CN106315903A - 一种页岩气压裂返排液处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气田开采过程中的废弃物处理技术领域，特别涉及一种页岩气压裂返排液处理方法。将页岩气压裂返排液依次进行混凝/固液分离处理单元、O3/H2O2氧化处理单元和膜脱盐处理单元处理，获得可合格排放的返排液。本发明页岩气压裂返排液处理方法操作简单，效率高，水回收率高，成本较低，对环境无二次污染，绿色环保，且处理后的水可达标排放也可农田灌溉。
Description
技术领域
本发明属于油气田开采过程中的废弃物处理技术领域，特别涉及一种页岩气压裂返排液处理方法。
背景技术
页岩气作为重要的非常规天然气资源，已成为全球油气资源勘探与开发的新亮点，但其特殊的钻采开发技术对环境带来新的污染，尤其是在压裂作业过程中将产生大量的压裂返排液。页岩气压裂返排液成分复杂，含有稠化剂、减阻剂、破胶剂、助排剂等多种添加剂，还含有多种可溶性无机盐，导致其COD高、可溶解性固体含量高，稳定性强，可生化性极差。
压裂返排液目前的处置方式有三种，回注、回用和达标排放。其中，回注就是将压裂返排液经过如混凝、微电解、氧化等工艺处理，去除油、悬浮物和胶体物质，然后转运到回注井注入地层。回用是将压裂返排液经过简单处理如混凝、吸附等工艺处理，去除油、悬浮物和有害离子，再利用配制压裂液。回注和回用虽然能够解决页岩气压裂返排液的处置问题，但对页岩气开发过程中的单井、散井、预探井或边远井等的压裂返排液，如果采用回注或回用处置方式进行处理，处理后的压裂返排液要转运到其它井进行回注或配液，长途转运必然造成综合处理费用高。若采用达标排放处置方式，现有技术工艺复杂，处理后水质含盐量高，未达到页岩气开发地区水质排放标准，无法满足页岩气开发的需要。
CN102701486A公开了一种用于页岩气压裂返排废水的组合处理方法，该方法包括首先向压裂返排废水中加入混凝剂、碱化剂和助凝剂进行混凝处理；再将混凝后的废水进行电解氧化处理，同时加入硫酸亚铁和过硫酸盐或过硫酸氢盐；将电解氧化后的废水进行二次混凝处理，并依次加入混凝剂、碱化剂和助凝剂；将二次混凝后的废水进行臭氧深度氧化，同时加入催化剂；系统沉降污泥通过过滤机脱水，滤液进入臭氧深度氧化处理，泥饼固化或生物修复。处理后水质达到国家污水综合排放一级标准或回注标准。CN102786186A公开了一种页岩气压裂返排废液处理方法，页岩气压裂返排废液依次经混凝、微电解、芬顿复合过硫酸盐氧化、絮凝沉淀、水解酸化、生化、吸附过滤处理后，出水达到排放标准，可排放也可利用。
2013年《环境科学与技术》中的“页岩气压裂返排液处理工艺研究”，黄飞等人针对页岩气开采作业过程中产生的压裂返排液，优选了破乳-絮凝-氧化-破乳相组合的处理工艺，使压裂返排液达到排放标准。2013年《石油机械》中的“页岩气压裂返排液处理工艺试验研究”，许剑等人采用“化学处理-电絮凝-过滤”，使压裂返排液达到回用标准，在此基础上，再经臭氧催化氧化达到外排标准，其中的化学处理包括絮凝和次氯酸钠氧化。
利用上述专利公开的页岩气压裂返排液(水)或文献研究的页岩气压裂返排液处理工艺，处理后水质COD小于100mg/L，但工艺复杂，且水质含盐量高，不能满足页岩气开发地区环保要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种页岩气压裂返排液处理方法，以克服现有技术工艺复杂、处理效率低、成本高、处理后水质含盐量高，不能满足页岩气开发地区环保要求的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种页岩气压裂返排液处理方法，将页岩气压裂返排液依次经过混凝/固液分离处理单元、O3/H2O2氧化处理单元处理或者依次经过混凝/固液分离处理单元、O3/H2O2氧化处理单元和膜脱盐处理单元处理获得处理合格的返排液。
页岩气压裂返排液依次经混凝/固液分离处理单元、O3/H2O2氧化处理单元处理后，返排液达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级要求；再经膜脱盐处理单元处理，返排液达到《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)中水作物灌溉用水要求。
混凝/固液分离处理单元处理时依次加入混凝剂、助凝剂和絮凝剂，静置沉降，然后进行固液分离。
所述的混凝剂为聚合铝、聚合铝铁、聚合铁或硫酸铝中的一种，加量为1-8kg/m3。
所述的助凝剂为石灰、碳酸钠或氢氧化钠中的一种或两种，加量以调节pH值到9-11为准。
所述的絮凝剂为两性聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺中的一种，其质量浓度为0.2％，加量为2-5kg/m3。
所述的O3/H2O2氧化处理单元处理是以双氧水为催化剂进行臭氧催化氧化。
所述的臭氧催化氧化是在经过混凝/固液分离处理单元处理后的废水中加入双氧水，然后将其泵入臭氧氧化塔；其中，双氧水加量为1-3kg/m3，臭氧氧化塔中臭氧的流量为3-8m3/h，泵入臭氧氧化塔的水的流速为5-10m3/h。
