一种页岩气压裂返排液的处理系统

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种页岩气压裂返排液的处理系统。

背景技术

页岩气是一种以吸附、溶解、游离状态赋存于泥页岩中的清洁、低碳、非常规天然气资源。页岩气开发具有开采寿命长、产量高和生产周期长的优点，已成为全球油气资源勘探开发的新亮点。然而，作为最成熟的页岩气开采方法—水力压裂技术，因带来甲烷等温室气体释放、废水排放、地下水污染等环境问题，已经引起各国政府和民众的高度关注，其中，以水污染问题最令人堪忧。页岩气压裂返排液具有组成复杂、污染物浓度高、粘度大、乳化程度高和点多面广的特点，若直接外排会造成严重的环境污染和水资源浪费，同时处理难度大。事实上，在早期阶段返排水经过基本过滤及与淡水混合后，添加压裂化学剂后常常能够在一定的地质条件下使用多次，进而能够提高油气流。但是，积聚的盐水和其它化学成分仍需处理，因而高生产成本和环境污染的问题依然存在。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术问题，提供一种页岩气压裂返排液的处理系统，所述处理系统能够有效去除压裂返排液中的盐分和其他化学成分，且可实现废水中水和盐的资源化利用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种页岩气压裂返排液的处理系统，包括以下步骤：

1)页岩气压裂返排液经过在废水收集池沉淀去除大粒径杂质后，上清液进入第一反应系统的反应池，并通过混凝剂和絮凝剂加药装置将混凝剂和絮凝剂均匀的投加到第一反应系统反应池中，通过机械搅拌装置和曝气系统使其充分反应，经过15min反应停留时间后，反应池内料液输送至沉淀系统中，经沉淀去除废水中的悬浮物；

2)沉淀系统上清液再进入过滤系统，进一步去除废水中的悬浮颗粒物或胶体等物质；

3)过滤系统出水再进入杀菌系统，对废水进行杀菌处理，达到压裂返排液回用的标准：

4)杀菌系统出水进入除油系统进行油水分离，去除水中的油类物质至达到后续进膜系统的指标；

5)除油系统出水再进入第二反应系统的反应池，并通过软化药剂加药装置将软化药剂均匀的投加到第二反应系统反应池中，通过机械搅拌装置和曝气系统使其充分反应，经过30min反应停留时间后，反应池内料液输送至分离系统中，进行固体与液体的分离；

6)分离系统出水进入树脂软化系统，进一步去除水中的硬度以及未反应沉淀的重金属离子；

7)树脂软化系统出水进入纳滤膜分盐系统进行一二价盐分离，膜淡水测富含一价盐，浓水测富含二价金属盐，膜淡水进入后续反渗透膜浓缩系统进行再浓缩，膜浓水再返回至第二反应系统，通过添加软化药剂的方式去除浓水中的重金属和被浓缩的有机物；

8)反渗透膜浓缩系统对纳滤膜分盐系统膜淡水进行浓缩减量得到浓缩液，反渗透膜浓缩系统浓缩液进入辅助反渗透系统进行进一步浓缩减量，最后浓缩辅助反渗透系统的浓缩液至TDS≥140000mg/l，再进入蒸发系统进行蒸发结晶；

9)辅助反渗透系统配合设置有汲取液回收系统，辅助反渗透系统的淡水进入汲取液回收系统，汲取液回收系统的浓缩液回流至辅助反渗透系统，汲取液回收系统的淡水和反渗透膜浓缩系统的淡水进入氨氮吸附系统进行氨氮的脱除，达标后进行排放或回用。

优选的，步骤1)中所述的混凝剂为聚合硫酸铝、聚合氯化铝或聚合氯化铁中的任意一种或多种组合，加药量为30-50mg/L；絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺，加药量为1-3mg/L。

优选的，步骤2)中所述过滤系统为砂滤、膜过滤的一种或多种组合。

优选的，步骤3)中所述杀菌系统为臭氧杀菌、紫外杀菌、杀菌剂杀菌的一种或多种组合。

优选的，步骤4)中所述除油系统为气浮除油、活性焦除油、活性炭除油、膜法除油的一种或多种组合。

优选的，步骤5)中所述软化药剂为熟石灰、氢氧化钠或碳酸钠的任意一种或多种组合；更优选的，控制第二系统反应池pH为11-11.4；更优选的，熟石灰加药量为400-600mg/L，氢氧化钠加药量为500-1000mg/L，碳酸钠的加药量2000-3300mg/L。

