CN104944640A - 一种页岩气压裂返排废水的处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种页岩气压裂返排废水的处理装置及方法，包括原液罐，原液罐的出口通过第一连接管与混凝沉淀单元的进口相连，混凝沉淀单元的出口通过第二连接管与臭氧氧化单元的进口相连，臭氧氧化单元的出口通过第三连接管与调节池的进口相连，调节池的出口通过第四连接管与微滤膜过滤单元的第一进口相连，微滤膜过滤单元的第一出口连接第一排放管，微滤膜过滤单元的第二出口通过第五连接管与集液罐的进口相连，集液罐的出口通过第六连接管与微滤膜过滤单元的第二出口相连。本发明采用臭氧催化氧化与PTFE微滤膜处理工艺结合的方法进行页岩气压裂返排废水的处理，能够实现页岩气压裂返排废水的重复利用。

Description

一种页岩气压裂返排废水的处理装置及方法

技术领域

本发明属于处理页岩气压裂返排废水的技术领域，尤其涉及一种页岩气压裂返排废水的处理装置及方法。

背景技术

目前最成熟的页岩气开采方法——水力压裂法，将产生大量压裂返排废水。页岩气返排废水含有多种有机和无机化合物，同时具有较高的盐度和多种化学添加剂、金属元素以及自然产生的放射性元素，是极难处理的废水。与此同时，页岩气开采对淡水的大量需求已与农业用水和家庭用水形成竞争，更加剧了中国等缺水国家或地区的淡水资源短缺现状。因此，如果能够实现页岩气压裂返排废水的重复利用，具有很高的社会效益和环境效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种页岩气压裂返排废水的处理装置及方法，采用臭氧催化氧化与聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维微滤膜处理工艺结合的方法，实现页岩气压裂返排废水的重复利用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种页岩气压裂返排废水的处理装置，其特征在于，包括原液罐，所述原液罐的出口通过第一连接管与混凝沉淀单元的进口相连，所述混凝沉淀单元的出口通过第二连接管与臭氧氧化单元的进口相连，所述臭氧氧化单元的出口通过第三连接管与调节池的进口相连，所述调节池的出口通过第四连接管与微滤膜过滤单元的第一进口相连，所述微滤膜过滤单元的第一出口连接第一排放管，微滤膜过滤单元的第二出口通过第五连接管与集液罐的进口相连，所述集液罐的出口通过第六连接管与微滤膜过滤单元的第二出口相连。

按上述方案，所述混凝沉淀单元为混凝沉淀池，所述混凝沉淀池的底部设有排泥口，混凝沉淀池内设有搅拌器和第一液位计，所述第一连接管上沿进液方向依次设有第一加药泵和第一水泵，所述第一加药泵通过管道与絮凝剂罐体相连。

按上述方案，所述臭氧氧化单元包括臭氧反应池，所述臭氧反应池中设有第二液位计，臭氧反应池的底部设有微孔曝气头，所述微孔曝气头通过管路与臭氧发生器相连，所述第二连接管上设有第二水泵。

按上述方案，所述微滤膜过滤单元包括微滤膜过滤柱、PTFE中空纤维微滤膜和端盖，所述微滤膜过滤柱为圆柱筒体结构，PTFE中空纤维微滤膜设于微滤膜过滤柱的空腔中，微滤膜过滤柱顶部开口端设有连接管，所述连接管底部与微滤膜过滤柱间隙配合相连，连接管顶部与所述端盖螺纹连接，所述PTFE中空纤维微滤膜为“U”型结构，PTFE中空纤维微滤膜的开口端的端头通过树脂浇铸包封于连接管内腔中；所述第一进口、第一出口设于微滤膜过滤柱的下部，所述第二出口设于端盖的中心位置。

按上述方案，所述调节池内设有第三液位计，所述第四连接管上设有第三水泵，所述第六连接管上沿进液方向依次设有第二加药泵和第四水泵，第二加药泵通过管道与反冲洗药剂罐体相连。

按上述方案，还包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与所述第一液位计、第二液位计和第三液位计的输出端相连，所述PLC控制器的输出端与所述第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵、第一加药泵、第二加药泵的控制开关相连。

