度的苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)已发现在表面附近的地下水溢出(34,35];土壤受到盐度过剩和sodicity [36,37]。
大量的论文描述了OGPW对地下水的影响(14,38- - - - - -40和地表水40- - - - - -42];然而,OGPW对土壤资源的影响的研究很少,但和复垦OGPW-affected土壤已收到很少注意在科学文献。为了理解OGPW的潜在影响对土壤化学、物理、生物学性质以及潜在的对植物生长的影响,有必要确定高频使用的化学品和那些从活跃的井,以及他们的行为在土壤中。本文的目标是用于引用常见的化学物质,和生产过程中,石油和天然气开发和编译基本信息对土壤环境的影响。此外,两种补救的OGPW-affected将土壤和污染防治技术。
2。水力压裂液
石油和天然气生产化学物质可以纯化合物或混合物含有活性成分溶解在溶剂或助溶剂和用于提供大量的流程(表1)[53]。
为了应对潜在的公共卫生和环境影响的担忧与高频,关键试剂,近年来,被编译和公开。监管机构在许多州建立了非传统的报告要求生产;然而,并不是所有这些要求是强制性的(54,55]。许多石油和天然气生产商选择发布列表FracFocus高频对公司网站或化学物质的化学信息披露注册表(56]。
高频的大类液体在常规使用由57(1)稠化水性液体;(2)nonviscosified水性液体;(3)稠化油性液体;(4)抗酸的液体;和(5)泡沫液体。对于许多油气藏,水性液体由于历史的才是最合适的可以获得大量的混合水。
水力压裂液体含有大约99.5%到98的水+一个特别准备的混合物,帮助优化压裂过程(3,56]。典型的添加剂包括支撑剂(支撑剂),胶凝和发泡组件,摩擦还原剂,cross-linkers,断路器,pH值调节器,杀虫剂,腐蚀抑制剂,抑制剂,规模控制铁化合物,粘土稳定剂和表面活性剂(表1)[46,58]。并不是所有使用这些添加剂在每个压裂项目,有时一个类添加剂可满足多种用途;也就是说,表面活性剂可以用作交联剂和胶凝剂在某些情况下(46]。化学物质被添加在整个生产过程包括钻井和压裂和通过关闭服务众多功能7,13]。表列出了一些常见的高频添加剂2。
全面研究高频化学品的性质是由Stringfellow et al。46),包括常用的化合物为每个类的代理以及毒性和生物降解性的数据。
2.1。支撑剂
支撑剂是用来“开放”提案断裂一旦泵关闭和骨折开始关闭。理想的支撑剂是抗破碎和腐蚀,低密度,是现成的和便宜的59]。常见的支撑剂是硅砂、树脂涂敷砂(RCS)和陶瓷支撑剂(例如,烧结铝矾土、中等强度支撑剂(ISP)和轻量级支撑剂[LWP]) (60]。一般来说,砂用于支撑开放骨折浅地层。RCS比沙子和使用,需要更多的抗压强度降低支撑剂破碎。陶瓷支撑剂是用来刺激深度(> 8000英尺)井重要的原位应力传递大部队在支撑剂(61年]。
2.2。胶凝剂
以及增加高频液体的粘度。大粘度增加裂缝宽度所以更高浓度的支撑剂可以被注入,流体损失降低,提高支撑剂运输,减少摩擦压力(62年]。
胶凝剂主要由瓜尔胶和衍生品(如羟丙基瓜尔胶、羧甲基瓜尔胶和羧甲基羟丙基瓜尔胶)、纤维素酶、酸和醇62年,63年]。以及可以是线性的或交联增加流体的粘滞性。代理选择基于特定场地条件(包括温度和盐度5,46]。
柴油有时被用来形成一个粘性高频时凝胶结合瓜尔豆集中精神。美国环境保护署(EPA)试图在高频调节柴油的使用;然而,它仍然是用来代替水,因为它可以携带更多的瓜尔豆集中单位体积(43]。
2.3。摩擦还原剂
摩擦还原剂有时用作胶凝剂的替代品。最常用的摩擦减速器2-propenamide(聚丙烯酰胺,)[46]。摩擦还原剂是水溶性,非易失性,无毒。
2.4。Cross-linkers
Cross-linkers凝胶分子结合,从而增加粘度和支撑剂运输。Cross-linkers经常用于高频包括硼酸盐;钛、锆、铝化合物;单乙醇胺;和monoethylamine5,47,56]。氯化铵、乙二醇和氢氧化钾也使用。浓度的cross-linkers高频流体相对较低,范围从0.5到250 mg / L (47,64年- - - - - -67年]。硼酸盐离子最常用的交联剂瓜尔胶高分子应用程序(68年]。硼砂(四硼酸钠十水合物)和硼酸+烧碱和交联剂0.024 - -0.09% (w / w)硼酸作为源离子交联瓜尔胶(68年]。
2.5。断路器
粘性高频液体,是否交联或线性的,必须退化为了达到高导电性的支撑剂充填。同样,滤饼形成的岩石,这可能限制石油和天然气的流量和降低生产力,必须退化。断路器扭转交联,分裂成低分子量聚合物片段从而降低粘度稠化液体(46,69年- - - - - -71年]。
一般类型的断路器是氧化剂,酸和酶(62年]。氧化剂是最常用的断路器,特别是铵,钾,钠盐peroxydisulfate(过硫酸盐)[68年]。酶可以根据压裂条件下使用,尤其是pH值和温度。
2.6。酸和碱
酸和碱被添加到高频体液调节pH值,使几乎所有的高频成分的有效性,尤其是交联聚合物。酸的使用也清理碎片在井筒和提供了一个开放的渠道其他高频液体溶解碳酸盐矿物(56]。最后,pH值调整防止不必要的井筒中的微生物活动。
典型的pH值调节器包括无机酸(如盐酸和硫酸酸,以及醋酸和反丁烯二酸等有机物。常见的基地包括氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾(46]。
2.7。杀虫剂
杀虫剂用于控制微生物的增长水井和地区,因此生长降低高频化学品和加快腐蚀油管,外壳和设备(47,70年]。杀虫剂用于高频包括季铵化合物(季铵盐),戊二醛,tetrakis羟甲基硫酸磷(thp),三丁基氯化十四磷(TTPC)和溴化化合物包括2、2-dibromo-3-nitrilopropionamide (DBNPA) [47,56,71年]。广泛用作生物活性季铵盐的代理;最常用的是dialkonium和苯扎氯铵。氯化铵也使用(46,72年]。
2.8。腐蚀抑制剂
缓蚀剂形成一个保护层在金属组件,从而防止腐蚀酸,盐,和腐蚀性气体73年- - - - - -75年]。常见的腐蚀抑制剂包括乙醛、丙酮、甲基乙基甲衍生品,甲酸,异丙醇(46,76年]。
2.9。规模抑制剂
规模抑制剂保护管道井,防止形成堵塞。这些抑制剂包括polycarboxylates和丙烯酸酯聚合物46]。
2.10。铁控制物质
三价铁(Fe的沉淀3 +)管道内块路径和岩层,影响生产率(77年,78年]。三价铁也无意中充当高频液体含胶凝剂的交联,从而改变流体的粘滞性(77年]。铁沉淀是避免使用柠檬酸、醋酸、巯基乙酸、钠erythorbate [79年]。铁控制代理作为螯合剂,形成配合物与二价铁(Fe2 +)以防止氧化和随后的沉淀铁3 +(70年,80年]。
2.11。粘土稳定剂
