CN108218042A - 压裂返排液处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种压裂返排液处理系统及工艺。由提升泵输送的压裂返排液与臭氧发生装置产生的臭氧经过臭氧射流投加装置混合形成气液混合液，并输送至催化反应罐内，带压进行催化氧化反应，大幅提高了反应速率。经催化反应罐处理出来的第一处理液进入第一气浮罐，利用残留在水中的气体在旋流态的协同作用下进行对浮渣的浮选。经第一气浮罐处理出来的第二处理液进入旋流溶气气浮装置进一步去浮渣。经旋流溶气气浮装置处理出来的第三处理液进入过滤器过滤，若满足回配使用可直接实现回用。该压裂返排液处理系统及工艺集成臭氧催化氧化装置和旋流溶气气浮装置，能快速破胶降粘，氧化效率和臭氧利用率提高。

Description

压裂返排液处理系统及工艺

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，更具体地说，是涉及一种压裂返排液处理系统及工艺。

背景技术

压裂返排液是为增加油气井产量运用水力压裂技术对地层进行压裂作业后返排至地面的混合液，其不仅包括原注入地层的压裂液，而且携带有地层中的多种污染物。经过多年来的发展，水力压裂技术已成为提高油气井的产能和油藏采收率的重要增产措施之一。压裂液具备粘度高，滤失低，流变性好，从而实现压裂液传递压力，净化裂缝的目的。为满足上述压裂液性能的要求，需要加入稠化剂、交联剂、杀菌剂、黏土稳定剂、高温稳定剂、助排剂、PH稳定剂、破胶剂、降滤失剂等多种添加剂，返排至地表的返排液主要成分有固体悬浮物、原油、微生物、无机盐、无机酸及多环芳烃化合物为主的有机物等，是一种复杂的多相分散体系，具有高COD、高稳定性、高粘度等特征、毒性大、难降解等特点。

在我国油田进行常规压裂施工作业的过程中，每口井压裂返排液体积为100-200m³。在页岩气类水平压裂技术的应用，每口井产生的压裂返排液量能达到3000-6000m³。如此大量的压裂液如果得不到有效的处理实现回用，不仅造成大量的清水资源的浪费，且若任意外排势必会对地表水系、农作物、大气等自然环境造成严重污染；同时大量的重金属物质进入大自然，亦会造成生态系统和水资源环境产生不可逆的破坏。

压裂返排液处理有以下三个难点：

(1)初始粘度较大

虽然压裂液在返排至地面前会加注破胶剂进行破胶降粘，但是由于作用时间较短且破胶温度不理想致使破胶效果较差，返排至地面时依旧有很高的粘度，在10-20mPa·s。粘度高不仅影响设备的处理效率，而且对氧化效果、絮凝效果都有很大的负面影响。

目前对返排液的处理工艺都倾向于撬装化、模块化，车载随井作业，因此如何能快速的对返排液实现破胶降粘是处理工艺的关键点也是难点。

(2)COD高且成分复杂

如果压裂返排液处理后外排，则COD含量是一个最为关键的指标，因此降低COD含量在标准以下即深度氧化问题也显得十分重要和关键，由于返排液成分复杂，COD含量较高，因此如何有效降低COD是处理工艺的难点。

(3)含盐量高、富含成垢离子

无论排放，回注还是复配再利用对于液体中含盐量，都有很严格的指标，尤其是对于钙镁都有很明确的规定，所以后期的除盐效果是否能达到标准要求也是返排液处理环节的一个重点。

现有技术中对压裂返排液处理工艺主要有以下两种：

(1)大池沉降+絮凝沉降+过滤

该处理工艺是最传统的处理方式，采用集中建站处理，将附近井场的返排液车辆运输至处理站，在沉降池内经过长时间的自然降解实现破胶降粘，后续辅助絮凝净化装置和过滤装置进一步处理，处理后的污水可进行回配使用。

该工艺有以下缺点：处理周期长，受地域限制；耗费大量的基建工作，占地面积大，灵活性差；污泥量大，造成二次污染物；露天沉降池挥发有毒性物质，对环境有害；无法实现随井作业。

(2)氧化+絮凝沉降+过滤

经过长时间的技术探索，发现要实现对压裂返排液进行高效的处理，必须对其进行再次氧化进一步破胶降粘，氧化的方式目前有化学法、电化学法和臭氧氧化三种，经过氧化后进行絮凝分离和过滤会极大的提高处理后的水质，也更有利于后续的深度处理。

