CN112374634B - 压裂返排液的预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压裂返排液的预处理方法，包括：压裂返排液依次进入投加有混凝剂的第一混凝池、进入投加有碱性pH调节剂的碱性池、进入投加有可溶性碳酸盐的除硬池、进入投加有混凝剂的第二混凝池进行处理；经所述第二混凝池处理后的压裂返排液进入投加有絮凝剂的絮凝池进行处理；经所述絮凝池处理后的压裂返排液进入沉淀池进行处理，得到污泥沉淀和上清液。

Description

压裂返排液的预处理方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种压裂返排液的预处理方法。
背景技术
油、气田的压裂过程中，泵注入地层的压裂液将返排至地面形成压裂返排液。由于压裂返排液具有成分复杂、黏度大、有机物含量高、固相颗粒含量高和可生化性差等特点，压裂返排液已成为油、气田主要污染物之一。压裂返排液的现有处置方式：⑴回注：压裂返排液经初步处理后，通过已有回注井进行回注；⑵回用：经回用处理后通过压裂液管线或钻前供水管线统一调配至各平台作为压裂用水；⑶达标外排及资源化利用：水达到地表水排放标准外排，盐资源化利用。
综合考虑环保部门和外部接纳水体的要求，通常需要达到《污水综合排放标准》及地方相应处理标准，有些地区可能要求达到《地表水环境质量标准》中三类水标准。压裂返排液的处理工艺主要包括依次进行的预处理和反渗透膜的脱盐处理。相关技术所涉及的预处理过程包括：先向压裂返排液中加入除硬度药剂来降低水中的硬度，再通过絮凝沉淀除掉悬浮物，最后通过超滤处理除掉小分子物质，超滤后的溶液进入反渗透膜进行脱盐处理。发明人发现相关技术存在以下技术问题：相关技术采用常用的碳酸钠等除硬度药剂来降低水的硬度会产生大量的沉淀物，产生的沉淀物导致压裂返排液混凝沉淀难度加大，混凝剂投加量急剧增大，增加了处理成本，并且投加大量的混凝剂导致废水pH急速下降，硬度去除不彻底。对于此种压裂返排液而言，找到一种经济、科学、合理的预处理技术尤为重要。
发明内容
基于此，有必要针对传统压裂返排液处理方法硬度去除不彻底、经济效益差的问题，提供一种新的压裂返排液的预处理方法。
一种压裂返排液的预处理方法，包括：
压裂返排液依次进入投加有混凝剂的第一混凝池、投加有碱性pH调节剂的碱性池、投加有可溶性碳酸盐的除硬池、投加有混凝剂的第二混凝池进行处理；
经所述第二混凝池处理后的压裂返排液进入投加有絮凝剂的絮凝池进行处理；
经所述絮凝池处理后的压裂返排液进入沉淀池进行处理，得到污泥沉淀和上清液。
在其中一个实施例中，经所述碱性池处理后的压裂返排液的pH值为9～11.5。
在其中一个实施例中，经所述碱性池处理后的压裂返排液的pH值为9～10。
在其中一个实施例中，所述第一混凝池中投加的所述混凝剂占所述第一混凝池和所述第二混凝池中投加的混凝剂总量的质量百分数为90％～95％。
在其中一个实施例中，所述混凝剂选自PFS、PAC、PFC及PAS中的任意一种或多种。
在其中一个实施例中，所述絮凝剂选自PAM。
在其中一个实施例中，所述可溶性碳酸盐选自碳酸钠。
在其中一个实施例中，还包括：压裂返排液进入所述第一混凝池之前，先在投加有破乳剂的除油装置中进行破乳除油，使进入所述第一混凝池的压裂返排液中的含油量在10mg/L以下。。
在其中一个实施例中，还包括：使所述沉淀池获得的上清液进入后混池，调节上清液pH值为6.0～8.0。
在其中一个实施例中，还包括：使所述后混池处理后的上清液进入脱盐系统进行处理。
本发明的压裂返排液的预处理方案为：先投加一定的混凝剂进行处理，然后再进行化学软化，之后进行后续的混凝和絮凝处理。发明人经研究发现，在进行化学软化之前，先进行混凝处理，能够使得压裂返排液中悬浮物电性改变，稳定性变差，形成“脱稳”状态，有利于稳定的悬浮物对化学软化和沉淀性能的影响，极大的减少了混凝剂的投加量，降低了压裂返排液处理的运行成本，具有明显的经济效应。
附图说明
图1为本发明实施例1的压裂返排液预处理的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
术语：
混凝剂：混凝剂是指能使水中悬浮物、胶体物等杂质颗粒产生絮状沉淀的物质。
絮凝剂：凡是用来将水溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状物沉淀的物质都叫做絮凝剂。
