CN112679020B - 一种低成本页岩气压裂返排液处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本页岩气压裂返排液处理系统及处理方法，包括破胶除杂系统、高压纳滤膜系统和高压反渗透膜系统，破胶除杂系统的输入端接通压裂返排液输送管路，其输出端接通高压纳滤膜系统，高压纳滤膜系统的产水输出端接通高压反渗透膜系统，其浓水输出端接通固化系统，高压反渗透膜系统的产水输出端接通回用水输送管路，其浓水输出端接通蒸发系统。本发明的处理系统及处理方法能够对压裂返排液中高含量的有机物、钙镁、盐分等污染物进行有效处理，不仅保护了水资源环境，而且与现有的处理方式相比，处理费用低，产水回收率高，最终产生的NaCl盐满足《工业盐》(GB/T5462－2015)干盐一级品标准，可资源化利用，解决了页岩气开采企业的环保问题。

Description

一种低成本页岩气压裂返排液处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及页岩气开采过程中的压裂返排液处理工程技术领域，特别涉及一种低成本页岩气压裂返排液处理系统及处理方法。

背景技术

页岩气是赋存于页岩层中的天然气，属于非常规天然气，主要通过水力压裂的方法进行开采。水力压裂是借助高压将压裂液打入地下，对地层进行液压破碎，从而将其中的石油或天然气储备释放出来的开采方法。水力压裂施工结束后，会有一部分液体返排回地面，这些返排回地面的液体称为压裂返排液。单口页岩气井压裂往往耗水量可达到2万m3以上，完井前返排10％－50％，进入生产阶段仍以每天十到几十方量返排，持续整个气井生命周期。

由于压裂过程中加入了大量的化学药剂，因此返排到地面的压裂返排液主要有以下特点：(1)含有大量有机物、盐分、细菌等物质，尤其是胍胶及其分解后的高分子聚合物等；(2)黏度大，乳化严重。由于压裂液中的增黏物胍胶未被完全分解，产生的返排液仍具有较高的黏度，其黏度一般可达到120～300mPa·s。压裂液配方中通常添加少量的表面活性剂，受地下高温、污油及自身黏度影响，致使返排液乳化严重。(3)水质波动大。压裂作业属于间歇性、分散性及地层结构不一的工作，而且返排液的返排时间和返排规律也不同，有自喷返排液和抽吸返排液，水质波动很大。由此可见，压裂返排液成分复杂、浓度高、黏度大，处理难度大，已成为制约页岩气开采发展的主要问题之一。

压裂返排液的常规处理方法是处理后回注或外排，但返排液产生量往往大于实际回注的接纳能力，且长期回注对地层有一定影响。随着国家环保要求越来越高，页岩气压裂返排液零排放处理已成为当前页岩气开采发展的必然趋势。

中国发明专利申请号201910711767.8公开了一种页岩气压裂返排液处理方法及系统装置，该专利技术是将返排液静置、混凝沉淀、澄清、过滤、电渗析处理、反渗透膜浓缩分离，产生的淡水回用，浓缩后的浓水进入蒸发浓缩，经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液淡水。该技术可对页岩气压裂返排液中高浓度的盐类及有机物进行处理，实现了淡水资源的最大程度的回收，达到污水的近零排放，但由于返排液中的钙镁硬度物质含量很高，在混凝沉淀破胶除杂过程中，需要投加大量化学药剂，不仅使得运行成本极高，而且投加化学药剂后，使得返排液中的盐分增高，从而导致膜系统运行压力增加，系统整体回收率降低。

发明内容

本发明针对现有的压裂返排液处理方法所存在的成本高、回收率低的技术问题，提供一种低成本页岩气压裂返排液处理系统及处理方法，本发明的处理系统及处理方法能够将压裂返排液中高含量的有机物、钙镁、盐分等污染物进行有效处理，同时提高水的回收利用率，不仅保护了水资源环境，而且降低了处理费用，促进了页岩气开采企业的稳定发展，克服了现有技术所存在的不足。