为了防止粘土膨胀页岩地层,粘土稳定剂与高频注入液体。这些工作通过离子交换,取代阳离子如Na+在粘土与其他二价阳离子,接受更少的水化和较小的膨胀粘土(倾向81年]。常用的粘土稳定剂氯化胆碱,氯化钾,四甲基氯化铵(46]。有一些转向氯化胆碱的使用,无毒,容易生物降解。
2.12。表面活性剂
表面活性剂用于实现最优的高频液体粘度,降低表面张力,并协助在液体复苏后压裂(5,46,70年]。表面活性剂可用于cross-linkers和胶凝剂在高温或高压的形成。表面活性剂配方中使用的高频差异很大,但常见的化合物包括月桂醇硫酸酯钠盐和二甲基种脂氯化铵(46,76年]。
大数量和多样性的化合物用于高频添加剂下划线的复杂性了解他们的命运一旦释放,无论是意外还是管理,土壤。此外,每个代理的化合物描述已知的化合物;危害有关专利化合物仍然未知。
3所示。返排和生产水
随着石油和天然气生产,地层水最终到达生产井,水开始出现在碳氢化合物。这水是注入水的混合物,产生地层水,高频的化学物质,和碳氢化合物82年- - - - - -85年]。
生产水有复杂的成分,但其成分大致可分为有机和无机化合物。这些包括溶解和分散油组件、油脂、重金属、放射性核素,高频的化学物质,溶解矿物质,形成盐,(包括溶解气体有限公司2和H2规模,产品、蜡、微生物和溶解氧(49,50,53,83年,86年,87年]。成分会有很大差异作为地质形成的函数,水库的寿命和类型产生的碳氢化合物(83年]。
一个广义生产水的化学成分出现在桌子上3。
3.1。生产化学物质
生产化学品,高频液体,输入生产水痕迹,有时大量(88年),改变从一个平台到另一个平台。活性成分自己分割成各个阶段根据它们的相对溶解度的石油,天然气,或水。
3.2。溶解的矿物质
排液水往往非常高浓度的总溶解固体(TDS);这是由于溶解后形成的成分注入高频液体(89年,90年]。高盐度也可能源自释放原位卤水(地层水)90年- - - - - -93年]。水平的TDS可以海水浓度的5 - 10倍90年]。Na+和Cl−负责盐度和范围从几毫克/ L到300000 mg / L (94年]。相比之下,海水和盐湖泊被定义为拥有一个上限50000 mg / L (95年]。如氯离子−,,,,Na+K+、钙2 +,英航2 +、镁2 +、铁2 +,老2 +影响导电率和结垢的潜力。高水平的有机碳也发生在返排液和水产生实质性的水平89年,96年]。
流体化学成分是依赖,在一定程度上,与页岩的交互作用时间玩。人们已经发现,TDS水平产生水和后期早期返排的排液可以增加4倍。类似地,总悬浮物(TSS)浓度增加对早期和晚期排液之间的100倍。浓度的无机离子产生水从马塞勒斯页岩(PA)油井增油的生产(89年,96年- - - - - -98年),上升明显在最初几天后压裂然后增加较慢的年龄(76年,89年,96年]。
3.3。金属
油田生产水含有重金属如汞、铅,以及准金属砷等在不同浓度取决于地层的地质时代的好49,99年]。出水中金属含量通常高于海水中(83年,94年]。最常见金属的研究是英航,Cd,铬、铜、铅、汞、镍、Ag)和锌(表3)[50]。生产水含有其他微量金属包括铝,B,老铁、李、锰、Se,某些金属的特定环境问题,因为他们可能具有生物和/或有毒(50]。
3.4。溶解和分散油组件
分散和溶解油组件是由源岩在高频液体化学添加剂,浓度和他们可能非常高在一些油田[86年,88年,One hundred.,101年]。BTEX,酚类、脂肪族碳氢化合物、羧酸和低分子量芳烃被归类为溶解油,而更多的疏水多环芳烃和重烷基酚类化合物存在于生产水作为分散油(One hundred.]。
生产水从马塞勒斯(PA)和巴内特(TX)扮演主要包含C6- c16碳氢化合物,而鹰福特(TX)产生水显示了C的最高浓度17- c30.范围(102年]。饱和碳氢化合物的结构鉴定一般遵循线性的趋势>支>循环。杂环化合物、脂肪族醇、酯、醚也被确认。各种脂肪酸的存在邻苯二甲酸酯类在巴内特和马塞勒斯生产的水可能与他们在高频使用液体(102年]。没有聚芳碳氢化合物(多环芳烃)观察在页岩资源102年]。
3.5。产生的固体
生产固体包括粘土、沉淀固体蜡,微生物生物量、碳酸盐、沙子和淤泥,腐蚀和规模产品,支撑剂,形成固体和其他悬浮物49]。他们的浓度变化从一个油田到另一个地方。
4所示。OGPW在陆地环境中:发布、效果和修复
4.1。释放
OGPW主要是监测和控制的管理;然而,偶然的释放是不可避免的。此外,应用高频液体土壤被认为是可接受的形式的处理在许多州(103年]。无意释放和有意的土地应用程序可能会使土壤数以百计的异构的化学物质。美国环保署研究潜在的场景,可能会导致环境污染,高频液体(104年]。
以下4.4.1。管溢出,泄漏,管道爆裂
在2009年的一项研究显示,630年,4000年在宾夕法尼亚州法律允许井钻井现场泄漏(105年]。2011年在宾夕法尼亚州天然气井机械问题引起成千上万加仑的海水水和高频流体从油井喷发,压倒控制设施,流入周围的领域。当地家庭被命令撤离他们的家园。六天后工人密封泄漏,取代了井口,并得到了“控制”3]。
2014年北达科他州油井泄露高频流体和石油,释放2100至2940加仑OGPW每天和每天8400加仑石油(106年]。在2015年北达科他州爆裂,4620加仑的OGPW和23100加仑的石油被释放。大部分的泄漏是包含在网站,但是一些逃脱和污染附近的地形(107年]。从2006年1月至2014年10月超过1800万加仑的OGPW和石油泄漏在北达科他州。大多数个人泄漏都包含直接钻探区域,但许多较大的泄漏影响周围的农场和水道(36]。
4.1.2。故意的不当处理
石油子公司被允许排放钻井泥浆和无聊的浪费在讲诉杏仁果园附近的一个油田油底壳,加利福尼亚。国家调查,然而,发现液体中含有多余的盐分,硼、苯、汽油和柴油碳氢化合物被用于高频(19,108年]。
4.1.3。持有池塘
天然气和石油生产国越来越重用了高频液体。然而,重用包含存储在淡水池塘和最终稀释OGPW [109年]。在2009年,一个污水坑溢出的宾夕法尼亚州气井和未知量OGPW进入了一个“高质量的分水岭。”该公司未能报告泄漏和2010年97350美元的罚款征收的公司3]。
4.1.4。自然事件
自然灾害,如洪水OGPW添加到土壤污染的潜力。在科罗拉多州2013年洪水,洪水在焊缝县(20000年石油和天然气井所在地)飙升到钻井中心和损坏的管道,溢出的井,将油罐从他们的基础(110年]。大约35000加仑的原油和凝析油。高频液体的蒸发坑可能污染当地的土壤和可能进行更远的洪水(19]。
4.2。对土地资源的影响
