CN106746126A - 一种页岩气压裂返排液处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，包括反应池、管式微滤膜系统、纳滤系统和反渗透系统，所述的反应池中加入化学药剂对进入反应池的废水进行化学沉淀处理，处理得到的上清液输送至管式微滤膜系统，管式微滤膜系统的产水再输送至纳滤系统，纳滤系统处理得到的淡水再输送至反渗透系统进行处理。本发明所述的页岩气压裂返排液处理系统结构紧凑，占地小，处理流程短，处理效率高，出水水质好，功耗低，运行成本低，便于自动化控制，经济效益高。

Description

一种页岩气压裂返排液处理系统
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种页岩气压裂返排液处理系统。
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可能带来新的环境污染问题，尤其是在页岩气压裂作业过程中将产生大量压裂返排废水，这类废水中含有随着返排废水带出的地层地下水、废压裂液和钻屑等，具有高盐、高矿化度、高色度、含有毒有害物质、可生化性差和难处理的特点。目前处理页岩气压裂返排液废水的浓缩工艺为软化+超滤+反渗透浓缩，即通过加药静置的办法减低水质的硬度，然后再进行超滤，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化，再由反渗透浓缩后得到净化后的出水。加药静置软化的方法需要修建二沉池来提高软化效果，但该方法的出水水质不佳，并且占地面积大，建设费用高，处理成本高，不能很好的对废水进行合理的处理，浓缩后的含盐量只能达到6-7％，并且采用传统处理工艺的设备系统不具有通用性和移动性，只能随着页岩气开采点修建，成本高，经济效益差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种页岩气压裂返排液处理系统，解决目前技术中传统的页岩气压裂返排液处理装置处理效率低下，出水水质不佳的问题。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：
一种页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，包括反应池、管式微滤膜系统、纳滤系统和反渗透系统，所述的反应池中加入化学药剂对进入反应池的废水进行化学沉淀处理，处理得到的上清液输送至管式微滤膜系统，管式微滤膜系统的产水再输送至纳滤系统，纳滤系统处理得到的淡水再输送至反渗透系统进行处理。本发明所述的页岩气压裂返排液处理系统先对页岩气压裂返排液进行化学沉淀，利用药剂与废水中的交替粒子发生混凝作用，将胶体粒子有效去除沉淀，然后利用管式微滤膜系统进行软化处理，有效除去污水中悬浮颗粒、胶体和大分子有机物，然后纳滤系统实现氯化钠和硫酸钠的有效分离，最后利用反渗透系统对纳滤系统得到的淡水进行浓缩减量处理，降低后续浓缩液蒸发结晶处理的投资运行成本。本发明所述的页岩气压裂返排液处理系统处理流程短，处理效率高，出水水质好，功耗低，运行成本低，经济效益高。
进一步的，所述的反应池包括一号反应池和二号反应池，废水依次通过一号反应池和二号反应池，二号反应池的上清液输送至管式微滤膜系统，多段处理，保障化学沉淀的效果。
进一步的，所述的反应池还包括储水池，二号反应池的上清液输送储存在储水池中后再输送至管式微滤膜系统，化学沉淀处理得到的上清液先储存在储水池中，储水池中蓄积一定量的上清液后再输送至后续的管式微滤膜系统能保障后续处理连续不间断的进行，保障设备工作的连续性和效率。
进一步的，所述的反渗透系统包括反渗透一组、反渗透二组、反渗透三组和反渗透四组，反渗透一组的浓水出口连接至反渗透二组的入口，反渗透二组的浓水出口连接至反渗透三组的入口，反渗透三组的浓水出口连接至蒸发结晶装置，同时反渗透一组、反渗透二组以及反渗透三组的淡水出口连接至反渗透四组的入口，反渗透四组的浓水出口回流连接至反渗透一组的入口，提高浓缩处理效果，降低后续浓缩液蒸发结晶处理的投资运行成本，提高反渗透系统处理得到的洁净水的回用量，降低使用成本。
进一步的，所述的纳滤系统得到的浓水返回输送至一号反应池，将浓水返回循环进行处理，提高净化处理效果，提高最终的出水水质。
进一步的，所述的反应池、管式微滤膜系统集成为一体的预处理撬装装置，所述的纳滤系统和反渗透系统集成为一体的深度处理撬装装置，结构紧凑，占地小，故障少，移动性好，场地适应性强，可在多个平台之间灵活转换使用，极大的降低建造和使用成本，经济效益高。
一种页岩气压裂返排液处理工艺，其特征在于，工艺步骤包括：
A页岩气压裂返排液进行化学沉淀处理得到沉淀上清液；
B步骤A得到的沉淀上清液进入管式微滤膜系统处理得到滤液；
