页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法及设备技术

一种页岩气开采压裂返排废液的处理方法及设备，首先向废液中加入絮凝剂进行混凝预处理并通过压滤机压滤，实现固液分离；将压滤机滤出水通过Fenton氧化进一步将废水中的难降解有机物氧化降解；采用静态混合器，在管路中向Fenton反应后的废水中投加NaOH，沉淀水中的Fe

Evaporation reduction treatment method and equipment for fracturing drainage waste liquid circulating pipe in shale gas production

A kind of treatment method and equipment for fracturing and reproducing waste liquid of shale gas mining fracturing is introduced. First, flocculant is added to the waste liquid to pretreat the waste liquid, and the solid liquid separation is realized by filter press filter, and the effluent from the filter press is oxidized and degraded by Fenton oxidation, and the static mixer is used in the pipeline. NaOH was added to the wastewater after Fenton reaction, precipitating Fe in water.

【技术实现步骤摘要】
页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法及设备
本专利技术涉及工业污废水处理领域，特别涉及页岩气开采压裂返排废液减量化的处理工艺。
技术介绍
页岩气开采压裂返排废液是在页岩气开采过程中产生的一种“特殊作(工)业废水”。我国页岩气开采每年排放的压裂废液高达100万吨左右。具有关统计，每口页岩气生产井压裂返排废液约30～50m3/d。其组分十分复杂，主要含有油类、各种胍胶、甲醛等多种有机添加剂、硫酸盐等各类化学处理剂、细菌等多种物质。因此页岩气的压裂返排废液具有高COD值、高含盐量、高稳定性、高粘度、刺激气味强烈，难降解等特点，对环境的危害极大。这些物质进入环境后，尤其是进入地下水和地表水环境后，将会给水、土环境系统带来持久性的污染，对页岩气的生产和长远发展造成不可估量的损失。因此，其压裂返排废液处理成为制约页岩气开发过程中的关键环境问题之一。然而，受现场条件和技术水平限制，我国页岩气压裂废液的处理技术尚不成熟，甚至有些未经处理就直接将废液回注或排放到环境中，这更进一步加剧了页岩气压裂废液处理的紧迫性。目前，常用的压裂废液处理工艺主要有“Fenton氧化-絮凝-SBR联合处理”，“絮凝－隔油－光催化氧化”，“Fenton氧化－絮凝回注处理”，“絮凝－隔油－沉淀－双级氧化”，“化学脱稳－过滤－O3/H2O2－复合催化氧化－深度氧化”等。上述组合工艺，可以实现单项技术的优势互补，提高处理效果、减少化学药剂用量、降低成本等。但这些工艺都注重对于废水中悬浮物质和有机物的处理，对于废水中盐的处理效果并不明显。又由于页岩气压裂废液中含盐量十分高，因此，对于废液中盐的处理成为页岩气压裂废液处理的一道难题。并且这些处理工艺大多停留在试验研究阶段，实际工程运用较少，即使少数应用，处理后外运回注水或排放水量仍然较大，导致外运、回注成本居高不下。随着国内日益严峻的环境问题，对页岩气开采过程中所产生的压裂废液进行高效、低成本减量处理成为其发展的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有页岩气开采压裂返排废液处理量大的问题，提供一种效率高、操作简便、便于移动、处理成本低的页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法及设备，针对压裂返排废液本身具有成分复杂、多变性和分散性的特点，重点实现废液减量化，以解决我国页岩气开采行业压裂返排废液处理的难题。本专利技术采用的技术方案如下：一种页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法，包括如下几个步骤：1、混凝沉淀预处理：将压裂返排液泵入混凝预处理罐中，用加药机向压裂返排液废水中加入碳酸钠(Na2CO3)和铝系聚合氯化铝(PAC)进行混凝预处理，使Ca2+、Mg2+离子形成沉淀，同时去除废水中的浊度、悬浮物、压裂液残余成分以及原油等杂质。