本发明采用的技术方案如下：一种低成本页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，它包括：

破胶除杂系统，破胶除杂系统的输入端接通返排液输送管路，其输出端接通高压纳滤膜系统，破胶除杂系统包括破胶反应器和除杂膜装置，破胶除杂系统通过破胶反应器和除杂膜装置对返排液进行破胶除杂处理；

高压纳滤膜系统，高压纳滤膜系统的产水输出端接通高压反渗透膜系统，其浓水输出端接通固化系统，高压纳滤膜系统包括高压纳滤膜组件，高压纳滤膜系统通过高压纳滤膜组件对来自破胶除杂系统的返排液进行高压纳滤膜处理；

高压反渗透膜系统，高压反渗透膜系统的产水输出端接通回用水输送管路，其浓水输出端接通蒸发系统，高压反渗透膜系统包括高压反渗透膜组件，高压反渗透膜系统通过高压反渗透膜组件对来自高压纳滤膜系统的产水进行高压反渗透膜处理；

所述固化系统用于对来自高压纳滤膜系统的浓水进行固化处理，所述蒸发系统用于对来自高压反渗透膜系统的浓水进行蒸发处理。

在本发明中，所述破胶反应器通过第一进水泵接通返排液输送管路，破胶反应器上设置有配药装置，所述配药装置用于向破胶反应器内输送药剂，破胶反应器的输出端接通所述除杂膜装置，所述除杂膜装置包括除杂膜组件和反冲洗和化学清洗装置，所述除杂膜组件用于对返排液进行除杂处理，除杂膜组件的输入端接通所述破胶反应器，其产水输出端接通高压纳滤膜系统，所述反冲洗和化学清洗装置用于对除杂膜组件进行反冲洗和清洗。

进一步，为了对压裂返排液进行多次除杂处理，以提高除杂效果，所述破胶反应器与除杂膜组件的连接管路上设置有循环泵，所述循环泵用于控制进入除杂膜组件内的返排液流速；所述除杂组件的另一个产水输出端通过循环管路接通循环罐，所述循环罐的输出端接通破胶反应器与除杂膜组件之间的连接管路。

进一步，所述高压纳滤膜组件的输入端通过第一高压泵与第一保安过滤器的输出端接通，第一保安过滤器的输入端通过第二进水泵与破胶除杂系统的输出端接通，高压纳滤组件的产水输出端接通高压反渗透膜系统，高压纳滤组件的浓水输出端接通固化系统。

进一步，所述高压反渗透膜组件的产水输出端接通回用水输送管路，其浓水输出端接通蒸发系统，高压反渗透膜组件的输入端通过第二高压泵与第二保安过滤器的输出端接通，第二保安过滤器的输入端通过第三进水泵与高压纳滤膜系统的产水输出端接通。

进一步，本发明涉及的破胶剂优选采用强氧化性添加剂，更优选采用复合破胶剂，所述复合破胶剂可以为过硫酸铵与活性剂A的复合破胶剂，其中，过硫酸铵与活性剂A的复合破胶剂的质量比为(1－5)：1，更优选为1.65：1，复合破胶剂的投加量为返排液的质量的1％－2％，更优选为1.2％。使用该复合破胶剂时，在反应温度为20－35℃的条件下，破胶反应时间为0.5－4h，降黏率达到了85.4％，破胶后废水粘度可降至2.8mPa·S，破胶效果显著，优于现有氧化破胶、气浮除油除悬浮物的效果，可直接进入除杂膜系统进行除油除悬浮物等杂质。

进一步，本发明的复合破胶剂还可以为次氯酸钠与活性剂B的复配物，次氯酸钠与活性剂B的质量比为(2－3)：1，更优选为2.25：1，复合破胶剂的投加量为返排液的质量的1％－2％，更优选为1.45％。使用该复合破胶剂时，在反应温度为20－35℃的条件下，破胶反应时间为0.5－4h，降黏率达到了82.3％，破胶后废水粘度可降至3.4mPa·S，破胶效果虽然比不上上述过硫酸铵与活性剂A复配的复合破胶剂，但是优于现有氧化破胶、气浮除油除悬浮物的效果，可直接进入除杂膜系统进行除油除悬浮物等杂质。

