CN113698060A - 一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统，包括原液箱、破胶单元、曝气单元以及脱水装置；本发明还公开一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，包括以下步骤：包括以下步骤：(1)对压裂返排液沉淀污泥进行破胶处理得到破胶后的污泥；(2)对破胶后的污泥进行曝气处理得到曝气污泥；(3)曝气污泥脱水得到脱水泥饼和脱泥清液。本发明通过投加破胶剂，可破坏污泥中胶类物质的结构；通过采用加压溶气水降压释放纳米级微气泡为破胶后的污泥曝气，避免污泥二次团聚；采用曝气工艺对含水率高的污泥进行预浓缩，使污泥含水率降低至95％左右；采用高压隔膜压滤机，配套压缩空气反吹系统和高压水压榨系统，最大程度提升脱水效率，泥饼含水率≤70％。

Description

一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统及方法

技术领域：

本发明涉及污泥脱水领域，尤其涉及一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统及方法。

背景技术：

压裂技术是油气田开采过程中有效的增产措施之一，被各大油气田普遍采用。压裂返排液为压裂施工完成后，从井口返回到地面的液体，其通常为无色或淡黄色，具有一定的刺激性气味，成分复杂，含有大量的稠化剂(常为胍胶)、交联剂、破胶剂及其他化学添加剂，具有高盐(主要为氯化钠)、高COD、高稳定性、高黏度和难降解的特性，是油气田开采过程中的主要污染物之一，直接排放会造成土壤板结、盐碱化，地表水和地下水污染，造成严重的环境污染和生态破坏。

目前，常规的压裂返排液处理工艺是在混凝沉淀池中投加混凝剂聚合氯化铝，将压裂返排液中的胍胶、生物胶、石油类、大分子有机物、无机粘土等混凝沉淀，通过排泥排出系统，处理后的水回注至地下。由于污泥中含有大量的胶、生物胶、石油类、大分子有机物，污泥的粘性很高；同时，由于胍胶和石油类的包裹作用，导致污泥内部含有大量的水分，因此，采用常规的压裂返排液处理工艺，沉淀池中排出的污泥含水率很高，一般大于98％，使得污泥的体积巨大，容易泄露引发二次污染，且拉运不变；此外，污泥放置一段时间后，污泥中的胍胶类物质会重新结块，形成果冻状固体，导致泥水分离非常困难，极易污堵滤布，通过一般的离心脱水、皮带脱水、板框压滤或隔膜压滤都无法实现有效脱水导致水资源化利用受限。

发明内容：

本发明的第一个目的在于提供一种系统简单、运行稳定、可以高效脱水的压裂返排液沉淀污泥的脱水系统。

本发明的第二个目的在于提供一种可以大大减小污泥的体积、降低污泥的含水量、避免二次污染的压裂返排液沉淀污泥的脱水方法。

本发明的第一个目的由如下技术方案实施：

一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统，包括原液箱、破胶单元、曝气单元以及脱水装置；

所述原液箱的出口通过管线与所述破胶单元的破胶池的进口连通，所述破胶池的出口通过管线与所述曝气单元的污泥曝气池的进口连通，所述污泥曝气池的出泥口通过管线与所述脱水装置的进口连通。