潜在的土壤质量和植物的影响从OGPW包括以下One hundred.]:(我)sodicity过剩会造成粘土deflocculate,从而降低土壤,空气和水的渗透性。(2)多余的可溶性盐类会使植物变干而死。自然降水等级低,盐可能积累在土壤过度集中。(3)流离失所的现有植物物种可能成为新的物种由于化学变化产生的土壤与OGPW接触。(iv)耐盐植物分布可能会增加。在一个温室研究瑞士甜菜(甜菜属l .)和黑麦草(多年生黑麦草l .)生长在土壤含有合成高频液体(111年]。高频液体增加土壤pH值、EC和总浓度,可推断出的锌、铜、Cd, Pb,。甜菜和黑麦草产量可能减少土壤锌和EC含量高。高频液体可能导致低水平的植物组织由于增加了土壤中微量元素米勒博士在温室研究et al。112年]研究了OGPW组件对植物生长的影响,发现柴油、氯化钾、氢氧化钠、Cr、淀粉和其他化合物减少了甜玉米的产量(玉米l . var。saccharata)和/或绿豆(菜豆l .)。
六钻井液绿豆和甜玉米的产量减少当添加到土壤在不同的比率(113年]。高水平的可溶性盐或高百分比可交换的Na+被认为是减少了植物生长的主要原因。亚当斯(103年)报道,严重的急性和慢性毒性混合硬木树(Quercusspp。宏碁石l和鹅掌楸tulipifera),混合灌木subcanopy (水青冈属grandifolia(Ehrh。)答:石,黄樟albidum纳特())和地面植被(Vacciniuml菝葜rotundifolial和Kalmia latifolial .) 56%,导致植物死亡后两年的土地应用高频液体。土壤Na+和Cl−浓度增加了大约50倍的土地应用的液体。
OGPW土壤中组件可能会大大影响彼此的命运和运输;例如,杀虫剂的存在可能会减少潜在的生物降解,而增化合物可能会阻碍其他化合物的流动。土壤中影响因素的行为OGPW成分,因此他们对陆地生活的潜在影响包括以下(One hundred.]:(我)稀释的OGPW接受环境。(2)金属和其他污染物的直接和长期的沉淀。(3)低分子量的碳氢化合物的挥发。(iv)与其他化学物种存在于土壤物理化学反应。(v)吸附颗粒物。(vi)生物降解的有机成分。一些特定的高频组件及其可能的命运如下所述。
4.2.1。准备胶凝剂
以及如瓜尔胶和无毒且容易生物降解纤维素是自然发生的。也是如此的常见酸和醇用作胶凝剂(46]。很可能这些化合物,当接触土壤,将增强微生物的增长。
乙二醇是高度溶于水;土壤胶体吸附不佳,因此土壤剖面中高度移动(114年]。乙二醇的从土壤蒸发是出乎意料的时候。
4.2.2。摩擦还原剂
聚丙烯酰胺是容易生物降解。麦克劳克林(115年]研究转换PAM和聚乙二醇(PEG)的动力学cocontaminants的存在。随着时间的推移,较高的失踪发生在原始的,也就是说,生物活性,土壤与土壤消毒相比,表明挂钩失踪是由于吸附和生物降解。在一项由温家宝et al。116年),两个PAM-degrading从土壤细菌菌株在一个由PAM油田污染;这些都是确认为蜡样芽胞杆菌和芽孢杆菌强直。没有丙烯酰胺,这是一个已知的人类致癌物,诱变剂,和畸胎原,是在有氧降解聚丙烯酰胺(116年,117年];然而,它已经表明,丙烯酰胺可能形成聚丙烯酰胺通过加热或接触紫外线辐射(116年,118年]。
4.2.3。Cross-Linkers
人体接触和硼胺用于cross-linkers关注的是他们已知的毒性作用和可以移动在土壤和地下水;然而,环境中的胺不知道持续(46]。
4.2.4。断路器
酶作为压裂液的断路器的使用是优于使用氧化剂因为酶是环保68年]。他们的流动性,然而,在很大程度上仍是个未知数76年]。
4.2.5。酸和碱
根据浓度有机酸具有潜在的生物降解。强烈的酸或碱对土壤造成不利影响。例如,强大的酸度会导致浸出等基地的Ca2 +和毫克2 +(119年];极端的酸性会导致土壤溶解固体(120年]。的水合钠+离子在土壤氢氧化钠分散聚合和破坏土壤结构。极端的pH值可能大幅改变微生物组成(121年]。
4.2.6。杀虫剂
一些常见的高频杀虫剂已知不稳定或吸附土壤和可以在环境中持续存在,虽然他们的命运在很大程度上是未知的(76年]。
季铵盐具有不同的物理/化学性质所赋予他们的取代基,主要是烷基链的长度。QAC吸附到固体的机理是复杂的,但是疏水和离子的相互作用可能发生(122年]。的值的几个mono - di -,和苯扎氯铵介于0.28和2.97之间123年,124年]。因此将吸附土壤胶体和季铵盐的浸出地下水。腐殖质等有机季铵盐表面化合物的吸附和沉积物增加随着烷基链长度的增加122年]。苯扎氯苄集团提高吸附。
季铵盐已确定在污水排放地点附近的沉积物,表明至少某些环境持久(125年,126年]。生物降解性的程度是可变的;生物降解随烷基链的长度增加,和季铵盐含苄组经验低生物降解率(127年]。季铵盐是顽固的产甲烷条件下(122年]。在硝酸盐减少和发酵条件下,苯扎氯铵()转换为alkyldimethyl胺通过非生物反应(122年]。微生物被隔离,对季铵盐和能够QAC退化(128年- - - - - -132年]。在一项由Tezel [122年•巴的细菌社区参与有氧降解主要是由属于属的物种假单胞菌。
一般来说,QAC吸附超过生物降解在有氧生物系统46,125年,129年]。
戊二醛(GA)和phosphonium-based杀虫剂有时被认为是“绿色”替代传统的杀虫剂,因为他们更持久的环境中。遗传算法很容易生物降解在有氧和无氧条件下(133年,134年]。在有氧批实验中麦克劳克林(115年]研究了分解的GA和癸酯二甲基氯化铵(DDAC)来确定转换动力学在cocontaminants面前。DDAC接受几乎立即吸附土壤。遗传算法的初始速率放缓挂钩和PAM生物降解。后一个星期,遗传算法是完全消除由于吸附的水相。
DDAC-degrading细菌通过浓缩文化孤立DDAC为唯一碳源(130年]。一个隔离,荧光假单胞菌TN4,退化DDAC产生decyldimethylamine随后二甲胺作为中间体。TN4菌株同化其他季铵盐,alkyltrimethyl烷基二甲基苄铵盐,但不是alkylpyridinium盐。TN4高度抵抗这些N-dealkylation季铵盐和退化的过程(130年]。
Tetrakis羟甲基硫酸磷(thp)低(140)(135年),,值,这意味着它不会吸收土壤,但将浸出地下水。在非生物条件下经过容易生物降解[46]。经过分解在自然条件下通过水解、氧化、光降解[104年];它最初降解trihydroxymethyl膦(THP),释放甲醛和硫酸(136年]。二氧化碳、水和无机磷酸盐的最终产品(137年]。在pH值5 - 7 thp超过30天的半衰期;在pH > 8 7日内油管压力降低。油管压力预计将从干燥的土壤表面挥发138年]。
DBNPA的日志很低和,这意味着它不会吸收土壤和地下水可能浸出。失踪DBNPA的土壤可能是由于水解、吸附、化学降解和/或微生物降解。阳光也会降低DBNPA [139年]。DBNPA转换成dibromoacetonitrile水解反应,其次是dibromoacetamide, dibromoacetic酸、乙醛酸和草酸。这些产品的最稳定的产品是dibromoacetic酸。
