CN114590972A - 一种油田钻井压裂返排液的处理方法和处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种油田钻井压裂返排液的处理方法和处理系统。本发明提供的处理方法包括以下步骤：压裂返排液依次进行气浮、混凝、沉淀、pH调节、超滤、电渗析、生化处理和反渗透处理，最终得到的反渗透淡水即为处理后出水。本发明提供的油田钻井压裂返排液处理方法可操作性强，安全可靠，废水总回收率高，经济性好，具有十分良好的推广前景。

Description

一种油田钻井压裂返排液的处理方法和处理系统
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种油田钻井压裂返排液的处理方法和处理系统。
背景技术
根据现有的页岩气的开采技术，主要采用压裂返排处理工艺，该工艺大多大水量且存在集中压裂返排的问题，压裂返排液产量多在5000m3/井以上，压裂返排液产量占总开采废液的40～60％，压裂返排液水量较大。目前常用的压裂返排液类型有减阻水压裂返排液、纤维压裂返排液和清洁压裂返排液等。压裂返排液中的添加助剂主要包括酸、抗菌剂、破乳剂、缓蚀剂、表面活性剂等，使得压裂返排液的成分十分复杂，除了含有化学添加剂成分外，还有烃类化合物、氯化物和碳酸盐等，无害化处理难度较大。页岩气储层的压裂返排处理会产生大量的废液，若不进行妥善处理，会对作业周边的生态环境造成严重影响，同时造成水资源的大量浪费。因此，开发经济、高效并且适合页岩气开采复杂环境的压裂返排液的处理方法，减少页岩气开发过程中污染物的排放量，降低对周边环境的影响，对实现页岩气资源的高效开发与环境保护的和谐统一具有重要意义。
压裂返排液一般采用多种处理工艺组合进行处理，目前采用的组合工艺主要有“混凝-沉淀-芬顿氧化-反渗透-活性炭吸附”工艺，“气浮-Fe/C微电解-沉淀-反渗透-活性炭吸附”工艺，另外还有“预氧化-混凝-沉淀-膜浓缩-MVR蒸发器”、“混凝-沉淀-电化学氧化-超滤-纳滤-反渗透”等组合工艺。
针对以上处理工艺组合工艺，主要有以下缺陷：(1)单纯靠高级氧化工艺降解废水COD，药剂成本及物料置换成本高昂。(2)高级氧化前置于反渗透前端在工程实际应用存在较大的运行隐患，芬顿与Fe/C微电解均需投加大量铁盐，铁盐沉淀不完全易对反渗透膜系统产生不可逆影响。(3)物理处理吸附工艺处理量小，系统恢复能力弱，装置容易污堵影响装置处理出水水质。(4)目前也有关于采用生化法处理压裂返排液的报道，但由于压裂返排液中总溶解性固体含量较高，生物抑制影响明显，废水需要处理一个月左右才能达到排放标准，处理效率十分低下，难以实现工程上的技术经济原则，使用现有常规生化处理方法处理该类废水，其出水难以达到符合要求的污染物去除效果。
根据研究，压裂返排液含有大量未降解的胍胶和各种压裂有机添加剂，羟丙基胍胶的重均质分子质量多为3～4×106，表面张力在35～45mN/m之间，粒径分布在100～1000μm之间，含盐量大多在20000mg/L以上，高盐量导致废水可生化性差，含有大量的助排剂、粘稳剂、多功能增效剂等成分，具有以下特征：(1)压裂返排成分复杂、污染物种类多、含量高：压裂返排液主要成分是高浓度胍胶和高分子聚合物等，其次是SRB菌、硫化物和总铁等，总铁、总硫含量都在20mg/L左右。(2)粘度大、乳化程度高：粘度平均为10～20mPa·S，中、后段混合后的废水具有乳化严重，粘度高的特性，影响废水中固体悬浮物整体沉降性能。(3)膜浓缩系统有严格的进水COD指标要求，且压裂返排液的高盐污染性质，导致目前主流工艺主要都是采用高级氧化，如芬顿氧化、Fe/C微电解、电化学氧化等。(4)压裂返排液总溶解性固体(TDS)含量高，氯离子含量高，对微生物生长有强抑制作用，导致活性污泥污泥龄长，生化系统停留时间长，生化系统土建造价远高于高级氧化系统造价。(5)由于高级氧化系统运行成本高，压裂返排液经前端处理后进入反渗透系统的废水COD浓度往往较高，进行一段浓缩后的浓水已经无法满足二段反渗透装置的进水水质要求，因此，系统总回收效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油田钻井压裂返排液的处理方法和处理系统，本发明提供的处理方法适用于处理油田钻井压裂返排液，可操作性强，安全可靠，废水总回收率高，经济性好。
本发明提供了一种油田钻井压裂返排液的处理方法，包括以下步骤：
a)压裂返排液在气浮装置中进行气浮处理，得到气浮出水；