其中，活性剂A的主要成分为Fe²⁺，例如可以是硫酸亚铁，活性剂B的主要成分为双氧水，双氧水的含量最好为30％－40％。

作为优选，所述除杂膜组件的除杂膜为无机亲水疏油膜，膜长度为800－1200mm，膜孔径为40－3000nm，膜表面的孔隙率为30－50％，跨膜压差为1－4bar。

作为优选，所述高压纳滤膜组件采用蝶管式纳滤膜或高压卷式纳滤膜，具有宽流道6－10mm，所述高压反渗透膜组件采用蝶管反渗透膜或高压卷式反渗透膜。

本发明还包括一种低成本页岩气压裂返排液处理方法，所述处理方法含有上述处理系统，本发明的低成本页岩气压裂返排液处理方法包括以下步骤：

S1、将压裂返排液通入破胶除杂系统中进行破胶除杂处理，得到破胶除杂后的返排液；

S2、将S1得到的返排液通入高压纳滤膜系统进行高压纳滤膜浓缩分离，得到透过液和浓缩液，透过液通入高压反渗透膜系统中，浓缩液通入固化系统中进行固化处理；

S3、高压反渗透膜系统对S2的透过液进行高压反渗透膜浓缩分离，得到透过液和浓缩液，透过液作为回用水，浓缩液通入蒸发系统中进行蒸发处理。

进一步，在进行破胶除杂处理时，向压裂返排液中先加入调节剂调节其pH值在6－8之间，然后再加入破胶剂，反应0.2－4h后送入除杂膜装置中进行除杂处理。

进一步，固化处理时，向S2得到的浓缩液中加入固化剂，固化减量后填埋处置；蒸发处理时，将S3得到的浓缩液在65－110℃下进行蒸发，得到的残渣经干燥后填埋处理，得到的冷凝水进行回用。

在本发明的处理方法中，先将压裂返排液通入破胶除杂系统中进行破胶除杂处理，破胶除杂系统对压裂返排液进行处理时，先加入调节剂调节pH值在6－8之间，然后再加入破胶剂，破胶剂优选用强氧化性破胶剂，反应0.2－4h后，压裂返排液中大部分的胍胶分子量断裂，粘度降低，破胶后的返排液在1－4bar的压力条件下，送入除杂膜装置中进行除杂处理，去除返排液中的油、悬浮物等杂物。除杂膜装置除杂时，除杂膜组件的除杂膜为无机亲水疏油膜，膜长度为800－1200mm，膜孔径为40－3000nm，膜表面的孔隙率为30－50％，跨膜压差为1－4bar，运行过程中通过循环泵控制膜表面流速在2－5m/s之间，废水中油类物质和悬浮颗粒物被截留在膜的一侧形成浓水，其他小分子物质透过膜到另一侧形成产水，产水通量可达到80－300L/m²·h。进一步，反冲洗和化学清洗装置的水采用除杂膜产水进行冲洗，反冲洗周期一般为30－120min，以定期对膜表面的污染物进行冲洗，减少污染物在膜表面的沉积，防止膜污染；化学清洗主要是通过加入碱、次氯酸钠、酸、双氧水等化学药剂进行药液清洗，化学清洗周期为7－30天，主要是对膜表面的有机或无机结垢物质进行清洗，恢复膜性能。

进一步，本发明的高压纳滤膜系统在40－85bar高运行压力下，可将返排液进行浓缩减量至10－15％，将返排液中大部分的有机物、钙、镁、硫酸根等污染物被膜截留在浓缩液中，浓缩液通过加入固化剂，进行固化减量后填埋处置；少量的小分子有机物、氨氮、氯化物等透过膜进入产水中，产水回收率达到85－90％。

