CN107892412A - 一种酸化压裂返排液的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种酸化压裂返排液的处理方法。所述方法包括如下步骤：(1)向待处理的酸化压裂返排液中曝气的步骤；(2)将经过步骤(1)的曝气处理的酸化压裂返排液进行电催化氧化反应处理的步骤；以及(3)将步骤(2)的经过电催化氧化反应处理的酸化压裂返排液进行混絮凝处理的步骤。本发明的方法利用反应过程中pH的升高，减少中和酸化压裂返排液所需的pH调节步骤和加药量：曝气促使污水中有机物氧化，弱酸根被分解为二氧化碳会提高pH值。

Description

一种酸化压裂返排液的处理方法
技术领域
本发明涉及工业废水的处理，具体的说，本发明涉及一种酸化压裂返排液的处理方法。
背景技术
页岩气作为一种重要的战略资源，勘探开发已在全球蓬勃兴起。但开采时耗水量巨大会导致的水资源问题，大量的压裂液返排到地面以及回注后对环境的影响。酸化压裂液用在每口井压裂初期对储层进行改造的阶段，酸化压裂返排液具有高酸度、高稳定性、高COD和高矿化度等特点。有强烈腐蚀性,直接接触可能造成烧伤,排入土壤后会使土壤酸化，与硫化物积垢作用会产生有毒气体硫化氢,挥发后会增加空气的酸度。因此对酸化压裂废液进行高效处理技术研究，可以解决页岩气开发过程污水排放和水资源循环利用问题，提高页岩气开发环境保护能力。
目前油气田酸化和压裂废液处理的技术主要包括：中和、絮凝沉降、氧化、Fe/C微电解、H2O2/Fe2+催化氧化及活性炭吸附等多种处理技术联合使用。包括“中和—微电解—Fenton试剂法—吸附”四步法，“混凝—次氯酸钠氧化—Fe/C微电解—Fenton试剂催化氧化—活性炭吸附”五步法等方式，主要通过中和完成对pH值的调节，并对悬浮物和COD进行预去除，絮凝沉降进一步去除悬浮物，高级氧化深度去除COD，最后通过吸附完成悬浮物和COD的彻底去除。联合处理后基本能使酸化压裂返排液的COD、SS、石油类等达到国家二级排放标准。
总的来说,现今的各种废液处理技术各有其独到的特点，但这些技术目前在现实中运行普遍存在一些不足，中和、Fenton等氧化处理、絮凝处理过程中需要多次调节pH值才能达到有效的反应条件，导致工艺繁琐；pH调节试剂、Fenton试剂等氧化剂、混絮凝药剂的大量投加，吸附剂的饱和和再生，造成药剂消耗量大，处理成本提高；对于某些高矿化度、高氯离子、高COD的废液处理效果不佳，还没有形成一套固定和完善的处理工艺以应付所有或大多数类型的废液。因此，无论从经济上还是从处理效果上都需要进一步完善和改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种酸化压裂返排液的处理方法；本发明的方法针对酸化压裂液高酸度、高稳定性、高COD的特征，利用曝气和电催化氧化技术，解决pH偏低、脱稳、含油和COD去除问题；利用混絮凝技术，进一步解决悬浮物和COD的去除。组合技术实现了降低pH调节的加药量，不用投加氧化剂出水即可达到回注标准，并为外排处理提供了进一步支持。
为达上述目的，本发明提供了一种酸化压裂返排液的处理方法，其中，所述方法包括如下步骤：
(1)向待处理的酸化压裂返排液中曝气的步骤；
(2)将经过步骤(1)的曝气处理的酸化压裂返排液进行电催化氧化反应处理的步骤；以及
(3)将步骤(2)的经过电催化氧化反应处理的酸化压裂返排液进行混絮凝处理的步骤。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(1)的曝气处理的条件包括：曝气量为200-250L/min，曝气强度为3-3.5m3/m2h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(1)中酸化压裂返排液的水力停留时间为20-40min。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)是在酸化压裂返排液的pH值在4-6的条件下进行电催化氧化反应。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)的电催化氧化反应的电流密度为8-15mA/cm2。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)的电催化氧化反应设备的输出电流为1000-1900A，输出电压为3.8-4.6V。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)的电催化氧化反应设备的输出电流为1000A，输出电压为3.8V。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)中进行电催化氧化反应的酸化压裂返排液的水力停留时间为20-40min。