C步骤B得到的滤液进入纳滤系统处理得到纳滤浓水和纳滤淡水；
D步骤C得到的纳滤淡水再进行反渗透处理，反渗透浓水进行蒸发结晶，反渗透淡水回用。
进一步的，所述的步骤A中页岩气压裂返排液输送至一号反应池中，并向一号反应池中添加化学药剂，所述的化学药剂包括NaClO、NaOH、Na2CO3，然后将一号反应池处理得到的上清液输送至二号反应池继续化学沉淀处理，二号反应池处理得到沉淀上清液，并将沉淀上清输送至储水池存储。
进一步的，所述的步骤B得到的滤液中投加HCl、NaHSO3，并调节pH至6～7后再输送至纳滤系统。
进一步的，所述步骤C中得到的纳滤浓水返回输送至一号反应池。
本发明采用化学沉淀+管式微滤膜软化+纳滤+反渗透浓缩的处理工艺流程，不需要二沉池，软化效率高、出水水质好、流程短、便于自动化控制，处理经济效益高，处理成本更低。
与现有技术相比，本发明优点在于：
本发明所述的页岩气压裂返排液处理系统结构紧凑，不需要二沉池，占地小，处理流程短，处理效率高，出水水质好，功耗低，运行成本低，便于自动化控制，经济效益高；
纳滤系统处理过程既能降低后续反渗透系统的投资运行成本又能提高二价离子浓度，还能提高蒸发结晶处理获得的盐产品的纯度；与通过蒸发结晶分离氯化钠和硫酸钠的方法相比，纳滤系统运行能耗低、分离效果更好；
多段式的反渗透系统能回用80％以上反渗透系统处理得到的洁净水，又能降低后续浓缩液蒸发结晶处理的投资运行成本；
整体设备采用撬装运输，场地适应性强，可在多个平台之间灵活转换使用，降低建造成本，具有灵活的移动性，适用范围广。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为预处理撬装装置的结构示意图；
图3为深度处理撬装装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开的页岩气压裂返排液处理系统，处理效率高，出水水质好，流程短，设备占用体积小，制造成本低，运行成本低，场地适应性强，撬装一体化结构，移动性好，可在多个平台之间灵活转换使用。
本发明采用化学沉淀+管式微滤膜软化+纳滤+反渗透浓缩的方式对页岩气压裂返排液进行处理，页岩气废水经过反应池1、2处理后，上清液进入管式微滤膜系统进行软化处理，软化产水通过在线添加HCl、NaHSO3并调节PH至6-7后流入纳滤系统进行分盐，纳滤产水主要含有氯化钠，进行反渗透处理浓缩得到高含盐量的浓水，之后进入蒸发系统蒸发结晶。
具体的处理工艺步骤为：
A页岩气压裂返排液先进行化学沉淀，利用絮凝剂PAC和助凝剂PAM与页岩气压裂返排液中的胶体粒子发生混凝作用，通过电性中和、吸附、架桥、卷扫和网捕四个阶段后使废水中的胶体粒子有效地沉淀去除，页岩气压裂返排液先输送至一号反应池中，并向一号反应池中添加化学药剂，化学药剂为NaClO、NaOH、Na2CO3，然后将一号反应池的上清液输送至二号反应池中继续化学沉淀处理，二号反应池处理得到沉淀上清液；
B然后将步骤A得到的沉淀上清液送入管式微滤膜系统处理，在水压的作用下水分子及小分子物质等透过微滤膜，由于微滤膜上的微孔很小，水中的悬浮微粒、胶体等则被截留在微滤膜的内表面，可以有效除去污水中悬浮颗粒、胶体和大分子有机物等，最终处理得到滤液；
C再将步骤B得到的滤液通过在线添加HCl、NaHSO3的方式调节pH至6～7后输送至纳滤系统，处理得到纳滤浓水和纳滤淡水，纳滤浓水可以返回输送至一号反应池，降低耗水量；
D步骤C得到的纳滤淡水主要含有氯化钠，将纳滤淡水通过反渗透系统浓缩处理得到反渗透淡水和盐含量为9％左右的反渗透浓水，反渗透浓水最后进行蒸发结晶得到结晶盐，反渗透淡水回用。
如图1至图3所示，采用上述处理工艺的页岩气压裂返排液处理系统包括依次连接的反应池1、管式微滤膜系统2、纳滤系统3和反渗透系统4，反应池1中加入化学药剂对进入反应池1的废水处理，处理得到的上清液输送至管式微滤膜系统2，管式微滤膜系统2的产水再输送至纳滤系统3，纳滤系统3处理得到的纳滤淡水再输送至反渗透系统4进行处理。
在本实施例中，反应池1包括一号反应池11、二号反应池12和储水池13，页岩气压裂返排液依次通过一号反应池11和二号反应池12，一号反应池中添加NaClO、NaOH、Na2CO3，一号反应池的上清液输送至二号反应池中，二号反应池中添加纯碱处理，一号反应池11、二号反应池12内还设置有搅拌装置14，使化学药剂与页岩气压裂返排液的混合更加充分，提高化学沉淀效果，缩短处理时间，二号反应池12的上清液输送储存在储水池13中后再输送至管式微滤膜系统2。
管式微滤膜系统2对固液混合溶液进行净化和分离，有效除去污水中悬浮颗粒、胶体和大分子有机物等。管式微滤膜系统2处理得到的滤液通过增压泵5输送到纳滤系统3中，纳滤系统3处理得到主要含有硫酸钠的纳滤浓水以及主要含有氯化钠的纳滤淡水，纳滤系统3得到的浓水返回输送至一号反应池11，纳滤系统3处理得到的纳滤淡水输送至反渗透系统4进行处理。
