CN110357317A - 一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废水处理技术领域，且公开了一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，本发明在处理过程中，采用矿物基凝絮污水处理药剂作为混凝剂‑絮凝剂，可以使废水或采出水得到简单的处理步骤和较快的反应时间。由于本工艺使用的设备和矿物基凝絮污水处理药剂反应的设备是融合在一起的整体装置，因此使反应时间大大缩短到15分钟。随着处理废水停留时间的缩短，废水保留时间的缩短导致处理系统更小，从而会降低治理程序的价格，使其比现有设备更便宜，使用成本更低，缩小的系统导致处理系统区域所需的占地面积较小，因此整个装置可以设计为移动处理系统，使得设备在处理使用时更容易，增加了设备的灵活性。

Description

一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体为一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺。

背景技术

水力压裂废水处理技术的发展还处于快速发展阶段，为妥善处理水力压裂废水，防止对饮用水的污染。环境保护署(EPA)严格控制压裂作业废水的处理，因为研究表明，直接处理到公有处理系统(POTW)或接收流会影响饮用水的质量。

目前有几种方法或技术用于压裂废水排放或再利用前的处理。现有方法的第一个例子是过滤。过滤用于将总悬浮固体(悬浮物)的浓度去除或降低到可接受的再利用要求。然而，这种方法本身的去除率很低，需要与其他技术相结合。

第二个例子是化学混凝剂和絮凝剂处理一般废水。本步骤采用混凝、絮凝、过滤和软化相结合的方法，将废水处理到可接受的水平。然而，混凝和絮凝过程中使用的化学物质仅限于一定浓度的污染物。

第三个例子是蒸发。由于压裂废水的特点是含盐量高，蒸发蒸馏是较好的解决方案。但该方法能耗高，且工艺本身耗时，仅适用于少量废水。

第四个例子是反渗透(RO)技术。反渗透可以通过只允许水通过膜来去除盐或TDS。如果水在通过反渗透膜之前没有经过处理，这一过程将是昂贵的，因为膜的更换太频繁了。当技术被认为不可行时，若总溶解固体浓度超过40000pm，则反渗透具有限制。由于水力压裂工艺产生的废水总含有高浓度的悬浮物和TDS，因此不推荐使用反渗透(RO)。

第五个例子为膜蒸馏(MD)。MD是一种高盐度海水淡化技术。这个过程是由热驱动的技术，在这种技术中，水被加热，蒸汽分子被允许通过到冷的一侧，从而被渗透。由于这项技术也涉及到膜的使用，废水需要进行预处理，使膜只去除水中的TDS，保证膜的长期使用。

现有的处理方法是根据公司和废水的特点以及重新利用水的要求而使用的。对于上述的第一种过滤方法，该方法是伟大的，可以降低悬浮固体的浓度。然而，为了对水进行适当的处理，只有过滤不能做到这一点。由于油含量和悬浮固体的浓度，过滤器很容易堵塞，导致经常更换过滤介质。另一种工艺是以混凝剂和絮凝剂为处理剂的一般水处理工艺。混凝剂用于诱导废水中胶体化学品的沉淀，而絮凝剂则用于凝聚混凝过程中产生的微小颗粒，形成较大的污泥。这种方法的缺点是，作为混凝剂和絮凝剂的化学物质，在达到理想的水平之前，不能处理废水，因此需要与其他几种处理工艺相结合。因此，在目前工业废水处理的现状下，单用化学方法处理的废水并不能产生高质量的效果。

蒸发是一种高盐、高TDS浓度的废水处理技术。虽然蒸发和蒸馏可以成功地从水中分离出盐的含量，但这一过程成本太高，即使体积很小，也会消耗大量的能量。这也非常耗时。因此，该工艺不适用于大体积的水。

反渗透技术在水和废水工业中得到了广泛的应用，但如果废水打算再利用，则反渗透技术更侧重于饮用水或在处理过程的最后阶段应用。对于压裂废水反渗透的使用，由于悬浮物和TDS浓度过高，反渗透的应用是不可行的，这将导致膜置换过于频繁，使工艺成本高昂。

膜蒸馏(MD)是蒸发膜技术升级版的结合。该工艺以热能为基础，蒸汽在较低温度侧通过膜，产生可重复使用或排放的渗透物。然而，该工艺使用大量的能量加热产水蒸汽以去除盐分，在大量采出水中不可取。