4.2.7。腐蚀抑制剂
一般来说,缓蚀剂是高度可溶和生物降解。他们的低的日志和值表明,这些化学物质不可能吸收土壤、地下水和浸出有潜力。这组包含有毒的化合物和/或致癌(46,76年]。
炔丙基硫脲和酒是gh第二类化学品,使它们最有毒化学物质用于高频液体。炔丙基醇被认为是容易生物降解;它也是高度移动的土壤中140年]。炔丙基醇的挥发潮湿土壤表面预计将大幅,给出估计亨利定律常数为1.1×10−6atm-cu m /摩尔(140年]。从干燥的土壤蒸发预计也将出现。炔丙基醇在碱性的半衰期粉砂壤土土(pH值7.8,3.25%的有机碳)是12.6天,13天在酸性砂质壤土(pH值4.8,0.94%有机碳)140年,141年]。硫脲是可生物降解的高机动性的土壤中。吸附硫脲的三种不同的土壤的有机质订单特点是低(灰土),中等(新成土/淋溶土)(142年]。
4.2.8。铁控制代理
醋酸、柠檬酸钠erythorbate,巯基乙酸(巯基乙酸)高度溶于水。低柠檬酸和巯基乙酸的价值观明显表明他们不会吸附土壤,但将移动配置文件。的巯基乙酸的3.55,这表明它将几乎完全在阴离子形式存在于土壤,因此不是粘土和有机物吸附(46]。除了乙酸,这些化合物从OGPW不会挥发根据亨利定律常数(46]。
所有铁控制代理,特别是醋酸、柠檬酸、巯基乙酸,往往容易退化,不持久143年,144年];然而,一些是已知有毒76年]。醋酸、柠檬酸和钠erythorbate低毒性的人类。铁控制代理、巯基乙酸作为最关心的似乎是土壤污染物,因为它提出了一个基于口服LD的毒性风险50114毫克公斤的价值−1(145年]。
4.2.9。表面活性剂
大多数表面活性剂高度溶于水和容易生物降解。月桂醇硫酸酯钠盐有中等高价值和预计有中度至低流动性在土壤46,76年,146年,147年]。月桂醇硫酸酯钠盐发生在家用产品,而不是预期的健康风险由于其LD50价值。
4.2.10。多余的盐分
土壤盐碱化对离子毒性、养分(氮、钙、钾、磷、铁、锌)不足,营养失衡、渗透压力、和氧化应激在植物上148年,149年]。土壤盐度显著减少植物磷(P)吸收因为磷酸盐离子与钙离子沉淀150年]。一些元素,如钠、氯和B,传授具体的对植物的毒性。过度积累Na细胞壁会导致渗透压力和细胞死亡(151年]。所有这些因素造成负面影响植物生长和发育生理生化水平(152年和在分子水平上153年]。盐度阻碍种子萌发;幼苗生长;酶活性;DNA, RNA和蛋白质合成;和有丝分裂154年,155年]。
4.2.11。碳氢化合物
的主要碳氢化合物有助于急性毒性OGPW溶解的芳香和苯酚分数是碳氢化合物(156年]。
4.3。土壤修复
HF-affected土的原位修复涉及(1)去除土壤中盐溶液与灌溉或自然降水通过浸出;(2)更换交换Na+与Ca2 +;(3)删除或销毁碳氢化合物;和(4)取消或固定的金属。土壤修复实践OGPW-contaminated往往倾向于简单。
4.3.1。盐度和Sodicity治疗
简单的土壤稀释可能缓解盐度OGPW释放后的问题。在狼的研究等。157年),OGPW主要发生在土壤表面。混合少污染的深层土壤的表层土壤导致稀释污染物。Ahmad et al。158年)和劳埃德(159年)得出结论:钻井废物的盐浓度是主要因素在决定浪费在土壤系统中加载速率。
除了便宜的修正案往往是成功的治疗土壤盐碱化和sodicity问题。无机修正案(例如,卡索4(160年])和有机材料(动物肥料)已被证明是成功的。最常用的干燥修正案石膏(卡索4 2 h2O)和硝酸钙(Ca(没有3)2),尽管氯化钙(CaCl2)可以使用如果提供足够的排水系统控制和渗滤液管理(37]。使用钙修改可能需要后续灌溉和渗滤液收集钙修正案进入土壤影响层更换Na和滤盐以外的根区。硫磺可以适用,要么元素年代或硫酸铝,降低pH值。
牲畜粪便可以成功地用作土壤改良剂。有机材料创造了大孔隙使土壤排水;而且大大增强土壤生物活性。只有well-decomposed应该使用粪肥或经过为了限制输入的盐,防止扩散的杂草。的重要有机修正案如鸡或一些饲养场肥料能提高土壤盐度在几个应用程序。建议测试粪肥和堆肥盐度(37,161年]。有机修正案必须彻底混合到土壤在应用程序中。低氮吸收有机物如谷物秸秆分解需要额外N;因此,高氮肥料如硝酸铵、硫酸铵、硝酸钙应该包括(37]。
附加的修正案在治疗OGPW-affected土壤可能是有益的。例如,使用合成聚合物(如聚丙烯酰胺)稳定聚合已经证明是成功的在改善Na-enriched土壤的物理性质(37,162年]。鉴于土壤生物活性可能大幅减少OGPW-contaminated土壤,建议菌根真菌应用(163年]。
动电的修复提出了治疗盐碱土壤的160年]。这项技术涉及到应用程序之间的低密度直流电极放置在土壤动员污染物发生作为指控物种。这允许分离和Na+,Cl−和其他高可溶性离子。电极可以水平或垂直安装在深,定向钻隧道或在战壕网站受到OGPW [164年]。
当土壤的平均EC至上> 35000 /厘米,土壤移除和替换可能比治疗更经济(160年]。它可能是昂贵的,但是,运输和处理受污染的土壤特殊的垃圾填埋场。也有潜在的长期影响土壤放置在一个垃圾填埋场的责任165年]。
4.3.2。碳氢化合物污染的处理
碳氢化合物的污染OGPW-affected土壤通常不重要,考虑到发生在OGPW浓度相对较低。然而,在灾难性释放的情况下,微生物分解油鼓励浪费。所谓的生物修复过程,如果进行得当,会导致一些残差和最小改变当地的环境(164年]。
原位生物修复系统介绍加气,新水通过一个数组污染区注水井的洒水装置,或者战壕。允许足够的时间反应的土著微生物群落与污染物和处理过的水最终downgradient中恢复过来。恢复水可能进一步治疗(例如,通过在粒状活性炭)并重新引入土壤的影响。否则它会排放到市政污水处理厂或地表水(164年,166年]。
受影响的土壤应该得到足够的养分(尤其是N和P)促进微生物的生长和活动。而且,至关重要的是,充足的氧气是可用的,这可能是由曝气冲洗解决方案的提供。土壤pH值中性附近必须维护为了促进微生物增殖(164年]。
在泥浆生物降解,污染土壤从受灾地区转移到一个泻湖,与水混合。泥浆是不断搅拌和曝气的泻湖。通过好氧微生物分解有机污染物的发生过程。泥浆生物降解可以治疗各种碳氢化合物包括原油和成品油167年- - - - - -169年]。重金属的存在和其他潜在的毒素OGPW(如杀虫剂)可以抑制微生物的新陈代谢,需要预处理。
使用泥浆生物降解的显著好处是增强污染物降解率,改善接触微生物的直接结果和碳氢化合物。污染物的风潮在液相中提供了一个高度的增溶的化合物和明显的同质性167年]。
土地处理生物修复的技术,例如,landfarming,通常用于治疗hydrocarbon-contaminated土壤(170年]。污染物处理包括燃料、润滑油和杀虫剂。Landfarming可以被看作是生物降解和土壤通风;微生物氧化反应发生在结合挥发。