所述的膜脱盐处理单元采用二级二段的反渗透脱盐处理设备，进水pH值为7～9；所述的反渗透脱盐处理设备中的第一级为平板膜组件，它包含两段，第一段运行压力为70～80bar，第二段运行压力为120～150bar，第二级为卷式膜组件，运行压力为20～30bar。
进行膜脱盐处理时，若进水氯离子浓度小于5000mg/L，可优选先用卷式膜组件浓缩，再将浓缩后的水采用膜脱盐处理单元处理。
具体的，所述页岩气压裂返排液处理方法，步骤如下：
1)混凝/固液分离处理单元处理：将页岩气压裂返排液泵入混凝反应罐，在搅拌状态下依次加入混凝剂、助凝剂和絮凝剂，静置沉降，然后将混凝反应罐中的上层清液泵入砂滤罐过滤，下层絮体泵入板框压滤机，进行固液分离；
2)O3/H2O2氧化处理单元处理：在步骤1)出水中加入双氧水，然后将其泵入臭氧氧化塔，进行高级氧化处理；
3)膜脱盐处理单元处理：将步骤2)出水pH值调节至7～9后泵入反渗透脱盐处理设备。
页岩气压裂返排液经混凝处理，去除了悬浮物、胶体物质和重金属盐类，再经O3/H2O2高级氧化处理，有效地去除了有机污染物，减小了有机物对膜的污染，延长了膜的寿命；该方法操作简单，效率高，水回收率高，成本较低；处理过程中产生的泥饼少，对环境无二次污染，是一种绿色环保的水处理技术；处理后的水质稳定，达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准和《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)中水作物灌溉用水要求。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明页岩气压裂返排液处理方法操作简单，效率高，水回收率高，成本较低，对环境无二次污染，绿色环保，且处理后的水质可达标排放或可农田灌溉。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
页岩气压裂返排液处理方法：在混凝反应罐中泵入某页岩气压裂返排液10m3，在搅拌状态下加入10kg的聚合铝，溶解后继续搅拌5min，然后加入石灰调pH值为6.5，再加入碳酸钠调pH值为9.0，最后加入质量浓度为0.2％的阳离子聚丙烯酰胺20kg，絮花形成后停止搅拌，静置；将混凝反应罐上层清液泵入砂滤罐，出水进入20m3缓冲罐。待缓冲罐中的水面到达液位计刻度后，在其中加入20kg的双氧水，然后将缓冲罐中的水以10m3/h的流速泵入臭氧氧化塔，同时开启臭氧发生器并控制臭氧的流量为3m3/h。将臭氧氧化后的水先泵入第二级反渗透的卷式膜组件进行浓缩，其运行压力为20bar，产水进入产水箱，浓水进入膜脱盐处理单元前的储水箱；将储水箱中的水泵入第一级反渗透的第一段平板膜组件中，其运行压力为70bar，产水进入中间产水箱，浓水泵入第一级反渗透的第二段平板膜组件中，运行压力为140bar，产水进入中间产水箱，浓水进入浓水箱；最后将中间产水箱的水在运行压力为30bar下，再次泵入卷式膜组件，产水进入产水箱，浓水回流至膜脱盐处理单元前的储水箱。压裂返排液经各处理单元处理后的主要污染物指标见表1。
实施例2
页岩气压裂返排液处理方法：在混凝反应罐中泵入某页岩气压裂返排液10m3，在搅拌状态下加入50kg的聚合铝铁，充分搅拌后加入碳酸钠调pH值为9.0，最后加入质量浓度为0.2％的两性聚丙烯酰胺40kg，絮花形成后停止搅拌。将混凝反应罐中的上层清液泵入砂滤罐，出水进入20m3缓冲罐。待缓冲罐中注满水后，在其中加入30kg的双氧水，然后将其以8m3/h的流速泵入臭氧氧化塔，同时开启臭氧发生器并控制臭氧的流量为5m3/h，臭氧氧化后的水进入膜脱盐处理单元的储水箱。将储水箱中的水先泵入第一级反渗透的第一段膜组件中，其运行压力为70bar，产水进入中间产水箱，将浓水泵入第一级反渗透的第二段膜组件中，运行压力为140bar，产水进入中间产水箱，浓水进入浓水箱；最后在压力为30bar下将中间产水箱中的水泵入第二级反渗透的卷式膜组件，产水进入产水箱，浓水回流至膜脱盐处理单元前端储水箱。各处理单元出水主要指标见表1。
实施例3
页岩气压裂返排液处理方法：在混凝反应罐中泵入某页岩气压裂返排液10m3，在搅拌状态下加入80kg的聚合铁，溶解后继续搅拌5min，然后加入碳酸钠调pH值为9.0，再加入氢氧化钠调pH值为11.0，最后加入质量浓度为0.2％的阴离子聚丙烯酰胺50kg，絮花形成后停止搅拌，静置；将混凝反应罐中的上层清液泵入砂滤罐，出水进入20m3缓冲罐。待缓冲罐中注满水后，在缓冲罐中加入60kg的双氧水，然后将其以5m3/h的流速泵入臭氧氧化塔，同时开启臭氧发生器并控制臭氧的流量为8m3/h，臭氧氧化后的水进入膜脱盐处理单元的储水箱。将储水箱中水的pH值调至7.5后泵入第一级反渗透的第一段膜组件中，其运行压力为70bar，产水进入中间产水箱，浓水泵入第一级反渗透的第二段膜组件中，运行压力为120bar，产水进入中间产水箱，浓水进入浓水箱；最后在压力为30bar下将中间产水箱中的水泵入第二级反渗透的卷式膜组件，产水进入产水箱，浓水回流至膜脱盐处理单元前端储水箱。各处理单元出水主要污染物指标见表1。