进一步，本发明的高压反渗透膜系统在20－75bar的运行压力条件下，能够将来自高压纳滤膜系统的透过液中的小分子有机物、氨氮、氯化物等截留在浓缩液中，大量的水分子及少量的小分子物质透过膜片形成产水，产水回收率达到75－85％，产水收集后作为回用水使用。

在发明中，蒸发系统包括蒸发器，优选为强制循环蒸发器，加热器为板式换热器或列管换热器，蒸发进水需加入调节剂，防止蒸发器中起泡和冷凝水水质超标，调节剂可以为硫酸、盐酸、氢氧化钠等其中的一种，控制废水pH在4－7后进入蒸发器，在65－110℃的温度条件下进行蒸发，蒸发产生的冷凝水从蒸发器顶部排出系统，经降温至45℃以下后进行回用；蒸发后的浓液(母液)浆料从底部排出系统，经干燥后得到固体残渣，残渣进行填埋。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明最终得到的产水达到了《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920－2002)标准和《污水综合排放标准》(GB8978－1996)一级标准，产水全部进行回用，膜浓缩液经蒸发干燥后最终得到NaCl盐，NaCl盐满足《工业盐》(GB/T5462－2015)干盐一级品标准，可资源化利用，实现了压裂返排液的零排放，不仅减少环境污染，而且实现水的再生利用，节约了用水成本，较现有压裂返排液仅达标排放处理更具有经济效益；

2、本发明设置的破胶除杂系统实现了破胶和除油、除悬浮物等效果，与常规的压裂返排液氧化破胶、气浮除油除悬浮物相比，本发明的破胶系统不仅去除效率高，出水水质更好，而且减少了药剂投加量，节省了运行费用；

3、本发明采用高压纳滤膜系统去除钙、镁等硬度物质，抗污染能力强，出水水质好，与常规的化学加药软化除硬的方式相比，本发明避免了投加化学药剂，极大的降低了运行费用，且避免了产生大量的物化污泥，避免了二次污染；

4、本发明的处理系统及处理方法能够对压裂返排液中高含量的有机物、钙镁、盐分等污染物进行有效处理，不仅保护了水资源环境，而且与现有的处理方式相比，处理费用低，产水回收率高，促进了页岩气开采企业的稳定发展，克服了现有技术所存在的不足。

附图说明

图1是本发明的一种低成本页岩气压裂返排液处理系统结构示意图；

图2是本发明的一种低成本页岩气压裂返排液处理方法工艺流程示意图。

图中标记：1为原水箱，2为破胶除杂系统，201为第一进水泵，202为破胶反应器，203为循环罐，204为循环泵，205为除杂膜装置，3为第一中间水箱，4为高压纳滤膜系统，401为第二进水泵，402为第一保安过滤器，403为第一高压泵，404为第一在线循环泵，405为高压纳滤膜组件，5为固化系统，6为第二中间水箱，7为高压反渗透膜系统，701为第三进水泵，702为第二保安过滤器，703为第二高压泵，704为第二在线循环泵，705为高压反渗透膜组件，8为蒸发系统，9为回用水箱。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