b)所述气浮出水在混凝反应池中进行混凝，得到混凝出水；
c)所述混凝出水在沉淀池中进行沉淀，得到沉淀池出水；
d)所述沉淀池出水在pH调节池中进行pH调节，得到pH调节池出水；
e)所述pH调节池出水在超滤膜装置中进行超滤，得到超滤淡水；
f)所述超滤淡水在电渗析装置中进行电渗析，得到电渗析淡水；
g)所述电渗析淡水在MBR生化反应装置中进行生化处理，得到MBR出水；
h)所述MBR出水在反渗透膜装置中进行反渗透，得到反渗透淡水。
优选的，步骤a)中，所述气浮处理的过程中向气浮装置中投加pH调节剂、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺；
投加所述pH调节剂后的压裂返排液的pH值为8～9；所述聚合氯化铝在压裂返排液中的投加量为50～200mg/L；所述聚丙烯酰胺在压裂返排液中的投加量为1～10mg/L。
优选的，步骤b)中，所述混凝反应池包括串联设置的第一混合池、第二混合池和第三混合池；
所述混凝的过程中，向第一混合池中投加氢氧化钙，向第二混合池中投加碳酸钠，向第三混合池中投加聚丙烯酰胺；
投加所述氢氧化钙后的废水pH值为10～11；投加所述碳酸钠后的废水pH值为10.5～11.5；所述聚丙烯酰胺在废水中的投加量为1～10mg/L。
优选的，步骤c)中，所述沉淀池出水的总硬度≤150mg/L；所述沉淀池出水的悬浮固体含量≤10mg/L。
优选的，步骤e)中，所述超滤淡水的浊度≤3NTU。
优选的，步骤f)中，电渗析过程中，所述电渗析装置的淡水侧产水的总溶解性固体含量≤8000mg/L，氯离子含量≤3000mg/L；所述电渗析装置的浓水侧产水的总溶解性固体含量≥65000mg/L，氯离子含量≥8000mg/L；所述电渗析装置的回收率控制在80～90％。
优选的，步骤g)中，所述MBR生化反应装置为好氧流化床膜生物反应器；
处理过程中，所述好氧流化床膜生物反应器的进水COD浓度控制在≤2600mg/L；所述好氧流化床膜生物反应器内的活性污泥浓度控制在≥4500mg/L；所述生化处理的过程中向好氧流化床膜生物反应器内投加耐盐菌，所述耐盐菌在废水中的投加量为1～10g/L；所述好氧流化床膜生物反应器的曝气方式为连续曝气，气水比为(20～60)：1；所述好氧流化床膜生物反应器的废水停留时间为2～4d；所述好氧流化床膜生物反应器的出水COD浓度控制在≤400mg/L。
优选的，步骤h)中，所述反渗透膜装置包括串联设置的一段高压反渗透膜装置和二段高压反渗透膜装置，所述一段高压反渗透膜装置的浓水口与二段高压反渗透膜装置的进水口相连。
本发明提供了一种油田钻井压裂返排液的处理系统，包括：
气浮装置，所述气浮装置设置有压裂返排液入口；
与所述气浮装置的出水口相连的混凝反应池；
与所述混凝反应池的出水口相连的沉淀池；
与所述沉淀池的出水口相连的pH调节池；
与所述pH调节池的出水口相连的超滤膜装置；
与所述超滤膜装置的淡水口相连的电渗析装置；
与所述电渗析装置的淡水口相连的MBR生化反应装置；
与所述MBR生化反应装置的出水口相连的反渗透膜装置。
优选的，所述混凝反应池包括串联设置的第一混合池、第二混合池和第三混合池；
所述沉淀池为斜管沉淀池；
所述超滤膜装置为浸没式超滤膜装置；
所述MBR生化反应装置为好氧流化床膜生物反应器；
所述反渗透膜装置包括串联设置的一段高压反渗透膜装置和二段高压反渗透膜装置，所述一段高压反渗透膜装置的浓水口与二段高压反渗透膜装置的进水口相连。
与现有技术相比，本发明提供了一种油田钻井压裂返排液的处理方法和处理系统。本发明提供的处理方法包括以下步骤：a)压裂返排液在气浮装置中进行气浮处理，得到气浮出水；b)所述气浮出水在混凝反应池中进行混凝，得到混凝出水；c)所述混凝出水在沉淀池中进行沉淀，得到沉淀池出水；d)所述沉淀池出水在pH调节池中进行pH调节，得到pH调节池出水；e)所述pH调节池出水在超滤膜装置中进行超滤，得到超滤淡水；f)所述超滤淡水在电渗析装置中进行电渗析，得到电渗析淡水；g)所述电渗析淡水在MBR生化反应装置中进行生化处理，得到MBR出水；h)所述MBR出水在反渗透膜装置中进行反渗透，得到反渗透淡水。本发明提供的处理方法根据压裂返排液成分复杂的特性，针对粘度大，乳化程度高的问题，确定气浮前置，提高后续混凝沉淀工艺稳定运行，确保超滤工艺进水水质，使污水满足电渗析进水水质要求；通过使用电渗析结合生化处理工艺替代高级氧化工艺，出水能够满足后续膜处理工艺进水水质要求，使整体工艺投资和运行成本得到较大的优化；通过电渗析前置预处理，提高污水可生化性能，可大幅度降低污水生化停留时间，使后续生化处理得以实现；通过利用生化处理，可经济地将废水中COD污染浓度降低至较低的浓度，满足后续高压反渗透的进水水质要求，提高系统总回收率。本发明提供的油田钻井压裂返排液处理方法可操作性强，安全可靠，废水总回收率高，经济性好，具有十分良好的推广前景。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的油田钻井压裂返排液处理系统的系统流程图。
