压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备和处理方法技术

本发明专利技术公开了一种压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备和处理方法，所述压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备包括依次设置的多相溶气泵(1)、水力空化反应器(3)和射流器(5)。本发明专利技术所述压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备和处理方法利用水力空化杀菌技术，耦合多相溶气和化学杀菌技术，可显著降低压裂返排液回用处理过程中化学杀菌剂的使用量和杀菌处理成本。杀菌处理成本。杀菌处理成本。

【技术实现步骤摘要】
压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备和处理方法


[0001]本专利技术涉及工业废水处理
，具体的是一种压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备，还是一种压裂返排液水力空化复合杀菌的处理方法。

技术介绍

[0002]页岩气作为一种非常规天然气资源，近年来开发工作逐步提速。页岩气开发过程采用的体积压裂技术，需要大量清水资源配置压裂液，因此实现体积压裂返排液的快速就地回用，是解决页岩气开发和区域水资源供给矛盾的主要手段。随着页岩气开发技术的逐步成熟，体积压裂返排液处理也逐步形成了以快速除浊-适度除硬为主的主体工艺。但是，由于区域内页岩气开发井的增多和开发进程的不一致，体积压裂返排液往往会在储池内进行一定周期存储后，方可用于其他井的压裂作业过程。由于体积压裂返排液中含有聚丙烯酰胺等有机物，且我国页岩气开发主战场川渝地区年平均气温较高、四季多雨，体积压裂返排液存储过程出现发黑发臭的显现，严重影响周边环境和水资源循环利用。分析体积压裂返排液发黑发臭的原因，主要是返排过程中由地层携带出部分含硫物质，在硫酸盐还原菌、铁细菌、腐生菌等微生物的作用下，发生还原反映，生成硫化物所致。
[0003]为解决上述问题，作业单位多采用在储池内投加杀菌剂的方式进行微生物消杀，但由于体积压裂返排液储池体积多为数千立方米，局部投药难以有效杀灭大部分微生物，且杀菌剂已与其他还原性物质反应，造成杀菌效率不高、发黑发臭现象一再反复的问题。

