CN104743646B - 一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，包括撬座、电絮凝单元、化学絮凝单元、组合管汇、进水管汇和出水管汇，电絮凝单元和化学絮凝单元固定在撬座上；电絮凝单元为多组电絮凝反应器，化学絮凝单元包括混合管汇、静态混合器和多个加注头，混合管汇固定在撬座上，静态混合器设在混合管汇的内部，加注头分别设在混合管汇的管道上，电絮凝反应器的进水接口分别连接至进水管汇，电絮凝反应器的出水接口分别连接至出水管汇，混合管汇的入口端连接至进水管汇，混合管汇的出口端连接至出水管汇，组合管汇将混合管汇的出口端和进水管汇连接。本发明运输方便，可单独或组合化学絮凝和电絮凝两种处理技术，处理效果好，成本低。

Description

一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块

技术领域

本发明涉及页岩油气压裂返排液处理设备领域，具体涉及一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块。

背景技术

絮凝是水处理技术中最重要的物化处理方法之一，其中包括化学絮凝和电絮凝两种技术。化学絮凝技术是通过向废水中加入多种化学絮凝剂，经过化学反应从而达到固液分离的目的。而电絮凝技术则是一种新型絮凝技术，通过外加电压的作用下，利用可溶性阳极（如铁阳极、铝阳极等金属阳极）产生的阳离子在水中发生水解、聚合及氧化的反应，生成一系列絮凝剂，再经过反应后达到分离。

在两种絮凝技术中，化学絮凝是通过外加絮凝剂的方式达到效果，电絮凝是通过电解生成絮凝剂的方式达到效果，絮凝剂的原理是通过絮凝剂离子化后与其他离子形成价键，同时为克服离子彼此间的排斥力，会发生搅拌及布朗运动而使得粒子间产生碰撞，当粒子逐渐接近时，氢键及范德华力将促使粒子结成更大的颗粒。碰撞一旦开始，粒子便经由不同的物理化学作用而开始凝集，较大颗粒粒子将从水中分离而沉降。

目前絮凝处理设备多用于固定污水处理装置，移动性较差，难以适应页岩油气油田的现场作业要求。同时，由于页岩油气返排液成分多且复杂，单一的化学絮凝设备或电絮凝设备并不具有良好的处理页岩油气返排液的效果。

发明内容

针对现有絮凝处理设备中存在的诸多不足，本发明的目的是提供一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，该模块结合化学絮凝和电絮凝两种处理技术，处理效果好，处理成本低，运输方便。

为了解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，包括撬座、电絮凝单元、化学絮凝单元、组合管汇、进水管汇和出水管汇；所述的电絮凝单元为多组电絮凝反应器，电絮凝反应器分别固定在撬座上，所述的化学絮凝单元包括混合管汇、静态混合器和多个加注头，混合管汇固定在撬座上，静态混合器设在混合管汇的内部，加注头分别设在混合管汇的的管道上，电絮凝反应器的进水接口通过阀门分别连接至进水管汇，电絮凝反应器的出水接口通过阀门分别连接至出水管汇，混合管汇的入口端通过阀门连接至进水管汇，混合管汇的出口端通过阀门连接至出水管汇，所述的组合管汇将混合管汇的出口端和进水管汇连接，组合管汇上设有阀门。

作为本发明的进一步改进，所述的电絮凝反应器包括反应室壳体、上端盖、第一电极棒、第二电极棒、第一电极板和第二电极板；所述的反应室壳体为立式结构，上端盖可拆卸的固定在反应室壳体顶部，第一电极棒和第二电极棒分别竖直的固定在上端盖上并向下延伸至反应室壳体内部，在反应室壳体内部，第一电极板和第二电极板分别水平的装配在第一电极棒和第二电极棒上并等距交替排列，第一电极板和第二电极板上分别设有第一开口和第二开口，第一电极棒和第二电极棒分别不接触的穿过第二开口和第一开口，第一电极板的边缘靠近反应室壳体内壁，第二电极板的边缘与反应室壳体内壁的距离大于第一电极板的边缘与反应室壳体内壁的距离，反应室壳体的底部和顶部分别设有进水接口和出水接口。

作为本发明的进一步改进，所述的第一电极板和第二电极板上均设有多个固定连接孔，多个绝缘固定杆分别竖直的穿过固定连接孔并与所有的第一电极板和第二电极板连接成一个整体。

