CN110467301A - 一种页岩气压裂返排液处理方法及***装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种页岩气压裂返排液处理方法及处理***装置，包括返排液静置、混凝沉淀、澄清、过滤、电渗析处理、反渗透膜装置组件浓缩处理步骤回收淡水，浓缩后的浓水进入蒸发浓缩器，经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液淡水。本发明针对页岩气压裂返排液回用或外排过程中盐类及有机物含量高、难处理这一问题，实现资源最大程度回收，达到污水的近零排放，***装置结构简单，可操作性强。

Description

一种页岩气压裂返排液处理方法及***装置
技术领域
本发明属于环保水处理领域，尤其涉及一种页岩气压裂返排液处理方法及***装置。
背景技术
近年来页岩气工业发展迅速，页岩气资源中国已探明储量达到世界第一，产量达到世界前三。水力压裂法是一种广泛应用于页岩气开采的技术，它通过水力加压钻井，打开小的缝隙以允许页岩气流到钻井口，压裂返排液即是水力压裂完成初期从井中返排的混合液。它的水质特点因地质条件不同而有所差异，总的来说为组分复杂、高COD、高TSS、高TDS，处理难度大，成为油气行业面临的一大技术难题。如果直接排放，会严重危害到生态环境。因此，开发压裂返排液近零排放工艺以及实现资源回收利用成了当下亟需解决的问题。
页岩气压裂返排液中有机污染物主要包括大分子烃类、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺压裂过程中被破胶氧化后的副产物以及其他小分子有机物，无机污染物主要为金属离子、岩屑、黏土，其中金属离子主要包括：钠、钾、钙、镁、钡等，页岩气压裂返排液的总矿化度可达20000mg/L～140000mg/L，固体悬浮物的含量可达80～1000mg/L，COD约为100～2000mgL。页岩气压裂返排液中的盐含量相比于其他行业废水要高得多，有机物分子量也较大、粘附能力较强，是油气行业废水的处理难点所在。
目前页岩气压裂返排液的浓缩处理工艺为软化+超滤+反渗透浓缩，即通过加药静置来降低废水的硬度，然后再进行超滤，使溶剂和小分子溶质穿过超滤膜，而大分子溶质却不能透过，再对超滤过滤液由反渗透浓缩后得到净化后的出水。加药静置软化的方法只能降低水质的硬度，出水水质不佳；超滤膜在进水水质不佳的情况下还很容易产生严重的膜污染，若清洗不频繁不彻底，会使出水效果大大减弱，而且单级反渗透装置浓缩后的含盐量和有机物也达不到理想的浓缩效果，处理效果差。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种页岩气压裂返排液处理方法及处理***装置，针对页岩气压裂返排液回用或外排过程中盐类及有机物含量高、难处理这一问题，达到近零排放处理及产生的资源回收，结构简单，可操作性强。
解决以上技术问题的一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)页岩气压裂返排液加入污水箱进行静置；
(2)页岩气压裂返排液进入混凝沉淀器进行混凝沉淀；
(3)混凝沉淀上清液进入清液罐澄清；
(4)澄清液进入过滤装置进行过滤；
(5)陶瓷膜过滤装置浓水回流到污水箱，浓水回流量与进水量之比为1:3～5；过滤清水进入电渗析处理装置，循环处理时间为120～160min；
(6)电渗析浓水进入反渗透膜装置Ⅰ进行浓缩减量处理，电渗析淡水进入反渗透膜装置Ⅱ进行深度净化处理；反渗透膜装置Ⅰ产生的淡水和电渗析淡水一起进入反渗透膜装置Ⅱ深度净化处理，反渗透膜装置Ⅰ产生的浓水进入蒸发浓缩器；反渗透膜装置Ⅱ中产生的浓水和电渗析浓水一起进入反渗透膜装置Ⅰ浓缩减量处理，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水；
(7)进入蒸发浓缩器的浓水经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液。
