一种页岩气压裂返排液处理方法及系统装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种页岩气压裂返排液处理方法及处理系统装置，包括返排液静置、混凝沉淀、澄清、过滤、电渗析处理、反渗透膜装置组件浓缩处理步骤回收淡水，浓缩后的浓水进入蒸发浓缩器，经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液淡水。本发明专利技术针对页岩气压裂返排液回用或外排过程中盐类及有机物含量高、难处理这一问题，实现资源最大程度回收，达到污水的近零排放，系统装置结构简单，可操作性强。

A treatment method and system device for shale gas fracturing flowback fluid

The invention discloses a shale gas fracturing flowback liquid treatment method and a treatment system device, which comprises the following steps of flowback liquid standing, coagulation sedimentation, clarification, filtration, electrodialysis treatment, reverse osmosis membrane device component concentration treatment to recover fresh water, the concentrated water enters the evaporation concentrator, which is evaporated and concentrated to produce crystal salt and condensate fresh water. The invention aims at the problem of high content of salts and organic matters in the process of reusing or discharging shale gas fracturing flowback liquid, which is difficult to deal with, realizes the maximum recovery of resources, achieves the near zero discharge of sewage, and the system device has simple structure and strong operability.

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气压裂返排液处理方法及系统装置
本专利技术属于环保水处理领域，尤其涉及一种页岩气压裂返排液处理方法及系统装置。
技术介绍
近年来页岩气工业发展迅速，页岩气资源中国已探明储量达到世界第一，产量达到世界前三。水力压裂法是一种广泛应用于页岩气开采的技术，它通过水力加压钻井，打开小的缝隙以允许页岩气流到钻井口，压裂返排液即是水力压裂完成初期从井中返排的混合液。它的水质特点因地质条件不同而有所差异，总的来说为组分复杂、高COD、高TSS、高TDS，处理难度大，成为油气行业面临的一大技术难题。如果直接排放，会严重危害到生态环境。因此，开发压裂返排液近零排放工艺以及实现资源回收利用成了当下亟需解决的问题。页岩气压裂返排液中有机污染物主要包括大分子烃类、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺压裂过程中被破胶氧化后的副产物以及其他小分子有机物，无机污染物主要为金属离子、岩屑、黏土，其中金属离子主要包括：钠、钾、钙、镁、钡等，页岩气压裂返排液的总矿化度可达20000mg/L～140000mg/L，固体悬浮物的含量可达80～1000mg/L，COD约为100～2000mgL。页岩气压裂返排液中的盐含量相比于其他行业废水要高得多，有机物分子量也较大、粘附能力较强，是油气行业废水的处理难点所在。目前页岩气压裂返排液的浓缩处理工艺为软化+超滤+反渗透浓缩，即通过加药静置来降低废水的硬度，然后再进行超滤，使溶剂和小分子溶质穿过超滤膜，而大分子溶质却不能透过，再对超滤过滤液由反渗透浓缩后得到净化后的出水。加药静置软化的方法只能降低水质的硬度，出水水质不佳；超滤膜在进水水质不佳的情况下还很容易产生严重的膜污染，若清洗不频繁不彻底，会使出水效果大大减弱，而且单级反渗透装置浓缩后的含盐量和有机物也达不到理想的浓缩效果，处理效果差。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种页岩气压裂返排液处理方法及处理系统装置，针对页岩气压裂返排液回用或外排过程中盐类及有机物含量高、难处理这一问题，达到近零排放处理及产生的资源回收，结构简单，可操作性强。