化学法：利用双氧水等强氧化剂对返排液进行氧化。由于该方法药剂加注量大，氧化效率低，且属于危化品运输和储存费用较高，目前该方法已被淘汰。

电化学法：通过惰性电极电解返排液，产生O₂、cl₂、clo^-和·OH等氧化性物质对返排液进行深度氧化。该方法无二次污染、就地取材利用污水中的氯离子等电解产生氧化性物质，运行费用低，氧化效果好，同时具有微气泡气浮效果，是非常有前景的技术；但是由于返排液中都含有较高的成垢离子，造成极板结垢严重，电解效果不稳定等问题，也是制约该技术发展的最大瓶颈。

臭氧氧化：目前臭氧氧化是最为绿色高效的氧化方式，传统的方式为将产生的臭氧通过一定的方式加注到污水中，由于臭氧极不稳定，在常温下30min即可完成降解，因此上述方式臭氧的氧化效率和利用率较低，并没有最大化的凸显臭氧的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压裂返排液处理系统及工艺，以解决现有技术难以有效处理压裂返排液实现回收的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种压裂返排液处理系统，包括：

用于抽取压裂返排液的提升泵；

臭氧催化氧化装置，其包括用于对压裂返排液加入催化剂的催化剂加入装置、将臭氧和来自所述提升泵的压裂返排液混合形成含微气泡的气液混合液的臭氧射流投加装置、与所述臭氧射流投加装置的输出端相连接且用于供所述气液混合液进行催化氧化反应并排出第一处理液与浮渣的催化反应罐、用于使所述第一处理液在旋流作用下进行气浮分离并排出第二处理液与浮渣的第一气浮罐；

与所述第一气浮罐相连接且用于使所述第二处理液在旋流作用下进行气浮分离并排出第三处理液与浮渣的旋流溶气气浮装置；以及

用于对所述第三处理液过滤的过滤器。

进一步地，所述催化反应罐的底部侧壁开设有与所述臭氧射流投加装置的输出端连通的入水口，所述催化反应罐内竖直设置有出水内管，所述出水内管的上端为开口，所述出水内管的下端贯穿于所述催化反应罐的底部形成出水口，所述催化反应罐的上部设有浮渣出口。

进一步地，所述催化反应罐内设有用于盛载以金属氧化物为主剂的催化剂的催化反应床，所述催化反应床为蜂窝结构；

和/或，所述催化反应罐内设有用于产生空化效应的超声波发生装置。

进一步地，所述第一气浮罐的上部侧壁开设有第一入口，所述第一气浮罐内竖直设置有第一内筒，所述第一内筒的上端为开口，所述第一内筒的下端贯穿于所述第一气浮罐的底部形成第一排渣口，所述第一气浮罐的底部侧壁开设有第一排液口，所述第一内筒的底部外壁设有第一涡流板，所述第一涡流板的末端与所述第一气浮罐的内壁相间隔，所述催化反应罐的出水口与所述第一入口之间通过管道相连接。

进一步地，在连接所述出水口与所述第一入口之间的管道上设有用于对所述第一处理液加入絮凝剂以产生絮体的絮凝剂加入装置、用于使混合有所述絮凝剂的第一处理液减压释放以产生超微气泡的释放装置、及用于使所述絮体与所述超微气泡混合的空化混合装置。

进一步地，所述旋流溶气气浮装置包括用于使所述第二处理液在旋流作用下进行气浮分离并排出第三处理液与浮渣的第二气浮罐、及用于产生溶气水并传输至所述第二气浮罐内的溶气系统。

进一步地，所述第二气浮罐的上部侧壁开设有第二入口，所述第二气浮罐内竖直设置有第二内筒，所述第二内筒的上端为开口，所述第二内筒的下端贯穿于所述第二气浮罐的底部形成第二排渣口，所述第二气浮罐的底部侧壁开设有第二排液口，所述第二内筒的底部外壁设有第二涡流板，所述第二涡流板的末端与所述第二气浮罐的内壁相间隔。

进一步地，所述溶气系统包括用于抽取所述第三处理液并把净化气与所述第三处理液混合形成溶气水的溶气泵、及用于存储所述溶气水的稳定罐，所述稳定罐与所述第二入口之间通过管道相连接，且该管道上设有释放阀及用于使所述溶气水与所述第二处理液混合的混合器。