本发明中的一种页岩气压裂返排液的处理***装置，其特征在于：所述装置包括设有污水箱、预处理装置、电渗析处理装置、反渗透膜组件和蒸发浓缩器，反渗透膜组件设有反渗透膜装置Ⅰ和反渗透膜装置Ⅱ；污水箱与预处理装置连接，预处理装置与电渗析处理装置连接，电渗析浓水室出口与反渗透膜装置Ⅰ进水口连接，电渗析淡水室出口与反渗透膜装置Ⅱ进水口连接，反渗透膜装置Ⅰ浓水出口与蒸发浓缩器连接，反渗透膜装置Ⅰ淡水出口与反渗透膜装置Ⅱ进水口连接，反渗透膜装置Ⅱ浓水出口与反渗透膜装置Ⅰ进水口连接，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水。
所述预处理装置设有混凝沉淀器和陶瓷膜过滤装置，混凝沉淀器进水端与污水箱连接，混凝沉淀器出水端与陶瓷膜过滤装置进水端连接，陶瓷膜过滤装置浓水回流端通过管道连接在污水箱上，回流浓水与进水之比为1:3～5。
所述陶瓷膜过滤装置为管式无机陶瓷膜过滤装置，过滤装置中设有内循环装置。
所述预处理装置还设有清液罐，清液罐位于混凝沉淀器和陶瓷膜之间。
所述反渗透膜装置Ⅰ膜类型选用卷式高压膜，操作压力为3.0～4.0Mpa，反渗透膜装置Ⅱ膜类型选用卷式低压膜，操作压力为0.5～0.8Mpa。
技术特点
针对页岩气压裂返排液回用或外排过程中盐类及有机物含量高、难处理这一问题，为达到近零排放处理及产生的资源回收，本发明通过对处理方法以及处理***装置的优化实现了方法简便易操作，装置结构简单，可操作性强等优点，且本发明中方法及处理***具有良好的效果。本发明的难点在于：
(1)页岩气压裂返排液污染物组成较为复杂，包含悬浮固体、复杂有机物、盐分和其它化学成分，需要针对其污染特点，设计处理方法和处理***装置；
(2)处理过程不应太过复杂，要利于工程的实际应用；
(3)方法操作简单，快速高效，不应产生二次污染且应实现合理的资源回收；
(4)对于页岩气压裂返排液水质波动的适应性要强，且尽可能实现近零排放。
要解决前述技术难题，本发明中对于页岩气压裂返排液处理方法和处理***装置的优选使得处理过程简便易操作，装置结构简单，且实现合理的资源回收利用，以及最终出水几乎实现近零排放是本发明的显著创新。
本发明中，步骤(2)中加入混凝沉淀器中进行澄清，混凝剂PAC投加量为500～2000mg/L，助凝剂CPAM1200投加量为40～130mg/L，投加量根据所处理压裂返排液的水质来确定，混凝剂与水中的胶体物质发生强烈电中和作用以及对水中水解后的产物有良好的吸附架桥作用，页岩气压裂返排液中的胶体有机物被吸附，形成絮体沉降下来，使COD值降低；当混凝剂用量过小时，颗粒表面电位较高，颗粒之间静电斥力较大，难以形成较大的絮体且沉降速度慢，当PAC用量太大时，已脱稳的胶体颗粒表面会重新带正电荷而再次处于稳定状态，絮体不密实且出现上浮现象，混凝效果逐渐变差，而优选的混凝剂PAC处理页岩气压裂返排液投加量500～2000mg/L具有良好的混凝效果。加入助凝剂对COD的去除效果呈正向促进作用，PAM分子通过吸附水中的悬浮固体离子，使粒子间架桥或者通过电中和使粒子凝结成大的絮凝物，加速溶液中的絮体沉降，比仅加入PAC使的絮体更大且更多，沉降时间更短，针对压裂返排液水质，优选的1200万分子量的阳离子型PAM投加量为40～130mg/L。
步骤(3)中混凝沉淀后的上清液进入清液罐进行进一步澄清，停留时间为1～2h。
步骤(4)中过滤装置为陶瓷膜装置，即管式无机陶瓷膜过滤装置，采用膜孔径为20～2000nm、跨膜压差为0.1～0.2MPa、循环量与进水量之比为10:1～60:1；优化方案中陶瓷膜膜孔径为200nm、跨膜压差为0.16MPa、循环量与进水量之比为30:1。
陶瓷膜过滤孔径显著影响工艺运行效率，针对页岩气压裂返排液中主要污染特征分析表明，其中悬浮态的污染物主要包括：粘土、岩屑粉末，尤其是页岩气压裂返排液中主要有机污染物为聚丙烯酰胺，分子量较大，过滤时在陶瓷膜表面各分子之间相互缠绕、团聚，形成超分子团结构，同时聚丙酰胺分子形成的网状结构会网捕无机颗粒物形成复杂污染团，其粒径分布约为200～500nm，并且具有一定的粘性，因此陶瓷膜孔径优化方面，需要尽量提高过滤水通量前提下，防止膜孔的堵塞。孔径太大对于页岩气压裂返排液中粘土、岩屑粉末等悬浮物以及小分子有机物的截留效果不佳，导致陶瓷膜过滤出水效果不好，同时具有粘性的复杂污染团有可能进入陶瓷膜孔道，导致膜的不可逆污染；孔径太小的陶瓷膜，其过滤水通量较小，容易堵塞而导致需要频繁地进行清洗，不利于实际应用时的连续操作运行。本发明中优选200nm的膜为处理压裂返排液保证了良好的处理效果和抗污染能力。