常见的现场安装要求影响土壤挖掘和转移到事先准备好的位置(土地处理单元或单元),是专为控制过程。治疗包括安装层(“电梯”)受污染的土壤的细胞。细胞通常是分级提供底部排水和内衬粘土和/或塑料内包含所有径流单位。也可能提供洒水装置或灌溉和排水。因为水应用率高,LTUs往往堤坝[接壤164年]。
土地处理技术的主要优点是,它允许非常密切监测过程变量控制碳氢化合物的分解(164年,170年]。
4.3.3。金属污染的处理
金属OGPW-contaminated网站可能发生在复杂的形式。
金属可能从土壤中提取通过淘洗最终恢复,治疗,和处置。也称为土壤冲刷、可溶性或类似的污染物而眠固体形式和恢复171年]。金属切削效率在土壤冲洗不仅对土壤特性,还取决于金属浓度、金属(s),化学萃取剂化学,和整体加工条件(171年]。
原位提取过程是适用于包气带或饱和区。冲洗的解决方案应用于受影响的网站通过洒水装置或灌溉,或者通过地下注入。足够的时间允许应用试剂与金属污染物向下渗透和反应。污染物被增溶随后动员。净化收集在战略上放置井(164年]。金属微溶于水通常需要酸、螯合剂、或其他溶剂洗成功(172年]。
土壤冲洗技术的一个缺点是可能的生产剩余工资。这些包括多余的螯合剂,其中一些可能有毒的动植物。此外,与稀酸浸出的土壤可能破坏土壤的生物部分,改变其化学和物理性质,并创建一个相对惰性材料(164年]。
植物修复是一个具有成本效益的,技术含量低的过程定义为工程使用绿色植物提取、积累,和/或消除环境污染物。植物修复使用常见的植物包括树,蔬菜作物、草、甚至年度杂草治疗重金属在土壤173年- - - - - -175年]。
植物修复是一个简单而常见的应用phytoextraction,其中包括使用hyperaccumulating植物从土壤中吸收金属和浓缩成根和地上芽”。在某些情况下污染物可以集中几千倍比土壤中的植物。提取作物的收成后,金属含量丰富植物可以减少它的体积烧成灰烬,和残渣处理作为一个“矿”恢复金属污染物。如果回收金属不是经济可行的,少量的火山灰(相对于原始植物或大量污染土壤)可以处理164年,173年- - - - - -176年]。
对土壤污染的植物修复是有用金属浅的深度。这种技术可以在低渗透土壤,许多技术的成功率很低。它也可以与传统的清理技术结合使用(例如,“泵和治疗”地下水)。植物修复可以替代更严厉的土壤修复技术,如冲洗(164年]。
5。污染防治为OGPW
一旦OGPW被带到表面处理或再利用。鉴于OGPW浓缩在TDS、TSS、金属、分散油,溶解和挥发性有机化合物,高频添加剂、和其他污染物在不同程度(表3面对运营商)、重要管理挑战。OGPW必须的方式管理,降低运营成本以及环境保护。OGPW管理实践相差很大在美国和在某些情况下一个油气田(177年]。
OGPW管理属于两大类:地下注入和表面的管理。选择管理选项OGPW在网站基于以下不同178年]:(我)OGPW的化学和物理性质。(2)卷、持续时间和流量产生。(3)预期的最终用途的废水。(iv)治疗和处理选项允许州和联邦法规规定。(v)技术和经济可行性的一个特定的选项,包括运输。(vi)合适的基础设施管理的可用性。(七)公司愿意雇佣一个特定的技术或管理选项,包括担心潜在的责任。一些常见的选项可用于石油和天然气运营商管理OGPW解决如下。
5.1。限制生产水的表面
在井筒技术可用于管理水。这些技术不进入但减少水的体积减少的数量OGPW上升到表面。
5.1.1。井下油水分离和注入
井下油水分离器(帆船)单独的水从油井筒内,这样石油或天然气水被带到表面。大量的水在非生产的处理形成高于或低于油或气形成使用内注入工具(One hundred.]。井下分离器大会由几个简洁的元素在井筒内安装包括(1)一个分离工具,从传入的分离OGPW碳氢化合物的形成;(2)泵加压水分离器和OGPW注入到处理区;(3)重型电机执行泵;和(4)杂项设备如井下监测设备和电缆(177年]。
5.1.2中。井下气/水分离器
设备类似于帆船可供天然气井。天然气研究院的一项研究发现53商业领域的测试井下气/水分离器包括34个运营商在美国和加拿大179年]。天然气产量率增加57%的测试;47%的实地测试被认为是成功的(One hundred.]。
5.1.3。完成双井
石油产量可能下降以及水生成一个“锥”生产穿孔,限制石油的体积,可以恢复。这种现象可能会逆转,由完成与两个独立的油管字符串和泵。主要完成了深度对应于强大的石油生产,并辅助完成了低的地层深度体验显著的水生产。两个完成由一个封隔器。封隔器上方的油被带到表面,和水收集以下封隔器注入形成较低(One hundred.,180年,181年]。斯威舍(182年)报告的结果相比,使用双完成三个井与常规完成在路易斯安那州的油田。双完成安装成本约两倍但同样花了几个月到达支付其他井。然而,在支付,这是生产55桶石油相比,约16桶从其他三个井。Wojtanowicz [183年)提供了额外的例子使用双井从不同地质设置完成。
5.2。注入OGPW
包括炮位OGPW注入多孔地质地层注入,通过注入井,形成能够接收和储存水。注水井是由联邦监管的地下注入控制程序(UIC)开始在《安全饮用水法》,以防止污染的地下饮用水的来源(USDW)。
大约有90%的OGPW从陆上石油和天然气在美国恢复操作注入到地下岩层。成千上万的注水井日常经营管理产生水和排液(178年,184年]。OGPW可能回到其形成或注入其他合适的阵型(185年]。注入是依赖于几个变量包括接收地层(s)的可用性;的质量OGPW被注入;在接收地层水的质量;和接收的终极容量形成(年代)。这些因素将会影响什么类型的注入井可用于管理OGPW。
许多论文描述地下注入废水的过程。这里只提供了一个简短回顾。
美国环境保护署可以将五个不同的注入井的类别(表4);三个可能适用于生产水的管理。一般来说,OGPW被认为是免除浪费,因此可在二级或类V注水井注入。二类井可用于储存液体与石油和天然气生产(52),进行分类处理井(IID)或强化开采井(IIR)。废水造成OGPW治疗必须处理在课堂上我注水井。EPA定义类我井技术复杂的井注入最低USDW下面危险和非危险的废物。注入深层发生,孤立的岩石与最低USDW分离的层不透水粘土和岩石(52]。类V井(即。,shallow injection, subsurface drip irrigation) are injection wells not included in the other four classes. Their simple construction provides little protection against possible soil and groundwater contamination.