按上述方案，所述絮凝剂为聚合氯化铝。

按上述方案，所述反冲洗药剂可以为盐酸或氢氧化纳或次氯酸钠。

采用上述一种页岩气压裂返排废水的处理装置进行处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)所述PLC控制器启动所述第一水泵和第一加药泵，将页岩气压裂返排废水和絮凝剂通过所述第一连接管输送进所述混凝沉淀池内，当达到设定液位值后PLC控制器关闭第一水泵和第一加药泵，通过所述搅拌器进行搅拌，然后打开所述排泥口将杂质排出，混凝池内的液位下降后，PLC控制器再次启动第一水泵和第一加药泵进液；

2)PLC控制器启动所述第二水泵，将混凝沉淀池的出水通过所述第二连接管输送进所述臭氧反应池中，当达到设定液位值后PLC控制器关闭第二水泵，用输入臭氧进行曝气处理，通过PLC控制器控制第二水泵的流量，使混凝沉淀池的出水在臭氧反应池中的停留时间为10～30分钟，然后通过所述第三连接管将臭氧反应池的出水输送进所述调节池中；

3)当调节池内液位达到设定值后，PLC控制器启动所述第三水泵，将调节池的出水通过所述第四连接管输送进所述微滤膜过滤柱中，通过所述PTFE中空纤维微滤膜进行过滤分离处理，过滤后的出水通过所述第五连接管输送进所述集液罐中，剩余的浓缩液通过所述第一排放管排出进行固化处理；

4)当PTFE中空纤维微滤膜的通过量低于设定值时，PLC控制器启动所述第四水泵和第二加药泵，将过滤后的出水和反冲洗药剂输送进微滤膜过滤柱中进行反冲洗处理，反冲洗后的浓缩液通过第一排放管排出进行固化处理。

本发明的有益效果是：提供一种页岩气压裂返排废水的处理装置及方法，利用臭氧的强氧性使返排废水中的细菌大幅度减少，再通过PTFE中空纤维微滤膜过滤悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质，同时可有效降低页岩气压裂返排废水的盐度，并能大幅降低页岩气压裂返排废水的化学需氧量(COD)，使出水的悬浮固体含量、细菌数量满足重复利用的指标。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为本发明一个实施例的微滤膜过滤单元的轴测图。

图3为本发明一个实施例的连接管的俯视图。

其中：1.原液罐，2.第一连接管，3.混凝沉淀池，4.排泥口，5.搅拌器，6.第一加药泵，7.第一水泵，8.第二连接管，9.第二水泵，10.臭氧反应池，11.微孔曝气头，12.第三连接管，13.调节池，14.第四连接管，15.第三水泵，16.微滤膜过滤柱，17.PTFE中空纤维微滤膜，18.端盖，19.连接管，20.第一排放管，21.第五连接管，22.集液罐，23.第六连接管，24.第二加药泵，25.第四水泵，26.PLC控制器。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1-2所示，一种页岩气压裂返排废水的处理装置，包括原液罐1，原液罐的出口通过第一连接管2与混凝沉淀单元的进口相连，混凝沉淀单元的出口通过第二连接管8与臭氧氧化单元的进口相连，臭氧氧化单元的出口通过第三连接管12与调节池13的进口相连，调节池的出口通过第四连接管14与微滤膜过滤单元的第一进口相连，微滤膜过滤单元的第一出口连接第一排放管20，微滤膜过滤单元的第二出口通过第五连接管21与集液罐22的进口相连，集液罐的出口通过第六连接管23与微滤膜过滤单元的第二出口相连；第一连接管上沿进液方向依次设有第一加药泵6和第一水泵7，第二连接管上设有第二水泵9，第四连接管14上设有第三水泵15，第六连接管23上沿进液方向依次设有第二加药泵24和第四水泵25。