混凝：水中悬浮的颗粒在粒径小到一定程度时，其布朗运动的能量足以阻止重力的作用，而使颗粒不发生沉降。这种悬浮液可以长时间保持稳定状态。而且，悬浮颗粒表面往往带电(常常是负电)，颗粒间同种电荷的斥力使颗粒不易合并变大，从而增加了悬浮液的稳定性。混凝过程就是加入带正电的混凝剂去中和颗粒表面的负电，使颗粒“脱稳”。于是，颗粒间通过碰撞、表面吸附、范德华引力等作用，互相结合变大，以利于从水中分离。
絮凝：絮凝是聚合物的高分子链在悬浮的颗粒与颗粒之间发生架桥的过程。“架桥”就是聚合物分子上不同链段吸附在不同颗粒上，促进颗粒与颗粒聚集。
本发明的压裂返排液中主要含有氯化钠、硫酸钠等可溶性盐，还含有Ca2+、Mg2+、Fe3 +、Al3+等硬度，COD(水中可氧化物质，如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等可氧化物质)，悬浮物，油。本发明的压裂返排液的预处理方法主要是为了去除Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等硬度，COD(水中可氧化物质，如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等可氧化物质)，悬浮物，油。
本发明实施例提供一种压裂返排液的预处理方法，包括：
压裂返排液依次进入投加有混凝剂的第一混凝池、投加有碱性pH调节剂的碱性池、投加有可溶性碳酸盐的除硬池、投加有混凝剂的第二混凝池进行处理；
经所述第二混凝池处理后的压裂返排液进入投加有絮凝剂的絮凝池进行处理；
经所述絮凝池处理后的压裂返排液进入沉淀池进行处理，得到污泥沉淀和上清液。
本发明的压裂返排液的预处理方案为：先投加一定的混凝剂进行处理，然后再进行化学软化，之后进行后续的混凝和絮凝处理。发明人经研究发现，在进行化学软化之前，先进行混凝处理，能够使得压裂返排液中悬浮物电性改变，稳定性变差，形成“脱稳”状态，有利于稳定的悬浮物对化学软化和沉淀性能的影响，极大的减少了混凝剂的投加量，降低了压裂返排液处理的运行成本，具有明显的经济效应。
压裂返排液中的悬浮物质及胶体物质的粒径非常细小。为去除这些物质借助于混凝的手段，也就是说在原水中加入适当的混凝剂，经过充分混和，使胶体稳定性被破坏(脱稳)并与混凝剂水解后的聚合物相吸附，使颗粒具有絮凝性能。而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体(絮粒)。
在一些实施例中，压裂返排液进入所述第一混凝池之前，先在投加有破乳剂的除油装置中进行破乳除油，使进入所述第一混凝池的压裂返排液中的含油量在10mg/L以下。
在一些实施例中，所述第一混凝池中投加的所述混凝剂占所述第一混凝池和所述第二混凝池中投加的混凝剂总量的质量百分数为70％～95％。优选为90％～95％。
在一些实施例中，所述混凝剂选自PFS、PAC、PFC及PAS中的任意一种或多种。第一混凝池和第二混凝池投加的混凝剂的种类可以相同或不同。
混凝剂投加到第一混凝池与原水快速混凝在极短时间内形成微细矾花，此时水体变得更加浑浊，要求水流能产生激烈的湍流。第一混凝池宜采用快速(250转/min～300转/min)搅拌，搅拌时间可以为10s～30s，优选不超过2min。
在一些实施例中，经所述碱性池处理后的压裂返排液的pH值为9～11.5。先将压裂返排液的pH调至该范围，有利于发挥碳酸盐的作用进行除硬。传统的化学除硬需要在较高的碱性pH下进行才能够达到除硬的效果。特别地，由于在化学除硬之前先进行了混凝过程，因此后续化学除硬对于体系的碱性的要求降低，在一些实施例中，本发明经所述碱性池处理后的压裂返排液的pH值可以为9～10。化学除硬对于压裂返排液碱性降低，能够降低碱性pH调节剂的加入量，提高预处理的经济性。在一实施例中，碱性pH调节剂可选自氢氧化钠。
在除硬池中，可溶性碳酸盐可选自碳酸钠。经过除硬池，去除压裂返排液中的Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等硬度。
絮凝阶段是矾花成长变粗的过程，要求适当的湍流程度和足够的停留时间(10min～15min)，直至大量矾花聚集缓缓下沉，形成表面清晰层。优选的，先以100转/min～200转/min搅拌约5min～8min，再以40转/min～80转/min搅拌约5min～7min至呈悬浮态。在一些实施例中，所述絮凝剂选自PAM。