地下注入OGPW通常需要运输,以及治疗,以减少污染和细菌生长。可能需要长期存储。
5.3。有益的用途:放电OGPW浮出水面
一些重要的新兴管理OGPW机会(1)治疗和重用作为公众消费的水供应,农业,工业和(2)二次提取矿物质等工业过程(178年]。某些成分的存在,然而,可能会限制生产用水在选定地区(178年]。生产水可以排放到土地,只要符合在岸和离岸排放法规(83年]。
OGPW可能出院陆地表面的表面蓄水池,土地作物使用和工业用途(即申请。、石油和天然气完成活动,卡车洗车站,除尘措施,冷却塔水)[177年]。表面蓄水的定义是一个挖掘或这里区域用于治疗、存储或处理的液体(186年]。蓄水池通常建造在低渗透的土壤。这些从< 1英亩大小不等的几百亩。基于EPA的全国性调查,180000年特征蓄水池,石油和天然气行业的使用蓄水池用于存储(29%)、处置(67%),和治疗(4%)(186年]。
蓄水池用于OGPW管理包括蒸发和/或渗透;存储之前注射或灌溉;或有益的使用如家畜和野生动物浇水池塘、人工湿地、鱼塘、娱乐池塘。
5.3.1。蒸发池
蒸发塘是一大片水域,是由太阳能设计蒸发水187年]。这样的池塘是构造防止地下渗透(188年]。池塘是一个有利的技术在年降雨量相对较低的地区和蒸发率很高。如果池塘了专为蒸发损失,它通常设计为宽浅池,利用巨大的表面积。大风和一些天然防风林的地区提供额外的蒸发的潜力和可能被认为是在选址一个池塘。池塘通常覆盖着网,以防止问题造成迁徙水鸟OGPW污染物(189年]。
从池塘里纯净的水蒸发,TDS增加剩余的水。随着时间的推移,剩余的水可能成为浓缩的盐水(177年]。
超过8000万加仑的OGPW日常管理由环保局在清洁水法案的国家污染物排放淘汰制度等有益的重用(npd)农业灌溉(One hundred.,184年]。以下是总结有益OGPW实践在美国使用。
5.3.2。灌溉和土地的应用程序
在美国农作物灌溉是最大的单一使用淡水,包括淡水汲取总量的40%,或每天1.37亿加仑190年]。
的决心OGPW水是否可以用于农业用途(即。,irrigation, land application, and stock watering) depends both on the quality of the produced water and on characteristics of the recipient site. Relevant water and site variables include quantity of water required; length of time the water has been stored in impoundments prior to use; soil mineralogy, texture, and structure; and sensitivity of plant species [188年]。
三个最重要的参数对作物灌溉用水的质量要求是盐度、sodicity,和元素的毒性One hundred.,188年]。作为特有的盐度盐度高于阈值,农作物产量减少。在TDS减少灌溉用水高根吸收水的能力,并降低作物产量。各种作物的宽容盐度已记录(191年]。EC含量> 3000μS /厘米被认为是盐水。
过量的钠会破坏土壤物理性质。灌溉用水与SAR > 12被认为是含钠的(One hundred.,188年]。更高的SAR值导致土壤分散和损失的结构和渗透能力(119年]。
在清洁水法案的部分E 40 CFR 435一部分,npd许可制度允许专业的重用废水从石油和天然气设施以西的98子午线。资格,污水必须包含< 35 mg / L的油脂和农业或用于牲畜浇水(One hundred.]。npd的组合允许津贴,水的实质性要求需要进行高频,和频繁的地理重叠提取网站和农田灌溉导致重用OGPW在一些州(One hundred.]。
原始的水直接排放到地表或之前使用修改应用程序。修改按根据土壤特性,水化学和植物生长。修改也可以被添加到土壤之前,或之后,应用程序。狼et al。157年)发现,添加无机肥料,肉用鸡垃圾和活性淤泥肥料®OGPW-treated土壤显著改善增长百慕大草(香附子(l)珀耳斯。]。
创建一个程序在德州A&M大学开发便携式生产水处理系统,可以运送到油田OGPW转换成灌溉或饮用水。的目标是生产水水平< 500 mg / L TDS和< 0.05 mg / L碳氢化合物(One hundred.,192年,193年]。雪佛龙德士古公司开发一个系统来对待OGPW在南加州(194年];每天2100万加仑的油田水回收,卖给农民用它约45000英亩的作物,克恩县约10%的农田。处理过的水用于灌溉果树和其他作物和充电浅含水层。一个额外的360000桶的水进一步净化和热电联产设备用于生产蒸汽。州和地方官员赞扬已长达20年之久的计划作为国家应对该地区的水资源短缺(模型195年]。
数千英亩的粉河盆地(王寅)转化为生产力的农业土地利用产生的水(1,196年]。牲畜饲料是灌溉使用OGPW研究情节或地表水和OGPW的混合。两个治疗导致足够的作物生产;然而,OGPW只能应用在更高的利率将植物没有利用它有效地表面水混合(197年]。浇水的时间间隔之间卡索4和其他补充剂用于抵消SAR高。两年后牧场是收益率转化为高效草地家畜和野生动物福利(One hundred.,198年]。
使用地下滴灌OGPW是越来越受欢迎199年]。BeneTerra有限责任公司开发了地下滴灌技术为作物提供了水200年]。生产水过滤、处理,并通过聚乙烯管泵通过土壤传播它均匀。安装油管与凿犁深度从18到48英寸。制干草操作可以继续字段时灌溉。滴灌系统的设计是为了利用原生土壤中的钙和镁礼物来抵消Na的影响。盐渗透到一个较低的深度(1]。
在某些情况下产生的水可能是治疗国内供应和饮用水。然而,从煤层产生水> 200英尺深度经常有水,水的盐度超过适合国内使用(即。,约3000 mg / L)。同时,水高的金属浓度污渍水龙头和下沉。用水由市政当局处理系统可能可以删除某些有害成分或减少浓度通过现有流程(One hundred.,188年]。
5.3.3。水产养殖和水培蔬菜文化
温室实验提高蔬菜和鱼使用水或饮用水生产(201年]。系统中使用的水培植物种植和水产养殖,番茄种植与OGPW小于那些生长在饮用水。罗非鱼的生产水箱增长更大重量(Oreochromis niloticus /葡萄球菌);然而,一些鱼死亡,而没有饮用水舱死亡(One hundred.]。
5.3.4。人工湿地
人工湿地是大约50年前开发利用植物对污染物的能力在水生态系统202年]。这些系统的优点包括较低的建设和运营成本(188年,202年)和公众接受。湿地提供重要的环境利益他们可以通过湿地鸟类和动物和水生生物。湿地还可以用于家畜和野生动物浇水的目的(1,203年]。
构造了一个人工芦苇湿地系统对生产水(14]。经过一年的经营湿地有效治疗铁,在较小程度上,英国航空公司(188年,204年];然而,特区从12.1增加到14.1。这是归因于方解石沉淀不相关的钙和镁(解散204年]。得出的结论是,“需要干净的水来补充sodicity植被和土壤和盐度处理”(205年]。
5.3.5。牲畜浇水/限制动物饲养(CAFO)
CAFOs包括动物的水需求消费、饲料作物的灌溉和废物管理。牲畜浇水最常见的和被证明是有益的使用产生的水(177年]。
OGPW礼物的质量最大的约束用于牲畜浇水。牲畜被容忍他们的饮用水中污染物的范围。所有(188年提供数据显示接受TDS水平牲畜浇水。一般来说,动物可能容忍更高的TDS如果他们逐渐适应水平升高。水与TDS < 1000 mg / L水被认为是优秀的来源。水与TDS从1000年到7000 mg / L可用于牲畜但可能导致消化问题(188年]。水的TDS 10000被认为是动物消费不满意。
5.3.6。野生动物