所有现有的处理方法都存在处理成本太高，所用的处理工艺不能满足要求的问题。为此，我们提出一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，解决了背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明要解决的一技术问题是提供一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，包括以下步骤：

1)调节酸碱度。

2)加入矿物基凝絮污水处理药剂可使胶粒沉淀。

3)反应水将流入絮凝池进行絮凝处理，沉淀通过斜板澄清池过滤，产生的污泥会通过污泥贮槽进入压滤机，然后过滤后的液体返回第一步，污泥则进行处理。

4)判断池中的PH是否为7.5，若是7.5，即可进行TSS检测，若不是7.5返回至第一步进行重新处理。

5)判断池中的TSS是否为50mg/L，若是50mg/L，即可进行COD检测，若不是50mg/L，返回至第一步进行重新处理。

6)判断池中的COD是否为80mg/L，若是80mg/L，即可进行下一步工序，若不是80mg/L，返回至第一步进行重新处理。

7)砂滤器过滤工序。

优选的，所述调节酸碱度是将废水的pH值调节到最佳的pH值，在处理过程之前，制备一个合适的pH调节池，将废水放置在pH调节池中，然后将废水的pH值调节到最佳的pH值，由于压裂废水的特性会发生变化，因此必须在实际处理之前进行一次罐内试验，以确定最佳的pH值，通过槽内的pH控制器确定池内的pH值，获得所需的pH值，然后将废水流入反应槽内部。

优选的，反应后的废水将以缓慢的混合速度进一步搅拌，以形成较大且稳定的絮状物。然后用澄清器将含有处理水和污泥的处理水分离。分离处理后的水将流入贮水池，而分离出的污泥将流入污泥贮槽。

优选的，所述砂滤器过滤工序是为了清除任何残留的污泥，并进一步降低悬浮固体的浓度，一旦过滤，处理后的水就可以重新使用或处理。

优选的，本工艺条件是开始处理工艺的pH值。另一个工艺条件是压力。应提供高速搅拌，以诱导矿物基凝絮污水处理药剂的反应。处理方法不受进水温度的影响，因此，废水仍可以采用同样的处理方法进行处理。

优选的，所述TSS是总悬浮固体，即水质中的总悬浮物，水样通过孔径为0.45μm的滤膜截留在滤膜上并于103～105℃烘干至恒重的固体物质，是衡量水体水质污染程度的重要指标之一，计量单位是mg/L。

优选的，所述COD检测是采用一定的强氧化剂进行水样处理时所消耗的氧化剂量，其表示水中还原性物质多少的一个指标，水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要的是有机物，化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，具备以下有益效果：

1、该采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，在处理过程中，采用矿物基凝絮污水处理药剂作为混凝剂，可以使废水或采出水得到简单的处理，步骤较为简单且反应的时间较短，本发明的处理方法分离了废水中的污染物，且能够显著降低水中悬浮固体、油、油脂、铁和重金属等的浓度。

2、该采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，由于本工艺使用的设备和矿物基凝絮污水处理药剂反应的设备是融合在一起的整体装置，因此使反应时间大大缩短到15分钟。随着处理废水停留时间的缩短，废水保留时间的缩短导致处理系统更小，从而会降低治理程序的价格，使其比现有设备更便宜，使用成本更低，缩小的系统导致处理系统区域所需的占地面积较小，因此整个装置可以设计为移动处理系统，使得设备在处理使用时更容易，增加了设备的灵活性。

3、该采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，避免了现有技术中需要几种组合技术来生产可在压裂过程中重复使用的水的问题。本使用方法在使用时时间消耗较少，其中所使用的化学品不需要稀释，并且在化学品准备用于废水处理之前，化学品的成熟时间是在整个工艺流程内部，所以将稀释化学品的系统进行浓缩，在缩小系统的同时还可以缩短反应的时间，使得整个工艺流程更加的省时省力。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明处理系统工艺及仪表流程图；

图3为本发明水力压裂未处理水和处理水的结果数据图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，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。