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。
本发明提供了一种油田钻井压裂返排液的处理系统，包括：
气浮装置，所述气浮装置设置有压裂返排液入口；
与所述气浮装置的出水口相连的混凝反应池；
与所述混凝反应池的出水口相连的沉淀池；
与所述沉淀池的出水口相连的pH调节池；
与所述pH调节池的出水口相连的超滤膜装置；
与所述超滤膜装置的淡水口相连的电渗析装置；
与所述电渗析装置的淡水口相连的MBR生化反应装置；
与所述MBR生化反应装置的出水口相连的反渗透膜装置。
参见图1，图1是本发明实施例提供的油田钻井压裂返排液处理系统的系统流程图；其中，1为气浮装置、2为混凝反应池、3为沉淀池、4为pH调节池、5为超滤膜装置、6为电渗析装置、7为MBR生化反应装置、8为一段高压反渗透膜装置、9为二段高压反渗透膜装置、1-1为气浮装置第一混合搅拌机、1-2为气浮装置第二混合搅拌机、1-3为气浮装置加药泵、1-4为沉淀池提升泵、2-1为混凝反应池第一混合搅拌机、2-2为混凝反应池第二混合搅拌机、2-3为混凝反应池第三混合搅拌机、2-4为混凝反应池加药泵、3-1为斜管填料、4-1为pH调节池搅拌机、4-2为pH调节池加药泵、5-1为超滤膜组件、5-2为超滤膜产水泵、7-1为MBR膜组件、7-2为曝气风机、7-3为MBR膜产水泵、8-1为一段高压反渗透增压泵、9-1为二段高压反渗透增压泵。
本发明提供的处理系统包括：气浮装置1、混凝反应池2、沉淀池3、pH调节池4、超滤膜装置5、电渗析装置6、MBR生化反应装置7和反渗透膜装置。
在本发明提供的处理系统中，气浮装置1上设置有压裂返排液入口、加药口和出水口，其内安装有混合搅拌机，所述加药口用于投加pH调节剂、聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)。在本发明中，通过向气浮装置1内投加pH调节剂，可以控制压裂返排液的pH值，从而大幅度提高压裂返排液的破乳效果，提高气浮出水沉降性能；通过向气浮装置1内投加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，可以对压裂返排液进行预消毒、破乳，去除原水中的石油类并防止微生物生长避免后续沉淀工艺浮渣增多的现象。在本发明提供的一个实施例中，沿水流运动方向，气浮装置1包括串联设置的第一加药混合池、第二加药混合池和气浮池；其中，每个加药混合池上均设置有加药口，第一加药混合池的加药口用于投加pH调节剂，第二加药混合池的加药口用于投加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺。在本发明提供的一个设置有两个加药混合池的实施例中，每个加药混合池内均安装有混合搅拌机，依次命名为气浮装置第一混合搅拌机1-1和气浮装置第二混合搅拌机1-2。在本发明提供的一个实施例中，气浮装置1上还设置有气浮装置加药泵1-3，气浮装置加药泵1-3与气浮装置1的加药口相连。
在本发明提供的处理系统中，气浮装置1运行时，所述pH调节剂在压裂返排液中的投加量优选为使压裂返排液的pH值调节至8～9；所述聚合氯化铝在压裂返排液中的投加量优选为50～200mg/L，更优选为100～150mg/L；所述聚丙烯酰胺在压裂返排液中的投加量优选为1～10mg/L，更优选为1.5～2.5mg/L。
在本发明提供的处理系统中，通过设置气浮装置1，可以大大提高后续沉淀工艺中污水的沉降性能。
在本发明提供的处理系统中，混凝反应池2上设置有进水口、加药口和出水口，其内安装有混合搅拌机，所述加药口用于投加氢氧化钙、碳酸钠和聚丙烯酰胺；混凝反应池2的进水口与气浮装置1的出水口相连接，其连接管路上优选设置有沉淀池提升泵1-4。在本发明提供的一个实施例中，沿水流运动方向，混凝反应池2包括串联设置的第一混合池、第二混合池和第三混合池；其中，每个混合池均设置有加药口，第一混合池的加药口用于投加氢氧化钙，第二混合池的加药口用于投加碳酸钠，第三混合池的加药口用于有用投加聚丙烯酰胺。在本发明提供的一个设置有三个混合池的实施例中，每个混合池内均安装有混合搅拌机，依次命名为混凝反应池第一混合搅拌机2-1、混凝反应池第二混合搅拌机2-2和混凝反应池第三混合搅拌机2-3。在本发明提供的一个实施例中，混凝反应池2上还设置有混凝反应池加药泵2-4，混凝反应池加药泵2-4与混凝反应池2的加药口相连。