进一步地，还包括用于将所述臭氧催化氧化装置与所述旋流溶气气浮装置排出的浮渣脱水的污泥脱水机，所述污泥脱水机具有浮渣入口、干泥出口及污水出口，所述浮渣入口与所述臭氧催化氧化装置之间通过管道连接，所述浮渣入口与所述旋流溶气气浮装置之间通过管道连接，所述污水出口与所述提升泵的输入端之间通过管道连接。

本发明提供一种压裂返排液处理工艺，其采用上述压裂返排液处理系统，其包括以下步骤：

S10)对压裂返排液加入催化剂，通过臭氧射流投加装置与臭氧混合形成含微气泡的气液混合液；

S20)将气液混合液送到催化反应罐，使气液混合液进行催化氧化反应，排出第一处理液；

S30)将第一处理液送到第一气浮罐，使第一处理液在旋流作用下进行对浮渣的浮选，并排出第二处理液；

S40)将第二处理液送到旋流溶气气浮装置，使第二处理液在旋流作用下进行气浮分离，去除浮渣并排出第三处理液；

S50)通过过滤器对第三处理液过滤。

本发明相对于现有技术的技术效果是：由提升泵输送的压裂返排液与臭氧发生装置产生的臭氧经过臭氧射流投加装置混合形成气液混合液，并输送至催化反应罐内，带压进行催化氧化反应，大幅提高了反应速率。经催化反应罐处理出来的第一处理液进入第一气浮罐，利用残留在水中的气体在旋流态的协同作用下进行对浮渣的浮选，无需再配备溶气系统。经第一气浮罐处理出来的第二处理液进入旋流溶气气浮装置进一步去浮渣。经旋流溶气气浮装置处理出来的第三处理液进入过滤器过滤，若满足回配使用可直接实现回用。该压裂返排液处理系统及工艺集成臭氧催化氧化装置和旋流溶气气浮装置，能快速破胶降粘，氧化效率和臭氧利用率提高。设备撬装化、模块化，可随井作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的压裂返排液处理系统的示意图；

图2为图1的压裂返排液处理系统中应用的提升泵、臭氧催化氧化装置、污泥脱水机的示意图；

图3为图1的压裂返排液处理系统中应用的旋流溶气气浮装置、过滤器的示意图；

图4为图1的压裂返排液处理系统中应用的第一气浮罐的俯视图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图3，先对本发明提供的压裂返排液处理系统进行说明。压裂返排液处理系统包括提升泵100、臭氧催化氧化装置200、旋流溶气气浮装置300与过滤器400。提升泵100用于抽取压裂返排液。臭氧催化氧化装置200包括用于对压裂返排液加入催化剂的催化剂加入装置10、将臭氧和来自提升泵100的压裂返排液混合形成含微气泡的气液混合液的臭氧射流投加装置20、与臭氧射流投加装置20的输出端相连接且用于供气液混合液进行催化氧化反应并排出第一处理液与浮渣的催化反应罐30、用于使第一处理液在旋流作用下进行气浮分离并排出第二处理液与浮渣的第一气浮罐40。旋流溶气气浮装置300与第一气浮罐40相连接，用于使第二处理液在旋流作用下进行气浮分离并排出第三处理液与浮渣。过滤器400用于对第三处理液过滤。

由提升泵100输送的压裂返排液与臭氧发生装置22产生的臭氧经过臭氧射流投加装置20混合形成气液混合液，并输送至催化反应罐30内，带压进行催化氧化反应，大幅提高了反应速率。经催化反应罐30处理出来的第一处理液进入第一气浮罐40，利用残留在水中的气体在旋流态的协同作用下进行对浮渣的浮选，无需再配备溶气系统。经第一气浮罐40处理出来的第二处理液进入旋流溶气气浮装置300进一步去浮渣。经旋流溶气气浮装置300处理出来的第三处理液进入过滤器400过滤，若满足回配使用可直接实现回用。该压裂返排液处理系统集成臭氧催化氧化装置200(CDOF)和旋流溶气气浮装置300(CDFU)，能快速破胶降粘，氧化效率和臭氧利用率提高。设备撬装化、模块化，可随井作业。

从地层返排出的压裂返排液进入接收罐缓冲，初步除去颗粒较大的泥沙，后经提升泵100输送至臭氧催化氧化装置200进行深度催化氧化和气浮分离。

臭氧产生过程：空气经制氧系统21产生带压高纯度氧气(压力在0.2～0.4Mpa最佳)，带压氧气再进入臭氧发生装置22，带压高纯度氧气在高压放电管中经高压电场作用下，氧分子发生电化学反应产生带压高浓度臭氧。通过对臭氧气体增压，大幅缩小提升泵100扬程和流量，可大幅降低能耗和提高臭氧溶解度，进一步加快和提高臭氧高级催化氧化反应速率和效率。