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)在电催化氧化反应的过程中，还同时对进行电催化氧化反应的酸化压裂返排液进行曝气处理。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)中曝气量为100-200L/min，曝气强度为1-2m3/m2h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(3)包括将步骤(2)的经过电催化氧化反应处理的酸化压裂返排液调节pH值至7.5-8.0后，再向其中添加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺以进行混絮凝处理的步骤。
根据本发明一些具体实施方案，其中，以准备进行混絮凝处理的酸化压裂返排液的体积为基准，步骤(3)中聚合氯化铝(PAC)的添加量为不高于200mg/L，聚丙烯酰胺(PAM)的添加量为5-15mg/L。
本发明所述的聚合氯化铝和聚丙烯酰胺均可市售获得，任何市售符合相应质量标准的聚合氯化铝和聚丙烯酰胺均可用于本发明。
而根据本发明一些具体实施方案，所述聚合氯化铝的氯化铝质量含量为20-30％；优选为26％。
根据本发明一些具体实施方案，所述聚丙烯酰胺的分子量为800万至1600万；优选为1200万。
根据本发明一些具体实施方案，所述聚丙烯酰胺的离子度为40-60；优选为50。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(3)中聚合氯化铝的添加量为100-200mg/L。
本发明的电催化氧化反应可以使用本领域常规的电极板来进行反应，而根据本发明一些具体实施方案，其中，电催化氧化阳极采用负载了锡的钛基二氧化铅极板，极板连接方式为单极式串联。
根据本发明一些具体实施方案，其中，电催化氧化阳极的极板间隔2cm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，本发明的方法包括：
(1)首先利用提升装置将酸化压裂返排液提升至曝气池1，利用罗茨风机2向池内鼓风曝气，水力停留时间为20min-40min。
(2)通过提升装置将曝气后的污水由底部泵入电催化氧化反应器3，利用酸化压裂返排液低pH的特征，使其中的H+参与反应，促进羟基自由基的产生；通过pH调节罐进行少量加药进行pH精细控制，使反应器内污水pH值不低于4.0造成COD去除率的降低，不高于6.0避免因为金属离子生产氢氧化物而妨碍反应进行。
(3)电催化氧化反应器设有曝气管线进行曝气，曝气量为100-200L/min。
利用合适的湍流效应提高极板表面的传质效率，减小极板表面扩散层厚度以加快反应，同时避免因为污染物在极板表面停留时间过短，而造成吸附态羟基自由基与污染物反应效率下降。
(4)电催化氧化的电流密度为8-15mA/cm2，水力停留时间为20-40min。
本发明利用电极表面元素的化学状态降低极板表面电子结合能，使氧原子不易向极板表面金属氧化物晶格内扩散，从而增加极板表面生成的羟基自由基的活性，提高反应速率。
(5)经电催化氧化处理后的污水由反应器底部经提升泵打入混絮凝池4，通过加药装置投加pH调节剂、PAC和PAM，池内搅拌器将污水与药剂充分混合，控制pH值为7.5-8.0，投加浓度PAC不高于200mg/L，PAM为5-15mg/L。
(6)经混絮凝处理的污水由混絮凝池上部出水口流出，进入斜板沉降池5，完成污染物絮体的沉降和分离过程，最终实现处理出水的pH中和、悬浮物和部分COD的去除。
综上所述，本发明提供了一种酸化压裂返排液的处理方法。本发明的方法具有如下优点：
(1)利用反应过程中pH的升高，减少中和酸化压裂返排液所需的pH调节步骤和加药量：曝气促使污水中有机物氧化，弱酸根被分解为二氧化碳会提高pH值；电催化氧化过程中羟基自由基的产生和有机污染物的氧化分解，pH也会发生升高。
(2)无需投加氧化剂和电导率调节剂，提高氧化效率，降低成本：电解催化反应过程中自主生成自由基和强氧化粒子(·OH、·O2、H2O2等)，不需投加氧化剂；酸化压裂返排液普遍具有高电导率，无需投加电导率调节药剂降低电耗。催化电极通过材料和涂层结构提供了较高的析氧过电位防止氧气的析出，且阳极产生的羟基自由基具有极高的氧化电位，可与废水中的大部分有机污染物无选择地发生氧化反应，因此氧化效率更高。
(3)利用酸化压裂返排液pH特征和精细控制反应过程pH值，提高电化学氧化效率：低pH值污水中H+参与反应可促进羟基自由基的产生；电催化氧化在酸性条件下(pH＝4-6)，醇、酚类有机污染物在电催化氧化的阳极发生氧化的效率更高，也利于产生H2O2的电化学反应，利于O和·OH的产生。
附图说明
图1为实施例1的过程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