所述混凝预处理时，絮凝过程的水力停留时间为15±5min。若压裂返排液的有机物、SS以及其他物质浓度过高，是废液呈现胶状，则可先进行压滤机压滤，实现固液分离，滤出废水再进行混凝沉淀预处理。2、Fenton深度氧化：混凝预处理后出水经压滤机压滤，实现固液分离，滤出废水自流进入进水调节罐，再泵入Fenton反应罐，H2O2在Fe3+离子的催化作用下通过Fenton氧化进一步将废水中的难降解有机物深度氧化降解，反应时间为1.25±0.25h。3、沉淀过滤：将经过Fenton氧化后的废水流入沉淀池，流动过程中通过安装在管路中的静态混合器向Fenton反应后的废水中投加NaOH沉淀水中的Fe3+离子，溶液经沉淀池沉淀后通过压滤机再次进行固液分离，滤液流入砂滤罐过滤。4、蒸发浓缩：出砂滤罐后的废水泵入循环列管大气蒸发器进行蒸发浓缩，处理过程为：废水先经循环水泵泵入蒸发器内的喷淋系统，通过布水器向塔内均匀地喷入充分雾化的废水，雾化废水在重力作用下流经通入高温蒸气的加热循环列管，加热循环列管间充填有蜂窝状填料，形成一层薄膜状水流，增加换热面积和换热时间，干燥的高晗值的空气在大功率风机的作用下由底部进入塔内，并控制蒸发器出口风速在12-20m/s，废水流经填料表面时形成的水膜和高速流动的空气进行热交换迅速汽化成水蒸气进入气相，实现废水的蒸发浓缩，空气提供废水蒸发所需的一部分热量，另一部分热量由循环列管加热提供，之后高湿度低晗值的空气从塔顶部抽出；其余的废水回落到蒸发器底部的循环集水箱，再由循环水泵送入喷淋系统循环蒸发；空气中夹带的水滴被塔内的脱水器阻挡，回落入加热循环列管表面经再加热蒸发。5、浓缩后的废水经由蒸发器底部管道排除，外运处理。压滤后的污泥进行外运卫生填埋处理。其中，在混凝沉淀预处理阶段的PAC含量为28％-30％，出水的硬度不超过450mg/L，混凝沉淀是pH值为9，絮凝池水力停留时间为15±5min。在Fenton氧化阶段H2O2/COD质量比＝7.1，反应时间为1.25±0.25h。在沉淀过滤阶段砂滤罐过滤，其水力停留时间为1±0.5h，pH值应为9。本专利技术同时提出实现上述方法的页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理设备，包括依次由管道连通的混凝灌、Fenton反应罐、压滤机、沉淀池、砂滤罐、循环列管大气蒸发器、蒸汽锅炉、水软化设备和软化水箱；还包括与混凝灌相联的碳酸钠和PAC加药装置、与Fenton反应罐相联的双氧水和硫酸铁以及硫酸加药装置、与静态混合器相联的氢氧化钠加药装置、静态混合器、抽水泵以及在管道上设置相应阀门。设备采用了特殊结构的循环列管大气蒸发器，其为方型或圆形塔状结构，蒸发器的塔内设置风机、收水器、布水器、循环列管加热器、填料区和循环集水箱，塔外设置抽水泵。风机为轴流式大功率风机，设在蒸发器顶部出口处，风机型号及功率由所需蒸发风量确定，但风机的功率必须保证蒸发器出口风速达到12-20m/s。布水器设在蒸发器上部，由呈树枝状布置的配水干管和支管及喷嘴组成，喷嘴采用大流量雾化喷嘴，补水管直径和喷嘴规格根据设计水量选用，喷嘴数量及布置方式由布水流量和单个喷嘴喷水流量确定。收水器安装在布水器与风机之间，为耐腐蚀材质，制作为波浪形。循环列管加热器安装在蒸发器中部的填料区中，采用带翅片防腐且耐高温、高压不锈钢或紫铜管制作，采用外形为圆盘形或“U”型盘管结构，确保大流量的流体强压循环，循环列管加热器与塔外热源联通，循环列管的长度及层数由所需换热量计算得到。填料区的填料采用耐高温的防腐材料制成，蜂窝状结构，其充填于循环列管加热器盘管间，包围住循环列管加热器。蒸发器下部设置进风口，底部设循环集水箱。上述结构外部采用防腐材料封装，形成循环列管大气蒸发器机组外壳。本专利技术的特点如下：1、本专利技术方法采用化学混凝-Fenton深度氧化-物理压滤组合技术作为循环列管蒸发浓缩前处理步骤。混凝预处理后出水直接经压滤机压滤后进行后续Fenton深度氧化处理。深度氧化后的出水经沉淀后再循环回带式压滤机压滤。此工艺流程简单，通过化学混凝+Fenton深度氧化处理能有效去除废水中的绝大多数的有机物污染物和悬浮固体，经压滤实现固液分离，能够有效提高废水的蒸发效率，防止蒸发器结垢。2、本专利技术特别采用了含循环列管蒸发器的大气蒸发器作为蒸发浓缩设备，对物化处理后废水进行低温蒸发浓缩，大幅度减少废水外运量，能有效降低处理成本。本专利技术的大气蒸发器与现有技术常使用的蒸发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法，其特征在于：所述处理方法的步骤包括：(1)混凝沉淀预处理：将压裂返排液泵入混凝预处理罐中，向压裂返排液废水中加入碳酸钠(Na2CO3)和铝系聚合氯化铝(PAC)进行混凝预处理，使Ca