作为本发明的进一步改进，在第二开口内部，第一电极棒和第二电极板之间设有绝缘单元，绝缘单元填满了第二开口内第一电极棒和第二电极板之间的空隙。

作为本发明的进一步改进，所述的进水管汇包括主进水管汇和电絮凝进水管汇，主进水管汇通过阀门与电絮凝进水管汇的一端连接，电絮凝进水管汇的另一端通过阀门分别与电絮凝反应器的进水接口连接，混合管汇的入口端通过阀门与主进水管汇连接；所述的出水管汇包括主出水管汇和电絮凝出水管汇，电絮凝反应器的出水接口通过阀门分别与电絮凝出水管汇的一端连接，电絮凝出水管汇的另一端通过阀门与主出水管汇连接，混合管汇的出口端通过阀门与主出水管汇连接。

作为本发明的进一步改进，所述电絮凝进水管汇的一端与电絮凝反应器的进水接口以及电絮凝出水管汇的一端与电絮凝反应器的出水接口之间的阀门为手动球阀，其余的阀门为手动蝶阀。

作为本发明的进一步改进，所述每组电絮凝反应器分别由一个电控箱供电，电控箱为250A-40V直流电源模块。

作为本发明的进一步改进，所述撬座的顶端设有多组对称的吊耳。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用移动撬装形式，具有较强的可移动性，可在页岩油气油田作业现场实时处理；2.本发明将化学絮凝和电絮凝相结合进行废水处理，可根据实际需求，选择化学絮凝单元或电絮凝单元，也可同时使用，降低处理成本，处理效率高；3. 在电絮凝反应器中，通过第一电极板、第二电极板和反应室壳体的组合，水流自下而上分别通过电极板上的开口以及第二电极板的边缘到反应室壳体内壁的缝隙形成涡流，涡流效应延长了絮凝反应时间，处理效果好，成本低。

附图说明

图1是本发明的正视图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的侧视图。

图4是本发明中电絮凝反应器的结构示意图。

图5是污水在本发明中电絮凝反应器内的流向示意图。

图6是本发明中第一电极板的俯视图。

图7是本发明中第二电极板的俯视图。

图中：1-吊耳；2-电絮凝单元；3-化学絮凝单元；4-1#手动蝶阀；5-主出水管汇；6-主进水管汇；7-撬座；8-电控箱；9-电絮凝反应器；10-电絮凝出水管汇；11-电絮凝单元支撑架；12-1#手动球阀；13-混合管汇；14-静态混合器；15-加注头；16-化学絮凝单元支撑架；17-电絮凝进水管汇；18-2#手动球阀；19-2#手动蝶阀；20-3#手动蝶阀；21-组合管汇；22-4#手动蝶阀；23-5#手动蝶阀；24-出水接口；25-第一接线端；26-阻燃片；27-第一电极棒；28-第二电极板；29-绝缘单元；30-绝缘连接杆；31-排污接口；32-下端盖；33-进水接口；34-反应室壳体；35-第一电极板；36-上端盖；37-第二接线端；38-第二电极棒；39-第一电极固定孔；40-固定连接孔；41-第一开口；42-第二开口；43-第二电极固定孔。

具体实施方式

下面结合附图与实施案例对本发明作进一步说明，需要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例,而不是对本发明技术方案的限定，任何对本发明技术特征所做的等同替换或相应改进，仍在本发明的保护范围之内。

如图1、图2和图3所示，一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，包括撬座7、电絮凝单元2、化学絮凝单元3、组合管汇21、出水管汇和进水管汇，所述的电絮凝单元2包括多组电絮凝反应器9（在本实施例中，有8组电絮凝反应器9，可以根据实际需要决定电絮凝反应器9的数目），电絮凝反应器固定在撬座7上（电絮凝反应器9固定在电絮凝单元支撑架11上，电絮凝单元支撑架11固定在撬座7上），所述的化学絮凝单元3包括混合管汇13、静态混合器14、和多个加注头15（在本实施例中，有3个加注头15，可以根据实际需要决定加注头15的数目），混合管汇13固定在撬座7上（混合管汇13固定在化学絮凝单元支撑架16上，化学絮凝单元支撑架16固定在撬座7上），静态混合器14设置在混合管汇13的内部，3个加注头15分别设置在混合管汇13的不同层的管道上。电絮凝反应器9的进水接口通过阀门分别连接至进水管汇，电絮凝反应器9的出水接口通过阀门分别连接至出水管汇，混合管汇13的入口端通过阀门连接至进水管汇，混合管汇13的出口端通过阀门连接至出水管汇，所述的组合管汇21将混合管汇13的出口端和进水管汇连接，组合管汇21上设有3#手动蝶阀20。