在本发明提供的处理系统中，混凝反应池2运行时，所述氢氧化钙在混凝反应池2内废水中的投加量优选为使废水的pH值调节至10～11，更优选为10.5；所述碳酸钠在混凝反应池2内废水中的投加量优选为使废水的pH值调节至10.5～11.5，更优选为11；所述聚丙烯酰胺在混凝反应池2内废水中的投加量优选为1～10mg/L，更优选为1.5～2.5mg/L。
在本发明提供的处理系统中，沉淀池3上设置有进水口、出水口和排泥口；沉淀池3的进水口与混凝反应池2的出水口相连接。在本发明提供的一个实施例中，沉淀池3为斜管沉淀池，池内装填有斜管填料3-1。
在本发明提供的处理系统中，沉淀池3运行时，沉淀池3的出水总硬度优选控制在≤150mg/L；沉淀池3的出水悬浮固体(SS)含量优选控制在≤10mg/L。
在本发明提供的处理系统中，通过设置混凝反应池2和沉淀池3，可以大幅降低废水的总硬度和SS，从而满足后续超滤工艺进水水质要求。
在本发明提供的处理系统中，pH调节池4上设置有进水口、加药口和出水口，其内安装有pH调节池搅拌机4-1，所述加药口用于投加pH调节剂；pH调节池4的进水口与沉淀池3的出水口相连接。在本发明提供的一个实施例中，混凝反应池2上还设置有pH调节池加药泵4-2，pH调节池加药泵4-2与pH调节池4的加药口相连。
在本发明提供的处理系统中，pH调节池4运行时，所述pH调节剂在pH调节池4内废水中的投加量优选为使废水的pH值调节至≤7，更优选为≤6。
在本发明提供的处理系统中，超滤膜装置5上设置有进水口、淡水口和浓水口，其内安装有超滤膜组件5-1；超滤膜装置5的进水口与pH调节池4的出水口相连接。在本发明提供的一个实施例中，超滤膜装置5为浸没式超滤膜装置。
在本发明提供的处理系统中，超滤膜装置5运行时，超滤膜装置5的产水(淡水)浊度优选控制在≤3NTU。
在本发明提供的处理系统中，电渗析装置6可利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，使溶液中呈离子状态的溶质和溶剂分离，其上设置有进水口、淡水口和浓水口；电渗析装置6的进水口与超滤膜装置5的淡水口相连接，其连接管路上优选设置有超滤膜产水泵5-2。
在本发明提供的处理系统中，电渗析装置6运行时，通过调整装置的电流、电压、pH、流量等运行参数，将电渗析装置6的淡水侧产水的总溶解性固体含量优选控制在≤8000mg/L，氯离子含量优选控制在≤3000mg/L；将电渗析装置6的浓水侧产水的总溶解性固体含量优选控制在≥65000mg/L，氯离子含量优选控制在≥8000mg/L；将电渗析装置6的回收率优选控制在80～90％，更优选为85％。
在本发明提供的处理系统中，MBR生化反应装置7上设置有进水口和出水口，其内安装有MBR膜组件7-1；MBR生化反应装置7的进水口与电渗析装置6的淡水口相连接。在本发明提供的一个实施例中，MBR生化反应装置7优选为好氧流化床膜生物反应器。在本发明提供的一个MBR生化反应装置7为好氧流化床膜生物反应器的实施例中，还包括用于给反应器进行好氧曝气的配套曝气风机7-2。
在本发明提供的处理系统中，MBR生化反应装置7运行时，优选采用连续进水、连续排水的运行方式，处理后的废水经过MBR膜组件7-1后抽滤后排出，即完成压裂返排液的生化处理；MBR生化反应装置7的进水COD浓度优选控制在≤2600mg/L；MBR生化反应装置7内的活性污泥浓度优选控制在≥4500mg/L；运行过程中优选投加耐盐菌，所述耐盐菌在MBR生化反应装置7内废水中的投加量优选为(1～10)g/L，更优选为5g/L；MBR生化反应装置7的曝气方式优选为连续曝气，气水比优选为(20～60)m3/h：1m3/h，更优选为40m3/h：1m3/h；MBR生化反应装置7的废水停留时间优选为2～4d，更优选为3d；MBR生化反应装置7的出水COD浓度优选控制在≤400mg/L。