混凝沉淀单元为混凝沉淀池3，混凝沉淀池的底部设有排泥口4，混凝沉淀池内设有搅拌器5和第一液位计第一加药泵通过管道与絮凝剂罐体相连，絮凝剂选用聚合氯化铝。

臭氧氧化单元包括臭氧反应池10，臭氧反应池中设有第二液位计，臭氧反应池的底部设有微孔曝气头11，微孔曝气头通过管路与臭氧发生器相连，因为臭氧的强氧化性可以破坏微生物的细胞壁和细胞膜，所以臭氧几乎对所有病菌、病毒、霉菌、真菌及原虫、卵囊都具有明显的灭活效果。同时臭氧氧化技术在页岩气压裂返排废水的处理过程中可去除难降解有机物，降低COD含量，分别是单纯的吹脱、臭氧直接氧化和羟基间接氧化，臭氧及羟基自由基具有强氧化性，可打断各种难降解有机物的碳链结合键，降低原水中有机物的分子量，使其快速氧化。

微滤膜过滤单元包括微滤膜过滤柱16、PTFE中空纤维微滤膜17和端盖18，微滤膜过滤柱为圆柱筒体结构，PTFE中空纤维微滤膜设于微滤膜过滤柱的空腔中，过滤方式为外压式死端过滤；微滤膜过滤柱顶部开口端设有连接管19(见图3)，连接管底部与微滤膜过滤柱间隙配合相连，连接管顶部与端盖螺纹连接，PTFE中空纤维微滤膜为“U”型结构，其开口端的端头通过树脂浇铸包封于连接管内腔中；第一进口、第一出口设于微滤膜过滤柱的下部，第二出口设于端盖的中心位置；微滤膜过滤柱可采用单个微滤膜过滤柱独立使用，也可多个膜反应柱串联使用，PTFE中空纤维微滤膜具有较为整齐和均匀的多孔结构，小于膜孔径的微粒通过滤膜，比孔径大的粒子则被截留在膜表面，可以高效截留悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。

调节池内设有第三液位计，第二加药泵通过管道与反冲洗药剂罐体相连，反冲洗药剂可选用次氯酸钠或那盐酸或氢氧化纳。

还包括PLC控制器26，PLC控制器的输入端与第一液位计、第二液位计和第三液位计的输出端相连，其输出端与第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵、第一加药泵、第二加药泵的控制开关相连。

采用本处理装置进行页岩气压裂返排废水处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)PLC控制器启动第一水泵和第一加药泵，将页岩气压裂返排废水和絮凝剂通过第一连接管输送进混凝沉淀池内，絮凝剂选用聚合氯化铝，通过PLC控制投加使聚合氯化铝的质量浓度保持在200～500mg/L，当达到设定液位值后PLC控制器关闭第一水泵和第一加药泵，通过搅拌器进行搅拌，然后打开排泥口将杂质排出，混凝池内的液位下降后，PLC控制器再次启动第一水泵和第一加药泵进液；

2)PLC控制器启动第二水泵，将混凝沉淀池的出水通过第二连接管输送进臭氧反应池中，当达到设定液位值后PLC控制器关闭第二水泵，用输入臭氧进行曝气处理，通过PLC控制器控制第二水泵的流量，使混凝沉淀池的出水在臭氧反应池中的停留时间为10～30分钟，然后通过第三连接管将臭氧反应池的出水输送进调节池中；

3)当调节池内液位达到设定值后，PLC控制器启动第三水泵，将调节池的出水通过第四连接管输送进微滤膜过滤柱中，通过PTFE中空纤维微滤膜进行过滤分离处理，过滤后的出水通过第五连接管输送进集液罐中，剩余的浓缩液通过第一排放管排出进行固化处理；

4)当PTFE中空纤维微滤膜的通过量低于设定值时，PLC控制器启动第四水泵和第二加药泵，将过滤后的出水和反冲洗药剂输送进微滤膜过滤柱中进行反冲洗处理，反冲洗后的浓缩液通过第一排放管排出进行固化处理。

Claims (9)

1.一种页岩气压裂返排废水的处理装置，其特征在于，包括原液罐，所述原液罐的出口通过第一连接管与混凝沉淀单元的进口相连，所述混凝沉淀单元的出口通过第二连接管与臭氧氧化单元的进口相连，所述臭氧氧化单元的出口通过第三连接管与调节池的进口相连，所述调节池的出口通过第四连接管与微滤膜过滤单元的第一进口相连，所述微滤膜过滤单元的第一出口连接第一排放管，微滤膜过滤单元的第二出口通过第五连接管与集液罐的进口相连，所述集液罐的出口通过第六连接管与微滤膜过滤单元的第二出口相连。