【技术特征摘要】
1.一种页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法，其特征在于：所述处理方法的步骤包括：(1)混凝沉淀预处理：将压裂返排液泵入混凝预处理罐中，向压裂返排液废水中加入碳酸钠(Na2CO3)和铝系聚合氯化铝(PAC)进行混凝预处理，使Ca2+、Mg2+离子形成沉淀，同时去除废水中的浊度、悬浮物、压裂液残余成分以及原油等杂质；(2)Fenton氧化：将混凝预处理后出水经压滤机压滤，进行固液分离，滤出废水泵入Fenton反应罐，H2O2在Fe2+离子的催化作用下通过Fenton氧化将废水中的难降解有机物深度氧化降解，反应时间为1.25±0.25h；(3)沉淀过滤：将经过Fenton氧化后的废水流入沉淀池，同时在废水中投加NaOH沉淀水中的Fe3+离子，溶液经沉淀后通过压滤机再次进行固液分离，滤液流入砂滤罐过滤；(4)蒸发浓缩：将过滤后的废水泵入循环列管大气蒸发器进行蒸发浓缩，废水先经循环水泵泵入蒸发器内的喷淋系统，通过布水器向塔内均匀地喷入充分雾化的废水，雾化废水在重力作用下流经通入高温蒸气的加热循环列管，加热循环列管间充填有蜂窝状填料，形成一层薄膜状水流，增加换热面积和换热时间，干燥的高晗值的空气在大功率风机的作用下由底部进入塔内，并控制蒸发器出口风速在12-20m/s，废水流经填料表面时形成的水膜和高速流动的空气进行热交换迅速汽化成水蒸气进入气相，实现废水的蒸发浓缩，空气提供废水蒸发所需的一部分热量，另一部分热量由循环列管加热提供，之后高湿度低晗值的空气从塔顶部抽出；其余的废水回落到蒸发器底部的循环集水箱，再由循环水泵送入喷淋系统循环蒸发；空气中夹带的水滴被塔内的脱水器阻挡，回落入加热循环列管表面经再加热蒸发；(5)浓缩后的废水经由蒸发器底部管道排除，外运处理，压滤后的污泥进行外运卫生填埋处理。2.根据权利要求1所述的页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法，其特征在于：在混凝沉淀预处理阶段的PAC含量为28％-30％，出水的硬度不超过450mg/L，混凝沉淀pH值为9，絮凝池水力停留时间为15±5min；3.根据权利要求1所述的页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法，其特征在于：若压裂返排液的有机物、SS以及其他物质浓度过高，使废液呈现胶状，则先进行压滤机压滤，实现固液分离，滤出废水再进行混凝沉淀预处理。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟俊，杨忠平，肖海文，李锋超，陈忠礼，姚婧梅，李伟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50