CN205590511U - 一种压裂返排废水资源化处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压裂返排废水资源化处理装置，包括：调节池、高级氧化反应器、一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池、沉淀池、水解酸化池、厌氧池、缺氧池和MBR池；其中，调节池设有废水进口和出水管；调节池的出水管与高级氧化反应器连接；高级氧化反应器依次与一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池和沉淀池连接；沉淀池经管路依次与水解酸化池、厌氧池、缺氧池和MBR池连接；MBR池设有排水口。该处理装置流程较短，自动化程度高，运行管理方便，可推广性强。通过采用组合工艺,可以做到发挥各工艺段的技术优势，做到经济高效的处理压裂废水。

Description

一种压裂返排废水资源化处理装置

技术领域

本实用新型涉及废水资源化处理领域，特别是涉及一种压裂返排废水资源化处理装置。

背景技术

压裂技术是油气井增产、注水井增注的一项重要工艺措施，兴起于20世纪40年代，它主要利用液体传输压力的原理，提高近井地带岩层的渗透率，从而使油气井得到增产的效果。压裂作为常规油气田主要的增产措施，也广泛的应用到煤层气开采中，对煤层气产量有着显著地提升作用，但因压裂作业后的返排液中含有地层和煤层中的固体颗粒，残余的稠化剂、交联剂、pH值调节剂、杀菌剂等多种添加剂，成分复杂，粘度大，有机物含量高，可生化性差，如不加以有效处理直接排放会对环境，尤其是水环境产生较严重的危害。由于气井的地理环境及气候较为特殊，水资源相对匮乏。同时新开井区所在地基本位于山区，山路崎岖，山区供水困难，如能将压裂废水资源化利用对于保障煤层气井区的生产和环境的可持续发展具有重要意义。

根据需要，压裂液中添加了不同的化学药剂，包括稠化剂、交联剂、pH值调节剂、杀菌剂、粘土稳定剂、破乳剂、助排剂、破胶剂、降滤机、粘度稳定剂、络合剂等，压裂液的成分十分复杂，成为煤层气开采中的主要废水污染源。

针对煤层气压裂废水高盐度、高COD、且难生化降解的水质特点，可采用的处理工艺包括生物处理法、膜处理技术、电化学氧化法、高级氧化技术以及各种组合工艺等。生化处理法工艺应用成熟，运行成本低廉，适合水量大，B/C比高的水质，但是该法对处理水质有较为严格的要求，容易受到有毒难降解废水的冲击，造成系统瘫痪，对于工业难降解废水需经过一定的预处理工艺降低废水毒性后，再进入生化段处理。鉴于压裂废水的不定期性及水量小的问题，单独采用生化法难以达到资源化利用目的。膜处理工艺在技术上有较强的针对性，可脱除水中绝大部分的盐和有机物，根据出水要求，可采取的工艺包括超滤、微滤，纳滤和反渗透，膜处理出水可完全达到资源化再利用的目的，但由于膜处理技术能耗高、浓水处理难、容易堵塞、更换频率快等问题，在应用于压裂液处理时，有一定的局限性。电化学处理技术包括电化学氧化、电化学还原技术，对高盐难降解有毒废水有着良好的处理效果，通过电化学直接或间接的氧化还原作用，将废水中的有毒难降解性物质氧化为易生化降解的废水，提高废水的可生化性。电化学处理技术在高盐废水的处理上有着其独特的优势，对高盐度废水，可减少电耗，减少运行中的发热现象，但由于电化学氧化技术的电耗成本过高，目前仍停留在小试或中试阶段，工程化应用较少。

组合工艺以物化法加生化法组合为典型代表，运用物理、物化法与生物法组合工艺对处理压裂返排废水具有明显优势。在生化处理之前，利用物化法对废水进行预处理，可去除废水中的部分有机负荷并挺高废水的可生化性。研究中常用的组合工艺包括：1)混凝+电解氧化耦合硫酸根自由基高级氧化+絮凝沉淀+臭氧深度氧化+过滤；2)混凝+微电解+Fenton氧化复合过硫酸盐催化氧化+絮凝沉淀+水解酸化+生化+吸附过滤；3)活化过硫酸盐预氧化+混凝+臭氧催化氧化+过滤等组合工艺。组合工艺针对返排废水中高盐度和高有机物浓度的特点，出水效果稳定，但也存在着工艺段长，运行维护复杂难于操作、及运行费用高等问题。

实用新型内容

基于上述现有技术所存在的问题，本实用新型提供一种压裂返排废水资源化处理装置，工艺稳定，抗负荷冲击，针对性强，能实现组合处理工艺，可以很好解决目前我国广大地区分散型的煤层气压裂废水深度处理及资源化问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种压裂返排废水资源化处理装置，包括：