优选跨膜压差在0.1～0.2MPa，较小的跨膜压差过滤水通量较小，同时过滤过程中有机大分子和悬浮物覆盖住膜表面产生的滤饼层不容易被冲刷，导致陶瓷膜被污染，过滤效率低；较大的跨膜压差则会使得有机大分子和悬浮物被挤入膜孔内，造成膜孔堵塞，使得膜污染的速度加快，更会加剧不可逆污染，而本发明优选的跨膜压差0.16MPa，在既保证出水效率的同时，也减少了污染物在膜表面的沉积。本发明中所述陶瓷膜过滤器中设置内循环装置，陶瓷膜过滤器内料液循环流量与页岩气压裂返排液进水量之比为30:1，优选的料液循环流量使得其侧向剪切力对附着在陶瓷膜膜表面污染物发挥较好冲刷作用，使其不易在膜表面沉积，同时加强了膜的传质作用，使得膜不容易出现堵塞，陶瓷膜浓水回流端通过管道连接在污水箱上，结合页岩气压裂返排液中污染物特征，优化回流浓水与进水之比为1:3～5，回流量过大，导致过滤器的运行效率较低，过低的回流量导致过滤装置中污染物负荷过高，陶瓷膜堵塞较为严重，不利于过滤器的正常运行。
陶瓷膜在其膜通量下降70％后，用酸碱液进行反冲洗，避免膜堵塞。
步骤(5)中电渗析处理装置操作电压为10～30V、进水流量为500～700L/h.m2、极水浓度为0.5％～1.0％，极水为NaCl的水溶液；页岩气压裂返排液中的部分有机物通过电渗析通电发生荷电作用或水解作用，实现同步除COD及盐；优化方案中电渗析操作电压20V、进水流量600L/h.m2，极水NaCl浓度0.75％。
电渗析膜堆中阴阳离子迁移速度的快慢取决于膜堆两侧所加操作电压的大小，操作电压在很大程度上决定了电渗析浓淡相在对页岩气压裂返排液进行浓缩与脱盐的效果，由于页岩气压裂返排液中总矿化度可达20000mg/L～140000mg/L，低的电渗析操作电压对高盐的页岩气压裂返排液脱盐率低，而电压太高会造成离子迁移产生的热效应增加,造成电流效率的相对下降，导致能耗损失越大。针对页岩气压裂返排液水质特点，优选的操作电压20V更能稳定高效地进行脱盐和浓缩。在处理进行的前半段时间内电渗析进水流量越大处理效率提高越快，但到处理的后半段时间时会由于流量负荷太大而产生的无机垢污染使得处理效率变差，由于页岩气压裂返排液中钙、镁、钡等金属离子含量较高，产生无机垢的可能性更大，同时由于水流过快，被处理液停留在离子交换膜的时间较短，页岩气压裂返排液含盐指标高，停留在离子交换膜的时间短的情况下处理效果会变差，综合考虑下，本发明优选的进水流量600L/h.m2对脱盐及浓缩效果最佳。
电渗析极水为氯化钠水溶液，当极水离子的浓度处于很低的状态时，极室导电性会大幅度减弱，就有可能造成极化现象；而极水浓度过高情况下，在浓相浓度也较高时，离子将无法渗透，可能由于浓差极化，会一定程度上抑制迁移；所以在一定范围内提高极水溶液的浓度，可以促进并加强溶液的离子导电的能力从而提高电渗析脱盐和浓缩效果，本发明优选的0.75％极水NaCl则保证了极水的良好导电性和电渗析的处理效果。
步骤(6)中反渗透膜装置Ⅰ淡水出口与反渗透膜装置Ⅱ进水口连接，反渗透膜装置Ⅱ浓水出口与反渗透膜装置Ⅰ进水口连接。反渗透膜装置Ⅰ浓缩电渗析浓水产生的淡水进入反渗透膜装置Ⅱ和电渗析淡水一起进行深度净化处理；反渗透膜装置Ⅱ产生的浓水进入反渗透膜装置Ⅰ和电渗析浓水一起进行浓缩减量处理。由于反渗透膜装置Ⅱ处理对象为电渗析淡水，其处理后的浓水水质相比于反渗透膜装置Ⅰ的进水，即电渗析浓水来说，其COD值虽然相差不大，但TDS浓度远远小于电渗析浓水TDS浓度(约为其0.5％左右)，反渗透膜装置Ⅱ的浓水进入反渗透膜装置Ⅰ可以对电渗析浓水进行水质调节作用，降低反渗透膜装置Ⅰ的盐负荷，避免反渗透膜装置Ⅰ因电渗析浓水水质的TDS负荷过高而导致的出水速率过于缓慢，且可以减少由于电渗析浓水水质的TDS过高而导致钙、镁、钡等金属离子水解产物达到离子饱和度析出过多的无机垢产生膜污染的可能性，使得反渗透膜装置Ⅰ在浓缩电渗析浓水时对于水质波动的适应性更强，产生无机垢污染的可能性更小；并且反渗透膜装置Ⅰ的存在，是对电渗析浓水的进一步浓缩减量处理，可以将电渗析浓水再减量80％左右，从而提高进入蒸发***浓缩液的含盐量及有机物含量，使得蒸发***在同样的温度参数下处理更少的水量却得到更多的结晶盐，减少蒸发***的能耗。反渗透膜装置Ⅰ浓缩电渗析浓水产生的淡水进入反渗透膜装置Ⅱ和电渗析淡水一起继续进行深度净化处理，由于电渗析浓水COD值过高，反渗透膜装置Ⅰ浓缩电渗析浓水产生的淡水COD值大于30mg/L，通过将反渗透膜装置Ⅰ产生的淡水进入反渗透膜装置Ⅱ进一步处理，使得最终出水水质几乎实现近零排放，提高处理后水质对环境的友好性，并且反渗透膜装置Ⅱ的存在，是对电渗析淡水的进一步深度净化处理，由于电渗析淡水的COD值大于30mg/L，需要进行深度处理才能实现排放。