反渗透系统4由多组反渗透模组构成，在本实施例中反渗透系统4包括反渗透一组41、反渗透二组42、反渗透三组43和反渗透四组44，纳滤淡水通入反渗透一组41的入口,反渗透一组41的浓水出口连接至反渗透二组42的入口，反渗透二组42的浓水出口连接至反渗透三组43的入口，反渗透三组43的浓水出口连接至蒸发结晶装置，通过蒸发结晶得到结晶盐，同时反渗透一组41、反渗透二组42以及反渗透三组43的淡水出口连接至反渗透四组44的入口，反渗透四组44的浓水出口回流连接至反渗透一组41的入口，反渗透四组44处理得到的淡水可回用于整个系统，降低水耗用量，反渗透系统4对纳滤淡水进行浓缩减量处理，既能回用80％以上的洁净水，又能降低浓缩液蒸发结晶处理的投资运行成本。
为了降低建造页岩气压裂返排液处理系统的建造成本和运行成本，将一号反应池11、二号反应池12和储水池13、管式微滤膜系统2集成为一体的预处理撬装装置a，所述的纳滤系统3、反渗透系统4以及增压泵5集成为一体的深度处理撬装装置b，采用撬装运输，场地适应性强，可在多个平台之间灵活转换使用。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，包括反应池(1)、管式微滤膜系统(2)、纳滤系统(3)和反渗透系统(4)，所述的反应池(1)中加入化学药剂对进入反应池(1)的废水进行化学沉淀处理，处理得到的上清液输送至管式微滤膜系统(2)，管式微滤膜系统(2)的产水再输送至纳滤系统(3)，纳滤系统(3)处理得到的淡水再输送至反渗透系统(4)进行处理。
2.根据权利要求1所述的页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，所述的反应池(1)包括一号反应池(11)和二号反应池(12)，废水依次通过一号反应池(11)和二号反应池(12)，二号反应池(12)的上清液输送至管式微滤膜系统(2)。
3.根据权利要求2所述的页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，所述的反应池(1)还包括储水池(13)，二号反应池(12)的上清液输送储存在储水池(13)中后再输送至管式微滤膜系统(2)。
4.根据权利要求1所述的页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，所述的反渗透系统(4)包括反渗透一组(41)、反渗透二组(42)、反渗透三组(43)和反渗透四组(44)，反渗透一组(41)的浓水出口连接至反渗透二组(42)的入口，反渗透二组(42)的浓水出口连接至反渗透三组(43)的入口，反渗透三组(43)的浓水出口连接至蒸发结晶装置，同时反渗透一组(41)、反渗透二组(42)以及反渗透三组(43)的淡水出口连接至反渗透四组(44)的入口，反渗透四组(44)的浓水出口回流连接至反渗透一组(41)的入口。
5.根据权利要求1所述的页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，所述的纳滤系统(3)得到的浓水返回输送至一号反应池(11)。
6.根据权利要求1所述的页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，所述的反应池(1)、管式微滤膜系统(2)集成为一体的预处理撬装装置(a)，所述的纳滤系统(3)和反渗透系统(4)集成为一体的深度处理撬装装置(b)。
7.一种页岩气压裂返排液处理工艺，其特征在于，工艺步骤包括：
A页岩气压裂返排液进行化学沉淀处理得到沉淀上清液；
B步骤A得到的沉淀上清液进入管式微滤膜系统处理得到滤液；
C步骤B得到的滤液进入纳滤系统处理得到纳滤浓水和纳滤淡水；
D步骤C得到的纳滤淡水再进行反渗透处理，反渗透浓水进行蒸发结晶，反渗透淡水回用。
8.根据权利要求7所述的页岩气压裂返排液处理工艺，其特征在于，所述的步骤A中页岩气压裂返排液输送至一号反应池中，并向一号反应池中添加化学药剂，所述的化学药剂包括NaClO、NaOH、Na2CO3，然后将一号反应池处理得到的上清液输送至二号反应池继续化学沉淀处理，二号反应池处理得到沉淀上清液，并将沉淀上清输送至储水池存储。
9.根据权利要求8所述的页岩气压裂返排液处理工艺，其特征在于，所述的步骤B得到的滤液中投加HCl、NaHSO3，并调节pH至6～7后再输送至纳滤系统。
10.根据权利要求9所述的页岩气压裂返排液处理工艺，其特征在于，所述步骤C中得到的纳滤浓水返回输送至一号反应池。
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