进一步的，所述破胶单元包括破胶池、破胶剂药箱以及搅拌器；

所述破胶池为敞口的反应池，在所述破胶池的侧壁上开设有出口，在所述破胶池内设有所述搅拌器；

所述破胶剂药箱的出药口通过管线与所述破胶池顶部的进口连通。

进一步的，所述曝气单元包括污泥曝气池、加压溶气装置以及空压机；

在所述污泥曝气池的底部分别开设有曝气进口和清液出口，在所述污泥曝气池的上部侧壁上开设有出泥口；

所述加压溶气装置为密闭的盛水池，在所述加压溶气装置的底部开设有进气口，在所述加压溶气装置的顶部开设有进液口，在所述加压溶气装置的侧壁上开设有出液口；

所述空压机的出气口通过管线与所述加压溶气装置的进气口连通，所述加压溶气装置的出液口通过管线与所述污泥曝气池的曝气进口连通。

进一步的，所述污泥曝气池的清液出口分两路，其中一路通过管线与所述加压溶气装置的进液口连通。

进一步的，所述脱水装置为隔膜压滤机。

本发明的第二个目的由如下技术方案实施：

一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，包括以下步骤：

(1)对压裂返排液沉淀污泥进行破胶处理得到破胶后的污泥；(2)对破胶后的污泥进行曝气处理得到曝气污泥；(3)曝气污泥脱水得到脱水泥饼和脱泥清液；其中，

(1)对压裂返排液沉淀污泥进行破胶处理得到破胶后的污泥：将压裂返排液沉淀污泥送入破胶单元，在破胶单元中充分搅拌并同步投加破胶剂，进行充分破胶反应，得到破胶后的污泥；

(2)对破胶后的污泥进行曝气处理得到曝气污泥：将所述步骤(1)得到的破胶后的污泥在曝气单元中进行曝气处理，得到曝气污泥；

(3)曝气污泥脱水得到脱水泥饼和脱泥清液：将所述步骤(2)得到的曝气污泥利用脱水装置进行脱水，得到脱水泥饼和脱泥清液。

进一步的，所述步骤(1)中，所述破胶剂为铁盐混凝剂或铝盐混凝剂；且所述破胶剂的投加质量为所述压裂返排液沉淀污泥质量的5‰～15‰；压裂返排液沉淀污泥与破胶剂的破胶反应时间不小于10min。

进一步的，所述步骤(1)中，所述破胶剂为聚合硫酸铁。

进一步的，所述步骤(1)中，所述破胶单元包括破胶池、破胶剂药箱以及搅拌器；所述破胶池为敞口的反应池，在所述破胶池的侧壁上开设有出口，在所述破胶池内设有所述搅拌器；所述破胶剂药箱的出药口通过管线与所述破胶池顶部的进口连通。

进一步的，所述步骤(2)中，所述曝气单元包括污泥曝气池、加压溶气装置以及空压机；在所述污泥曝气池的底部分别开设有曝气进口和清液出口，在所述污泥曝气池的上部侧壁上开设有出泥口；

所述加压溶气装置为密闭的盛水池，在所述加压溶气装置的底部开设有进气口，在所述加压溶气装置的顶部开设有进液口，在所述加压溶气装置的侧壁上开设有出液口；所述空压机的出气口通过管线与所述加压溶气装置的进气口连通，所述加压溶气装置的出液口通过管线与所述污泥曝气池的曝气进口连通。

进一步的，所述污泥曝气池的清液出口分两路，其中一路通过管线与所述加压溶气装置的进液口连通。

进一步的，将所述步骤(1)破胶中得到的破胶后的污泥送入污泥曝气池内；同时，由空压机向加压溶气装置内的水中吹入空气制备溶气水，加压溶气装置内溶气水进入污泥曝气池内，与所述步骤(1)破胶中得到的破胶后的污泥充分接触混合并曝气，得到漂浮在表面的曝气污泥和集中在污泥曝气池下部的清液。

进一步的，将所述污泥曝气池产出清液总质量的20％～40％返回至加压溶气装置内循环曝气使用。

进一步的，加压溶气装置的进液压力大于0.4Mpa，进气压力大于0.4Mpa；污泥曝气池内的曝气停留时间不少于20min。

进一步的，所述步骤(3)中，所述脱水装置的进料压力≥0.8Mpa，保压时间≥4小时，得到的脱水泥饼的含水率≤70％。

进一步的，所述脱水装置为隔膜压滤机。

本发明的优点：

1、本发明通过在压裂返排液沉淀污泥中投加破胶剂，破坏污泥中胶类物质的结构，降低粘度，有效释放污泥内部包裹的水分，有利于泥水分离；

2、通过采用加压溶气水降压释放纳米级微气泡为破胶后的污泥曝气，提高液态污泥中的空气含量，微气泡可以很好的附着在污泥颗粒的表面，增大污泥颗粒之间的间隙，延长污泥颗粒之间团聚反应的时间，使污泥颗粒之间难以接触团聚，避免污泥二次团聚，有利于泥水分离；