反渗透膜装置Ⅰ与反渗透膜装置Ⅱ之间通过对料液的合理循环处理，使得对于页岩气压裂返排液水质波动的适应性更强，膜***产生无机垢污染的可能性更小，且最终出水几乎实现近零排放，使膜***充分发挥效用，得到理想的处理效果。经反渗透膜装置Ⅰ对电渗析浓水进一步进行浓缩减量处理之后的浓缩液送至蒸发结晶***进行蒸发结晶；进入蒸发***的浓缩液经蒸发浓缩将产生结晶盐和冷凝液，结晶盐可以作为工业盐出售，冷凝液可以作为页岩气压裂返排液的补给水。
步骤(6)中反渗透膜装置Ⅰ与反渗透膜装置Ⅱ，反渗透膜装置Ⅰ膜类型优选卷式高压膜，操作压力为3.0～4.0Mpa，高压反渗透膜的工作压力高，脱盐率高，出水量小，适用于浓度高的水质，且相比于中低压膜更耐污染，由于反渗透膜装置Ⅰ的进水为电渗析浓水，其中含盐量和有机物都很高，而且页岩气压裂返排液中有机物含大分子有机物如聚丙烯酰胺等，很容易造成膜污染，优选高压膜使得反渗透膜装置Ⅰ对电渗析浓水处理效果和抗污染能力都达到最优；反渗透膜装置Ⅱ膜类型优选卷式低压膜，操作压力为0.5～0.8Mpa，低压膜在进水水质条件较好时对于压裂返排液中盐和有机物的处理效果优于中压和高压膜，出水水质更好，同时能耗也更低，由于反渗透膜装置Ⅱ的进水为电渗析淡水，含盐量和有机物都不高，反渗透膜装置Ⅱ优选的低压膜适用于反渗透膜装置Ⅱ的处理对象。
本发明中处理***装置流程简单，可操作性强，能够有效去除页岩气压裂返排液中悬浮固体、复杂有机物、盐分和其它化学成分；电渗析浓水经过反渗透浓缩减量之后得到的反渗透浓水可以通过蒸发浓缩将废液的盐提取出来，实现资源回收利用，电渗析淡水经过反渗透进一步深度净化处理得到的反渗透淡水基本可以实现近零排放；解决了页岩气压裂返排液处理流程复杂，回用或排放时盐分和有机物以及其它化学成分超标所造成的环境污染问题，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明做更进一步详细说明：
图1为本发明中处理***装置的结构示意图；
图2为本发明中处理方法工艺流程图；
图中具体标识为：
1.污水箱，2.进水控制阀，3.混凝沉淀器，4.进水控制阀，5.清液罐，6.进水控制阀，7.进水泵，8.陶瓷膜装置，9.循环泵，10.回流流量控制阀，11.进水泵，12.进水控制阀，13.进水控制阀，14.电渗析处理装置，15.进水泵，16.电渗析淡水室，17.进水泵，18.电渗析浓水室，19.进水控制阀，20.反渗透膜装置Ⅰ，21.进水控制阀，22.反渗透膜装置Ⅱ，23.进水泵，24.蒸发浓缩器，25.出水控制阀，101.污水箱，201.混凝沉淀器，202.清液罐，203.管式无机陶瓷膜过滤装置，301.电渗析处理装置，401.反渗透膜装置Ⅰ，402.反渗透膜装置Ⅱ
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步说明：
实施例1
一种页岩气压裂返排液处理方法，包括以下步骤：
(1)页岩气压裂返排液加入污水箱进行静置；
(2)页岩气压裂返排液进入混凝沉淀器进行混凝沉淀；加入混凝沉淀器中进行澄清，混凝剂PAC投加量为500mg/L，助凝剂CPAM1200投加量为40mg/L；
(3)混凝沉淀上清液进入清液罐澄清；混凝沉淀后的上清液进入清液罐进行进一步澄清，停留时间为1h；
(4)澄清液进入过滤装置进行过滤：过滤装置可为陶瓷膜装置，即管式无机陶瓷膜过滤装置，采用膜孔径为200nm、跨膜压差为0.16MPa、循环量与进水量之比为30:1，并对陶瓷膜在其膜通量明显下降70％后用酸碱液进行反冲洗；
(5)过滤液进入电渗析处理装置，循环处理时间为120min；电渗析处理装置操作电压20V、进水流量600L/h.m2、浓水流量500L/h.m2，极水NaCl浓度0.75％，流量200L/h.m2；
(6)电渗析浓水进入反渗透膜装置Ⅰ进行浓缩减量处理，电渗析淡水进入反渗透膜装置Ⅱ进行深度净化处理；反渗透膜装置Ⅰ产生的淡水和电渗析淡水一起进入反渗透膜装置Ⅱ深度净化处理，反渗透膜装置Ⅰ产生的浓水进入蒸发浓缩器；反渗透膜装置Ⅱ中产生的浓水和电渗析浓水一起进入反渗透膜装置Ⅰ浓缩减量处理，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水；