实施例：如图1所示，一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，包括以下步骤：

1)调节酸碱度。

矿物基凝絮污水处理药剂将根据溶液的酸碱度工作，第一步是调节酸碱度，在处理过程之前，制备一个合适的pH调节池，将废水放置在pH调节池中，然后将废水的pH值调节到最佳的pH值，由于压裂废水的特性会发生变化，因此必须在实际处理之前进行一次罐内试验，以确定最佳的pH值，通过槽内的pH控制器确定池内的pH值，获得所需的pH值，然后将废水流入反应槽内部。

其中矿物基凝絮污水处理药剂包括以下重量百分比配比的原料：膨润土：硫酸铝：陶瓷粉：碳酸钙：壳聚糖＝30.5～59.5％：15.5～27％：14.25～32％：1.75～9.5％：3.0～7.0％，膨润土、硫酸铝、陶瓷粉、碳酸钙、壳聚糖中每个组件表示的粒度是50m，组合物的分散顺序为:膨润土、陶瓷粉和CaCO3，最后是硫酸铝，其中膨润土、陶瓷粉、CaCO3的分散顺序无特殊。

2)加入矿物基凝絮污水处理药剂可使胶粒沉淀。

在反应池中加入矿物基凝絮污水处理药剂，然后开始对高速搅拌叶轮输送的废水进行处理。加入矿物基凝絮污水处理药剂可使胶粒沉淀，形成细小的絮状物。矿物基凝絮污水处理药剂的保留时间为10-15分钟，以充分处理废水。

在反应池的前面设置屏障，通过先入先出的原则，允许所有流入的水得到处理，并自然流出。

3)反应水将流入絮凝池进行絮凝处理，沉淀通过斜板澄清池过滤，产生的污泥会通过污泥贮槽进入压滤机，然后过滤后的液体返回第一步，污泥则进行下一步处理。

反应后的废水将以缓慢的混合速度进一步搅拌，以形成较大且稳定的絮状物。然后用澄清器将含有处理水和污泥的处理水分离。分离处理后的水将流入贮水池，而分离出的污泥将流入污泥贮槽。

4)判断池中的PH是否为7.5，若是7.5，即可进行TSS检测，若不是7.5返回至第一步进行重新处理。

5)判断池中的TSS是否为50mg/L，若是50mg/L，即可进行COD检测，若不是50mg/L，返回至第一步进行重新处理。

对处理的水进行TSS检测，TSS就是总悬浮固体，是指水样通过孔径为0.45μm的滤膜截留在滤膜上并于103～105℃烘干至恒重的固体物质，是衡量水体水质污染程度的重要指标之一，计量单位是mg/L。

6)判断池中的COD是否为80mg/L，若是80mg/L，即可进行下一步工序，若不是80mg/L，返回至第一步进行重新处理。

对处理的水进行COD检测，所谓化学需氧量(COD)，是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要的是有机物。因此，化学需氧量(COD)又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。化学需氧量(COD)的测定，随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同，其测定值也有不同。目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。高锰酸钾(KMnO4)法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较大时，可以采用重铬酸钾(K2Cr2O7)法，重铬酸钾(K2Cr2O7)法氧化率高，再现性好，适用于测定水样中有机物的总量。

有机物对工业水系统的危害很大。严格的来说，化学需氧量也包括了水中存在的无机性还原物质。通常，因废水中有机物的数量大大多于无机物质的量，因此，一般用化学需氧量来代表废水中有机物质的总量。在测定条件下水中不含氮的有机物质易被高锰酸钾氧化，而含氮的有机物质就比较难分解。因此，耗氧量适用于测定天然水或含容易被氧化的有机物的一般废水，而成分较复杂的有机工业废水则常测定化学需氧量。

7)砂滤器过滤工序。

用酸或碱作为调节酸碱度的原料，用生物-差热分析代替化学混凝剂和化学絮凝剂。

处理后的水经过最后一道工序，即砂滤器过滤工序。本工序可以清除任何残留的污泥，并进一步降低悬浮固体的浓度。一旦对悬浮固体较低浓度的水进行过滤，再处理后的水就可以重新使用或处理。