实施例1

如图1所示，一种低成本页岩气压裂返排液处理系统，包括破胶除杂系统2、高压纳滤膜系统4和高压反渗透膜系统7，破胶除杂系统2的输入端接通压裂返排液输送管路，其输出端接通高压纳滤膜系统4，在图1中，破胶除杂系统2的输入端接通的是原水箱1，其输出端通过第一中间水箱3接通高压纳滤膜系统4，原水箱1用于暂存压裂返排液，同时便于向破胶除杂系统2输出稳定的压裂返排液流量，相应地，第一中间水箱的作用跟原水箱的作用相似，也是为了暂存来自破胶除杂系统2的压裂返排液，并同时向高压纳滤膜系统提供稳定的输出流量。破胶除杂系统2用于对压裂返排液进行破胶除杂处理，破胶除杂处理后的返排液被输送至高压纳滤膜系统4继续处理。高压纳滤膜系统4的产水输出端通过第二中间水箱6接通高压反渗透膜系统7，其浓水输出端接通固化系统5，高压纳滤膜系统4用于对来自破胶除杂系统2的返排液进行高压纳滤膜处理。高压反渗透膜系统7用于对返排液进行高压反渗透膜处理，高压反渗透膜系统7的产水输出端接通回用水输送管路(即接通回用水箱9)，其浓水输出端接通蒸发系统8。固化系统5用于对来自高压纳滤膜系统4的浓水进行固化处理，蒸发系统8用于对来自高压反渗透膜系统7的浓水进行蒸发处理。

在图1的实施例中，破胶除杂系统2包括依次连接的第一进水泵201、破胶反应器202、循环罐203、循环泵204、除杂膜装置205。一般情况下，第一进水泵201将压裂返排液输送至破胶反应器中进行破胶处理，破胶处理后的压裂返排液通过循环泵204输送至除杂膜装置205中进行除杂处理，其中，可以通过循环泵204来调节进入除杂膜装置205的返排液流量，除杂膜装置205可以串联多个除杂膜组件来共同形成除杂膜装置205，以提高一次除杂效果。在本发明的实施例1中，为了采用循环除杂的方式来提高除杂效果，在破胶除杂系统2中设置了循环管路和循环罐203，即在图1中，除杂膜装置205的另一个产水输出端通过循环管路接通循环罐203，所述循环罐203的输出端接通破胶反应器202与除杂膜装置205之间的连接管路，由此实现循环除杂。

进一步地，除杂膜用管式无机亲水疏油膜，优先膜长度为1200mm，膜孔径为100nm，膜表面的孔隙率为45％，跨膜压差为1.2bar，运行过程中通过循环泵204控制膜表面流速在4m/s，废水中油类物质和悬浮物被截留在膜的一侧形成浓水，其他小分子物质透过膜到另一侧形成产水，产水通量可达到180L/m²·h。

作为一种改进的实施方式，破胶反应器202上设置有配药装置(未画出)，所述配药装置用于向破胶反应器202内输送药剂，以便于破胶反应器202实现破胶处理，破胶反应器202的输出端接通除杂膜装置205，除杂膜装置205还包括反冲洗和化学清洗装置(未画出)，反冲洗和化学清洗装置用于对除杂膜组件进行反冲洗和清洗，以降低或避免除杂膜组件结构。

进一步地，高压纳滤膜系统4依次连接有第二进水泵401、第一保安过滤器402、第一高压泵403、第一在线循环泵404和高压纳滤膜组件405，第二进水泵401用于将第一中间水箱3中的返排液泵送至第一保安过滤器402中，经保安过滤器402处理后，通过第一高压泵403高压泵送至高压纳滤膜组件405中进行高压纳滤膜处理，同时通过第一在线循环泵404实现一段循环或多段循环处理。作为一种调整方式，当需要高压纳滤膜系统4设置为多级膜系统时，可以采用串联多个高压纳滤膜系统4来形成多级膜系统，也可以在高压纳滤膜系统4内串联多个高压纳滤膜铸件405来实现，即可以通过灵活调节高压纳滤膜系统的运行方式，来适应不同浓度的返排液处理，保证出水水质满足后续高压反渗透膜的进水要求。

进一步地，高压反渗透膜系统7依次连接有第三进水泵701、第二保安过滤器702、第二高压泵703、第二在线循环泵704、高压反渗透膜组件705。相应地，高压反渗透膜组件705可以设置为一段循环也可以设置二段或三段循环等，高压反渗透膜系统7也可以设置为一级膜系统，也可以设置为两级膜系统。通过灵活调节高压反渗透膜系统7的运行方式，来适应不同浓度的返排液的处理，保证出水水质满足回用要求。