反渗透膜装置Ⅰ膜类型选用卷式高压膜，操作压力为3.0Mpa，反渗透膜装置Ⅱ膜类型选用卷式低压膜，操作压力为0.5Mpa；
(7)进入蒸发浓缩器的浓水经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液。
实施例2
一种页岩气压裂返排液处理方法，包括以下步骤：
(1)页岩气压裂返排液加入污水箱进行静置；
(2)页岩气压裂返排液进入混凝沉淀器进行混凝沉淀；加入混凝沉淀器中进行澄清，混凝剂PAC投加量为1200mg/L，助凝剂CPAM1200投加量为80mg/L；
(3)混凝沉淀上清液进入清液罐澄清；混凝沉淀后的上清液进入清液罐进行进一步澄清，停留时间为1.5h；
(4)澄清液进入过滤装置进行过滤：过滤装置可为陶瓷膜装置，即管式无机陶瓷膜过滤装置，采用膜孔径为200nm、跨膜压差为0.16MPa、循环量与进水量之比为30:1，并对陶瓷膜在其膜通量明显下降70％后用酸碱液进行反冲洗；
(5)过滤液进入电渗析处理装置，循环处理时间为140min；电渗析处理装置操作电压20V、进水流量600L/h.m2、浓水流量500L/h.m2，极水NaCl浓度0.75％，流量200L/h.m2；
(6)电渗析浓水进入反渗透膜装置Ⅰ进行浓缩减量处理，电渗析淡水进入反渗透膜装置Ⅱ进行深度净化处理；反渗透膜装置Ⅰ产生的淡水和电渗析淡水一起进入反渗透膜装置Ⅱ深度净化处理，反渗透膜装置Ⅰ产生的浓水进入蒸发浓缩器；反渗透膜装置Ⅱ中产生的浓水和电渗析浓水一起进入反渗透膜装置Ⅰ浓缩减量处理，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水；
反渗透膜装置Ⅰ膜类型选用卷式高压膜，操作压力为3.5Mpa，反渗透膜装置Ⅱ膜类型选用卷式低压膜，操作压力为0.65Mpa；
(7)进入蒸发浓缩器的浓水经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液。
实施例3
一种页岩气压裂返排液处理方法，包括以下步骤：
(1)页岩气压裂返排液加入污水箱进行静置；
(2)页岩气压裂返排液进入混凝沉淀器进行混凝沉淀；加入混凝沉淀器中进行澄清，混凝剂PAC投加量为2000mg/L，助凝剂CPAM1200投加量为130mg/L；
(3)混凝沉淀上清液进入清液罐澄清；混凝沉淀后的上清液进入清液罐进行进一步澄清，停留时间为2h；
(4)澄清液进入过滤装置进行过滤：过滤装置可为陶瓷膜装置，即管式无机陶瓷膜过滤装置，采用膜孔径为200nm、跨膜压差为0.16MPa、循环量与进水量之比为30:1，并对陶瓷膜在其膜通量明显下降70％后用酸碱液进行反冲洗；
(5)过滤液进入电渗析处理装置，循环处理时间为160min；电渗析处理装置操作电压20V、进水流量600L/h.m2、浓水流量500L/h.m2，极水NaCl浓度0.75％，流量200L/h.m2；
(6)电渗析浓水进入反渗透膜装置Ⅰ进行浓缩减量处理，电渗析淡水进入反渗透膜装置Ⅱ进行深度净化处理；反渗透膜装置Ⅰ产生的淡水和电渗析淡水一起进入反渗透膜装置Ⅱ深度净化处理，反渗透膜装置Ⅰ产生的浓水进入蒸发浓缩器；反渗透膜装置Ⅱ中产生的浓水和电渗析浓水一起进入反渗透膜装置Ⅰ浓缩减量处理，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水；
反渗透膜装置Ⅰ膜类型选用卷式高压膜，操作压力为4.0Mpa，反渗透膜装置Ⅱ膜类型选用卷式低压膜，操作压力为0.8Mpa；
(7)进入蒸发浓缩器的浓水经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液。
实施例4
一种页岩气压裂返排液的处理***装置，设有污水箱、预处理装置、电渗析处理装置、反渗透膜组件和蒸发浓缩器，反渗透膜组件设有反渗透膜装置Ⅰ和反渗透膜装置Ⅱ；污水箱与预处理装置连接，预处理装置与电渗析处理装置连接，电渗析浓水室出口与反渗透膜装置Ⅰ连接，电渗析淡水室出口与反渗透膜装置Ⅱ连接，反渗透膜装置Ⅰ与蒸发浓缩器连接。
其中预处理装置设有混凝沉淀器和陶瓷膜，混凝沉淀器进水端与污水箱连接，混凝沉淀器出水端与陶瓷膜进水端连接，陶瓷膜浓水回流端通过管道连接在污水箱上。