图2为本发明处理系统工艺及仪表流程图：其中处理系统设计流量为5m3/hr。分析认为，废水的初始酸碱度为10-13，属于强碱性。因此，处理开始时，通过添加硫酸、硫酸将进水的pH值调整为ph3。在瓶试过程中，分析了处理工艺的最佳pH值。一旦进水的酸碱度调整好，水就流入下一个称为反应池的水箱。在反应池中加入生物-DFA，诱导混凝絮凝过程。生物柴油机作为一种混凝剂和絮凝剂，具有广泛的油、脂等污染物处理能力，是废水工业的新革命。因此，在反应池中，提供带有大功率电机的搅拌器，以提供1350转/分的高速混合，以诱导处理过程。反应过程持续10-15分钟，然后反应过程中形成的水和絮状物流入絮凝池。在这里，水将进一步低速搅拌，形成越来越大的絮状物。与以前的化学品相比，矿物基凝絮污水处理药剂形成的污泥稳定性高、体积大、密度大，即使受到干扰，也会聚集在一起，这将缓解污泥和处理水之间的分离过程，减少通过砂滤器过滤的剩余污泥量。因此，延长过滤器的使用寿命或减少更换过滤器介质的量。

水力压裂返排和采出水，由于不可能解决大体积水的排放标准问题，长期储存的水是矿石，对返排和采出水进行处理。水力压裂过程中水的再利用主要关注的是悬浮物、油和聚丙烯酰胺的浓度。

图3为本发明水力压裂未处理水和处理水的结果数据图；

其中19年5月12日检测结果中进水含油量为221.2，悬浮物含量为389，终端出水含油为3.2，悬浮物为18.1。

其中19年5月22日检测结果中进水含油量为44.2，悬浮物含量为155，终端出水含油为3.9，悬浮物为19.4。

其中19年5月30日检测结果中进水含油量为62.9，悬浮物含量为205，终端出水含油为1.7，悬浮物为12.6。

通过多次试验可观察出，未处理压裂返排和采出水内部漂浮有大量的红褐色悬浮物，且水呈现为浑浊状，通过本发明工艺处理过的压裂和回流水呈现透明状，内部清澈无杂质。达到缓解污泥和处理水之间的分离过程，减少通过砂滤器过滤的剩余污泥量的效果，且延长过滤器的使用寿命和减少更换过滤器介质的量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1)调节酸碱度；

2)加入矿物基凝絮污水处理药剂可使胶粒沉淀；

3)反应水将流入絮凝池进行絮凝处理，沉淀通过斜板澄清池过滤，产生的污泥会通过污泥贮槽进入压滤机；

4)判断池中的PH是否为7.5，若是7.5，即可进行TSS检测，若不是7.5返回至第一步进行重新处理；

5)判断池中的TSS是否为50mg/L，若是50mg/L，即可进行COD检测，若不是50mg/L，返回至第一步进行重新处理；

6)判断池中的COD是否为80mg/L，若是80mg/L，即可进行下一步工序，若不是80mg/L，返回至第一步进行重新处理；

7)砂滤器过滤工序。

2.根据权利要求1所述的一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，其特征在于：所述调节酸碱度是将废水的pH值调节到最佳的pH值，制备一个合适的pH调节池，将废水放置在pH调节池中，然后将废水的pH值调节到最佳的pH值，由于压裂废水的特性会发生变化，因此必须在实际处理之前进行一次罐内试验，以确定最佳的pH值，通过槽内的pH控制器确定池内的pH值，获得所需的pH值，然后将废水流入反应槽内部。

3.根据权利要求1所述的一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，其特征在于：所述胶粒沉淀是通过加入矿物基凝絮污水处理药剂，在反应池中加入矿物基凝絮污水处理药剂，然后开始对高速搅拌叶轮输送的废水进行处理，加入矿物基凝絮污水处理药剂可使胶粒沉淀，形成细小的絮状物，矿物基凝絮污水处理药剂的保留时间为10-15分钟。

4.根据权利要求1所述的一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，其特征在于：所述TSS是总悬浮固体，即水质中的总悬浮物，水样通过孔径为0.45μm的滤膜截留在滤膜上并于103～105℃烘干至恒重的固体物质，是衡量水体水质污染程度的重要指标之一，计量单位是mg/L。

5.根据权利要求1所述的一种采用矿物基凝絮污水处理药剂处理水力压裂废水的工艺，其特征在于：所述COD检测是采用一定的强氧化剂进行水样处理时所消耗的氧化剂量，其表示水中还原性物质多少的一个指标，水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要的是有机物，化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。