在本发明提供的处理系统中，所述反渗透膜装置上设置有进水口、淡水口和浓水口，其内安装有反渗透膜组件；所述反渗透膜装置的进水口与MBR生化反应装置7的出水口相连接，其连接管路上优选设置有MBR膜产水泵7-3。在本发明提供的一个实施例中，沿水流运动方向，所述反渗透膜装置优选包括串联设置的一段高压反渗透膜装置8和二段高压反渗透膜装置9。在本发明提供的一个反渗透膜装置为两段式高压反渗透膜装置的实施例中，一段高压反渗透膜装置8的进水口设置有一段高压反渗透增压泵8-1，二段高压反渗透膜装置9的进水口设置有二段高压反渗透增压泵9-1。
在本发明提供的处理系统中，所述反渗透膜装置运行时，所述反渗透膜装置的总脱盐率优选≥97％；所述反渗透膜装置的对COD、氨氮及总氮的脱除率优选≥90％。由于反渗透处理往往需要较低的进水COD浓度，而高级氧化处理成本高，工艺操作难度大，因此常规的处理流程，高级氧化往往仅处理至满足一段高压反渗透进水水质要求；而在本发明处理系统中经生化处理(MBR)后废水COD浓度低，经一段高压反渗透膜装置处理后的浓水仍满足二段高压反渗透进水水质要求，因此所述处理系统的整体回收率可控制在70％以上，回收率远大于现有常规工艺组合。
本发明还提供了一种油田钻井压裂返排液的处理方法，包括以下步骤：
a)压裂返排液在气浮装置中进行气浮处理，得到气浮出水；
b)所述气浮出水在混凝反应池中进行混凝，得到混凝出水；
c)所述混凝出水在沉淀池中进行沉淀，得到沉淀池出水；
d)所述沉淀池出水在pH调节池中进行pH调节，得到pH调节池出水；
e)所述pH调节池出水在超滤膜装置中进行超滤，得到超滤淡水；
f)所述超滤淡水在电渗析装置中进行电渗析，得到电渗析淡水；
g)所述电渗析淡水在MBR生化反应装置中进行生化处理，得到MBR出水；
h)所述MBR出水在反渗透膜装置中进行反渗透，得到反渗透淡水。
在本发明提供的处理方法中，步骤a)中，所述压裂返排液的CODcr浓度可为3000～6000mg/L，更具体可为4000～4500mg/L；所述压裂返排液的BOD5浓度可为800～2000mg/L，更具体可为1000～1200mg/L；所述压裂返排液的总溶解性固体浓度可为20000～40000mg/L，更具体可为25000～32000mg/L；所述压裂返排液的氯离子浓度可为5000～15000mg/L，更具体可为8000～10000mg/L；所述压裂返排液的石油类成分浓度可为5～50mg/L，更具体可为10～20mg/L；所述压裂返排液的总硬度可为1000～8000mg/L，更具体可为3000～5000mg/L；所述压裂返排液的pH值可为5～8，更具体可为6～7。
在本发明提供的处理方法中，步骤a)中，所述气浮处理所采用的气浮装置优选为上文介绍的气浮装置1，在此不再赘述；所述气浮处理的过程中优选向气浮装置中投加pH调节剂、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺；其中，所述pH调节剂优选为氢氧化钠；投加所述pH调节剂后的压裂返排液的pH值优选为8～9；所述聚合氯化铝在压裂返排液中的投加量优选为50～200mg/L，更优选为100～150mg/L；所述聚丙烯酰胺在压裂返排液中的投加量优选为1～10mg/L，更优选为1.5～2.5mg/L。
在本发明提供的处理方法中，步骤b)中，所述混凝所采用的混凝反应池优选为上文介绍的混凝反应池2，在此不再赘述；所述混凝的过程中，优选向第一混合池中投加氢氧化钙，向第二混合池中投加碳酸钠，向第三混合池中投加聚丙烯酰胺；其中，投加所述氢氧化钙后的废水pH值优选为10～11，更优选为10.5；投加所述碳酸钠后的废水pH值优选为10.5～11.5，更优选为11；所述聚丙烯酰胺在废水中的投加量优选为1～10mg/L，更优选为1.5～2.5mg/L。
在本发明提供的处理方法中，步骤c)中，所述沉淀所采用的沉淀池优选为上文介绍的沉淀池3，在此不再赘述；进行沉淀处理的过程中，所述沉淀池出水的总硬度优选控制在≤150mg/L；所述沉淀池出水的悬浮固体(SS)含量优选控制在≤10mg/L。
在本发明提供的处理方法中，步骤d)中，所述pH调节所采用的pH调节池优选为上文介绍的pH调节池4，在此不再赘述；所述pH调节所使用的pH调节剂优选为HCl，不引入硫酸根，可保障后续装置的稳定运行；完成所述pH调节后的出水pH值优选为≤7，更优选为≤6。
在本发明提供的处理方法中，步骤e)中，所述超滤所采用的超滤膜装置优选为上文介绍的超滤膜装置5，在此不再赘述；进行超滤处理的过程中，所述超滤淡水的浊度优选控制在≤3NTU。