污水箱用于储存页岩气压裂返排液，预处理装置用于对页岩气压裂返排液进行混凝沉淀以及过滤预处理，混凝沉淀池用于去除压裂返排液中大颗粒物质以及部分胶体有机物；澄清池用于截留分离悬浮的杂质颗粒，管式无机陶瓷膜过滤装置用于过滤截留压裂返排液中残留的悬浮固体物质。电渗析处理装置用于对页岩气压裂返排液进行同步除COD及盐，反渗透膜装置Ⅰ用于对电渗析浓水进一步进行浓缩减量处理，反渗透膜装置Ⅱ对电渗析淡水进一步进行深度净化处理。反渗透膜装置Ⅱ浓缩电渗析浓水产生的淡水进入反渗透膜装置Ⅰ和电渗析淡水一起进行深度净化处理；反渗透膜装置Ⅰ产生的浓水进入反渗透膜装置Ⅱ和电渗析浓水一起进行浓缩减量处理，同时对电渗析浓水发挥了水质调节作用。
以上设备或装置通过管道连接；经反渗透膜装置Ⅱ对电渗析浓水进一步进行浓缩减量处理之后的浓缩液送至蒸发结晶***进行蒸发结晶。
实施例5
一种页岩气压裂返排液的处理***装置，设有污水箱、预处理装置、电渗析处理装置、反渗透膜组件和蒸发浓缩器，预处理装置设有混凝沉淀器、清液罐和陶瓷膜，混凝沉淀器进水端与污水箱连接，混凝沉淀器出水端与陶瓷膜进水端连接，陶瓷膜浓水回流端通过管道连接在污水箱上，清液罐位于混凝沉淀器和陶瓷膜之间，电渗析处理装置与陶瓷膜出水端连接；
反渗透膜装置设有反渗透膜装置Ⅰ和反渗透膜装置Ⅱ；污水箱与预处理装置连接，预处理装置与电渗析处理装置连接，电渗析浓水室出口与反渗透膜装置Ⅰ连接，电渗析淡水室出口与反渗透膜装置Ⅱ连接，反渗透膜装置Ⅰ与蒸发浓缩器连接。
陶瓷膜为管式无机陶瓷膜过滤装置，以上设备或装置通过管道依次连接；经反渗透膜装置Ⅰ对电渗析浓水进一步进行浓缩减量处理之后的浓缩液送至蒸发结晶***进行蒸发结晶。
本发明中***装置所用设备为常规设备，具体的操作步骤举例如下：
将气井返排出来的15L压裂返排液加入污水箱进行储存，混凝沉淀器中混凝剂PAC投加量为2000mg/L，助凝剂CPAM1200投加量为130mg/L，混凝沉淀后的上清液进入清液罐进行进一步澄清，压裂返排液在清液罐中的停留时间为1h。之后，澄清液进入管式无机陶瓷膜过滤装置，其中陶瓷膜膜孔径为200nm、跨膜压差为0.16MPa、循环量与进水量之比为30:1，并对陶瓷膜在膜通量下降70％后，用酸碱液进行反冲洗。之后，陶瓷膜出水进入电渗析处理装置，电渗析操作电压20V、进水流量600L/h.m2、浓水流量500L/h.m2，极水NaCl浓度0.75％，流量200L/h.m2，循环处理时间为140min。
之后电渗析浓水进入反渗透膜装置Ⅰ进一步进行浓缩减量处理，进水体积为5.43L，压力为3.5Mpa，产生的淡水进入反渗透膜装置Ⅱ和电渗析淡水一起进行深度净化处理，产生的浓水进入蒸发浓缩器；反渗透膜装置Ⅱ对电渗析淡水进一步进行深度净化处理，进水体积为4L，压力为1.5Mpa，产生的浓水进入前面所述的反渗透膜装置Ⅰ和电渗析浓水一起进行浓缩减量处理，同时对电渗析浓水发挥了水质调节作用，反渗透膜装置Ⅱ产生的淡水近零排放。反渗透膜装置Ⅰ进入蒸发***的浓缩液经蒸发浓缩将产生结晶盐和冷凝液，结晶盐可以作为工业盐出售，冷凝液可以作为页岩气压裂返排液的补给水，蒸发温度为65度。
举例的小试装置的各设备出水水质如表1所示。
表1各设备出水水质
从以上可以看出，反渗透401淡水出水水质COD值为61.57mg/L，去除率达81.22％，TDS为490mg/L，去除率为96.43％。浓水浓缩减量效果明显，5.43L电渗析浓水中有1.04L进入蒸发装置，使得进入蒸发装置处理量减量80.85％。
反渗透402淡水出水水质中COD值为11.56mg/L，去除率达83.08％，TDS值为4mg/L，去除率达83.67％。
本发明中方法及处理***具有好的效果：
(1)通过电渗析与两台反渗透处理装置进行耦合协同作用，反渗透膜装置Ⅰ对电渗析浓水进行浓缩减量处理，反渗透膜装置Ⅱ对电渗析淡水进行深度净化处理，使得浓缩效果和最终出水水质都能达到最优；
(2)反渗透膜装置Ⅰ与反渗透膜装置Ⅱ之间通过对料液的合理循环处理，使得对于页岩气压裂返排液水质波动的适应性更强，产生无机垢污染的可能性更小，且最终出水几乎实现近零排放，使膜***充分发挥效用，得到理想的处理效果；
(3)处理***流程简单，可操作性强；
(4)能够有效去除页岩气压裂返排液中悬浮固体、复杂有机物、盐分和其它化学成分，淡水基本可以实现近零排放，浓水可以将废液的盐提取出来，实现资源回收利用；