如图1、图2和图3所示，所述的进水管汇包括主进水管汇6和电絮凝进水管汇17，主进水管汇6通过4#手动蝶阀22与电絮凝进水管汇17的一端连接，电絮凝进水管汇17的另一端通过1#手动球阀12分别与电絮凝反应器9的进水接口连接，混合管汇13的入口端通过5#手动蝶阀23与主进水管汇6连接；所述的出水管汇包括主出水管汇5和电絮凝出水管汇10，电絮凝反应器9的出水接口通过2#手动球阀18分别与电絮凝出水管汇10的一端连接，电絮凝出水管汇10的另一端通过1#手动蝶阀4与主出水管汇5连接，混合管汇13的出口端通过2#手动蝶阀19与主出水管汇5连接。

在本发明中，主进水管汇6可以为电絮凝单元2和化学絮凝单元3提供废水，通过调节4#手动蝶阀22和5#手动蝶阀23可以控制废水分别进入电絮凝单元2或化学絮凝单元3；主出水管汇5分别连接电絮凝出水管汇10和混合管汇13，可通过调节1#手动蝶阀4和2#手动蝶阀19进行控制；同时可调节3#手动蝶阀20将化学絮凝单元3处理后的水通过组合管汇21进入电絮凝单元2进一步处理。

本发明采用移动撬装形式，具有较强的可移动性，可在页岩油气油田作业现场实时处理；本发明采用化学絮凝和电絮凝相结合的处理模式，可以分布单独进行化学絮凝或电絮凝，还可以同时采用化学絮凝和电絮凝，提高处理效率，降低了处理成本。

如图1所示，在本实施例中，所述撬座7的顶端设有对称的吊耳1，便于移动起吊；所述每组电絮凝反应器9分别由一个电控箱8供电，电控箱8为250A-40V直流电源模块。

如图4所示，在本发明中，所述的电絮凝反应器9包括反应室壳体34、上端盖36、第一电极棒27、第二电极棒38、第一电极板35和第二电极板28，所述的反应室壳体34为立式结构，上端盖36可拆卸的固定在反应室壳体34顶部（上端盖36与反应室壳体34围成全封闭形状），第一电极棒27和第二电极棒38分别竖直的固定在上端盖36上并向下延伸至反应室壳体34内部，第一电极棒27和第二电极棒38的一端位于反应室壳体34内部并接近底部，第一电极棒27和第二电极棒38的另一端分别设有第一接线端25和第二接线端37，第一接线端25和第二接线端37固定在上端盖36顶面上，第一接线端25和第二接线端37分别与电源连接，在反应室壳体34内部，第一电极棒27和第二电极棒38分别水平的装配在第一电极棒27和第二电极棒38上并等距交替排列（第一电极板35和第二电极板28上分别设有第一电极固定孔39和第二电极固定孔43，第一电极棒27和第二电极棒38分别穿过第一电极固定孔39和第二电极固定孔43并分别与所有的第一电极板35和第二电极板28固定成一个整体），第一电极板35和第二电极板28上分别设有第一开口41和第二开口42（第一开口41和第二开口42均为圆形开口，其圆心轴线分别与第二电极棒38和第一电极棒27的轴线重合），第一电极棒27和第二电极棒38分别不接触的穿过第二开口42和第一开口41，第一电极板35的边缘靠近反应室壳体34的内壁，第二电极板28的边缘与反应室壳体34内壁的距离大于第一电极板35的边缘与反应室壳体34内壁的距离（第一电极板35的边缘与反应室壳体34的内壁十分接近，其间隙在1cm以下，第二电极板28的边缘与反应室壳体34内壁的距离为第一电极板35的边缘与反应室壳体34内壁的距离的2-4倍，这样才能保证良好涡流效果），反应室壳体34的底部和顶部分别设有进水接口33和出水接口24。如图4所示，在本实施例中，所述反应室壳体34底部设有下端盖32，下端盖32底部设有排污接口31。