在本发明提供的处理方法中，步骤f)中，所述电渗析所采用的电渗析装置优选为上文介绍的电渗析装置6，在此不再赘述；进行电渗析处理的过程中，所述电渗析装置的淡水侧产水的总溶解性固体含量优选控制在≤8000mg/L，氯离子含量优选控制在≤3000mg/L；所述电渗析装置的浓水侧产水的总溶解性固体含量优选控制在≥65000mg/L，氯离子含量优选控制在≥8000mg/L；所述电渗析装置的回收率优选控制在80～90％，更优选为85％。
在本发明提供的处理方法中，步骤g)中，所述生化处理所采用的MBR生化反应装置优选为上文介绍的MBR生化反应装置7，在此不再赘述；进行生化处理的过程中，所述MBR生化反应装置的进水COD浓度优选控制在≤2600mg/L；所述MBR生化反应装置内的活性污泥浓度优选控制在≥4500mg/L；所述生化处理的过程中优选向生化反应装置内投加耐盐菌，所述耐盐菌在废水中的投加量优选为(1～10)g/L，更优选为5g/L；所述MBR生化反应装置的曝气方式优选为连续曝气，气水比优选为(20～60)m3/h：1m3/h，更优选为40m3/h：1m3/h；所述MBR生化反应装置的废水停留时间优选为2～4d，更优选为3d；所述MBR生化反应装置的出水COD浓度优选控制在≤400mg/L。
在本发明提供的处理方法中，步骤h)中，所述反渗透所采用的反渗透膜装置优选为上文介绍的反渗透膜装置，在此不再赘述；进行反渗透处理的过程中，所述反渗透膜装置的总脱盐率优选≥97％；所述反渗透膜装置的对COD、氨氮及总氮的脱除率优选≥90％。在本发明中，完成所述反渗透后得到的反渗透淡水，即为处理后的油田钻井压裂返排液。
本发明提供的油田钻井压裂返排液处理系统和处理方法可操作性强，安全可靠，废水总回收率高，经济性好，具有十分良好的推广前景。更具体来说，本发明提供的技术方案具有以下优点：
1)本工艺系统经过多种工艺装置组合安排之后，确定的工艺流程具有耐冲击性，可操作性强的特点，适用于水质和水量都有较大波动的压裂返排液的处理。
2)气浮工艺前置于沉淀工艺，结合超滤工艺末端处理，使本处理系统预处理工艺能满足后续电渗析与生化处理组合的工艺进水水质条件。
3)电渗析工艺前置于生化处理工艺，可大幅度降低生化处理的废水停留时间，满足生化污泥培养周期，使生化处理在压裂返排液处理领域上的工程化应用得以实现。
4)电渗析结合生化处理替代传统高级氧化工艺，不但可以取得与高级氧化系统相同的处理效率，同时可省去复杂的药剂投加系统，同时对废水的冲击负荷具有一定的抵抗能力，系统崩溃的概率较低，且人员操作难度大幅度降低，为压裂返排液的处理提供了一种新的废水处理思路。
5)生化处理后的废水利用一、二段高压反渗透膜装置进行处理，出水水质远超城市杂用水(城市绿化)水质要求；与常规技术方案对比，高级氧化系统很难继续处理至两段高压反渗透装置进水水质要求；因此，本系统可在经济可行，不但降低运行成本，依旧可以提高系统总回收率。
6)本发明技术方案思路创新、工艺先进，采用的各种处理装置操作可靠、运行稳定，且能耗相对现有技术大幅度降低，具有较强的经济性。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
一种如图1所示的油田钻井压裂返排液处理系统，包括：
气浮装置1、混凝反应池2、沉淀池3、pH调节池4、超滤膜装置5、电渗析装置6、MBR生化反应装置7、一段高压反渗透膜装置8、二段高压反渗透膜装置9、气浮装置第一混合搅拌机1-1、气浮装置第二混合搅拌机1-2、气浮装置加药泵1-3、沉淀池提升泵1-4、混凝反应池第一混合搅拌机2-1、混凝反应池第二混合搅拌机2-2、混凝反应池第三混合搅拌机2-3、混凝反应池加药泵2-4、斜管填料3-1、pH调节池搅拌机4-1、pH调节池加药泵4-2、超滤膜组件5-1、超滤膜产水泵5-2、MBR膜组件7-1、曝气风机7-2、MBR膜产水泵7-3、一段高压反渗透增压泵8-1和二段高压反渗透增压泵9-1；其中，沉淀池3具体选择斜管沉淀池，超滤膜装置5具体选择浸没式超滤膜装置，MBR生化反应装置具体选择好氧流化床膜生物反应器，其余各装置部件的具体结构、位置和连接关系在上文已经介绍，在此不再赘述。
实施例2
待处理的压裂返排液为某钻井泥浆压滤液废水，压裂液的CODcr浓度为4000mg/L，BOD5浓度为1200mg/L，总溶解性固体浓度为25000mg/L，氯离子浓度为8000mg/L，石油类成分浓度为20mg/L，总硬度为3000mg/L，pH值为6～7；
采用实施例1所提供的油田钻井压裂返排液处理系统对上述压裂返排液进行处理，各药剂投加量详见表1，主要装置的运行参数控制如下：
