CN114314959B - 一种页岩气压裂返排液处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种页岩气压裂返排液处理方法，涉及压裂返排液处理技术领域。该方法首先将页岩气压裂返排液通过离心泵增压后给入微纳米泡空化氧化反应器，初级氧化降解有机污染物，再经混凝预处理单元流态化梯级混凝后去除压裂返排液中总悬浮固体、总溶解固体、化学需氧量和原油；然后通过高活性等离子体氧化装置高级氧化降解有机污染物，去除总悬浮固体、化学需氧量和原油；最后通过膜分盐‑脱盐装置，去除总悬浮固体、总溶解固体和原油。本发明将多方法集成、工艺组合，开发高效混凝、高级氧化和膜分盐的处理新技术，以处理工艺流程短、模块化为主攻方向，降低处理成本，为页岩气开发提供技术支撑，对实现我国页岩气开发跨越式发展具有重要意义。

Description

一种页岩气压裂返排液处理方法
技术领域
本发明涉及压裂返排液处理技术领域，具体涉及一种页岩气压裂返排液处理方法。
背景技术
页岩气是清洁低碳非常规天然气战略资源，正改变着国际能源市场格局，我国页岩气资源开发潜力巨大，产量持续快速增长，将推动能源消费结构进一步优化，缓解我国能源供应短缺矛盾。
但是，由于页岩气储藏的特殊性，在开发过程中会产生大量组成复杂、高粘度、高乳化度、高盐度的压裂返排液，处理难度大、污染严重。国内页岩气压裂返排液处理技术总体上还处于研究和应用的起步阶段，存在处理工艺流程复杂冗长、成本偏高，易产生二次污染等问题。
发明内容
鉴于此，本发明公开的一种页岩气压裂返排液处理方法，将多方法集成、工艺组合，开发高效混凝、高级氧化和膜脱盐的页岩气压裂返排液处理新技术，以处理工艺流程短、模块化为主攻方向，降低处理成本，为页岩气开发提供技术支撑。
根据本发明的目的提出的一种页岩气压裂返排液处理方法，所用设备包括氧化混凝耦合一体化设备、集成式强脉冲激励等离子体设备、耐污染高选择性纳滤复合膜分盐-脱盐设备、沉降槽以及离心泵，所述氧化混凝耦合一体化设备包括微纳米泡空化氧化反应器和混凝预处理单元；该方法包括以下步骤：
步骤一：将页岩气压裂返排液通过离心泵增压后给入氧化混凝耦合一体化设备中的微纳米泡空化氧化反应器，通过微纳米泡空化氧化反应器的空化氧化降解页岩气压裂返排液中易降解的有机污染物，完成压裂返排液的初级氧化。
步骤二：初级氧化后的页岩气压裂返排液切向进入氧化混凝耦合一体化设备中的混凝预处理单元，通过流态化梯级混凝后，进入沉降槽进行沉降分离，去除压裂返排液中总悬浮固体、总溶解固体、化学需氧量和原油。
步骤三：通过离心泵将沉降槽的溢流给入集成式强脉冲激励等离子体设备，通过强脉冲场调控的大体积放电系统直接在液体中放电，产生活性物种与有机污染物进行降解反应，高级氧化压裂返排液，去除压裂返排液中总悬浮固体、化学需氧量和原油。
步骤四：高级氧化后的页岩气压裂返排液通过离心泵进入耐污染高选择性纳滤复合膜分盐-脱盐设备，利用高选择性纳滤膜分离功能和分盐-脱盐的分级膜工艺装置，去除压裂返排液中总悬浮固体、总溶解固体和原油。
优选的，所述混凝预处理单元为旋流-涡流-塞流多流态梯级混凝反应器。
优选的，所述集成式强脉冲激励等离子体设备采用脉冲电源激励放电，在废液中产生大体积放电，高能电子与水分子和溶解的O2分子发生碰撞解离，生成强氧化性自由基、激发态分子、O3，高活性等离子氧化降解有机污染物。
优选的，所述集成式强脉冲激励等离子体设备中强脉冲场调控的大体积放电系统电压等级为1-35kV。
优选的，所述耐污染高选择性纳滤复合膜分盐-脱盐设备中纳滤复合膜的产水通量为18～20L/m·h·bar。
与现有技术相比，本发明公开的一种页岩气压裂返排液处理方法的优点是：
(1)本发明将多方法集成、工艺组合，开发高效混凝、高级氧化和膜脱盐的页岩气压裂返排液处理新技术，以处理工艺流程短、模块化为主攻方向，降低处理成本，为页岩气开发提供技术支撑，对实现我国页岩气开发跨越式发展具有重要的指导意义和借鉴价值。
(2)本发明基于页岩气压裂返排液污染物分离特性认知，结合分离过程与污染物的非线性特征及其耦合规律，提出分级氧化、分质处理精细化过程创新理念；针对压裂返排液中组成复杂的有机污染物，采用分级氧化处理方案，即对于易于降解和降解性适中的有机污染物采用微纳米泡空化氧化降解，对于难降解有机污染物采用等离子氧化降解，梯度增加氧化能力，逐级深化降解程度，以实现有机污染物的最大化去除；针对压裂返排液中悬浮颗粒物、一些压裂液残余成分以及原油等，采用流态化梯级混凝预处理工艺去除；针对压裂返排液无机盐组成特性，采用先分盐再脱盐的分级分质处理方案，以实现盐类资源的精细化处理和回用，同时降低脱盐过程能耗。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的设备示意图。
图中：1-微纳米泡空化氧化反应器；2-氧化混凝耦合一体化设备；3-集成式强脉冲激励等离子体设备；4-耐污染高选择性纳滤复合膜分盐-脱盐设备；5-沉降槽；6-离心泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图2示出了本发明较佳的实施例，对其进行了详细的剖析。