优选的，步骤5)中所述分离系统为沉淀池、管式膜的一种或多种组合。

优选的，步骤6)中所述树脂软化系统为螯合树脂、弱酸性阳离子树脂的一种或多种组合。

优选的，步骤7)中所述纳滤膜分盐系统为纳滤分盐、电渗析分盐的一种或多种组合；主要用于实现一二价盐的分离。

优选的，步骤8)中所述辅助反渗透系统设有四个口，分别为进水口、浓水口、汲取液进水口和稀释的汲取液出口；利用汲取液来降低反渗透膜两端的渗透压，以提高反渗透系统的浓缩倍率。

优选的，步骤8)中所述辅助反渗透系统操作压力为60-80bar。

优选的，步骤8)中所述辅助反渗透系统设置有汲取液，所述汲取液为盐类、有机高分子类的一种或多种组合；更优选的，所述汲取液为氯化钠、氯化镁、氯化钙或硫酸镁的一种或多种组合。

优选的，步骤9)中所述汲取液回收系统是对辅助反渗透系统中稀释的汲取液进行浓缩，并返回至辅助反渗透系统。

本发明提供一种页岩气压裂返排液的处理系统，与现有技术相比，具有如下优势：

(1)系统设备简单，可操作性强；

(2)利用辅助反渗透系统，有效降低反渗透膜两端渗透压，提高浓缩倍率，降低后续蒸发器的投资及运行成本；

(3)能够有效去除页岩气压裂返排液中的盐份和其它化学成分，产水可以达标回用，废液中的盐可以提取出来，作为工业盐出售，实现资源合理化利用，环境友好；

(4)解决了页岩气压裂返排液回用时盐份和其它化学成分积聚所造成的生产成本升高和环境污染的问题，具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明的页岩气压裂返排液的处理系统的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例：

在一个实施例中，所述页岩气压裂返排液的初始值如下表所示：

表1页岩气压裂返排液各成分初始值

一种页岩气压裂返排液的处理系统，包括以下步骤：

1)页岩气压裂返排液经过在废水收集池沉淀去除大粒径杂质后，上清液进入第一反应系统的反应池，并通过混凝剂和絮凝剂加药装置将混凝剂和絮凝剂均匀的投加到第一反应系统反应池中，通过机械搅拌装置和曝气系统使其充分反应，经过15min反应停留时间后，反应池内料液输送至沉淀系统中，经沉淀去除废水中的悬浮物；

2)沉淀系统上清液再进入过滤系统，进一步去除废水中的悬浮颗粒物或胶体等物质；

3)过滤系统出水再进入杀菌系统，对废水进行杀菌处理，达到压裂返排液回用的标准：

4)杀菌系统出水进入除油系统进行油水分离，去除水中的油类物质至达到后续进膜系统的指标；

5)除油系统出水再进入第二反应系统的反应池，并通过软化药剂加药装置将软化药剂均匀的投加到第二反应系统反应池中，通过机械搅拌装置和曝气系统使其充分反应，经过30min反应停留时间后，反应池内料液输送至分离系统中，进行固体与液体的分离；

6)分离系统出水进入树脂软化系统，进一步去除水中的硬度以及未反应沉淀的重金属离子；

7)树脂软化系统出水进入纳滤膜分盐系统进行一二价盐分离，膜淡水测富含一价盐，浓水测富含二价金属盐，膜淡水进入后续反渗透膜浓缩系统进行再浓缩，膜浓水再返回至第二反应系统，通过添加软化药剂的方式去除浓水中的重金属和被浓缩的有机物；

8)反渗透膜浓缩系统对纳滤膜分盐系统膜淡水进行浓缩减量得到浓缩液，反渗透膜浓缩系统浓缩液进入辅助反渗透系统进行进一步浓缩减量，最后浓缩辅助反渗透系统的浓缩液至TDS≥140000mg/l，再进入蒸发系统进行蒸发结晶；

9)辅助反渗透系统配合设置有汲取液回收系统，辅助反渗透系统的淡水进入汲取液回收系统，汲取液回收系统的浓缩液回流至辅助反渗透系统，汲取液回收系统的淡水和反渗透膜浓缩系统的淡水进入氨氮吸附系统进行氨氮的脱除，达标后进行排放或回用。