气浮装置1运行时，向气浮装置1内投加pH调节剂(NaOH)、聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)，投加pH调节剂后的废水的pH值调节至8.5；
混凝反应池2运行时，向混凝反应池2内投加氢氧化钙、碳酸钠和聚丙烯酰胺(PAM)，投加氢氧化钙后的废水pH值调节至10.5，投加碳酸钠后的废水pH值调节至11，PAM在气浮装置1和混凝反应池2中的投加量相同；
沉淀池3运行时，沉淀池3的出水总硬度控制在150mg/L；沉淀池3的出水悬浮固体(SS)含量控制在10mg/L；
pH调节池4运行时，投加pH调节剂为HCl，投加pH调节剂后的废水的pH值调节至6；
超滤膜装置5运行时，超滤膜装置5的产水(淡水)浊度控制在≤3NTU；期间，定期对超滤膜组件进行清洗，清洗药剂包括NaClO、HCl和NaOH；
电渗析装置6运行时，将电渗析装置6的淡水侧产水的总溶解性固体含量控制在8000mg/L，氯离子含量控制在3000mg/L；将电渗析装置6的浓水侧产水的总溶解性固体含量控制在65000mg/L，氯离子含量控制在8000mg/L；将电渗析装置6的回收率控制在85％；
MBR生化反应装置7运行时，采用连续进水、连续排水的运行方式，MBR生化反应装置7的进水COD浓度控制在2600mg/L；MBR生化反应装置7内的活性污泥浓度控制在4500mg/L；运行过程中投加耐盐菌，所述耐盐菌在MBR生化反应装置7内废水中的投加量为5g/L；MBR生化反应装置7的曝气方式为连续曝气，气水比为40:1；MBR生化反应装置7的废水停留时间为3d；MBR生化反应装置7的出水COD浓度控制在400mg/L；
一段高压反渗透膜装置8和二段高压反渗透膜装置9运行时，反渗透膜装置的总脱盐率可以达到97％以上，对COD、氨氮及总氮的总脱除率可以达到90％以上。
表1实施例2处理工艺的药剂消耗情况
Figure BDA0003570393040000141
注：对于在多个工段都投加的药剂而言，表1中的药剂消耗量为多个工段的药剂合计消耗量。
在本实施例中，裂返排液经过所述油田钻井压裂返排液处理系统处理后的出水水质，如表2所示：
表2实施例2处理工艺的出水水质指标
Figure BDA0003570393040000142
通过实施例2可以看出，该处理工艺相比主流高级氧化工艺，有以下特点：1)药剂投加种类大幅度减少，不需要投加高级化学氧化药剂(如双氧水、硫酸亚铁等)，降低操作难度。2)总出水COD浓度更低，如采用其他措施，本系统产水可用于更多领域循环再利用。3)相同运行成本下，相较主工艺为高级氧化主流工艺，系统总回收率更高，污水回收再利用率提高5％～10％。4)对比高级氧化工艺，本系统污泥产量更低，没有芬顿或者铁碳微电解氧化产物，系统生化污泥为一般固废。
实施例3
待处理的压裂返排液为压滤返排液废水，不同于实施例2，该废水含瓜胶等有机物组分，有机物可生化性较差；压裂返排液的CODcr浓度为4500mg/L，BOD5浓度为1000mg/L，总溶解性固体浓度为32000mg/L，氯离子浓度为10000mg/L，石油类成分浓度为20mg/L，总硬度为5000mg/L，pH值约为6～7；
采用实施例1所提供的油田钻井压裂返排液处理系统对上述压裂返排液进行处理；除药剂投加量之外，主要装置的其他运行参数控制参见实施例2，药剂投加量详见表3：
表3实施例3处理工艺的药剂消耗情况
Figure BDA0003570393040000151
注：对于在多个工段都投加的药剂而言，表3中的药剂消耗量为多个工段的药剂合计消耗量。
在本实施例中，裂返排液经过所述油田钻井压裂返排液处理系统处理后的出水水质，如表4所示：
表4实施例3处理工艺的出水水质指标
Figure BDA0003570393040000152
通过实施例3可以看出，本发明提供的处理系统具有以下特点：1)系统适应能力强，在水质污染程度大幅度提高的前提下，系统出水仍能满足出水水质标准。2)水质变化后，药剂投加量主要体现为除硬度的变化，其他污染物去除不因水质变化而改变；相比高级氧化系统，需要同比例调整药剂投加量；本系统利用生化系统去除COD，可避免因水质波动导致的药剂费用大幅度增加的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油田钻井压裂返排液的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)压裂返排液在气浮装置中进行气浮处理，得到气浮出水；