3、充分曝气后的污泥浮于曝气池的表面，污泥含水率由98％降低至95％，实现了高含水率污泥的预浓缩，这样不仅减小了污泥脱水装置的进料量，还提升了脱水效率；

本发明可以实现对压裂返排液沉淀污泥进行高效脱水，脱水后泥饼含水率≤70％，并作为砖厂等的原料循环利用；同时，降低污泥的含水量，进而减小污泥的体积，避免了泄漏导致的二次污染。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1的系统结构示意图；

图中：原液箱1、破胶单元2、破胶池21、破胶剂药箱22、搅拌器23、曝气单元3、污泥曝气池31、加压溶气装置32、空压机33、脱水装置4。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，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1：

如图1所示的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统，包括原液箱1、破胶单元2、曝气单元3以及脱水装置4；

破胶单元2包括破胶池21、破胶剂药箱22以及搅拌器23；破胶池21为敞口的反应池，在破胶池21的侧壁上开设有出口；破胶剂药箱22内盛装的破胶剂为聚合硫酸铁；

曝气单元3包括污泥曝气池31、加压溶气装置32以及空压机33；在污泥曝气池31的底部分别开设有曝气进口和清液出口，在污泥曝气池31的上部侧壁上开设有出泥口；加压溶气装置32为密闭的盛水池，在所述加压溶气装置的底部开设有进气口，在所述加压溶气装置的顶部开设有进液口，在所述加压溶气装置的侧壁上开设有出液口；

原液箱1的出口通过管线与破胶单元2的破胶池21顶部敞开的进口连通，破胶剂药箱22的出药口通过管线与破胶池21顶部的进口连通，在破胶池21内设有搅拌器23，破胶池21的出口通过管线与曝气单元3的污泥曝气池31的进口连通；

空压机33的出气口通过管线与加压溶气装置32的进气口连通，加压溶气装置32的出液口通过管线与污泥曝气池31的曝气进口连通；污泥曝气池31的清液出口分两路，其中一路通过管线与加压溶气装置32的进液口连通。污泥曝气池31的出泥口通过管线与脱水装置4的进口连通，脱水装置4为隔膜压滤机。

工作原理：

原液箱1可对压裂返排液沉淀污泥起到均质的作用，均质后的压裂返排液沉淀污泥进入破胶池21，通过向破胶池21内添加聚合硫酸铁，聚合硫酸铁的添加量为破胶池21内压裂返排液沉淀污泥的质量的5‰～15‰，聚合硫酸铁在破胶池21内的停留时间≥10min；聚合硫酸铁可对压裂返排液沉淀污泥中含有的胶类物质进行破胶，通过破坏污泥中胶类物质的结构，释放污泥内部水，降低污泥粘度，提高流动性；并通过搅拌器23搅拌，使聚合硫酸铁与压裂返排液沉淀污泥充分接触，形成悬浊液，进入污泥曝气池31内；由于聚合硫酸铁也有絮凝作用，在污泥曝气池31内压裂返排液沉淀污泥中的小分子的悬浮物逐渐絮凝成大分子悬浮物；同时，保持加压溶气装置32进水压力≥0.4Mpa，进气压力≥0.4Mpa，来自加压溶气装置32的经加压溶解空气后的溶气水进入污泥曝气池31内，形成纳米级微气泡，为破胶后的悬浊液中的污泥曝气，提高悬浊液中的污泥中的空气含量，使污泥颗粒之间的间隙增大，延长污泥颗粒之间团聚反应的时间，避免破胶后的悬浊液中的污泥二次结块。充分曝气后的污泥浮于污泥曝气池31的表面，清液集中在曝气池下部；清液一部分回流至加压溶气装置32，经空压机33加压溶解空气后再次进入污泥曝气池31，为污泥曝气；多余的清液排出系统，进入后续的水处理系统进行进一步的处理，以实现对该部分水资源的回收利用；曝气后的污泥送入隔膜压滤机内，进料压力≥0.8Mpa，通过高压油缸挤压，油缸压力大于20Mpa，保压时间≥4小时，并配以压缩空气反吹和高压水压榨，压榨压力≥1.0Mpa，进行高效的污泥脱水，得到的脱泥清液进入后续的水处理系统进行进一步的处理，得到的脱水泥饼含水率≤70％，作为砖厂原料进行利用。