进一步地，该低成本页岩气压裂返排液处理系统的处理方法包括以下步骤：

S1、将高浓度压裂返排液通入破胶除杂系统2，首先向压裂返排液中投加调节剂，调节返排液的pH在6－8之间，然后加入破胶剂，破胶剂为强氧化性的复合添加剂，优选采用过硫酸铵与活性剂A的复合破胶剂，过硫酸铵与活性剂A的质量比为1.65：1，复合破胶剂的投加量为1.2％，在反应温度为20－35℃的条件下，破胶反应时间为0.5－4h，优选破胶反应时间为2h，水中的胍胶分子链断裂，降黏率达到85.4％，破胶后废水粘度为2.8mPa·S，可直接进入除杂膜装置205中进行除油除悬浮物等杂质，产水通量达到180L/m²·h；

S2、破胶除杂后的压裂返排液进入高压纳滤膜系统4中进行高压纳滤膜浓缩分离，在运行压力40－85bar的条件下，大部分有机物、钙、镁、硫酸根等物质被截留在浓缩液中，而水质较好的透过液则排出高压纳滤膜系统4外，并进入第二中间水箱6中暂存，浓缩液则流入固化系统5中进行固化处理；

S3、高压纳滤产生的透过液采用高压反渗透膜进一步浓缩，在20－75bar的运行压力条件下，得到的透过液通过回用水箱9收集后回用，水中的小分子有机物、氯化物、氨氮等物质被截留在浓缩液中，浓缩液流入蒸发系统中进行蒸发处理；

S4、高压反渗透产生的浓缩液进行蒸发处理，蒸发后产生的冷凝水进行回收处理，蒸发后产生的母液浆料经干燥后得到固体残渣，固体残渣进行填埋处理。

在上述处理工艺中，反冲洗采用产水进行反冲洗，反冲洗周期一般在30－120min，优选反冲洗周期为60min，主要是为了冲洗去除膜表面的污染物，减少污染物在膜表面的沉积，防止膜污染。在除杂膜长期运行后，由于返排液中的硬度物质或有机物在膜表面析出形成结垢物质，此时需进行化学清洗，化学清洗主要是通过加入液碱、次氯酸钠、酸、双氧水等化学药剂进行清洗，优先使用的液碱浓度为1％，次氯酸钠浓度为1000mg/L，酸浓度为2％，双氧水浓度为1％，该浓度下的化学药剂可彻底清洗膜表面的污垢。化学清洗周期一般为7－30天，优选化学清洗周期为15天，膜性能可完全恢复至初始状态。

在上述处理工艺中，作为优选的实施方式，高压纳滤膜优选为碟管式纳滤膜，流道宽度6－10mm，运行压力可达到40－100bar，抗污染能力强。进一步地，本实施例所涉及的压裂返排液的COD浓度达到6000mg/L以上、钙4500mg/L、镁540mg/L、硫酸根110mg/L、氯离子15400mg/L，经过高压纳滤膜浓缩分离后，水中的小分子有机物、氯化物等透过膜进入产水中，产水中COD降低至860mg/L、钙30mg/L、镁3.4mg/L、硫酸根小于5mg/L，大部分有机物、钙、镁、硫酸根等被截留在浓缩液中，从而将返排液中的污染物进行了很好的分离。

在上述处理工艺中，高压纳滤膜浓缩倍数可达到6－10倍，产水回收率在85％－90％之间，产水经高压反渗透膜处理，高压纳滤产生的浓缩液加入石灰与有机螯合剂的复合固化剂，优选固化剂中的石灰与有机螯合剂的质量比例为25.4：1，可将浓缩液直接从液态转化为固体，固体可装袋后填埋处置，避免了对环境的污染。

作为一种优选的实施方式，高压反渗透膜优选采用碟管式反渗透膜，其抗污染能力强，运行压力可达到30－80bar，大量的水分子透过膜片形成产水，产水回收率达到75％－85％，产水收集后回用，水中的小分子有机物、氯化物、氨氮等可被高压反渗透膜截留在浓缩液中，从而将返排液中的污染物进行了很好的分离。

