一种页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的系统，包括依次通过管道连接的预处理器、高级氧化发生器、混合池、生物反应器；高级氧化发生器接有通入臭氧的管道，混合池接有通入城市生活污水的管道，生物反应器内还接有通入空气的管道，生物反应器排出净化水的出水口。对页岩气压裂返排液处理过程如下：1）加入预处理器，进行预处理，获得上清液；2）再将上清液进入高级氧化发生器进行氧化，获得高级氧化后污水；3）接着与城市生活污水混合，输送至生物反应器，进行微生物处理，使水样达到排放标准的净化水。本发明专利技术将氧化和生物法结合，使压裂返排液氧化处理后达到排放要求，利用生活污水补充氮、磷，实现与生活污水联合处理。理。理。

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的系统和方法


[0001]本专利技术涉及压裂返排液处理
，具体是指一种页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的系统和方法。

技术介绍

[0002]压裂是油气井增产改造的主要措施，在油气井压裂规模不断增大的同时，压裂返排液带来了一系列环保难题。根据对大量返排液水质检测数据的分析，返排液含有大量固体悬浮；长时间存放出现“发黑发臭”的现象；浊度高 (200～500NTU)；化学需氧量(COD)高(200～2000mg/L)；并且Ca
2+
、 Mg
2+
、Fe
2+
、Fe
3+
等二价以上金属离子含量较多。直接回用会导致水质进一步恶化，不但会对储层造成伤害，影响压裂液的各项性能指标，还会增加环境风险。所以，返排液重复配液使用之前，必须进行处理。
[0003]现有处理方法主要为芬顿氧化法、电化学催化氧化法、生物法。但是这三种方法，在对页岩气压裂返排液的处理过程中，均存在一定的技术困难，具体如下：
[0004]芬顿氧化法的第一阶段是Fe
2+
将H2O2快速分解成大量的羟基自由基，羟基自由基将目标有机污染物氧化，从而达到降解废水COD的效果，同时Fe
2+
将转化成Fe
3+
，并以铁泥形式存在于体系中。芬顿氧化法反应体系是酸性，反应后有大量铁泥产生，易造成二次污染，其中H2O2作为主要氧化剂，不易运输，因此应用得到限制，且该工艺处理成本较高，处理效果难以达到预期要求。
[0005]电化学催化氧化法通过产生的羟基自由基
·
OH对废水中的有机物进行降解，
·
OH有极强的氧化活性，对作用物几乎无选择性。电化学催化氧化法需要大量电力，使用成本高，对水质要求高。
[0006]生物法就是微生物利用压裂返排液中的物质或者外加入的营养物质、碳源等进行新陈代谢、生长以及繁殖，同时降解压裂返排液中有机物，生成稳定的无机物。生物法对进水水质要求高，周期长，且压裂返排液可生化性差，含有较高盐度，不利于微生物生长。若直接采用生物法处理压裂返排液，体系难以形成稳定的微生物群落，最终处理效果难以达到预期目标。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种出水COD值稳定，成本较低，为微生物提供充足氮、磷等营养元素的页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的系统。
[0008]本专利技术的另一个目的在于基于上述系统将页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术通过下述技术方案实现：一种页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的系统，其特征在于，包括依次通过管道连接的预处理器、高级氧化发生器、混合池、生物反应器；所述高级氧化发生器还从外部接有通入臭氧的管道，所述混合池还接有通入城市生活污水的管道，所述生物反应器内还从外部接有通入外部空气的管道，
所述生物反应器底部设有排出净化水的出水口。
[0010]本技术方案的工作原理为，将经过催化臭氧氧化的压裂返排液与城市生活污水协同处理，其中城市生活污水的添加能降低生物反应体系的生物毒性，为生物反应体系补充微生物生长所需的部分营养物质(碳、氮、磷)，给体系微生物的生长提供一个良好的环境，从而实现生活污水与压裂返排液的联合处理。
[0011]为了更好地实现本专利技术，进一步地，还包括臭氧输入器，所述臭氧输入器包括氧气瓶与臭氧发生器，所述氧气瓶的输出管与臭氧发生器的输入管相通，所述臭氧发生器的输出管延伸至高级氧化发生器内。
[0012]为了更好地实现本专利技术，进一步地，还包括空气泵，所述空气泵输出高压空气的管道延伸至生物反应器内，所述输出高压空气的管道上还安装有转子流量计。
[0013]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述高级氧化发生器与混合池均设置有混合搅拌装置，所述生物反应器为序批式生物膜反应器。
[0014]根据上述系统对页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的方法，包括以下步骤：