(5)解决了页岩气压裂返排液处理流程复杂，回用或排放时盐分和有机物以及其它化学成分所造成的环境污染问题，具有良好的经济效益和社会效益。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例而已，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种页岩气压裂返排液处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)页岩气压裂返排液加入污水箱进行静置；
(2)页岩气压裂返排液进入混凝沉淀器进行混凝沉淀；
(3)混凝沉淀上清液进入清液罐澄清；
(4)澄清液进入过滤装置进行过滤；
(5)过滤液进入电渗析处理装置，循环处理时间为120～160min；
(6)电渗析浓水进入反渗透膜装置Ⅰ进行浓缩减量处理，电渗析淡水进入反渗透膜装置Ⅱ进行深度净化处理；反渗透膜装置Ⅰ产生的淡水和电渗析淡水一起进入反渗透膜装置Ⅱ深度净化处理，反渗透膜装置Ⅰ产生的浓水进入蒸发浓缩器；反渗透膜装置Ⅱ中产生的浓水和电渗析浓水一起进入反渗透膜装置Ⅰ浓缩减量处理，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水；
(7)进入蒸发浓缩器的浓水经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液。
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：所述步骤(2)中进入混凝沉淀器进行混凝沉淀，混凝剂包含聚合氯化铝PAC、聚合氯化铁PFC和聚合氯化铝铁PAFC中的一种或一种以上，优选方案中为PAC，投加量为500～2000mg/L，助凝剂包含阳离子聚丙烯酰胺CPAM、非离子型聚丙烯酰胺NPAM和阴离子聚丙烯酰胺APAM中的一种或一种以上，优选方案中为CPAM1200，投加量为40～130mg/L。
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：所述步骤(3)中混凝沉淀后的上清液进入清液罐进行进一步澄清。
4.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：所述步骤(4)中过滤装置为陶瓷膜装置，进一步为管式无机陶瓷膜过滤装置，采用膜孔径为20～2000nm、跨膜压差为0.1～0.2MPa，陶瓷膜过滤装置中有内循环装置，浓水循环量与进水量之比为10:1～60:1，陶瓷膜在其膜通量下降70％后，用酸碱液进行反冲洗；优化方案中陶瓷膜膜孔径为200nm、跨膜压差为0.16MPa、循环量与进水量之比为30:1。
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：所述步骤(5)中电渗析处理装置操作电压为10～30V、进水流量为500～700L/h.m2、极水浓度为0.5％～1.0％，极水为NaCl的水溶液；优化方案中电渗析操作电压20V、进水流量600L/h.m2，极水NaCl浓度0.75％。
6.一种页岩气压裂返排液的处理***装置，其特征在于：所述装置包括设有污水箱、预处理装置、电渗析处理装置、反渗透膜组件和蒸发浓缩器，反渗透膜组件设有反渗透膜装置Ⅰ和反渗透膜装置Ⅱ；污水箱与预处理装置连接，预处理装置与电渗析处理装置连接，电渗析浓水室出口与反渗透膜装置Ⅰ进水口连接，电渗析淡水室出口与反渗透膜装置Ⅱ进水口连接，反渗透膜装置Ⅰ浓水出口与蒸发浓缩器连接，反渗透膜装置Ⅰ淡水出口与反渗透膜装置Ⅱ进水口连接，反渗透膜装置Ⅱ浓水出口与反渗透膜装置Ⅰ进水口连接，反渗透膜装置Ⅱ中产生的淡水为处理工艺的最终出水。
7.根据权利要求6所述的一种页岩气压裂返排液的处理***装置，其特征在于：所述预处理装置设有混凝沉淀器和陶瓷膜过滤装置，混凝沉淀器进水端与污水箱连接，混凝沉淀器出水端与陶瓷膜过滤装置进水端连接，陶瓷膜过滤装置浓水回流端通过管道连接在污水箱上，回流浓水与进水之比为1:3～5。
8.根据权利要求6所述的一种页岩气压裂返排液的处理***装置，其特征在于：所述预处理装置还设有清液罐，清液罐位于混凝沉淀器和陶瓷膜之间。
9.根据权利要求7所述的一种页岩气压裂返排液的处理***装置，其特征在于：所述反渗透膜装置Ⅰ膜类型选用卷式高压膜，操作压力为3.0～4.0Mpa，反渗透膜装置Ⅱ膜类型选用卷式低压膜，操作压力为0.5～0.8Mpa。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112299659A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 刘百仓 一种页岩气废水的回用方法