作为一种优选地实施方式，蒸发器优选采用MVR强制循环蒸发器，加热器可以为板式换热器或列管换热器，在蒸发处理时，蒸发进水加入调节剂，调节剂可以为硫酸、盐酸、氢氧化钠等其中的一种，以控制蒸发进水的pH在4－7之间，这样可以防止浓缩液在蒸发器中起泡和冷凝水水质超标。蒸发过程中的温度应控制在65－90℃，蒸发产生的冷凝水从蒸发器顶部排出系统，经降温至45℃以下后进行回用，蒸发后的母液浆料从底部排出系统，经干燥后得到NaCl盐，NaCl盐满足《工业盐》(GB/T5462－2015)干盐一级品标准，可资源化利用。

实施例2

实施例2与实施1相同，其不同之处在于，破胶除杂过程中加入的破胶剂为次氯酸钠与活性剂B的复合破胶剂，次氯酸钠与活性剂B的质量比为2.25：1，复合破胶剂的投加量为1.45％，在反应温度为20－35℃的条件下，破胶反应时间为1.6h，水中的胍胶分子链断裂，降黏率达到82.3％，破胶后废水粘度为3.4mPa·S，可直接进入除杂膜系统进行除油除悬浮物等杂质。

实施例3

实施例3与实施1相同，其不同之处在于，高压纳滤膜为高压卷式纳滤膜，高压卷式纳滤膜的膜面积远大于碟管式纳滤膜，可明显节省投资，且运行压力也可达到40－100bar，回收率可达到85％－90％。实施例3中压裂返排液的COD浓度达到4300mg/L以上、钙3000mg/L、镁280mg/L、硫酸根54mg/L，氯离子在12700mg/L左右，经过高压卷式纳滤膜浓缩分离后，水中的小分子有机物、氯化物等透过膜进入产水中，产水中COD降低至550mg/L、钙25mg/L、镁2.8mg/L、硫酸根小于5mg/L，大部分有机物、钙、镁、硫酸根等被截留在浓缩液中，为后续的膜处理系统长期稳定、高效运行提供了保障。

实施例4

为了更好地说明本发明处理系统和工艺所带来的突出效果，以内蒙古某压裂返排液处理项目为例，该项目处理水量为600m³/d，采用实施例1的处理系统和工艺后，进出水质如表1所示：

表1各处理单元进出水水质情况

由表1数据可以得到，经实施例1中的低成本页岩气压裂返排液处理系统及处理工艺处理后，出水水质同时稳定满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920－2002)标准和《污水综合排放标准》(GB8978－1996)一级标准，可作为城市绿化用水进行再利用，浓缩液经蒸发干燥最终得到NaCl盐，NaCl盐满足《工业盐》(GB/T5462－2015)干盐一级品标准，可资源化利用。由此可以说明，本发明的处理系统及处理方法能够对压裂返排液中高含量的有机物、钙镁、盐分等污染物进行有效处理，不仅保护了水资源环境，而且与现有的处理方式相比，处理费用低，产水回收率高，解决了页岩气开采企业的环保问题，促进了页岩气开采企业的稳定发展。

以上所述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 (6)

1.一种低成本页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，它包括：

破胶除杂系统，破胶除杂系统的输入端接通返排液输送管路，其输出端接通高压纳滤膜系统，破胶除杂系统包括破胶反应器和除杂膜装置，破胶除杂系统通过破胶反应器和除杂膜装置对返排液进行破胶除杂处理；在破胶除杂时，向返排液中加入复合破胶剂，所述复合破胶剂由过硫酸铵和活性剂A按照质量比为1-5：1的比例复配得到，其中活性剂A的主要成分为硫酸亚铁；