调节池、微电解池、Fenton反应池、一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池、沉淀池、水解酸化池、厌氧池、缺氧池和MBR池；其中，

所述调节池设有废水进口和出水管；

所述调节池的出水管分别与所述微电解池和所述Fenton反应池连接，所述所述微电解池与所述Fenton反应池连接；

所述Fenton反应池依次与一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池和沉淀池连接；

所述沉淀池经管路依次与水解酸化池、厌氧池、缺氧池和MBR池连接；

所述MBR池设有排水口。

本实用新型的有益效果为：该处理装置为采用了由调节池、微电解池耦合Fenton反应池、三级絮凝混沉及水解酸化加AA-MBR工艺段模块形成的压裂废水一体化处理设备，针对煤层气压裂废水高粘度、高浓度难降解性COD和悬浮物等水质问题，其流程较短，自动化程度高，运行管理方便，可推广性强。通过该处理装置可实现组合工艺,做到发挥各工艺段的技术优势，完成经济高效的处理压裂废水，且工艺成熟，针对性强，可对废水中多种水质污染指标进行有效去除，出水水质稳定，可有效保证出水达到地方排放标准并实现废水作为压裂新水的资源化利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本实用新型实施例提供的处理装置结构示意图；

图1中：1、调节池；2、微电解池；3、Fenton反应池；4、一级絮凝池；5、二级絮凝池；6、三级絮凝池；7、沉淀池；8、水解酸化池；9、厌氧池；10、缺氧池；11、MBR池；

图2为本实用新型实施例提供的处理装置的处理工艺流程图。

具体实施方式

下面对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的处理装置作进一步说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种压裂返排废水资源化处理装置，包括：

调节池、微电解池、Fenton反应池、一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池、沉淀池、水解酸化池、厌氧池、缺氧池和MBR池；其中，

所述调节池设有废水进口和出水管；

所述调节池的出水管分别与所述微电解池和所述Fenton反应池连接，所述所述微电解池与所述Fenton反应池连接构成高级氧化反应器；

所述Fenton反应池依次与一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池和沉淀池连接；

所述沉淀池经管路依次与水解酸化池、厌氧池、缺氧池和MBR池连接；

所述MBR池设有排水口。

上述处理装置中，高级氧化反应器也可采用电催化氧化反应器或臭氧催化氧化反应器。

上述处理装置中，一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池和沉淀池连接为一体结构，这样使得处理装置结构更紧凑，也降低建造成本，所述一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池顺次连接设在所述沉淀池的进水口前端；

所述一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池内分别设有搅拌装置。

上述处理装置中，水解酸化池、厌氧池、缺氧池和MBR池连接为一体结构，这样使得处理装置结构更紧凑，也降低建造成本，所述厌氧池、缺氧池和MBR池顺次连接设在所述水解酸化池的出水口后端；

所述厌氧池与缺氧池内分别设有搅拌装置。

上述处理装置中，调节池内设有与所述出水管连接的潜水泵；沉淀池连接所述水解酸化池的管路上设有提升泵。

上述处理装置中，厌氧池、缺氧池和MBR池组成的AA-MBR工艺段也可采用普通的MBBR工艺与其他工艺的组合。

本实用新型实施例提供的上述处理装置是一种由高级氧化模块、混凝模块及水解酸化加浸没式A/O-MBR模块组成的多级处理工艺，该装置涵盖了两级模块的煤层气压裂废水处理装置，可在为分布范围广泛、废水量较小、同时含有高盐度难降解的煤层气压裂废水的深度处理及其资源化利用，提供的是一套多工艺优化组合的深度处理工艺，解决煤层气压裂废水中包括高盐及多种难降解污染物等水质问题，优化系统工艺结构，改善操作流程过于复杂的问题，同时为煤层气压裂废水提供新水水源。其针对性强，工艺稳定，抗负荷冲击，且具有多种处理模块形成组合处理工艺，可以有效解决我国广大地区分散型的煤层气压裂废水深度处理及资源化问题。

该处理装置的处理工艺为：经调节池均质化预处理后的废水经管道进入高级氧化反应器，以铁碳微电解工艺耦合Fenton试剂进行高级氧化预处理，降解大部分有机物的同时，改善废水的可生化性，为后续工艺降低有机负荷；经处理后的废水进入水解酸化池，水解酸化池配合A/O-MBR工艺，在降低废水有机负荷的同时，起到降解水中污染物COD并最终达到出水目标，便于废水再生利用的目的。经上述工艺处理后废水可达当地水域排放标准，或再利用于压裂废水的配制中。