技术实现思路

[0004]为了压裂返排液采用常规处理时化学杀菌药剂投加量大、反应效率偏低等问题，本专利技术提供了一种压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备和处理方法，该压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备和处理方法采用水力空化技术实现微生物杀灭的预处理，耦合化学杀菌技术，实现杀菌过程的提效降耗。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备，包括依次设置的多相溶气泵、水力空化反应器和射流器。
[0007]多相溶气泵为气液多相溶气泵，多相溶气泵含有叶轮，该叶轮为开式结构。
[0008]多相溶气泵的出口端与水力空化反应器的入口端通过第一供应管线连接，该第一供应管线连接上设有增压泵，水力空化反应器的材质为316L不锈钢，水力空化反应器的前段设有压力表。
[0009]水力空化反应器含有罐体，罐体内含有多个多孔板，多个多孔板沿罐体的轴线方向间隔排列，沿罐体的轴线方向，水力空化反应器的入口端位于罐体的一端，水力空化反应器的出口端位于罐体的另一端，多孔板内含有多个通孔。
[0010]多孔板(32)的几何结构参数为：α＝Q(1-β4)
0.5
/2nD
d
；
[0011]α为多孔板(32)的几何结构参数，无单位；α的取值为4.4-5.2；
[0012]Q为水力空化反应器(3)内的液体流速，单位为m3/s；
[0013]β为等效直径比，无单位；β＝(A2/A1)
0.5
；
[0014]A2为水力空化反应器(3)在多孔板(32)处的过流面积，单位为m2；
[0015]A1为一个多孔板(32)上通孔(33)的面积之和，单位为m2；
[0016]n为一个多孔板(32)上通孔(33)的数量，无单位；
[0017]D
d
为孔板分布密度，D
d
＝d
min
/D，无单位；
[0018]d
min
为相邻的两个通孔(33)之间的最小距离，单位为m；
[0019]D为水力空化反应器(3)在多孔板(32)处的内径，单位为m。
[0020]沿水力空化反应器的入口端向水力空化反应器的出口端方向，多孔板的几何结构参数逐渐增大。
[0021]射流器含有进水口、出水口和吸入口，射流器的进水口与水力空化反应器的出口端通过第二供应管线连接，该第二供应管线上设有单向阀。
[0022]射流器的吸入口外连接有化学杀菌剂供应装置，射流器的进水口口径和吸入口口径尺寸比为2:1至4:1。
[0023]一种压裂返排液水力空化复合杀菌的处理方法，所述压裂返排液水力空化复合杀菌的处理方法采用了上述压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备，所述压裂返排液水力空化复合杀菌的处理方法包括以下步骤：
[0024]步骤1、压裂返排液进入多相溶气泵，多相溶气泵对该压裂返排液进行充氧处理；
[0025]步骤2、所述压裂返排液进入水力空化反应器，水力空化反应器对该压裂返排液进行水力空化杀菌处理；
[0026]步骤3、所述压裂返排液进入射流器，化学杀菌剂与所述压裂返排液在射流器中混合。
[0027]在步骤1中，多相溶气泵使该压裂返排液中的溶气量达到20％至40％，多相溶气泵使该压裂返排液中的微气泡平均直径小于30μm；
[0028]在步骤2中，该压裂返排液在多孔板前的进水压力为0.28Mpa至0.38Mpa；
[0029]在步骤3中，所述化学杀菌剂含有NaClO(次氯酸钠)，射流器中真空度为-0.095Mpa至-0.098MPa。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术针对体积压裂返排液的快速高效杀菌处理需求，从降低化学药剂消耗，提高微生物杀灭率、降低综合处理成本等角度出发，对工艺进行了优化设计。
[0032]首先，利用多相溶气泵将水中溶入部分空气，随后采用经优化孔道设计的多孔板水力空化器，对水中硫酸盐还原菌等微生物进行处理，使水体因压力场变化而产生大量细小的空穴，利用空穴溃灭过程中产生冲击波和微射流，破坏微生物细胞壁，实现微生物的失活预处理，该过程不投加化学药剂，仅利用溶解于水中的空气实现微生物高效杀灭。然后，利用经优化设计的射流器，混入化学杀菌剂，对失活微生物进一步杀灭处理，保证大部分微生物高效杀灭去除，同时，部分氧化剂可持续在水体中发挥抑菌、杀菌作用，保障体积压裂返排液回用过程安全。利用水力空化和化学杀菌工艺的有效融合，显著降低化学杀菌剂投加量；采用集成化设计的反应器，可在较短时间内实现体积压裂返排液的快速杀菌处理，满足了页岩气开发过程需要。
附图说明
[0033]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0034]图1是本专利技术所述压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备的示意图。
[0035]图2是水力空化反应器的示意图。
[0036]图3是图2中左侧的多孔板结构示意图。
[0037]图4是图2中右侧的多孔板结构示意图。
[0038]图5是射流器的示意图。
[0039]1、多相溶气泵；2、增压泵；3、水力空化反应器；4、单向阀；5、射流器；6、第一供应管线；7、第二供应管线；8、化学杀菌剂供应装置；9、压力表；
[0040]31、罐体；32、多孔板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备，其特征在于，所述压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备包括依次设置的多相溶气泵(1)、水力空化反应器(3)和射流器(5)。2.根据权利要求1所述的压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备，其特征在于，多相溶气泵(1)为气液多相溶气泵，多相溶气泵(1)含有叶轮，该叶轮为开式结构。3.根据权利要求1所述的压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备，其特征在于，多相溶气泵(1)的出口端与水力空化反应器(3)的入口端通过第一供应管线(6)连接，该第一供应管线(6)连接上设有增压泵(2)，水力空化反应器(3)的材质为316L不锈钢，水力空化反应器(3)的前段设有压力表(9)。4.根据权利要求1所述的压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备，其特征在于，水力空化反应器(3)含有罐体(31)，罐体(31)内含有多个多孔板(32)，多个多孔板(32)沿罐体(31)的轴线方向间隔排列，沿罐体(31)的轴线方向，水力空化反应器(3)的入口端位于罐体(31)的一端，水力空化反应器(3)的出口端位于罐体(31)的另一端，多孔板(32)内含有多个通孔(33)。5.根据权利要求4所述的压裂返排液水力空化复合杀菌的处理设备，其特征在于，多孔板(32)的几何结构参数为：α＝Q(1-β4)
0.5
/2nD
d
；α为多孔板(32)的几何结构参数，无单位；α的取值为4.4-5.2；Q为水力空化反应器(3)内的液体流速，单位为m3/s；β为等效直径比，无单位；β＝(A2/A1)
0.5
；A2为水力空化反应器(3)在多孔板(32)处的过流面积，单位为m2；A1为一个多孔板(32)上通孔(33)的面积之和，单位为m2；n为一个多孔板(32)上通孔(33)的数量，无单位；D
d
为孔板分布密度，D
d
＝d
min
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓飞，罗臻，杨雪莹，张华，王毅霖，王梓先，李婷，
申请(专利权)人：中国石油集团安全环保技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：