本发明公开的一种页岩气压裂返排液处理方法适用于页岩气开采过程中产生的压裂返排液的处理，也适用于油田压裂返排液、油田钻井废液等废液的处理。
如图1、图2所示的一种页岩气压裂返排液处理方法，从初级氧化到高级氧化再到膜分盐-脱盐，所用设备包括氧化混凝耦合一体化设备2、集成式强脉冲激励等离子体设备3、耐污染高选择性纳滤复合膜分盐-脱盐设备4、沉降槽5以及离心泵6。氧化混凝耦合一体化设备2包括微纳米泡空化氧化反应器1和混凝预处理单元，混凝预处理单元为旋流-涡流-塞流多流态梯级混凝反应器。
该方法具体包括以下步骤：
步骤一：将总悬浮固体TSS＝1000mg/L、总溶解固体TDS＝50000mg/L、化学需氧量COD＝2000mg/L、含油量＝150mg/L的页岩气压裂返排液通过离心泵6增压后给入氧化混凝耦合一体化设备2中的微纳米泡空化氧化反应器1，通过微纳米泡空化氧化反应器1的空化氧化来氧化降解页岩气压裂返排液中易降解的有机污染物，完成压裂返排液的初级氧化。
步骤二：初级氧化后的页岩气压裂返排液切向进入氧化混凝耦合一体化设备2中的混凝预处理单元，通过旋流-涡流-塞流多流态化梯级混凝后，进入沉降槽5进行沉降分离，去除压裂返排液中总悬浮固体、总溶解固体、化学需氧量和原油。氧化混凝强化预处理后的页岩气压裂返排液各指标为TSS≤100mg/L、TDS≤10000mg/L、COD≤500mg/L、含油量≤5mg/L。
步骤三：通过离心泵6将沉降槽5的溢流给入集成式强脉冲激励等离子体设备3，通过1-35kV电压等级强脉冲场调控的大体积放电系统直接在液体中放电，高能电子与水分子和溶解的O2分子发生碰撞解离，生成强氧化性自由基、激发态分子、O3，高活性等离子氧化降解有机污染物，高级氧化压裂返排液，去除压裂返排液中总悬浮固体、化学需氧量和原油。高活性等离子氧化处理后的页岩气压裂返排液各指标为TSS≤50mg/L、TDS≤10000mg/L、COD≤60mg/L、含油量≤2mg/L。
步骤四：高级氧化后的页岩气压裂返排液通过离心泵6进入耐污染高选择性纳滤复合膜分盐-脱盐设备4。耐污染高选择性纳滤复合膜分盐-脱盐设备4是以一种超光滑耐污染高选择性纳滤膜为核心、产水通量为18～20L/(m·h·bar)的精细分盐-脱盐设备，可实现混合盐分质处理，利用高选择性纳滤膜分离功能和分盐-脱盐的分级膜工艺装置，去除压裂返排液中总悬浮固体、总溶解固体和原油。膜分盐-脱盐处理后的页岩气压裂返排液各指标为一价盐/二价盐分离选择性≥60％、TSS≤25mg/L、TDS≤200mg/L、COD≤60mg/L、含油量几乎为零。处理后的压裂返排液达到外排的水质处理标准。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所用设备包括氧化混凝耦合一体化设备(2)、集成式强脉冲激励等离子体设备(3)、耐污染高选择性纳滤复合膜分盐-脱盐设备(4)、沉降槽(5)以及离心泵(6)，所述氧化混凝耦合一体化设备(2)包括微纳米泡空化氧化反应器(1)和混凝预处理单元；该方法包括以下步骤：
步骤一：将页岩气压裂返排液通过离心泵(6)增压后给入氧化混凝耦合一体化设备(2)中的微纳米泡空化氧化反应器(1)，通过微纳米泡空化氧化反应器(1)的空化氧化降解页岩气压裂返排液中易降解的有机污染物，完成压裂返排液的初级氧化；
步骤二：初级氧化后的页岩气压裂返排液切向进入氧化混凝耦合一体化设备(2)中的混凝预处理单元，通过流态化梯级混凝后，进入沉降槽(5)进行沉降分离，去除压裂返排液中总悬浮固体、总溶解固体、化学需氧量和原油；
步骤三：通过离心泵(6)将沉降槽(5)的溢流给入集成式强脉冲激励等离子体设备(3)，通过强脉冲场调控的大体积放电系统直接在液体中放电，产生的活性物种与有机污染物进行降解反应，高级氧化压裂返排液，去除压裂返排液中总悬浮固体、化学需氧量和原油；
步骤四：高级氧化后的页岩气压裂返排液通过离心泵(6)进入耐污染高选择性纳滤复合膜分盐-脱盐设备(4)，利用高选择性纳滤膜分离功能和分盐-脱盐的分级膜工艺装置，去除压裂返排液中总悬浮固体、总溶解固体和原油。
2.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述混凝预处理单元为旋流-涡流-塞流多流态梯级混凝反应器。
3.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述集成式强脉冲激励等离子体设备(3)采用脉冲电源激励放电，在废液中产生大体积放电，高能电子与水分子和溶解的O2分子发生碰撞解离，生成强氧化性自由基、激发态分子、O3，高活性等离子氧化降解有机污染物。
4.根据权利要求3所述的一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述集成式强脉冲激励等离子体设备(3)中强脉冲场调控的大体积放电系统电压等级为1-35kV。
5.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于，所述耐污染高选择性纳滤复合膜分盐-脱盐设备(4)中纳滤复合膜的产水通量为18～20L/m·h·bar。
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