2.根据上述权利要求1所述的一种页岩气压裂返排废水的处理装置，其特征在于，所述混凝沉淀单元为混凝沉淀池，所述混凝沉淀池的底部设有排泥口，混凝沉淀池内设有搅拌器和第一液位计，所述第一连接管上沿进液方向依次设有第一加药泵和第一水泵，所述第一加药泵通过管道与絮凝剂罐体相连。

3.根据权利要求2所述的一种页岩气压裂返排废水的处理装置，其特征在于，所述臭氧氧化单元包括臭氧反应池，所述臭氧反应池中设有第二液位计，臭氧反应池的底部设有微孔曝气头，所述微孔曝气头通过管路与臭氧发生器相连，所述第二连接管上设有第二水泵。

4.根据权利要求3所述的一种页岩气压裂返排废水的处理装置，其特征在于，所述微滤膜过滤单元包括微滤膜过滤柱、PTFE中空纤维微滤膜和端盖，所述微滤膜过滤柱为圆柱筒体结构，PTFE中空纤维微滤膜设于微滤膜过滤柱的空腔中，微滤膜过滤柱顶部开口端设有连接管，所述连接管底部与微滤膜过滤柱间隙配合相连，连接管顶部与所述端盖螺纹连接，所述PTFE中空纤维微滤膜为“U”型结构，PTFE中空纤维微滤膜的开口端的端头通过树脂浇铸包封于连接管内腔中；所述第一进口、第一出口设于微滤膜过滤柱的下部，所述第二出口设于端盖的中心位置。

5.根据权利要求4所述的一种页岩气压裂返排废水的处理装置，其特征在于，所述调节池内设有第三液位计，所述第四连接管上设有第三水泵，所述第六连接管上沿进液方向依次设有第二加药泵和第四水泵，第二加药泵通过管道与反冲洗药剂罐体相连。

6.根据权利要求5所述的一种页岩气压裂返排废水的处理装置，其特征在于，还包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与所述第一液位计、第二液位计和第三液位计的输出端相连，所述PLC控制器的输出端与所述第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵、第一加药泵、第二加药泵的控制开关相连。

7.根据权利要求2所述的一种页岩气压裂返排废水的处理装置，其特征在于，所述絮凝剂为聚合氯化铝。

8.根据权利要求5所述的一种页岩气压裂返排废水的处理装置，其特征在于，所述反冲洗药剂可以为盐酸或氢氧化纳或次氯酸钠。

9.采用上述权利要求6所述的一种页岩气压裂返排废水的处理装置进行处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)所述PLC控制器启动所述第一水泵和第一加药泵，将页岩气压裂返排废水和絮凝剂通过所述第一连接管输送进所述混凝沉淀池内，当达到设定液位值后PLC控制器关闭第一水泵和第一加药泵，通过所述搅拌器进行搅拌，然后打开所述排泥口将杂质排出，混凝池内的液位下降后，PLC控制器再次启动第一水泵和第一加药泵进液；

2)PLC控制器启动所述第二水泵，将混凝沉淀池的出水通过所述第二连接管输送进所述臭氧反应池中，当达到设定液位值后PLC控制器关闭第二水泵，用输入臭氧进行曝气处理，通过PLC控制器控制第二水泵的流量，使混凝沉淀池的出水在臭氧反应池中的停留时间为10～30分钟，然后通过所述第三连接管将臭氧反应池的出水输送进所述调节池中；

3)当调节池内液位达到设定值后，PLC控制器启动所述第三水泵，将调节池的出水通过所述第四连接管输送进所述微滤膜过滤柱中，通过所述PTFE中空纤维微滤膜进行过滤分离处理，过滤后的出水通过所述第五连接管输送进所述集液罐中，剩余的浓缩液通过所述第一排放管排出进行固化处理；

4)当PTFE中空纤维微滤膜的通过量低于设定值时，PLC控制器启动所述第四水泵和第二加药泵，将过滤后的出水和反冲洗药剂输送进微滤膜过滤柱中进行反冲洗处理，反冲洗后的浓缩液通过第一排放管排出进行固化处理。