一些石山地区的天然气项目创造了蓄水池测量至少几英亩,收集和保留大量的水。这些蓄水池为野生动物提供饮用水的来源,为鱼类和水禽提供栖息地和可以提供额外的娱乐机会One hundred.]。在一些地区,灌溉池塘为迁徙水禽越冬地区,热带鸟类,或其他瞬态物种。在严重干旱条件下,灌溉池塘是用来提供大型哺乳动物和其他野生动物。在卡斯特湖,怀俄明州,每天大约有30000桶的水被排放到一个通常来说是一个季节性干盐湖。水禽和大游戏蓬勃发展报告177年]。
OGPW可能限制使用的质量管理实践,污染物可能影响鱼类和野生动物。由美国地质调查局研究证明了急性和慢性毒性碳酸氢钠水生物种(206年]。煤层甲烷水排放含硒浓度> 2µ敏感物种(g / L可能导致生物体内积累1,206年]。水与TDS > 10000 mg / L是不足够的质量对野生动物的消费。
5.3.7。重用在石油和天然气业务
水是一系列日常运作所需的石油和天然气工业。活动,如完成和卡车洗涤可能不需要高质量的水。因此,可以使用OGPW很少关心水质。最低限度治疗产生水可以重用石油钻井操作的运营商。
金融服务等。51)发现了水与TDS水平高达285000 mg / L(28.5%盐度)可以生成适当的交联流变学与油井压裂与水力压裂一致仅为20000 mg / L。常见的钻井化学物质的混合物包括羧甲基羟丙基瓜尔胶,一个Zr-based交联,亚氯酸钠断路器,nonemulsified表面活性剂混合了100%治疗OGPW产生高频液体表现以及预期从一个流体基于淡水。液体被用来完成七井在新墨西哥州的特拉华州盆地。研究表明OGPW拥有所需的所有特征有效的高频,也就是说,容易制备,快速水化、低滤失、支撑剂运输能力好,低摩擦管,从储层有效的复苏。金融服务等。51]国家,除了保护淡水农业和商业使用,采用了高频用水可以帮助减少约1400卡车的道路和消除处理井的使用。
厄斯金等。207年报告生产用水的使用在新墨西哥州的圣胡安盆地钻井项目。作者认为平流和稀释Cl 10000 mg / L浓度减少到一年< 1 mg / L。在怀俄明粉河盆地的水卡车卸料设备利用生产对石油和天然气业务,因此在当地的供水压力,以满足这一需求。在页岩玩(德州)多达200万加仑的补给水是断裂所需的工作。这水是随后回到地面的生产发展的早期阶段。降低压裂井的成本,产生水回收,回收利用断裂未来。在战斗中溪玩(蒙大拿州),一个零排放系统来管理生产的水通过蒸发增强池塘加上回收完井的产水、防尘(177年]。
生产用水的主要约束对石油和天然气的操作是使用水的体积相比可能温和OGPW生产的总量;因此,它可能是不经济的实践实施专为回收生产用水操作使用。这可以克服通过制定一套水管理实践,水是现成的操作,但根据需要用于其他用途177年]。
5.3.8。其他用途/消防
在美国西部,只有有限的地表水和地下水的资源可能用于灭火。应用程序产生的大量生理盐水水可能造成负面影响土壤质量在某种程度上;然而,这种影响是毁灭性的比,从一堆很大的篝火。所有(188年科罗拉多州)报道称,消防员在杜兰戈州附近使用产生的水蓄水池作为消防水源。
5.4。OGPW技术治疗
重用OGPW实用,授权的监管机构,和具有成本效益的,它构成了有益使用原本被认为是一种浪费(178年]。有益的使用产生的水可能需要大量治疗(83年]。治疗的主要目标产生水包括海水淡化;去除油脂分散、悬浮粒子和沙子,可溶性有机化合物,溶解气体,和天然放射性物质;消毒;和软化(即。,to remove excess water hardness) [83年,208年]。
最优污水处理技术不能带所有从OGPW有毒化学物质,通常都有选择地实现由于成本(One hundred.,184年]。一系列专用和结合物理、生物和化学处理过程开发治疗OGPW。一些流行的技术进行了综述。
5.4.1之前。TDS的膜过程去除
(1)膜过滤。膜分离过程可用于治疗OGPW包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO) [209年]。膜微孔薄膜与特定的流体孔隙大小选择性分离组件。MF使用最大孔隙大小(0.1 - 3毫米),通常用于去除悬浮物和浊度降低。超滤孔大小是0.01到0.1毫米;这种技术是用于去除颜色,气味,病毒和胶体有机物(189年,210年,211年]。超滤除油是最有效的方法从生产水与传统分离方法相比212年]。佛罗里达大学比MF碳氢化合物的去除效率更高,悬浮物和溶解组分从油田生产水213年]。
NF软水和金属去除是一个成功的技术,旨在消除污染物的0.001毫米(189年]。NF等多价离子的选择性Ca2 +和毫克2 +(214年]。适用于治疗水含有TDS的范围500 - 25000 mg / L。NF膜被用于生产水处理两个长椅上和飞行员尺度(209年,215年]。Wickramasinghe [Mondal和216年]研究NF膜治疗有效性的油田生产水。治疗的有效性微咸给水NF和RO技术之间的相似83年]。
(2)陶瓷膜。陶瓷超滤膜/ MF一直用于全面治疗设施产生的水(189年]。据报道,水处理产品的悬浮固体,几乎所有nondissolved有机碳(217年- - - - - -223年]。陶瓷超滤/ MF膜有大约10年的寿命。化学物质不需要这种技术除了在清洗膜的83年]。
(3)反渗透。RO膜过程的驱使。渗透压的饲料的解决方案是采用液压的部队镇压渗透(即。,干净的水)通过致密扩散,无孔隙的膜(224年]。这项技术的主要缺点是膜污染和扩展189年,225年]。Nicolaisen和留置权226年]报道成功的RO治疗油田OGPW贝克尔斯菲市,加利福尼亚。试验系统经营了超过6个月,生产20个干净的水的流量。油田生产水转化为灌溉过程/质量喝水由空气浮选,澄清,软化、过滤、RO和水整理(227年]。一个试验工厂水处理约7000 mg / L TDS, 250 mg / L二氧化硅,和170 mg / L可溶性油,pH值从7到11岁不等。RO膜的污染的主要来源是有机物的给水,包括有机硫化合物。部分这些进入反渗透系统TSS和一些沉淀。处理过的水的质量符合严格的加州冠军22饮用水最大污染物水平(227年]。
RO膜技术应该适当治疗油田生产水与适当的预处理技术(200年]。反渗透膜系统通常有3 - 7年的寿命189年]。
(4)电渗析/反向电渗析。电渗析(ED)和ED逆转(EDR)已经形成的海水淡化技术。这些电化学驱动过程从水中溶解的离子通过离子交换膜分离。一系列的膜含有带电功能网站被安排在阳极和阴极之间的交替模式从给水(删除带电物质189年]。功能和教育技术一直在测试实验室治疗产生水。Sirivedhin et al。87年)报道,ED是一个很好的生产水处理技术;然而,它是最佳的治疗相对low-saline产生水。
ED /功能膜寿命4 - 5年。这种技术的主要限制是常规的膜污染和高处理成本189年]。
(5)生物曝气过滤器。生物曝气过滤(BAF)由渗透媒体在有氧条件下促进生化废水中有机成分的氧化和清除。媒体不超过10厘米直径,以防止堵塞孔隙空间崩塌发生时(228年]。BAF可以去除油、氨、悬浮物、氮、BOD、COD、重金属、铁、可溶性有机物、微量有机物,和H2年代从生产水189年,229年]。去除效率高达70%的氮、80%的石油,60% COD、BOD 95%, 85% TSS取得了BAF处理(229年]。水回收废物产生以来近100%被移除在固体形态230年]。生产水的方法是最有效的< 6600 mg / L Cl水平(189年]。
BAF系统通常有一个长寿命;他们不需要任何化学物质或清洗在正常操作。在沉积盆地捕获污泥堆积。固体废物处置可以占到总成本的40%这一技术(228年]。
(6)振动膜的过程。VSEP振动膜过程®(振动剪切增强的过程)限制了膜污染,把主要污染物从污水没有添加antiscalant化学物质。设计大大减少了污染共同所有膜过程(231年]。压力容器移动在一个剧烈的振动运动,切向膜表面,从而产生横波,防止膜污染(232年,233年]。RO可能实现为三级处理。
5.5。热技术去除油脂的内容