[0015](1)将页岩气压裂返排液加入预处理器，将混凝剂和助凝剂对页岩气压裂返排液进行混凝处理，去除页岩气压裂返排液中的悬浮物和部分有机物，获得上清液；
[0016](2)使预处理器内的上清液进入高级氧化发生器，在高级氧化发生器内通过羟胺和Fe
‑
Al2O3协同催化臭氧工艺对上清液进行氧化，去除上清液中的部分有机物和难以生物降解的大分子有机物，大幅度提升上清液的可生化性，获得高级氧化后污水；
[0017](3)将获得的高级氧化后污水输送至混合池与城市生活污水按1:1混合，接着将混合后的污水输送至生物反应器，利用生物反应器中经过驯化的微生物群落，并通过通入空气曝气，将混合液中的有机物降解成稳定的无机物，使水样达到排放标准。
[0018]本技术方案的核心步骤在于步骤(2)，即在高级氧化发生器内通过羟胺和Fe
‑
Al2O3协同催化臭氧工艺对上清液进行氧化的过程，其具体氧化机理如下：
[0019]①
Fe
‑
Al2O3与O3之间的作用
[0020]与单独O3氧化相比，Fe
‑
Al2O3/O3工艺对COD
Cr
和DOC均有一定的去除，表明Fe
‑
Al2O3能很好的催化O3。这可以归结于以下3点：1)Fe
‑
Al2O3表面的 Fe氧化物会催化臭氧分解，此外，在酸性或中性条件下，Fe氧化物表面能产生羟基，羟基被O3吸收后产生
·
OH，进一步氧化污染物；2)溶液中的O3会在γ
‑
Al2O3的作用下产生
·
OH，吸附于Fe
‑
Al2O3的污染物会在溶液及催化剂表面产生的
·
OH作用下氧化降解；3)在酸性条件下，溶液中的H
+
会侵蚀负载于Al2O3表面的Fe氧化物，产生Fe
2+
/Fe
3+
，Fe
2+
/Fe
3+
会促进O3产生
·
OH
[22,81,82]，增强体系对污染物的氧化作用，具体反应式如下：
[0021]FeO+2H
+
→
Fe
2+
+H2O
[0022]Fe2O3+6H
+
→
2Fe
3+
+3H2O
[0023]Fe
2+
+O3→
O2+FeO
2+
[0024]H2O+FeO
2+
→
·
OH+Fe
3+
+OH
—
[0025]Fe
2+
+FeO
2+
+2H
+
→
H2O+2Fe...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的系统，其特征在于，包括依次通过管道连接的预处理器、高级氧化发生器、混合池、生物反应器；所述高级氧化发生器还从外部接有通入臭氧的管道，所述混合池还接有通入城市生活污水的管道，所述生物反应器内还从外部接有通入外部空气的管道，所述生物反应器底部设有排出净化水的出水口。2.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的系统，其特征在于，还包括臭氧输入器，所述臭氧输入器包括氧气瓶与臭氧发生器，所述氧气瓶的输出管与臭氧发生器的输入管相通，所述臭氧发生器的输出管延伸至高级氧化发生器内。3.根据权利要求1或2所述的一种页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的系统，其特征在于，还包括空气泵，所述空气泵输出高压空气的管道延伸至生物反应器内，所述输出高压空气的管道上还安装有转子流量计。4.根据权利要求1或2所述的一种页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的系统，其特征在于，所述高级氧化发生器与混合池均设置有混合搅拌装置，所述生物反应器为序批式生物膜反应器。5.根据权利要求1～4所述的系统对页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将页岩气压裂返排液加入预处理器，将混凝剂和助凝剂对页岩气压裂返排液进行混凝处理，去除页岩气压裂返排液中的悬浮物和部分有机物，获得上清液；(2)使预处理器内的上清液进入高级氧化发生器，在高级氧化发生器内通过羟胺和Fe
‑
Al2O3协同催化臭氧工艺对上清液进行氧化，去除上清液中的部分有机物和难以生物降解的大分子有机物，大幅度提升上清液的可生化性，获得高级氧化后污水；(3)将获得的高级氧化后污水输送至混合池与城市生活污水按1:1混合，接着将混合后的污水输送至生物反应器，利用生物反应器中经过驯化的微生物群落，并通过通入空气曝气，将混合液中的有机物降解成稳定的无机物，使水样达到排放标准。6.根据权利要求5所述的对页岩气压裂返排液与生活污水联合处理的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述混凝剂为聚合氯化铝，所述助凝剂为聚丙烯酰胺；所述页岩气压裂返排液加入预处理器的预处...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘志成，马丽丽，刘宇程，费俊杰，白杨，马鹏超，彭玉梅，钟亚萍，邱恋，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：