如图4和图5所示，所述的反应室壳体34呈圆筒形，所述的第一电极板35和第二电极板28呈圆形，第一电极板35和第二电极板28的圆心均在反应室壳体34轴线上，第一电极板35的直径大于第二电极板28的直径。反应室壳体34呈圆筒形以及第一电极板35和第二电极板28的直径不相同均有利于形成涡流，如图5所示，由于第一电极板35和第二电极板28直径不等且交替排列，这种设置更有利于废水通过第二电极板28与反应室壳体34内壁的空隙以及开口沿垂直方向形成涡流效应，这种结构和形状可以避免堵塞现象，延长反应时间。

如图4和图5所示，在本实施例中，在第二开口42内部，第一电极棒27和第二电极板28之间设有绝缘单元29，绝缘单元29填满了第二开口42内第一电极棒27和第二电极板28之间的空隙（加设绝缘单元29后，水流的涡流效果更明显）；在反应室壳体34内部，第一电极棒27和第二电极棒38与上端盖36接触处分别设有阻燃片26。绝缘单元29和阻燃片26可以分散传递点、电极棒和电极板连接处的热量，减少反应室壳体34内部热量的聚集，提高安全防护性能。

如图6和图7所示，在本实施例中，所述的第一电极板35和第二电极板28上均设有3个固定连接孔40，3个绝缘固定杆分别竖直的穿过固定连接孔40并与所有的第一电极板35和第二电极板28连接成一个整体。绝缘固定杆能够将所有的第一电极板35和第二电极板28连接成一个整体，有助于整体的结构稳定，防止电极板在垂直方向移动。值的注意的是，绝缘固定杆可以根据需要增加或减少，并不局限于3个，只要能满足防止电极板在垂直方向移动均可。

在本发明中，电絮凝反应器9采用立式结构，占地面积小，便于运输，可并联使用；第一电极棒27和第二电极棒38固定在可拆卸的上端盖36上，第一电极板35和第二电极板28分别装配在第一电极棒27和第二电极棒38上，电极更换方便；通过第一电极板35、第二电极板28和反应室壳体34的组合，水流自下而上分别通过电极板上的圆孔以及第二电极板28边缘到反应室壳体34内壁的缝隙形成涡流，涡流效应延长了絮凝反应时间，处理效果好，成本低；反应器处理过程中，无需添加化学药剂，降低处理成本，减少二次污染。

本发明的工作流程可分为3种，分别为电絮凝、化学絮凝和组合絮凝，其中电絮凝适合于页岩油气压裂返排液，化学絮凝适合于高含盐的页岩油气压裂返排液，组合絮凝适合于高含盐、高COD、处理难度较大的页岩油气压裂返排液。

电絮凝的流程为：首先，开启1#手动蝶阀4和4#手动蝶阀22，关闭2#手动蝶阀19、3#手动蝶阀20和5#手动蝶阀23，即开启电絮凝单元2，关闭化学絮凝单元3，此时，页岩油气压裂返排液将由主进水管汇6进入电絮凝进水管汇17；然后，根据废水的处理需求量，开启1#手动球阀12和2#手动球阀18，使废水进入电絮凝反应器9，每个电絮凝反应器9的处理量为2.5m³/h，同时电控箱8采用8组250A-40V直流电源模块给8个电絮凝反应器9进行单独供电；最后，处理后的废水经由电絮凝出水管汇10流入主出水管汇5排出。

化学絮凝的流程为：首先，开启2#手动蝶阀19和5#手动蝶阀23，关闭1#手动蝶阀4、3#手动蝶阀20和4#手动蝶阀22，即开启化学絮凝单元3，关闭电絮凝单元2，此时，页岩油气压裂返排液将由主进水管汇6进入混合管汇13；然后，可通过3个加注头15添加3种不同的化学处理剂（如pH调节剂、助凝剂、絮凝剂等，可根据废水性质进行添加），3个加注头15分别分布于混合管汇13的第一层、第二层和第四层，静态混合器14分布于混合管汇13的第二层，通过不断搅拌可使化学处理剂与页岩油气压裂返排液达到充分混合，同时在静态混合器14的作用下，页岩油气压裂返排液可在混合管汇13中不断改变流动方向，延长反应时间；最后，处理后的废水经由主出水管汇5排出。