5.5.1。多级闪蒸(MSF)
MSF蒸馏涉及蒸发的水通过减少大气压力而提高温度。给水预热,流入室气压降低,立刻闪到蒸汽(234年]。水从MSF复苏治疗是约。20%;它通常需要后处理,因为它通常包含2 - 10 mg / L TDS [189年]。挫折在操作MSF在传热表面结垢,常常需要使用规模抑制剂和酸。无国界医生组织是一个相对成本效益的治疗方法与植物的寿命超过20年(235年]。
5.5.2。Multieffect蒸馏
的医疗过程包括应用能量将盐水转化为蒸汽,压缩和恢复是纯水。多个影响工作为了提高效率和减少能源消耗。该系统的主要优点是能源效率通过几种蒸发器系统的结合。
地中海适用于处理高TDS产生水(189年,236年]。产品从地中海水回收系统范围从20 - 67%取决于设计(234年]。尽管高水恢复,地中海尚未广泛用于水生产MSF因为规模问题与早期的设计。最近,降膜蒸发器被引入改善传热率和减少结垢率(236年]。规模抑制剂和酸可能需要防止缩放,和pH值控制是必要的,以防止腐蚀。地中海有20年的寿命,可用于各种给水品质,类似于无国界医生组织。
5.5.3。蒸汽压缩蒸馏
VCD的过程是一个建立海水淡化技术治疗和RO集中189年]。蒸汽蒸发室中生成压缩热或机械,提高蒸汽的温度和压力。冷凝热回到蒸发器,作为热源。VCD可以在温度低于70°C,从而减少结垢问题[237年]。能源消耗的VCD植物明显低于地中海和无国界医生组织。尽管这种技术主要是与海水淡化,各种增强蒸汽压缩技术已经用于生产水处理(189年]。
5.5.4。Multieffect Distillation-Vapor压缩混合
多级闪蒸(MSF)蒸馏、蒸汽压缩蒸馏(VCD)和multieffect蒸馏(地中海)广泛使用热海水淡化技术234年];然而,混合热海水淡化厂,MED-VCD,取得更高的效率(236年]。增加产量和提高能源效率是该系统的主要优势189年]。通用电气开发了生产水蒸发器使用机械蒸汽压缩。这些蒸发器具有许多优于传统的水处理方法包括减少化学使用,总体成本、污染严重,处理(238年]。
膜技术往往优于热技术;然而,最近在热过程中创新工程取得了后者更有竞争力在治疗高度污染的水(83年,189年,235年]。
Gradiant公司(沃本,MA)正试图使高频“water-neutral过程”通过重用为高频水过程。技术,载波(CGE),天然气开采是加湿和除湿技术;它加热水产生蒸汽和冷凝含污染物的水。这个过程收益率淡水和饱和盐水(239年]。
5.5.5。冻融蒸发
FTEw过程采用冻结、解冻和传统蒸发产生的水资源管理。当生产水低于32°F但高于冰点,相对纯冰晶体和一种解冻的解决方案。解决方案包含高浓度的溶解组分和排水的冰。冰被收集和融化产生干净的水。
FTEw可以删除> 90%的TDS、TSS、挥发性和半挥发性的有机物,总可采石油碳氢化合物和重金属在生产水220年,240年]。FTE不需要化学添加剂,基础设施,或供应可能会限制它的使用。它很容易操作和监控和预期寿命约20年189年]。然而,技术只能工作在一个气候,有大量的天气温低于零度,需要大量的土地面积。FTE技术生成大量的浓盐水和油;因此,必须解决废物管理和处置。
5.5.6。Dewvaporation: AltelaRainSM过程
Dewvaporation的工作原理是基于逆流换热生产蒸馏水(241年]。给水在一室蒸发,凝结在相反室传热壁的蒸馏水。大约100桶/天的生产水与盐浓度> 60000 mg / L TDS可以处理(165年]。高迁移率的有机物、重金属和放射性核素从生产水已经报道了这项技术。在一个工厂,Cl−浓度降低,从25300年到59毫克/ L, TDS从41700减少到106 mg / L,并从450 mg / L苯浓度降低治疗后无法探测Dewvaporation技术(242年]。
5.6。物理分离技术
5.6.1。水力旋流器
水力旋流器的物理分离固体和液体;水力旋流器可以在5 - 15毫米范围和删除粒子已被广泛用于治疗OGPW [189年,243年]。
水力旋流器结合使用其他技术作为预处理过程。他们有很长的寿命,不需要化学使用或给水预处理。这项技术的主要缺点是一代大量浆浓缩固体废物。
5.6.2。气浮选
浮选技术是广泛用于治疗常规油田生产水。
浮选技术使用细气泡不易分离的分离悬浮粒子沉降。当气体注入产生水、悬浮颗粒和油滴结缘气泡上升。这导致了泡沫的形成水面上脱脂(244年]。浮选可以用来去除油脂和油,天然有机物质,挥发性有机物和小粒子从产生水50,189年,243年,245年]。
两种类型的气浮选技术在使用中,也就是说,溶气浮选和诱导气浮选,基于气泡的方法生成和合成泡沫的大小。小至25毫米的气浮选可以删除粒子但不能去除水中可溶性油成分(189年]。浮选气泡大小小于时是最有效的油滴的大小。预计工作以来最好的低温过程包括溶解气体成水流。技术不需要化学使用,除了凝固的化学物质被添加到增强目标污染物的去除。固体处理产生的污泥从这个过程是必要的。
5.6.3。媒体的过滤
过滤技术用于清除油脂和总有机碳(TOC)从生产水189年]。过滤进行了使用各种媒体如砂、砾石、无烟煤、胡桃壳。这个过程不受盐度的影响水平,可以适用于任何类型的产生水。媒体过滤技术是高效去除油脂;效率> 90%据报道(189年]。效率可以进一步提高如果凝结剂添加到过滤前给水。媒体再生和固体废物处置是这项技术缺陷。
5.6.4。吸附
吸附通常是用作抛光步骤OGPW治疗过程中,而不是作为一个独立的技术,由于吸附剂可以重载的有机物。吸附是用来消除锰、铁、TOC, BTEX,油和80%以上的重金属存在于生产水(189年]。广泛的吸附剂可包括活性炭、organoclays,活性氧化铝,沸石246年]。吸附过程是成功地应用于水处理无论盐度。可能需要更换或再生吸附媒体根据给水质量和媒体类型(189年,246年]。化学物质用于再生媒体当所有活跃的网站被屏蔽了。
5.6.5。离子交换技术
离子交换技术是众多工业业务需求包括OGPW的治疗。这是特别有用的单价和二价离子和金属从生产水247年]。离子交换技术的寿命约为8年,需要预处理对固体去除。它还需要化学树脂再生和消毒181年]。
5.6.6。大孔聚合物萃取技术
大孔聚合物萃取(MPPE)是一种液-液萃取技术,萃取液体是固定在聚合物粒子浸满大孔隙。颗粒孔隙大小的0.1 -10毫米,60 - 70%的孔隙度。聚合物最初设计用于从水中吸收油但后来用于生产水处理(248年]。MPPE单位,生产水通过一列挤满了MPPE粒子包含特定的提取液。固定化提取液去除碳氢化合物产生的水(71年]。
在一个商业单位,MPPE被用于去除溶解和分散的碳氢化合物和删除BTEX达到99%,多环芳烃、脂肪族碳氢化合物在300 - 800 mg / L影响浓度。它有95 - 99%的脂肪族化合物的去除效率低于C20.据报道,91 - 95%的总脂肪去除效率是可行的249年]。
MPPE的碳氢化合物恢复过程可以回收和处理。剥夺了碳氢化合物可以从给水由重力浓缩和分离,和产品水排放或重用。这种技术可以承受生产水高盐度和含有甲醇,乙二醇,腐蚀抑制剂,规模抑制剂,H2拾荒者、破乳剂、消泡器,溶解重金属(83年]。
6。结论
综述论文描述了石油和天然气生产水的成分包括普通高频添加剂和记录的几个关键对土壤特性的影响。有益使用OGPW必须考虑其化学组成、接受者的土壤的性质,和长期的土地利用的目标。例如,它已被证明,未经处理的OGPW可能直接应用于陆地表面与有限的不利影响。在别人,水是用于家庭或工业用途,广泛的治疗是必需的。有一个重要的需要进一步研究,尤其是研究复杂混合物和个人OGPW化学物质之间的相互作用如何影响环境的命运。
未来OGPW管理技术可能会集中在(1)获取二次价值再生水;(2)最小化运输;(3)最小化能量输入;(4)减少空气排放(包括公司2),视力降低整体管理成本。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。