CN112340878A - 一种页岩气压裂返排液达标外排的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，包括以下步骤：S1：向压裂返排液中加入氧化剂进行芬顿反应；S2：将氧化处理后的压裂返排液中依次加入软化剂和絮凝剂，静置沉淀；S3：将沉淀后的压裂返排液依次采用微滤膜、纳滤膜、反渗透膜进行过滤，采用反渗透膜进行过滤时包括低压反渗透过滤和高压反渗透过滤，所述低压反渗透过滤的运行压力为5‑5.5MPa，所述高压反渗透过滤的运行压力为10‑13MPa；S4：将反渗透膜过滤后的滤液进行吸附处理，若出水未满足压裂返排液外排标准，则重复步骤S3，若出水满足压裂返排液外排标准，则外排。本发明能够对页岩气压裂返排液进行处理使其达到外排标准。
Description
技术领域
本发明涉环境工程技术领域，特别涉及一种页岩气压裂返排液达标外排的处理方法。
背景技术
由于我国对天然气的需求不断增长，页岩气作为一种相对清洁、高效的非常规能源已引起人们的广泛关注。作为世界上第三大页岩气生产国,中国在2019年产生了143.6亿立方米的页岩气,并预计在2030年产生800-1000亿立方米。但是关于页岩气开采所造成环境风险的讨论也在与日俱增，尤其是在页岩气压裂返排液处理处置方面。在中国，特别是在四川盆地南部，平均每口井的压裂用水估计为2万-4万立方米。大约10-20％的压裂液将在四周内收集完毕，剩余部分将以气水混合物的形式回流，后期日产水量为1-10立方米/天。页岩气返排液具有高悬浮物(TSS)、高化学需氧量(COD)、高总溶解固体(TDS)、生物降解难度高的特点。如果未经有效处理直接外排，将会对环境和人类健康造成严重威胁。
由于返排液水质复杂，单一处理工艺无法达到外排标准。作为返排液脱盐的关键工艺，膜或蒸发技术通常与物理化学预处理工艺相结合形成了一个完整的处理系统。但是返排液中来自压裂液和页岩层中的高有机物含量会导致膜和蒸馏设备结垢，从而降低产水能力和膜和蒸馏设备的使用寿命。此外，膜和蒸发技术对多环芳烃等高分子量极性化合物是有效的，但很难去除返排液中常用的低分子量非极性有机物。因此，有必要开发一种有效的页岩气压裂返排液达标外排技术，防止返排液造成环境污染和人类健康危害，而进一步保证页岩气开采的可持续性发展。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种页岩气压裂返排液达标外排的处理方法。
本发明的技术方案如下：
一种页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，包括以下步骤：
S1：向压裂返排液中加入氧化剂进行芬顿反应；
S2：将氧化处理后的压裂返排液中依次加入软化剂和絮凝剂，静置沉淀；
S3：将沉淀后的压裂返排液依次采用微滤膜、纳滤膜、反渗透膜进行过滤；
S4：将反渗透膜过滤后的滤液进行吸附处理，若出水未满足压裂返排液外排标准，则重复步骤S3，若出水满足压裂返排液外排标准，则外排。
作为优选，所述氧化剂为七水合硫酸亚铁和过氧化氢的混合物。
作为优选，所述过氧化氢的投入量根据压裂返排液的化学需氧量进行确定，所述过氧化氢与化学需氧量的投入质量比为4:1-5:1，所述过氧化氢和所述七水合硫酸亚铁的投加摩尔比为130:1-140:1。
作为优选，所述软化剂为氢氧化钠和碳酸钠的混合物，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。
作为优选，所述氢氧化钠的投入量为600-800mg/L，所述碳酸钠的投入量为3000-5000mg/L，所述絮凝剂的投入量为35-50mg/L。
作为优选，吸附处理时采用的吸附剂为离子交换树脂。
作为优选，所述芬顿反应在紫外灯照射条件下进行，所述紫外灯的波段为254nm。
作为优选，采用反渗透膜进行过滤时包括低压反渗透过滤和高压反渗透过滤，所述低压反渗透过滤的运行压力为5-5.5MPa，所述高压反渗透过滤的运行压力为10-13MPa。
作为优选，所述纳滤膜过滤后的压裂返排液先进行低压反渗透过滤处理；所述低压反渗透过滤处理后浓度较小的压裂返排液进入步骤S4进行吸附处理，浓度较大的压裂返排液进行高压反渗透过滤处理；所述高压反渗透过滤处理后浓度较小的压裂返排液重复所述低压反渗透过滤处理步骤，浓度较大的压裂返排液采用机械蒸汽再压缩蒸发的方法进行处理。
作为优选，采用微滤膜进行过滤时，运行压力小于0.5MPa；采用纳滤膜进行过滤时，运行压力为4.5-6MPa。
本发明的有益效果是：
本发明能够对页岩气的压裂返排液进行处理，使其达到外排标准；具体的，通过采用芬顿反应、沉淀、过滤、吸附等处理方法，使压裂返排液一步一步降低COD等含量，最后达到外排标准后进行外排；各处理步骤中采用的试剂均为无害化试剂，不会造成二次污染，其中芬顿反应中加入的亚铁源既可充当混凝剂，也能充当催化剂；另一方面，通过进一步设置的紫外灯能够辅助氧化，促进氧化效果，降低亚铁源的投入量从而降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为本发明的一个实施例工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语；使用的术语中“上”、“下”、“左”、“右”等通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言；同样地，为便于理解和描述，“内”、“外”等是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。但上述方位词并不用于限制本发明。
本发明提供一种页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，包括以下步骤：