臭氧射流投加装置20为射流器，与加入的催化剂混合后进入射流器，水的压能转换成动能，在射流器喉部形成高速流将从射流器气体入口进入的带压臭氧气体高速剪切，臭氧气体团被切割成许多微小气泡，并在射流器升压段快速溶解在污水中后进入催化反应罐30。

通过利用射流器和增压臭氧，使得射流器在相同动力流量情况下，能够投加臭氧气体增加2～6倍，提升泵100扬程降低30％以上，能够大幅降低能耗(投加相同臭氧，较常规射流器和低压臭氧相比降低能耗50％以上)，同时在投加相同臭氧气体的情况下，能够大幅降低动力流流量(仅为传统的1/4～1/2)，减少提升泵100流量，使得反应罐尺寸更小(体积可缩小1/2～3/4)，整体装置更为紧凑。

相对于传统的臭氧氧化工艺，采用射流器进行气液混合方式和带压运行的方式提高臭氧的利用率和氧化效率，其中微气泡的粒径最小可达30um以下，运行压力在200kPa-300kPa之间。微气泡与污染物接触几率大幅提高，反应速率快，臭氧利用率高，污染物去除效果好。

由催化剂加入装置10加入催化剂，在催化反应罐30中，溶解臭氧在催化剂和高能超声空化多重作用，臭氧快速分解，可促使强氧化性羟基自由基(·OH)的快速产生，进行一系列催化氧化反应(如胶体破胶失稳，乳化油被破乳，有机物被快速降解，细菌、病毒被快速杀死等)，污水中污染物被快速降解、破乳、分离。该催化剂包括复合碱(氢氧化钠和氧化钙混合物)，适当的提高污水的碱性值，对影响臭氧氧化效果的离子如CO₃ ^2-、HCO₃ ^-等起到很好的屏蔽作用，上述两方面皆对臭氧氧化有着极好的促进作用。

通过投加高效催化剂(其中，催化剂优选为H₂O₂、金属离子/氧化物、碱，金属元素可以是但不限于Fe(II)、Mn(II)、Ni(1I)、Co(II)、Cd(II)、Cu(ii)、Ag(I)、Cr(II)、Zn(II)等，金属离子优选Fe²⁺离子，碱包含但不限于NaOH、MgOH、石灰石、NaCO₃等，优选NaOH、石灰石。实现了臭氧高效催化氧化。

综上，该工艺的氧化效果可达传统工艺的10倍以上。

催化反应罐30为密闭容器，整体催化氧化反应带压进行，相对于常规臭氧氧化系统所进行的常压反应，大幅提高了反应速率。

经旋流溶气气浮装置300处理出来的第三处理液进入过滤器400过滤，滤后水可根据实际需求再次进行深度处理，例如MVR深度除盐、生化深度降COD和NH3-N，若满足回配使用可直接实现回用。

进一步地，作为本发明提供的压裂返排液处理系统的一种具体实施方式，催化反应罐30的底部侧壁开设有与臭氧射流投加装置20的输出端连通的入水口31，催化反应罐30内竖直设置有出水内管32，出水内管32的上端为开口，出水内管32的下端贯穿于催化反应罐30的底部形成出水口33，催化反应罐30的上部设有浮渣出口34。催化反应罐30的底部设有整流板35，整流板35上设有若干过孔，用于整流气液混合液。气液混合液进入催化反应罐30内进行催化氧化反应，出水内管32排出第一处理液。污水经催化反应后，破乳后污油、失稳的胶体、悬浮物等罐体内微气泡快速捕捉后上浮，形成浮渣，从催化反应罐30浮渣出口34排出。为了合理控制排渣量(通常为处理水量的0.1％～5％范围，最佳1％～3％)，同时保证超能超声空化杆浸入液体深度确保高能超声空化效果，设置了液位计36和浮渣控制阀37，实现对反应罐内液位进行精确控制，确保空化效果最佳，并合理控制排污量,以确保臭氧反应充分，浮渣能够及时排除，达到最佳的去除效果。

催化反应罐30的顶部设有液位计36，浮渣出口34连接有排渣管，排渣管上设有浮渣控制阀37，液位计36与浮渣控制阀37电连接以控制浮渣控制阀37的通断切换。在液位计36检测到催化反应罐30的液位至预定位置时，浮渣控制阀37打开，催化反应罐30内的浮渣由排渣管排出。