实施例2：

利用实施例1提供的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统的脱水方法，包括以下步骤：

(1)对压裂返排液沉淀污泥进行破胶处理得到破胶后的污泥；(2)对破胶后的污泥进行曝气处理得到曝气污泥；(3)曝气污泥脱水得到脱水泥饼和脱泥清液；其中，

(1)对压裂返排液沉淀污泥进行破胶处理得到破胶后的污泥：将压裂返排液沉淀污泥送入破胶单元2，在破胶单元2中充分搅拌并同步投加破胶剂，进行充分破胶反应，得到破胶后的污泥；

破胶单元2包括破胶池21、破胶剂药箱22以及搅拌器23；破胶池21为敞口的反应池，在破胶池21的侧壁上开设有出口，在破胶池21内设有搅拌器23；破胶剂药箱22的出药口通过管线与破胶池21顶部的进口连通。

破胶剂为聚合硫酸铁。且破胶剂的投加质量为压裂返排液沉淀污泥质量的5‰～15‰；压裂返排液沉淀污泥与破胶剂的破胶反应时间不小于10min。

(2)对破胶后的污泥送入污泥曝气池31内；同时，由空压机33向加压溶气装置32内的水中吹入空气制备溶气水，加压溶气装置32内溶气水进入污泥曝气池31内，与步骤(1)破胶中得到的破胶后的污泥充分接触混合并曝气，得到漂浮在表面的曝气污泥和集中在污泥曝气池31下部的清液。将污泥曝气池31产出清液总质量的20％～40％返回至加压溶气装置32内循环曝气使用。

曝气单元3包括污泥曝气池31、加压溶气装置32以及空压机33；在污泥曝气池31的底部分别开设有曝气进口和清液出口，在污泥曝气池31的上部侧壁上开设有出泥口；

加压溶气装置32为密闭的盛水池，在加压溶气装置32的底部开设有进气口，在加压溶气装置32的顶部开设有进液口，在加压溶气装置32的侧壁上开设有出液口；空压机33的出气口通过管线与加压溶气装置32的进气口连通，加压溶气装置32的出液口通过管线与污泥曝气池31的曝气进口连通。加压溶气装置32的进液压力大于0.4Mpa，进气压力大于0.4Mpa；污泥曝气池31内的曝气停留时间不少于20min。

污泥曝气池31的清液出口分两路，其中一路通过管线与加压溶气装置32的进液口连通。

(3)曝气污泥脱水得到脱水泥饼和脱泥清液：将步骤(2)得到的曝气污泥利用脱水装置4进行脱水，得到脱水泥饼和脱泥清液。脱水装置4为隔膜压滤机。脱水装置4的进料压力≥0.8Mpa，保压时间≥4小时，得到的脱水泥饼的含水率≤70％。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统，其特征在于，包括原液箱、破胶单元、曝气单元以及脱水装置；

所述原液箱的出口通过管线与所述破胶单元的破胶池的进口连通，所述破胶池的出口通过管线与所述曝气单元的污泥曝气池的进口连通，所述污泥曝气池的出泥口通过管线与所述脱水装置的进口连通。

2.根据权利要求1所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统，其特征在于，所述破胶单元包括破胶池、破胶剂药箱以及搅拌器；

所述破胶池为敞口的反应池，在所述破胶池的侧壁上开设有出口，在所述破胶池内设有所述搅拌器；

所述破胶剂药箱的出药口通过管线与所述破胶池顶部的进口连通。

3.根据权利要求1所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统，其特征在于，所述曝气单元包括污泥曝气池、加压溶气装置以及空压机；