S1：向压裂返排液中加入氧化剂进行芬顿反应，所述氧化剂为七水合硫酸亚铁和过氧化氢的混合物。所述过氧化氢的投入量根据压裂返排液的化学需氧量进行确定，所述过氧化氢与化学需氧量的投入质量比为4:1-5:1，所述过氧化氢和所述七水合硫酸亚铁的投加摩尔比为130:1-140:1，氧化处理时的pH为3-4。氧化处理时搅拌速度为150s-1-200s-1，搅拌时间为60-90min。可选地，所述芬顿反应在紫外灯照射条件下进行，所述紫外灯的波段为254nm。
S2：将氧化处理后的压裂返排液中依次加入软化剂和絮凝剂，静置沉淀，所述软化剂为氢氧化钠和碳酸钠的混合物，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。所述氢氧化钠的投入量为600-800mg/L，所述碳酸钠的投入量为3000-5000mg/L，所述絮凝剂的投入量为35-50mg/L，沉淀处理时的pH为9-11，静置时间为30-60min。
S3：将沉淀后的污泥采用污泥压滤机进行压滤，压滤产生的滤液重新进行氧化处理；将沉淀后的压裂返排液依次采用微滤膜、纳滤膜、反渗透膜进行过滤，采用反渗透膜进行过滤时包括低压反渗透过滤和高压反渗透过滤，所述低压反渗透过滤的运行压力为5-5.5MPa，增压泵运行频率为40Hz，产水率大于90％，所述高压反渗透过滤的运行压力为10-13MPa，回收率为50％-80％，采用微滤膜进行过滤时，运行压力小于0.5MPa，产水流量为6m3/h；采用纳滤膜进行过滤时，运行压力为4.5-6MPa，产水率大于90％。
所述纳滤膜过滤后的压裂返排液先进行低压反渗透过滤处理；所述低压反渗透过滤处理后浓度较小的压裂返排液进入步骤S4进行吸附处理，浓度较大的压裂返排液进行高压反渗透过滤处理；所述高压反渗透过滤处理后浓度较小的压裂返排液重复所述低压反渗透过滤处理步骤，浓度较大的压裂返排液采用机械蒸汽再压缩蒸发的方法进行处理。
S4：将反渗透膜过滤后的滤液进行吸附处理，吸附处理时采用的吸附剂为离子交换树脂，若出水未满足压裂返排液外排标准，则重复步骤S3，若出水满足压裂返排液外排标准，则外排。
在一个具体的实施例中，采用本发明对某地区产生的页岩气压裂返排液进行处理，设计处理量为1000m3/d，以每天24h运行，持续运行一周。所述页岩气压裂返排液的水质如表1所示：
表1页岩气压裂返排液进水水质(pH无量纲，其余单位：mg/L)
采用如图1所示的处理工艺流程，处理后各阶段页岩气压裂返排液处理结果的均值如表2所示：
表2各阶段页岩气压裂返排液处理结果的均值(pH无量纲，其余单位：mg/L)
根据表2可以看出，本发明对页岩气压裂返排液的各种污染物具有良好的去除效果，可满足压裂返排液的达标外排标准。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：向压裂返排液中加入氧化剂进行芬顿反应；
S2：将氧化处理后的压裂返排液中依次加入软化剂和絮凝剂，静置沉淀；
S3：将沉淀后的压裂返排液依次采用微滤膜、纳滤膜、反渗透膜进行过滤；
S4：将反渗透膜过滤后的滤液进行吸附处理，若出水未满足压裂返排液外排标准，则重复步骤S3，若出水满足压裂返排液外排标准，则外排。
2.根据权利要求1所述的页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，其特征在于，所述氧化剂为七水合硫酸亚铁和过氧化氢的混合物。
3.根据权利要求2所述的页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，其特征在于，所述过氧化氢的投入量根据压裂返排液的化学需氧量进行确定，所述过氧化氢与化学需氧量的投入质量比为4:1-5:1，所述过氧化氢和所述七水合硫酸亚铁的投加摩尔比为130:1-140:1。
4.根据权利要求1所述的页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，其特征在于，所述软化剂为氢氧化钠和碳酸钠的混合物，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。
5.根据权利要求4所述的页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，其特征在于，所述氢氧化钠的投入量为600-800mg/L，所述碳酸钠的投入量为3000-5000mg/L，所述絮凝剂的投入量为35-50mg/L。
6.根据权利要求1所述的页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，其特征在于，吸附处理时采用的吸附剂为离子交换树脂。
7.根据权利要求1所述的页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，其特征在于，所述芬顿反应在紫外灯照射条件下进行，所述紫外灯的波段为254nm。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，其特征在于，采用反渗透膜进行过滤时包括低压反渗透过滤和高压反渗透过滤，所述低压反渗透过滤的运行压力为5-5.5MPa，所述高压反渗透过滤的运行压力为10-13MPa。
9.根据权利要求8所述的页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，其特征在于，所述纳滤膜过滤后的压裂返排液先进行低压反渗透过滤处理；所述低压反渗透过滤处理后浓度较小的压裂返排液进入步骤S4进行吸附处理，浓度较大的压裂返排液进行高压反渗透过滤处理；所述高压反渗透过滤处理后浓度较小的压裂返排液重复所述低压反渗透过滤处理步骤，浓度较大的压裂返排液采用机械蒸汽再压缩蒸发的方法进行处理。
10.根据权利要求8所述的页岩气压裂返排液达标外排的处理方法，其特征在于，采用微滤膜进行过滤时，运行压力小于0.5MPa；采用纳滤膜进行过滤时，运行压力为4.5-6MPa。
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