b)所述气浮出水在混凝反应池中进行混凝，得到混凝出水；
c)所述混凝出水在沉淀池中进行沉淀，得到沉淀池出水；
d)所述沉淀池出水在pH调节池中进行pH调节，得到pH调节池出水；
e)所述pH调节池出水在超滤膜装置中进行超滤，得到超滤淡水；
f)所述超滤淡水在电渗析装置中进行电渗析，得到电渗析淡水；
g)所述电渗析淡水在MBR生化反应装置中进行生化处理，得到MBR出水；
h)所述MBR出水在反渗透膜装置中进行反渗透，得到反渗透淡水。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤a)中，所述气浮处理的过程中向气浮装置中投加pH调节剂、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺；
投加所述pH调节剂后的压裂返排液的pH值为8～9；所述聚合氯化铝在压裂返排液中的投加量为50～200mg/L；所述聚丙烯酰胺在压裂返排液中的投加量为1～10mg/L。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤b)中，所述混凝反应池包括串联设置的第一混合池、第二混合池和第三混合池；
所述混凝的过程中，向第一混合池中投加氢氧化钙，向第二混合池中投加碳酸钠，向第三混合池中投加聚丙烯酰胺；
投加所述氢氧化钙后的废水pH值为10～11；投加所述碳酸钠后的废水pH值为10.5～11.5；所述聚丙烯酰胺在废水中的投加量为1～10mg/L。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤c)中，所述沉淀池出水的总硬度≤150mg/L；所述沉淀池出水的悬浮固体含量≤10mg/L。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤e)中，所述超滤淡水的浊度≤3NTU。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤f)中，电渗析过程中，所述电渗析装置的淡水侧产水的总溶解性固体含量≤8000mg/L，氯离子含量≤3000mg/L；所述电渗析装置的浓水侧产水的总溶解性固体含量≥65000mg/L，氯离子含量≥8000mg/L；所述电渗析装置的回收率控制在80～90％。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤g)中，所述MBR生化反应装置为好氧流化床膜生物反应器；
处理过程中，所述好氧流化床膜生物反应器的进水COD浓度控制在≤2600mg/L；所述好氧流化床膜生物反应器内的活性污泥浓度控制在≥4500mg/L；所述生化处理的过程中向好氧流化床膜生物反应器内投加耐盐菌，所述耐盐菌在废水中的投加量为1～10g/L；所述好氧流化床膜生物反应器的曝气方式为连续曝气，气水比为(20～60)：1；所述好氧流化床膜生物反应器的废水停留时间为2～4d；所述好氧流化床膜生物反应器的出水COD浓度控制在≤400mg/L。
8.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤h)中，所述反渗透膜装置包括串联设置的一段高压反渗透膜装置和二段高压反渗透膜装置，所述一段高压反渗透膜装置的浓水口与二段高压反渗透膜装置的进水口相连。
9.一种油田钻井压裂返排液的处理系统，其特征在于，包括：
气浮装置，所述气浮装置设置有压裂返排液入口；
与所述气浮装置的出水口相连的混凝反应池；
与所述混凝反应池的出水口相连的沉淀池；
与所述沉淀池的出水口相连的pH调节池；
与所述pH调节池的出水口相连的超滤膜装置；
与所述超滤膜装置的淡水口相连的电渗析装置；
与所述电渗析装置的淡水口相连的MBR生化反应装置；
与所述MBR生化反应装置的出水口相连的反渗透膜装置。
10.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述混凝反应池包括串联设置的第一混合池、第二混合池和第三混合池；
所述沉淀池为斜管沉淀池；
所述超滤膜装置为浸没式超滤膜装置；
所述MBR生化反应装置为好氧流化床膜生物反应器；
所述反渗透膜装置包括串联设置的一段高压反渗透膜装置和二段高压反渗透膜装置，所述一段高压反渗透膜装置的浓水口与二段高压反渗透膜装置的进水口相连。
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