实施例4
页岩气压裂返排液处理方法：在混凝反应罐中泵入某页岩气压裂返排液10m3，在搅拌状态下加入60kg的硫酸铝，溶解后继续搅拌5min，然后加入石灰调pH值为7.5，再加入碳酸钠继续调pH值为10.0，最后加入质量浓度为0.2％的阴离子聚丙烯酰胺40kg，絮花形成后停止搅拌，静置；将混凝反应罐中的上层清液泵入砂滤罐，出水进入20m3缓冲罐。待缓冲罐中注满水后，在其中加入双氧水50kg，然后将其以6m3/h的流速泵入臭氧氧化塔，同时开启臭氧发生器并控制臭氧的流量为5m3/h，氧化后的水进入膜脱盐处理单元前端的储水箱。将储水箱中水的pH值调节至7.0，然后泵入第一级反渗透的第一段膜组件中，该段运行压力为80bar，产水进入中间产水箱，浓水泵入第一级反渗透的第二段膜组件中，该段运行压力为150bar，产水进入中间产水箱，浓水进入浓水箱；最后在压力为30bar下将中间产水箱中的水泵入第二级反渗透的卷式膜组件，产水进入产水箱，浓水回流至膜脱盐处理单元前端储水箱。各处理单元出水主要污染物指标见表1。
由表1可以看出，页岩气压裂返排液经处理后，主要污染物指标均达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准和《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)中水作物灌溉用水要求。
表1压裂返排液处理过程中各单元水质主要污染物指标
Claims (10)
1.一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，将页岩气压裂返排液依次经过混凝/固液分离处理单元、O3/H2O2氧化处理单元处理或者依次经过混凝/固液分离处理单元、O3/H2O2氧化处理单元和膜脱盐处理单元处理获得处理合格的返排液。
2.如权利要求1所述的页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述的O3/H2O2氧化处理单元处理是以双氧水为催化剂进行臭氧催化氧化。
3.如权利要求2所述的页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述的臭氧催化氧化是在经过混凝/固液分离处理单元处理后的废水中加入双氧水，然后将其泵入臭氧氧化塔；其中，双氧水加量为1-3kg/m3，臭氧氧化塔中臭氧的流量为3-8m3/h，泵入臭氧氧化塔的水的流速为5-10m3/h。
4.如权利要求1所述的页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述的膜脱盐处理单元采用二级二段的反渗透脱盐处理设备，进水pH值为7~9；所述的反渗透脱盐处理设备中的第一级为平板膜组件，它包含两段，第一段运行压力为70~80bar，第二段运行压力为120~150bar，第二级为卷式膜组件，运行压力为20~30bar。
5.如权利要求4所述的页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，进行膜脱盐处理时，若进水氯离子浓度小于5000mg/L，先用卷式膜组件浓缩，再将浓缩后的水采用膜脱盐处理单元处理。
6.如权利要求1-5任一所述的页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，混凝/固液分离处理单元处理时依次加入混凝剂、助凝剂和絮凝剂，静置沉降，然后进行固液分离。
7.如权利要求6所述的页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述的混凝剂为聚合铝、聚合铝铁、聚合铁或硫酸铝中的一种，加量为1-8kg/m3。
8.如权利要求6所述的页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述的助凝剂为石灰、碳酸钠或氢氧化钠中的一种或两种，加量以调节pH值到9-11为准。
9.如权利要求6所述的页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述的絮凝剂为两性聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺中的一种，其质量浓度为0.2%，加量为2-5kg/m3。
10.如权利要求1所述的页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述处理方法步骤如下：
1）混凝/固液分离处理单元处理：将页岩气压裂返排液泵入混凝反应罐，在搅拌状态下依次加入混凝剂、助凝剂和絮凝剂，静置沉降，然后将混凝反应罐中的上层清液泵入砂滤罐过滤，下层絮体泵入板框压滤机，进行固液分离；
2）O3/H2O2氧化处理单元处理：在步骤1）出水中加入双氧水，然后将其泵入臭氧氧化塔，进行高级氧化处理；
3）膜脱盐处理单元处理：将步骤2）出水pH值调节至7~9后泵入反渗透脱盐处理设备。
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