解决以上技术问题的一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)页岩气压裂返排液加入污水箱进行静置；(2)页岩气压裂返排液进入混凝沉淀器进行混凝沉淀；(3)混凝沉淀上清液进入清液罐澄清；(4)澄清液进入过滤装置进行过滤；(5)陶瓷膜过滤装置浓水回流到污水箱，浓水回流量与进水量之比为1:3～5；过滤清水进入电渗析处理装置，循环处理时间为120～160min；(6)电渗析浓水进入反渗透膜装置Ⅰ进行浓缩减量处理，电渗析淡水进入反渗透膜装置Ⅱ进行深度净化处理；反渗透膜装置Ⅰ产生的淡水和电渗析淡水一起进入反渗透膜装置Ⅱ深度净化处理，反渗透膜装置Ⅰ产生的浓水进入蒸发浓缩器；反渗透膜装置Ⅱ中产生的浓水和电渗析浓水一起进入反渗透膜装置Ⅰ浓缩减量处理，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水；(7)进入蒸发浓缩器的浓水经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液。本专利技术中的一种页岩气压裂返排液的处理系统装置，其特征在于：所述装置包括设有污水箱、预处理装置、电渗析处理装置、反渗透膜组件和蒸发浓缩器，反渗透膜组件设有反渗透膜装置Ⅰ和反渗透膜装置Ⅱ；污水箱与预处理装置连接，预处理装置与电渗析处理装置连接，电渗析浓水室出口与反渗透膜装置Ⅰ进水口连接，电渗析淡水室出口与反渗透膜装置Ⅱ进水口连接，反渗透膜装置Ⅰ浓水出口与蒸发浓缩器连接，反渗透膜装置Ⅰ淡水出口与反渗透膜装置Ⅱ进水口连接，反渗透膜装置Ⅱ浓水出口与反渗透膜装置Ⅰ进水口连接，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水。所述预处理装置设有混凝沉淀器和陶瓷膜过滤装置，混凝沉淀器进水端与污水箱连接，混凝沉淀器出水端与陶瓷膜过滤装置进水端连接，陶瓷膜过滤装置浓水回流端通过管道连接在污水箱上，回流浓水与进水之比为1:3～5。所述陶瓷膜过滤装置为管式无机陶瓷膜过滤装置，过滤装置中设有内循环装置。所述预处理装置还设有清液罐，清液罐位于混凝沉淀器和陶瓷膜之间。所述反渗透膜装置Ⅰ膜类型选用卷式高压膜，操作压力为3.0～4.0Mpa，反渗透膜装置Ⅱ膜类型选用卷式低压膜，操作压力为0.5～0.8Mpa。技术特点针对页岩气压裂返排液回用或外排过程中盐类及有机物含量高、难处理这一问题，为达到近零排放处理及产生的资源回收，本专利技术通过对处理方法以及处理系统装置的优化实现了方法简便易操作，装置结构简单，可操作性强等优点，且本专利技术中方法及处理系统具有良好的效果。本专利技术的难点在于：(1)页岩气压裂返排液污染物组成较为复杂，包含悬浮固体、复杂有机物、盐分和其它化学成分，需要针对其污染特点，设计处理方法和处理系统装置；(2)处理过程不应太过复杂，要利于工程的实际应用；(3)方法操作简单，快速高效，不应产生二次污染且应实现合理的资源回收；(4)对于页岩气压裂返排液水质波动的适应性要强，且尽可能实现近零排放。要解决前述技术难题，本专利技术中对于页岩气压裂返排液处理方法和处理系统装置的优选使得处理过程简便易操作，装置结构简单，且实现合理的资源回收利用，以及最终出水几乎实现近零排放是本专利技术的显著创新。本专利技术中，步骤(2)中加入混凝沉淀器中进行澄清，混凝剂PAC投加量为500～2000mg/L，助凝剂CPAM1200投加量为40～130mg/L，投加量根据所处理压裂返排液的水质来确定，混凝剂与水中的胶体物质发生强烈电中和作用以及对水中水解后的产物有良好的吸附架桥作用，页岩气压裂返排液中的胶体有机物被吸附，形成絮体沉降下来，使COD值降低；当混凝剂用量过小时，颗粒表面电位较高，颗粒之间静电斥力较大，难以形成较大的絮体且沉降速度慢，当PAC用量太大时，已脱稳的胶体颗粒表面会重新带正电荷而再次处于稳定状态，絮体不密实且出现上浮现象，混凝效果逐渐变差，而优选的混凝剂PAC处理页岩气压裂返排液投加量500～2000mg/L具有良好的混凝效果。加入助凝剂对COD的去除效果呈正向促进作用，PAM分子通过吸附水中的悬浮固体离子，使粒子间架桥或者通过电中和使粒子凝结成大的絮凝物，加速溶液中的絮体沉降，比仅加入PAC使的絮体更大且更多，沉降时间更短，针对压裂返排液水质，优选的1200万分子量的阳离子型PAM投加量为40～130mg/L。步骤(3)中混凝沉淀后的上清液进入清液罐进行进一步澄清，停留时间为1～2h。步骤(4)中过滤装置为陶瓷膜装置，即管式无机陶瓷膜过滤装置，采用膜孔径为20～2000nm、跨膜压差为0.1～0.2MPa、循环量与进水量之比为10:1～60:1；优化方案中陶瓷膜膜孔径为200nm、跨膜压差为0.16MPa、循环量与进水量之比为30:1。陶瓷膜过滤孔径显著影响工艺运行效率，针对页岩气压裂返排液中主要污染特征分析表明，其中悬浮态的污染物主要包括：粘土、岩屑粉末，尤其是页岩气压裂返排液中主要有机污染物为聚丙烯酰胺，分子量较大，过滤时在陶瓷膜表面各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)页岩气压裂返排液加入污水箱进行静置；/n(2)页岩气压裂返排液进入混凝沉淀器进行混凝沉淀；/n(3)混凝沉淀上清液进入清液罐澄清；/n(4)澄清液进入过滤装置进行过滤；/n(5)过滤液进入电渗析处理装置，循环处理时间为120～160min；/n(6)电渗析浓水进入反渗透膜装置Ⅰ进行浓缩减量处理，电渗析淡水进入反渗透膜装置Ⅱ进行深度净化处理；反渗透膜装置Ⅰ产生的淡水和电渗析淡水一起进入反渗透膜装置Ⅱ深度净化处理，反渗透膜装置Ⅰ产生的浓水进入蒸发浓缩器；反渗透膜装置Ⅱ中产生的浓水和电渗析浓水一起进入反渗透膜装置Ⅰ浓缩减量处理，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水；/n(7)进入蒸发浓缩器的浓水经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液。/n