催化反应罐30的顶部有排气口，排气口连接有排气控制阀38，催化反应罐30的顶部设有压力变送器39，压力变送器39与排气控制阀38电连接以控制排气控制阀38的通断切换。在压力变送器39检测到催化反应罐30内部压力至预定值时，控制排气控制阀38打开，催化反应罐30内的废气由排气口排出。实现对催化反应罐30内压力精确控制，通常压力控制在0.1～1.0Mpa范围内，最佳在0.25～0.5Mpa，在最佳罐体压力下，臭氧综合能耗最低，催化反应最佳，运行成本最低。

通过在催化反应罐30设置液位计36、压力变送器39、排气控制阀38、浮渣控制阀37，在实现对罐体内部压力和液位进行自动控制，同时实现了析出废气和浮渣单独排出，省去了气液分离系统，优化了工艺，使得装置结构更为紧凑，自动化程度更高，更有利于小型化和撬装化。

进一步地，作为本发明提供的压裂返排液处理系统的一种具体实施方式，催化反应罐30内设有用于盛载以金属氧化物为主剂的催化剂的催化反应床51，催化反应床51为蜂窝结构。蜂窝结构具有沿催化反应罐30的高度方向延伸的若干通道，通道内盛载有催化剂，使流体最大化地与催化剂进行接触反应。金属氧化物可以包含Fe、Al、Cu、Ni、Ti等金属元素中的一种或多种。

催化反应罐30内设有用于产生空化效应的超声波发生装置52，使催化剂、臭氧及污水在超能超声波空化作用下进行催化氧化反应。利用超声波极好的空化效应提高臭氧的氧化效果，同时超声波自身具有很好的氧化能力，可与臭氧起到协同氧化的效果，能耗低，效率高。超声波发生装置52为高能超声空化杆，容易装配。通过设置高能超声空化杆(频率为14～28KHZ，其中，18～22KHZ最佳)，实现带压环境下高效空化反应(常规超声波空化装置带压下空化效应被大幅削弱，压力增加到0.2Mpa以上基本上不起作用，高能超声空化装置在空化范围内压能最大可达到10Mpa以上)，能够获得较好的空化超临界催化氧化的同时大幅降低超声空化所需的能耗(能耗降低30％以上)。

臭氧催化氧化装置200集成了“微气泡、带压、催化、超声波”的氧化技术，在极大地提高臭氧氧化能力、溶气气浮效率的同时，降低臭氧消耗量，缩短停留时间，降低运行费用。氧化效率和臭氧利用率是传统臭氧氧化的10倍以上。相对于其他工艺，药剂加注量减少30％以上，污泥产生量减少1倍以上。

通过催化剂、高能超声空化、水力空化等多重催化手段对臭氧进行催化氧化反应，使臭氧催化氧化效率大幅提高，较传统技术，在取得相同效果下，臭氧消耗量传统技术为该技术臭的3～4倍，能够大幅降低能耗，运行成本能够降低1/3以上。

实现在较高压力下(0.1～1.0Mpa范围内，最佳在0.25～0.5Mpa)催化氧化反应，实现臭氧充分溶解，大幅提高臭氧分散度和比表面积，大幅提高了臭氧气体与污染物接触面积和几率，使得臭氧更容易、更高效、更迅速与污染物反应，在提高臭氧利用率，降低运行成本的同时大幅缩小设备尺寸，使得整体装置更为紧凑，便于实现自动化、撬装化、可移动，更好满足客户需求。

针对传统空化装置空化强度弱的情况，通过催化反应罐30中将臭氧在超能超声波空化及高级催化氧化双重作用，预先进行催化氧化反应，然后再于第一气浮罐40中，通过水力空化、旋流和纳米微气泡等共同作用下更进一步促进臭氧高效催化氧化反应后，污染物迅速臭氧催化氧化并被微气泡捕捉并逐步形成浮渣，实现污染物与污水快速分离。通过充分利用在催化反应罐30中的停留时间先进行高效催化氧化反应，缩短停留时间，而在第一气浮罐40中通过水力空化、溶气释放、旋流等作用，使臭氧高级催化氧化反应进一步充分反应后，污染物被纳米微气泡迅速捕扑捉后快速分离。