沉降阶段是在沉降池中进行的絮凝物沉降过程，要求水流缓慢。在一实施例中，可在沉淀池中设置斜管，压裂返排液中大量的粗大矾花可被斜管壁阻挡而沉积于池底，上层水为澄清水，剩下的粒径小，密度小的矾花一边缓缓下降，一边继续相互碰撞结大，至后期余浊基本不变。优选的，压裂返排液在沉淀池中静沉10min以上。
在一些实施例中，还包括：使所述沉淀池获得的上清液进入后混池，调节上清液pH值为6.0～8.0。将上清液pH值调至中性左右，从而可满足水质要求，根据后续需求进行进一步处理。
在一些实施例中，还包括：使所述后混池处理后的上清液进入脱盐系统进行处理。脱盐系统例如包括纳滤系统、蒸发结晶系统等。
以下为具体实施例。
实施例1
某天然气压裂返排液处理项目：
天然气压裂返排液，经检测，其水质情况为：
pH：7.86、Ca2+：854.0mg/L、Mg2+：400.0mg/L、HCO3 -：560.8mg/L、Fe3+：1.2mg/L、Al3+：10.24mg/L、COD：2829mg/L、悬浮物：1120mg/L、浊度：3976NTU、含油量：50mg/L、TDS：16361.0mg/L。
请参阅图1，压裂返排液的预处理工艺，包括以下步骤：
(1)压裂返排液首先进调节池，进水流量为45.0m3/h，停留时间为8h；
(2)经调节池后进入汽浮除油装置，在气浮装置中投加破乳剂，使出水的含油量1mg/L以下。
(3)经除油装置后进入高密池，通过在高密池的第一混凝池内投加PFS＝1500mg/L，使悬浮物混凝，然后压裂返排液进入碱性池内投加液碱，调节至pH＝9，然后压裂返排液进入除硬池内投加碳酸钠，然后压裂返排液进入第二混凝池内投加PFS＝100mg/L，然后压裂返排液进入絮凝池投加PAM＝6mg/L，然后经沉淀池沉淀，上清液进入后混池用酸调节pH＝7，出水可将废水的钙离子降至20mg/L，镁离子降至10mg/L，铁离子降至0.1mg/L，铝离子降至1mg/L。本项目产水水质如下：pH：7.0、Ca2+：20.0mg/L、Mg2+：10.0mg/L、HCO3 -：200.0mg/L、Fe3+：0.1mg/L、Al3+：1mg/L、COD：1595mg/L、悬浮物：50mg/L、浊度：10NTU、含油量：1mg/L。
(3)经高密池后进入过滤系统，过滤系统包括V型滤池、超滤装置，压裂返排液通过V型滤池和超滤系统进行过滤，使压裂返排液的SDI降至3以下，浊度降至1NTU以下，然后进入后膜系统进行浓缩。
实施例2
某天然气压裂返排液处理项目：
天然气压裂返排液，经检测，其水质情况为：
pH：7.58、Ca2+：934mg/L、总硬度：2339mg/L、HCO3 -：224mg/L、Fe3+：53.7mg/L、Al3+：10.24mg/L、COD：2160mg/L、悬浮物：1500mg/L、浊度：588NTU、含油量：48mg/L、TDS：8486mg/L。
压裂返排液的预处理工艺，包括以下步骤：
(1)压裂返排液首先进调节池，进水流量为45.0m3/h，停留时间为8h；
(2)经调节池后进入汽浮除油装置，在气浮装置中投加破乳剂，使出水的含油量1mg/L以下。
(3)经除油装置后进入高密池，通过在高密池的第一混凝池内投加PAS＝1500mg/L，使悬浮物混凝，然后压裂返排液进入碱性池内投加液碱，调节至pH＝9，然后压裂返排液进入除硬池内投加碳酸钠，然后压裂返排液进入第二混凝池内投加PFS＝100mg/L，然后压裂返排液进入絮凝池投加PAM＝6mg/L，然后经沉淀池沉淀，上清液进入后混池用酸调节pH＝7，出水可将废水的总硬度降至134mg/L，铁离子降至17mg/L，铝离子降至1mg/L。本项目产水水质如下：pH：7.0、总硬度：134mg/L、HCO3-：200.0mg/L、Fe3+：17mg/L、Al3+：1mg/L、COD：271mg/L、悬浮物：50mg/L、浊度：10NTU、含油量：1mg/L；
(3)经高密池后进入过滤系统，过滤系统包括锰砂过滤器、超滤装置，压裂返排液通过锰砂过滤器和超滤系统进行过滤，使压裂返排液的Fe3+降至0.1mg/L，SDI降至3以下，浊度降至1NTU以下，然后进入后膜系统进行浓缩。
对比例1
天然气压裂返排液，经检测，其水质情况为：
pH：7.58、Ca2+：934mg/L、总硬度：2339mg/L、HCO3 -：224mg/L、Fe3+：53.7mg/L、Al3+：10.24mg/L、COD：2160mg/L、悬浮物：1500mg/L、浊度：588NTU、含油量：48mg/L、TDS：8486mg/L。
压裂返排液的预处理工艺，包括以下步骤：