高压纳滤膜系统，高压纳滤膜系统的产水输出端接通高压反渗透膜系统，其浓水输出端接通固化系统，高压纳滤膜系统包括高压纳滤膜组件，所述高压纳滤膜组件采用蝶管式纳滤膜或高压卷式纳滤膜，具有宽流道6-10mm；高压纳滤膜系统通过高压纳滤膜组件对来自破胶除杂系统的返排液进行高压纳滤膜处理；

高压反渗透膜系统，高压反渗透膜系统的产水输出端接通回用水输送管路，其浓水输出端接通蒸发系统，高压反渗透膜系统包括高压反渗透膜组件，所述高压反渗透膜组件采用蝶管反渗透膜或高压卷式反渗透膜，高压反渗透膜系统通过高压反渗透膜组件对来自高压纳滤膜系统的产水进行高压反渗透膜处理；

所述固化系统用于对来自高压纳滤膜系统的浓水进行固化处理，固化处理时，向高压纳滤膜系统处理得到的浓缩液中加入固化剂，固化减量后填埋处置；所述蒸发系统用于对来自高压反渗透膜系统的浓水进行蒸发处理，蒸发处理时，将高压反渗透膜系统处理得到的浓缩液在65-110℃下进行蒸发，最终得到NaCl盐满足《工业盐》（GB/T5462-2015）干盐一级品标准，得到的冷凝水进行回用；

其中，所述破胶反应器通过第一进水泵接通返排液输送管路，破胶反应器上设置有配药装置，所述配药装置用于向破胶反应器内输送药剂，破胶反应器的输出端接通所述除杂膜装置，所述除杂膜装置包括除杂膜组件和反冲洗和化学清洗装置，所述除杂膜组件用于对返排液进行除杂处理，除杂膜组件的输入端接通所述破胶反应器，其产水输出端接通高压纳滤膜系统，所述除杂膜组件的除杂膜为管式无机亲水疏油膜，膜长度为800-1200mm，膜孔径为40-3000nm，膜表面的孔隙率为30-50%，跨膜压差为1-4bar。

2.如权利要求1所述的低成本页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，所述破胶反应器与除杂膜组件的连接管路上设置有循环泵，所述循环泵用于控制进入除杂膜组件内的返排液流速；所述除杂膜组件的另一个产水输出端通过循环管路接通循环罐，所述循环罐的输出端接通破胶反应器与除杂膜组件之间的连接管路。

3.如权利要求2所述的低成本页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，所述高压纳滤膜组件的输入端通过第一高压泵与第一保安过滤器的输出端接通，第一保安过滤器的输入端通过第二进水泵与破胶除杂系统的输出端接通，高压纳滤组件的产水输出端接通高压反渗透膜系统，高压纳滤组件的浓水输出端接通固化系统。

4.如权利要求3所述的低成本页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，所述高压反渗透膜组件的产水输出端接通回用水输送管路，其浓水输出端接通蒸发系统，高压反渗透膜组件的输入端通过第二高压泵与第二保安过滤器的输出端接通，第二保安过滤器的输入端通过第三进水泵与高压纳滤膜系统的产水输出端接通。

5.一种低成本页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，含有上述权利要求1-4任一所述的处理系统，所述处理方法包括以下步骤：

S1、将压裂返排液通入破胶除杂系统中进行破胶除杂处理，得到破胶除杂后的返排液；

S2、将S1得到的返排液通入高压纳滤膜系统进行高压纳滤膜浓缩分离，得到透过液和浓缩液，透过液通入高压反渗透膜系统中，浓缩液通入固化系统中进行固化处理；

S3、高压反渗透膜系统对S2的透过液进行高压反渗透膜浓缩分离，得到透过液和浓缩液，透过液作为回用水，浓缩液通入蒸发系统中进行蒸发处理。

6.如权利要求5所述的低成本页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，在进行破胶除杂处理时，向压裂返排液中先加入调节剂调节其pH值在6-8之间，然后再加入破胶剂，反应0.2-4h后送入除杂膜装置中进行除杂处理。

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