进一步地，作为本发明提供的压裂返排液处理系统的一种具体实施方式，第一气浮罐40的上部侧壁开设有第一入口41，第一气浮罐40内竖直设置有第一内筒42，第一内筒42的上端为开口，第一内筒42的下端贯穿于第一气浮罐40的底部形成第一排渣口43，第一气浮罐40的底部侧壁开设有第一排液口44，第一内筒42的底部外壁设有第一涡流板45，第一涡流板45的末端与第一气浮罐40的内壁相间隔，催化反应罐30的出水口33与第一入口41之间通过管道相连接。含大量纳米微气泡污水再进入混合装置充分混合后经第一入口41与罐体相切进入到第一气浮罐40内部，产生旋流，在旋流和PAC絮凝与PAM助凝作用下，被进一步破乳后的乳化油，破胶后胶体，悬浮物等快速形成微小絮团并被纳米微气泡捕捉并逐步形成浮渣，浮渣在旋流产生离心力作用下逐步向罐体中间集聚，并沿着第一内筒42外壁逐步向上积聚成浮渣层，进入第一内筒42达到一定液位后，内筒液位计48输出信号给出口控制阀49，浮渣逐渐经第一排渣口43排出，处理后的第二处理液经第一排液口44与出水控制阀排出。

请同时参阅图4，通过切向的第一入口41进入第一气浮罐40内部，来产生旋流，可这是一个或多个切向入口，但为了保证最佳的旋流效果，在第一气浮罐40设置两个切向的第一入口41，增加了油滴与气泡碰撞的概率，提高对油的去除率。两个第一入口41错开180度角度对与第一气浮罐40向相切进入罐体内部最佳。

进一步地，作为本发明提供的压裂返排液处理系统的一种具体实施方式，在连接出水口33与第一入口41之间的管道上设有用于对第一处理液加入絮凝剂以产生絮体的絮凝剂加入装置61、用于使混合有絮凝剂的第一处理液减压释放以产生超微气泡的释放装置62、及用于使絮体与超微气泡混合的空化混合装置63。释放装置62用于使混合有絮凝剂后的气流混合物进行减压释放，产生超微气泡，同时絮凝剂与污染物产生絮体，空化混合装置63使絮体与微气泡混合体进行混合。催化反应罐30反应后出水与加入聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)经释放装置62减压释放后，溶解氧气和部分未反应完全臭氧快速析出，并产生大量纳米微气泡，在水力空化、残留催化剂综合作用下，未反应臭氧进一步进行高效快速催化氧化反应，实现臭氧高密度分散(纳米臭氧微气泡)，多级反应(催化反应罐30和第一气浮罐40内两级反应)，大幅提高臭氧利用率，降低运行成本。

第一气浮罐40的顶部有排气口，排气口连接有排气控制阀46，第一气浮罐40的顶部设有压力变送器47，压力变送器47与排气控制阀46电连接以控制排气控制阀46的通断切换。在压力变送器47检测到第一气浮罐40内部压力至预定值时，控制排气控制阀46打开，第一气浮罐40内的废气由排气口排出。

通过在第一气浮罐40设置液位计、压力变送器47、排气控制阀46、浮渣控制阀，在实现对罐体内部压力和液位进行自动控制，同时实现了析出废气和浮渣单独排出，省去了气液分离系统，优化了工艺，使得装置结构更为紧凑，自动化程度更高，更有利于小型化和撬装化。

进一步地，作为本发明提供的压裂返排液处理系统的一种具体实施方式，旋流溶气气浮装置300包括用于使第二处理液在旋流作用下进行气浮分离并排出第三处理液与浮渣的第二气浮罐70、及用于产生溶气水并传输至第二气浮罐70内的溶气系统80。旋流溶气气浮装置300虽为气浮装置但实现底部排浮渣。该装置亦是带压运行，压力在100kPa-300kPa之间，效率高，能耗低，悬浮物去除率达85％以上。而传统的气浮装置不仅药剂消耗量大，而且对悬浮物的去除率只有40％-60％之间。

进一步地，作为本发明提供的压裂返排液处理系统的一种具体实施方式，第二气浮罐70的上部侧壁开设有第二入口71，第二气浮罐70内竖直设置有第二内筒72，第二内筒72的上端为开口，第二内筒72的下端贯穿于第二气浮罐70的底部形成第二排渣口73，第二气浮罐70的底部侧壁开设有第二排液口74，第二内筒72的底部外壁设有第二涡流板75，第二涡流板75的末端与第二气浮罐70的内壁相间隔。第二气浮罐70内的液位与第二内筒72的高度一致，所去除乳化油和浮渣在液面逐渐的累积，液位高于第二内筒72时乳化油和浮渣进入第二内筒72经排油管线排出。实现底部排浮渣。通过切向的第二入口71进入第二气浮罐70内部，来产生旋流，可这是一个或多个切向入口，但为了保证最佳的旋流效果，在第二气浮罐70设置两个切向的第二入口71，增加了油滴与气泡碰撞的概率，提高对油的去除率。两个第二入口71错开180度角度对与第二气浮罐70向相切进入罐体内部最佳。