【技术特征摘要】
1.一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)页岩气压裂返排液加入污水箱进行静置；
(2)页岩气压裂返排液进入混凝沉淀器进行混凝沉淀；
(3)混凝沉淀上清液进入清液罐澄清；
(4)澄清液进入过滤装置进行过滤；
(5)过滤液进入电渗析处理装置，循环处理时间为120～160min；
(6)电渗析浓水进入反渗透膜装置Ⅰ进行浓缩减量处理，电渗析淡水进入反渗透膜装置Ⅱ进行深度净化处理；反渗透膜装置Ⅰ产生的淡水和电渗析淡水一起进入反渗透膜装置Ⅱ深度净化处理，反渗透膜装置Ⅰ产生的浓水进入蒸发浓缩器；反渗透膜装置Ⅱ中产生的浓水和电渗析浓水一起进入反渗透膜装置Ⅰ浓缩减量处理，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水；
(7)进入蒸发浓缩器的浓水经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液。


2.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中进入混凝沉淀器进行混凝沉淀，混凝剂包含聚合氯化铝PAC、聚合氯化铁PFC和聚合氯化铝铁PAFC中的一种或一种以上，优选方案中为PAC，投加量为500～2000mg/L，助凝剂包含阳离子聚丙烯酰胺CPAM、非离子型聚丙烯酰胺NPAM和阴离子聚丙烯酰胺APAM中的一种或一种以上，优选方案中为CPAM1200，投加量为40～130mg/L。


3.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于：所述步骤(3)中混凝沉淀后的上清液进入清液罐进行进一步澄清。


4.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中过滤装置为陶瓷膜装置，进一步为管式无机陶瓷膜过滤装置，采用膜孔径为20～2000nm、跨膜压差为0.1～0.2MPa，陶瓷膜过滤装置中有内循环装置，浓水循环量与进水量之比为10:1～60:1，陶瓷膜在其膜通量下降70％后，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：任宏洋，汪佳敏，王兵，熊明洋，张欢，文天祥，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51