在所述污泥曝气池的底部分别开设有曝气进口和清液出口，在所述污泥曝气池的上部侧壁上开设有出泥口；

所述加压溶气装置为密闭的盛水池，在所述加压溶气装置的底部开设有进气口，在所述加压溶气装置的顶部开设有进液口，在所述加压溶气装置的侧壁上开设有出液口；

所述空压机的出气口通过管线与所述加压溶气装置的进气口连通，所述加压溶气装置的出液口通过管线与所述污泥曝气池的曝气进口连通。

4.根据权利要求3所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统，其特征在于，所述污泥曝气池的清液出口分两路，其中一路通过管线与所述加压溶气装置的进液口连通。

5.根据权利要求1所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水系统，其特征在于，所述脱水装置为隔膜压滤机。

6.一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对压裂返排液沉淀污泥进行破胶处理得到破胶后的污泥；(2)对破胶后的污泥进行曝气处理得到曝气污泥；(3)曝气污泥脱水得到脱水泥饼和脱泥清液；其中，

(1)对压裂返排液沉淀污泥进行破胶处理得到破胶后的污泥：将压裂返排液沉淀污泥送入破胶单元，在破胶单元中充分搅拌并同步投加破胶剂，进行充分破胶反应，得到破胶后的污泥；

(2)对破胶后的污泥进行曝气处理得到曝气污泥：将所述步骤(1)得到的破胶后的污泥在曝气单元中进行曝气处理，得到曝气污泥；

(3)曝气污泥脱水得到脱水泥饼和脱泥清液：将所述步骤(2)得到的曝气污泥利用脱水装置进行脱水，得到脱水泥饼和脱泥清液。

7.根据权利要求6所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述破胶剂为铁盐混凝剂或铝盐混凝剂；且所述破胶剂的投加质量为所述压裂返排液沉淀污泥质量的5‰～15‰；压裂返排液沉淀污泥与破胶剂的破胶反应时间不小于10min。

8.根据权利要求7所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述破胶剂为聚合硫酸铁。

9.根据权利要求6-8任一所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述破胶单元包括破胶池、破胶剂药箱以及搅拌器；所述破胶池为敞口的反应池，在所述破胶池的侧壁上开设有出口，在所述破胶池内设有所述搅拌器；所述破胶剂药箱的出药口通过管线与所述破胶池顶部的进口连通。

10.根据权利要求6所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述曝气单元包括污泥曝气池、加压溶气装置以及空压机；在所述污泥曝气池的底部分别开设有曝气进口和清液出口，在所述污泥曝气池的上部侧壁上开设有出泥口；

所述加压溶气装置为密闭的盛水池，在所述加压溶气装置的底部开设有进气口，在所述加压溶气装置的顶部开设有进液口，在所述加压溶气装置的侧壁上开设有出液口；所述空压机的出气口通过管线与所述加压溶气装置的进气口连通，所述加压溶气装置的出液口通过管线与所述污泥曝气池的曝气进口连通。

11.根据权利要求10所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，所述污泥曝气池的清液出口分两路，其中一路通过管线与所述加压溶气装置的进液口连通。

12.根据权利要求10或11所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，将所述步骤(1)破胶中得到的破胶后的污泥送入污泥曝气池内；同时，由空压机向加压溶气装置内的水中吹入空气制备溶气水，加压溶气装置内溶气水进入污泥曝气池内，与所述步骤(1)破胶中得到的破胶后的污泥充分接触混合并曝气，得到漂浮在表面的曝气污泥和集中在污泥曝气池下部的清液。

13.根据权利要求12所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，将所述污泥曝气池产出清液总质量的20％～40％返回至加压溶气装置内循环曝气使用。

14.根据权利要求12所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，加压溶气装置的进液压力大于0.4Mpa，进气压力大于0.4Mpa；污泥曝气池内的曝气停留时间不少于20min。

15.根据权利要求6所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述脱水装置的进料压力≥0.8Mpa，保压时间≥4小时，得到的脱水泥饼的含水率≤70％。

16.根据权利要求6或15所述的一种压裂返排液沉淀污泥的脱水方法，其特征在于，所述脱水装置为隔膜压滤机。

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