进一步地，作为本发明提供的压裂返排液处理系统的一种具体实施方式，溶气系统80包括用于抽取第三处理液并把净化气与第三处理液混合形成溶气水的溶气泵81、及用于存储溶气水的稳定罐82，稳定罐82与第二入口71之间通过管道相连接，且该管道上设有释放阀83及用于使溶气水与第二处理液混合的混合器84。取30％的第三处理进入溶气泵81实现气液的混合，进入稳定罐82，稳定罐82的运行压力在400kPa-600kPa之间，溶气水经稳定罐82在混合器84混合，在第二气浮罐70内实现气浮选的过程。净化气可以是氮气或净化后的工厂风。

通过在催化反应罐30进行臭氧进行一级催化氧化反应(为主反应区)，在旋流溶气气浮罐内进行臭氧二级(为副反应区)多级臭氧催化氧化反应，使得臭氧充分反应，降低无效臭氧消耗，降低运行成本和降低后端臭氧尾气处理负荷，从而降低装置运行成本。

进一步地，作为本发明提供的压裂返排液处理系统的一种具体实施方式，还包括用于将臭氧催化氧化装置200与旋流溶气气浮装置300排出的浮渣脱水的污泥脱水机500，污泥脱水机500具有浮渣入口501、干泥出口502及污水出口503，浮渣入口501与臭氧催化氧化装置200之间通过管道连接，浮渣入口501与旋流溶气气浮装置300之间通过管道连接，污水出口503与提升泵100的输入端之间通过管道连接。所有产生的浮渣汇集至污泥脱水机500对浮渣进行脱水，污泥脱水机500产生的干泥运输至储放地点，产生的污水再次回流至臭氧催化氧化装置200的进口再次进入处理系统。污泥脱水机500为叠螺机，污泥脱水效果好。

进一步地，作为本发明提供的压裂返排液处理系统的一种具体实施方式，催化反应罐30的顶部、第一气浮罐40的顶部、旋流溶气气浮装置300分别开设有排气口，各个排气口连通于同一条排气管。排气口一一对应安装有压力变送器，压力变送器与排气控制阀电连接以控制排气控制阀的通断切换。在压力变送器检测到某个罐体内部压力至预定值时，控制排气控制阀打开，该罐体内的废气由排气口排出，实现压力精确控制。

本发明还提供一种压裂返排液处理工艺，其采用上述任一实施例的压裂返排液处理系统，其包括以下步骤：

S10)对压裂返排液加入催化剂，通过臭氧射流投加装置22与臭氧混合形成含微气泡的气液混合液；

S20)将气液混合液送到催化反应罐30，使气液混合液进行催化氧化反应，排出第一处理液；

S30)将第一处理液送到第一气浮罐40，使第一处理液在旋流作用下进行对浮渣的浮选，并排出第二处理液；

S40)将第二处理液送到旋流溶气气浮装置300，使第二处理液在旋流作用下进行气浮分离，去除浮渣并排出第三处理液；

S50)通过过滤器400对第三处理液过滤。

由提升泵100输送的压裂返排液与臭氧发生装置22产生的臭氧经过臭氧射流投加装置20混合形成气液混合液，并输送至催化反应罐30内，带压进行催化氧化反应，大幅提高了反应速率。经催化反应罐30处理出来的第一处理液进入第一气浮罐40，利用残留在水中的气体在旋流态的协同作用下进行对浮渣的浮选，无需再配备溶气系统。经第一气浮罐40处理出来的第二处理液进入旋流溶气气浮装置300进一步去浮渣。经旋流溶气气浮装置300处理出来的第三处理液进入过滤器400过滤，若满足回配使用可直接实现回用。该压裂返排液处理系统及工艺集成臭氧催化氧化装置200(CDOF)和旋流溶气气浮装置300(CDFU)，能快速破胶降粘，氧化效率和臭氧利用率提高。设备撬装化、模块化，可随井作业。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.压裂返排液处理系统，其特征在于，包括：