如图2所示，具体工艺流程为：压裂返排废水首先由收集车集中收集储存于调节池，经调节池均质化处理后的上清液进入铁碳填料固定滤池，以静态混合器投加硫酸溶液调节废水pH值至3.5～5左右，调节pH值所用硫酸试剂的配制浓度为20％，经1.5～2小时的曝气处理后废水中的难降解性有机物被氧化降解或生成可生化性较好的有机小分子物质，有利于后续工艺的进一步氧化降解,同时废水中的pH值由最初的3.5～5提高至6.0～7.0左右，达到处理废水的排放标准；通过微电解处理后的废水，有机物浓度降低的同时，水中溶解性的Fe²⁺和Fe³⁺离子浓度在曝气过程中不断增加，经投加质量分数为27.5％的双氧水与水中铁离子形成Fenton反应，生成具有强氧化性的羟基自由基，进一步氧化降解水中因微电解电势弱而未能开链或开环的难降解性有机物，并氧化部分有机小分子物质，降低废水的毒性提高废水的可生化性，为保证Fenton反应过程中有较为适宜的pH值，并尽量减少硫酸试剂的投加量，将调节池经静态混合后的废水进行分支，部分废水未经微电解处理直接进入Fenton反应池，反应池以pH探头进行在线监测，pH值控制范围为3.5～5，经曝气搅拌反应后，因Fenton反应后出水pH值降低，有利于微电解反应，因此Fenton出水回流至微电解工艺前段与进水同步进入，进一步降低硫酸用量；微电解反应器出水进入混凝模块以竖流沉淀为主要的处理单元，配合三级絮凝反应装置，通过投加少量液碱、PAM等试剂，将压裂废水中的胶状悬浮物及中和过程中形成的沉淀物进行絮凝，去除水中胶体及颗粒杂质，同时保证出水pH稳定在6.5～8.0之间；沉淀后的上清液经管道提升至水解酸化池及MBR池，压裂废水属于高粘度、高稳定性、生化性差的废水，经高级氧化初步处理后，毒性及可生化性仍未可知，需经水解酸化段处理后进一步提高水质的可生化处理性，通过采用浸没式MBR工艺并辅助两段式厌氧及缺氧段最终达到提升出水水质目的，在保证出水COD达标的同时，以厌氧段和缺氧段作为水解酸化段的延长，确保出水达到可再生利用目的。经上述工艺处理后出水水质可达当地出水一级A标准，同时亦可作为压裂废水新水水源使用。

本实用新型的处理装置为采用了由调节池、铁碳微电解耦合Fenton试剂的高级氧化预处理模块、混沉淀模块及水解酸化加AA-MBR工艺段模块形成的压裂废水一体化处理设备，针对煤层气压裂废水高粘度、高浓度难降解性COD和悬浮物等水质问题，其流程较短，自动化程度高，运行管理方便，可推广性强。通过采用组合工艺,可以做到发挥各工艺段的技术优势，做到经济高效的处理压裂废水，且工艺成熟，针对性强，可对废水中多种水质污染指标进行有效去除，出水水质稳定，可有效保证出水达到地方排放标准并实现废水作为压裂新水的资源化利用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种压裂返排废水资源化处理装置，其特征在于，包括：

调节池、高级氧化反应器、一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池、沉淀池、水解酸化池、厌氧池、缺氧池和MBR池；其中，

所述调节池设有废水进口和出水管；

所述调节池的出水管与高级氧化反应器连接；

所述高级氧化反应器依次与一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池和沉淀池连接；

所述沉淀池经管路依次与水解酸化池、厌氧池、缺氧池和MBR池连接；

所述MBR池设有排水口。

2.根据权利要求1所述的一种压裂返排废水资源化处理装置，其特征在于，所述高级氧化反应器由依次连接的微电解池和Fenton反应池组成；

所述调节池的出水管分别与所述微电解池和所述Fenton反应池连接，所述Fenton反应池与所述一级絮凝池连接。

3.根据权利要求1所述的一种压裂返排废水资源化处理装置，其特征在于，所述高级氧化反应器采用电催化氧化反应器或臭氧催化氧化反应器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种压裂返排废水资源化处理装置，其特征在于，所述一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池和沉淀池连接为一体结构，所述一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池顺次连接设在所述沉淀池的进水口前端；

所述一级絮凝池、二级絮凝池、三级絮凝池内分别设有搅拌装置。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种压裂返排废水资源化处理装置，其特征在于，所述水解酸化池、厌氧池、缺氧池和MBR池连接为一体结构，所述厌氧池、缺氧池和MBR池顺次连接设在所述水解酸化池的出水口后端；

所述厌氧池与缺氧池内分别设有搅拌装置。

6.根据权利要求1至3任一项所述的一种压裂返排废水资源化处理装置，其特征在于，所述调节池内设有与所述出水管连接的潜水泵。

7.根据权利要求1至3任一项所述的一种压裂返排废水资源化处理装置，其特征在于，所述沉淀池连接所述水解酸化池的管路上设有提升泵。