(1)压裂返排液首先进调节池，进水流量为45.0m3/h，停留时间为8h；
(2)经调节池后进入汽浮除油装置，在气浮装置中投加破乳剂，使出水的含油量1mg/L以下。
(3)经除油装置后直接进入碱性池内投加液碱，调节至pH＝11.5，然后压裂返排液进入除硬池内投加碳酸钠，然后压裂返排液进入第二混凝池内投加PFS＝1600mg/L，然后压裂返排液进入絮凝池投加PAM＝6mg/L，然后经沉淀池沉淀，上清液进入后混池用酸调节pH＝7，出水废水的钙离子降至200mg/L，镁离子降至60mg/L，铁离子降至12mg/L，铝离子降至4mg/L。COD：470mg/L、悬浮物：120mg/L、浊度：10NTU、含油量：1mg/L。
对比例2
天然气压裂返排液，经检测，其水质情况为：
pH：7.58、Ca2+：934mg/L、总硬度：2339mg/L、HCO3 -：224mg/L、Fe3+：53.7mg/L、Al3+：10.24mg/L、COD：2160mg/L、悬浮物：1500mg/L、浊度：588NTU、含油量：48mg/L、TDS：8486mg/L。
压裂返排液的预处理工艺，包括以下步骤：
(1)压裂返排液首先进调节池，进水流量为45.0m3/h，停留时间为8h；
(2)经调节池后进入汽浮除油装置，在气浮装置中投加破乳剂，使出水的含油量1mg/L以下。
(3)经除油装置后直接进入碱性池内投加液碱，调节至pH＝11.5，然后压裂返排液进入除硬池内投加碳酸钠，然后压裂返排液进入第二混凝池内投加PFS＝5600mg/L，然后压裂返排液进入絮凝池投加PAM＝6mg/L，然后经沉淀池沉淀，上清液进入后混池用酸调节pH＝7，出水可将废水的钙离子降至30mg/L，镁离子降至15mg/L，铁离子降至1mg/L，铝离子降至2mg/L。COD：271mg/L、悬浮物：50mg/L、浊度：10NTU、含油量：1mg/L。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种压裂返排液的预处理方法，其特征在于，包括：
压裂返排液依次进入投加有混凝剂的第一混凝池、投加有碱性pH调节剂的碱性池、投加有可溶性碳酸盐的除硬池、投加有混凝剂的第二混凝池进行处理；
经所述第二混凝池处理后的压裂返排液进入投加有絮凝剂的絮凝池进行处理；
经所述絮凝池处理后的压裂返排液进入沉淀池进行处理，得到污泥沉淀和上清液；
经所述碱性池处理后的压裂返排液的pH值为9~10；
所述预处理方法还包括：压裂返排液进入所述第一混凝池之前，先在投加有破乳剂的除油装置中进行破乳除油，使进入所述第一混凝池的压裂返排液中的含油量在10mg/L以下。
2. 根据权利要求1所述的压裂返排液的预处理方法，其特征在于，所述压裂返排液进入投加有所述混凝剂的所述第一混凝池处理时，所述第一混凝池以250转/min~300转/min搅拌10s ~30s。
3.根据权利要求1所述的压裂返排液的预处理方法，其特征在于，所述第一混凝池中投加的所述混凝剂占所述第一混凝池和所述第二混凝池中投加的混凝剂总量的质量百分数为70%~95%。
4. 根据权利要求1所述的压裂返排液的预处理方法，其特征在于，所述第一混凝池中投加的所述混凝剂占所述第一混凝池和所述第二混凝池中投加的混凝剂总量的质量百分数为 90 %~ 95 %。
5. 根据权利要求1所述的压裂返排液的预处理方法，其特征在于，所述混凝剂选自PFS、PAC、PFC及 PAS中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的压裂返排液的预处理方法，其特征在于，所述絮凝剂选自PAM。
7.根据权利要求1所述的压裂返排液的预处理方法，其特征在于，所述可溶性碳酸盐选自碳酸钠。
8.根据权利要求1所述的压裂返排液的预处理方法，其特征在于，经所述第二混凝池处理后的压裂返排液进入投加有所述絮凝剂的所述絮凝池处理时，所述絮凝池先以100转/min~200转/min搅拌5min~8min，再以40转/min~80转/min搅拌5min~7min至呈悬浮态。
9.根据权利要求1所述的压裂返排液的预处理方法，其特征在于，还包括：使所述沉淀池获得的上清液进入后混池，调节上清液pH值为6.0~8.0。
10.根据权利要求9所述的压裂返排液的预处理方法，其特征在于，还包括：使所述后混池处理后的上清液进入脱盐系统进行处理。
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