用于抽取压裂返排液的提升泵；

臭氧催化氧化装置，其包括用于对压裂返排液加入催化剂的催化剂加入装置、将臭氧和来自所述提升泵的压裂返排液混合形成含微气泡的气液混合液的臭氧射流投加装置、与所述臭氧射流投加装置的输出端相连接且用于供所述气液混合液进行催化氧化反应并排出第一处理液与浮渣的催化反应罐、用于使所述第一处理液在旋流作用下进行气浮分离并排出第二处理液与浮渣的第一气浮罐；

与所述第一气浮罐相连接且用于使所述第二处理液在旋流作用下进行气浮分离并排出第三处理液与浮渣的旋流溶气气浮装置；以及

用于对所述第三处理液过滤的过滤器。

2.如权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述催化反应罐的底部侧壁开设有与所述臭氧射流投加装置的输出端连通的入水口，所述催化反应罐内竖直设置有出水内管，所述出水内管的上端为开口，所述出水内管的下端贯穿于所述催化反应罐的底部形成出水口，所述催化反应罐的上部设有浮渣出口。

3.如权利要求2所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述催化反应罐内设有用于盛载以金属氧化物为主剂的催化剂的催化反应床，所述催化反应床为蜂窝结构；

和/或，所述催化反应罐内设有用于产生空化效应的超声波发生装置。

4.如权利要求2所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述第一气浮罐的上部侧壁开设有第一入口，所述第一气浮罐内竖直设置有第一内筒，所述第一内筒的上端为开口，所述第一内筒的下端贯穿于所述第一气浮罐的底部形成第一排渣口，所述第一气浮罐的底部侧壁开设有第一排液口，所述第一内筒的底部外壁设有第一涡流板，所述第一涡流板的末端与所述第一气浮罐的内壁相间隔，所述催化反应罐的出水口与所述第一入口之间通过管道相连接。

5.如权利要求4任一项所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，在连接所述出水口与所述第一入口之间的管道上设有用于对所述第一处理液加入絮凝剂以产生絮体的絮凝剂加入装置、用于使混合有所述絮凝剂的第一处理液减压释放以产生超微气泡的释放装置、及用于使所述絮体与所述超微气泡混合的空化混合装置。

6.如权利要求1至5任一项所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述旋流溶气气浮装置包括用于使所述第二处理液在旋流作用下进行气浮分离并排出第三处理液与浮渣的第二气浮罐、及用于产生溶气水并传输至所述第二气浮罐内的溶气系统。

7.如权利要求6所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述第二气浮罐的上部侧壁开设有第二入口，所述第二气浮罐内竖直设置有第二内筒，所述第二内筒的上端为开口，所述第二内筒的下端贯穿于所述第二气浮罐的底部形成第二排渣口，所述第二气浮罐的底部侧壁开设有第二排液口，所述第二内筒的底部外壁设有第二涡流板，所述第二涡流板的末端与所述第二气浮罐的内壁相间隔。

8.如权利要求7所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述溶气系统包括用于抽取所述第三处理液并把净化气与所述第三处理液混合形成溶气水的溶气泵、及用于存储所述溶气水的稳定罐，所述稳定罐与所述第二入口之间通过管道相连接，且该管道上设有释放阀及用于使所述溶气水与所述第二处理液混合的混合器。

9.如权利要求1至5任一项所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，还包括用于将所述臭氧催化氧化装置与所述旋流溶气气浮装置排出的浮渣脱水的污泥脱水机，所述污泥脱水机具有浮渣入口、干泥出口及污水出口，所述浮渣入口与所述臭氧催化氧化装置之间通过管道连接，所述浮渣入口与所述旋流溶气气浮装置之间通过管道连接，所述污水出口与所述提升泵的输入端之间通过管道连接。

10.压裂返排液处理工艺，其特征在于，其采用如权利要求1至9任一项所述的压裂返排液处理系统，其包括以下步骤：

S10)对压裂返排液加入催化剂，通过臭氧射流投加装置与臭氧混合形成含微气泡的气液混合液；

S20)将气液混合液送到催化反应罐，使气液混合液进行催化氧化反应，排出第一处理液；

S30)将第一处理液送到第一气浮罐，使第一处理液在旋流作用下进行对浮渣的浮选，并排出第二处理液；

S40)将第二处理液送到旋流溶气气浮装置，使第二处理液在旋流作用下进行气浮分离，去除浮渣并排出第三处理液；

S50)通过过滤器对第三处理液过滤。