组合絮凝的流程为：首先，开启1#手动蝶阀4、3#手动蝶阀20和5#手动蝶阀23，关闭2#手动蝶阀19和4#手动蝶阀22，即同时开启电絮凝单元2和化学絮凝单元3，此时，页岩油气压裂返排液将由主进水管汇6进入混合管汇13，开始化学絮凝反应；然后，可通过3个加注头15添加3种不同的化学处理剂（如pH调节剂、助凝剂、絮凝剂等，可根据废水性质进行添加），3个加注头15分别分布于混合管汇13的第一层、第二层和第四层，静态混合器14分布于第二层，通过不断搅拌可使化学处理剂与废水达到充分混合，在静态混合器14的作用下，页岩油气压裂返排液可在混合管汇13中不断改变流动方向，延长反应时间；接着，废水通过混合管汇13的第四层经由组合管汇21流入电絮凝进水管汇17，开始电絮凝反应；然后根据废水的处理需求量，开启1#手动球阀12和2#手动球阀18，使废水进入电絮凝反应器9，每个电絮凝反应器9的处理量为2.5m³/h，同时电控箱采用8组250A-40V直流电源模块给8个电絮凝反应器9进行单独供电；最后，处理后的废水经由电絮凝出水管汇10流入主出水管汇5排出。

Claims (7)

1.一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，其特性在于：包括撬座、电絮凝单元、化学絮凝单元、组合管汇、进水管汇和出水管汇；所述的电絮凝单元为多组电絮凝反应器，电絮凝反应器分别固定在撬座上，所述的化学絮凝单元包括混合管汇、静态混合器和多个加注头，混合管汇固定在撬座上，静态混合器设在混合管汇的内部，加注头分别设在混合管汇的的管道上，电絮凝反应器的进水接口通过阀门分别连接至进水管汇，电絮凝反应器的出水接口通过阀门分别连接至出水管汇，混合管汇的入口端通过阀门连接至进水管汇，混合管汇的出口端通过阀门连接至出水管汇；

所述的进水管汇包括主进水管汇和电絮凝进水管汇，所述的组合管汇将混合管汇的出口端和电絮凝进水管汇连接，组合管汇上设有阀门，主进水管汇通过阀门与电絮凝进水管汇的一端连接，电絮凝进水管汇的另一端通过阀门分别与电絮凝反应器的进水接口连接，混合管汇的入口端通过阀门与主进水管汇连接；所述的出水管汇包括主出水管汇和电絮凝出水管汇，电絮凝反应器的出水接口通过阀门分别与电絮凝出水管汇的一端连接，电絮凝出水管汇的另一端通过阀门与主出水管汇连接，混合管汇的出口端通过阀门与主出水管汇连接。

2.如权利要求1所述的一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，其特性在于：所述的电絮凝反应器包括反应室壳体、上端盖、第一电极棒、第二电极棒、第一电极板和第二电极板；所述的反应室壳体为立式结构，上端盖可拆卸的固定在反应室壳体顶部，第一电极棒和第二电极棒分别竖直的固定在上端盖上并向下延伸至反应室壳体内部，在反应室壳体内部，第一电极板和第二电极板分别水平的装配在第一电极棒和第二电极棒上并等距交替排列，第一电极板和第二电极板上分别设有第一开口和第二开口，第一电极棒和第二电极棒分别不接触的穿过第二开口和第一开口，第一电极板的边缘靠近反应室壳体内壁，第二电极板的边缘与反应室壳体内壁的距离大于第一电极板的边缘与反应室壳体内壁的距离，反应室壳体的底部和顶部分别设有进水接口和出水接口。

3.如权利要求2所述的一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，其特性在于：所述的第一电极板和第二电极板上均设有多个固定连接孔，多个绝缘固定杆分别竖直的穿过固定连接孔并与所有的第一电极板和第二电极板连接成一个整体。

4.如权利要求2所述的一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，其特性在于：在第二开口内部，第一电极棒和第二电极板之间设有绝缘单元，绝缘单元填满了第二开口内第一电极棒和第二电极板之间的空隙。

5.如权利要求1所述的一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，其特性在于：所述电絮凝进水管汇的一端与电絮凝反应器的进水接口以及电絮凝出水管汇的一端与电絮凝反应器的出水接口之间的阀门为手动球阀，其余的阀门为手动蝶阀。

6.如权利要求1所述的一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，其特性在于：每组电絮凝反应器分别由一个电控箱供电，电控箱为250A-40V直流电源模块。

7.如权利要求1所述的一种页岩油气压裂返排液絮凝处理模块，其特性在于：所述撬座的顶端设有多组对称的吊耳。