按照图1所示，采取如下步骤：
(1)将酸化压裂返排液通过提升泵泵入曝气池，向池内鼓气，曝气量为250L/min，曝气强度为3.5m3/m2h，停留时间为30min。
(2)出水通过泵进入电催化氧化反应器，反应过程通过在线监测和pH调节系统控制反应器中污水pH值为4.0-6.0。通过控制自动控制系统调节恒定电流1000A，输出电压为3.8V，使电流密度达到8mA/cm2，同时进行曝气，曝气量100L/min，曝气强度为1m3/m2h，停留时间25min。
(3)监测电催化氧化反应器出水pH值，加入适量pH调节剂控制pH值达到8.0，PAC投加浓度200mg/L，PAM投加浓度10mg/L。
(4)混絮凝后的水进入斜板沉降池，完成絮体的沉降和分离，对出水进行指标检测(如表1所示)。
表1四川地区某采气现场酸化压裂返排液处理效果评价
*《气田水回注方法(SY/T6596-2004)》
由上表可见，装置出水可达到回注要求，此外浊度为15NTU，COD去除率达到46％，为外排处理提供了进一步支持。处理过程中只在混絮凝时加了pH调节剂。
该工艺全流程流程短，仅需曝气-电催化氧化-混絮凝沉降三步，处理出水可稳定达到污水回注标准要求，处理药剂加量降低且环境友好。
实施例2
流程如图1所示，絮凝过程未经pH调节。
对陕北地区某压裂作业的酸化压裂返排液采用该方法进行处理。所处理的酸化压裂返排液pH＝5.8，电导率＝10.5ms/cm，COD＝1350mg/L，硬度＝2200mg/L，浊度＝380NTU。具体包括如下步骤：首先，利用提升泵将酸化压裂返排液打入曝气池，曝气量为200L/min，曝气强度为3m3/m2h，停留时间为20min。再利用提升泵将其输入至电催化氧化反应器，设定脉冲电源恒流反应，电流密度10mA/cm2，曝气强度1m3/m2h，停留时间35min。反应后出水pH达到6.8，直接投加质量含量为28％的PAC浓度为150mg/L,投加分子量1200万的PAM浓度为5mg/L。经40min沉降后出水COD和硬度去除率可达60％以上，出水浊度低于10NTU。

Claims (10)

1.一种酸化压裂返排液的处理方法，其中，所述方法包括如下步骤：
(1)向待处理的酸化压裂返排液中曝气的步骤；
(2)将经过步骤(1)的曝气处理的酸化压裂返排液进行电催化氧化反应处理的步骤；以及
(3)将步骤(2)的经过电催化氧化反应处理的酸化压裂返排液进行混絮凝处理的步骤。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(1)的曝气处理的条件包括：曝气量为200-250L/min，曝气强度为3-3.5m3/m2h。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(1)中酸化压裂返排液的水力停留时间为20-40min。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(2)是在酸化压裂返排液的pH值在4-6的条件下进行电催化氧化反应。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(2)的电催化氧化反应的电流密度为8-15mA/cm2(优选步骤(2)的电催化氧化反应设备的输出电流为1000-1900A，输出电压为3.8-4.6V)。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(2)中进行电催化氧化反应的酸化压裂返排液的水力停留时间为20-40min。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(2)在电催化氧化反应的过程中，还同时对进行电催化氧化反应的酸化压裂返排液进行曝气处理(优选曝气量为100-200L/min，曝气强度为1-2m3/m2h)。
8.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(3)包括将步骤(2)的经过电催化氧化反应处理的酸化压裂返排液调节pH值至7.5-8.0后，再向其中添加聚合氯化铝(优选所述聚合氯化铝的氯化铝质量含量为20-30％；更优选为26％)和聚丙烯酰胺以进行混絮凝处理的步骤。
9.根据权利要求8所述的处理方法，其中，所述聚丙烯酰胺的分子量为800万至1600万(优选为1200万)(优选所述聚丙烯酰胺的离子度为40-60(更优选为50))。
10.根据权利要求1所述的处理方法，其中，以准备进行混絮凝处理的酸化压裂返排液的体积为基准，步骤(3)中聚合氯化铝的添加量为不高于200mg/L(优选为100-200mg/L)，聚丙烯酰胺的添加量为5-15mg/L。
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