其中，步骤1)中所述的混凝剂为聚合硫酸铝，加药量为40mg/L；絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺，加药量为2mg/L。

步骤2)中所述过滤系统为砂滤，页岩气压裂返排液经第一反应系统、沉淀系统、过滤系统处理后，各数据如下表所示：

表2经第一反应系统及沉淀过滤系统处理后各成分数值

步骤3)中所述杀菌系统为臭氧杀菌。

步骤4)中所述除油系统为气浮除油，经杀菌系统和除油系统处理后，各数据如下表所示：

表3经杀菌系统和除油系统处理后各成分数值

步骤5)中所述软化药剂为熟石灰，加药量为500mg/L，第二反应系统反应池pH为11；所述分离系统为沉淀池。经第二反应系统和分离系统处理后，各数据如下表所示：

表4经第二反应系统和分离系统处理后各成分数值

步骤6)中所述树脂软化系统为螯合树脂，经树脂软化系统处理后，各数据如下表所示：

表5经树脂软化系统处理后各成分数值

步骤7)中所述纳滤膜分盐系统为纳滤分盐，经纳滤膜分盐系统处理后，各数据如下表所示：

表6经纳滤膜分盐系统处理后各成分数值

步骤8)中经反渗透膜浓缩系统处理后，各数据如下表所示：

表7经反渗透膜浓缩系统处理后各成分数值

步骤8)中所述辅助反渗透系统设有四个口，分别为进水口、浓水口、汲取液进水口和稀释的汲取液出口；利用汲取液来降低反渗透膜两端的渗透压，以提高反渗透系统的浓缩倍率；其中汲取液为氯化钠；辅助反渗透系统操作压力为60-80bar，经辅助反渗透系统处理后，各数据如下表所示：

表8经辅助反渗透系统处理后各成分数值

步骤8)中经蒸发系统处理后，各数据如下表所示：

表9经蒸发系统处理后各成分数值

步骤9)中经氨氮吸附系统处理后，各数据如下表所示：

表10经氨氮吸附系统处理后各成分数值

综上所述，页岩气压裂返排液经过上述处理系统处理后，各数据如下表所示：

表11页岩气压裂返排液经处理系统处理后各成分数值

在一个实施例中，步骤1)中所述的混凝剂为聚合硫酸铝、聚合氯化铝或聚合氯化铁中的任意一种或多种组合，加药量为30-50mg/L，絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺，加药量为1-3mg/L。

在一个实施例中，步骤2)中所述过滤系统为砂滤、膜过滤的一种或多种组合。

在一个实施例中，步骤3)中所述杀菌系统为臭氧杀菌、紫外杀菌、杀菌剂杀菌的一种或多种组合。

在一个实施例中，步骤4)中所述除油系统为气浮除油、活性焦除油、活性炭除油、膜法除油的一种或多种组合。

在一个实施例中，步骤5)中控制第二系统反应池pH为11-11.4，所述软化药剂为熟石灰，加药量为400-600mg/L，或软化药剂为氢氧化钠，加药量为500-1000mg/L，或软化药剂为碳酸钠，加药量2000-3300mg/L。

在一个实施例中，步骤5)中所述分离系统为沉淀池、管式膜的一种或多种组合。

在一个实施例中，步骤6)中所述树脂软化系统为螯合树脂、弱酸性阳离子树脂的一种或多种组合。

在一个实施例中，步骤7)中所述纳滤膜分盐系统为纳滤分盐、电渗析分盐的一种或多种组合。

在一个实施例中，步骤8)中所述汲取液为氯化钠、氯化镁、氯化钙或硫酸镁的一种或多种组合。

在一个实施例中，步骤8)中辅助反渗透系统的进水口经高压泵泵入TDS 70000mg/L的废水，压力为66bar，同时汲取液进水口泵入浓度为90000mg/L的NaCl溶液，随后浓水口出水为TDS 140000mg/L的浓水，稀释的汲取液出口出水浓度为52000mg/L的NaCl溶液，该稀释的汲取液再经汲取液回收系统浓缩至浓度为90000mg/L后再返回辅助反渗透系统的汲取液进水口处，进行循环。

以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。