CN112960815A (zh) * 2021-02-23 2021-06-15 中国石油大学(北京) 一种压裂返排液的回用处理方法及装置
CN115231741A (zh) * 2022-08-27 2022-10-25 西南石油大学 一种页岩气压裂返排液氧化分离同步处理方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130161262A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Donald E. Henley Process for single system electrocoagulation, magnetic, cavitation and flocculation (emc/f) treatment of water and wastewater
WO2014052025A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 General Electric Company A system and method for the treatment of hydraulic fracturing backflow water
CN205099531U (zh) * 2015-10-19 2016-03-23 宜宾华洁环保工程有限责任公司 页岩气压裂返排液处理***
CN205420043U (zh) * 2015-11-27 2016-08-03 杭州上拓环境科技有限公司 一种页岩气压裂返排液的处理***
CN106746126A (zh) * 2017-01-12 2017-05-31 宜宾华洁环保工程有限责任公司 一种页岩气压裂返排液处理***
CN109851162A (zh) * 2019-01-18 2019-06-07 中国石油工程建设有限公司 一种油气田含盐废水达标处理工艺
CN208949042U (zh) * 2018-08-16 2019-06-07 成都科达环保产业技术研究院有限公司 一种页岩气废水处理***用固液分离装置
US10358367B1 (en) * 2009-09-25 2019-07-23 Tom Lewis, III Method and apparatus for treating shale gas waste water

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10358367B1 (en) * 2009-09-25 2019-07-23 Tom Lewis, III Method and apparatus for treating shale gas waste water
US20130161262A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Donald E. Henley Process for single system electrocoagulation, magnetic, cavitation and flocculation (emc/f) treatment of water and wastewater
WO2014052025A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 General Electric Company A system and method for the treatment of hydraulic fracturing backflow water
CN205099531U (zh) * 2015-10-19 2016-03-23 宜宾华洁环保工程有限责任公司 页岩气压裂返排液处理***
CN205420043U (zh) * 2015-11-27 2016-08-03 杭州上拓环境科技有限公司 一种页岩气压裂返排液的处理***
CN106746126A (zh) * 2017-01-12 2017-05-31 宜宾华洁环保工程有限责任公司 一种页岩气压裂返排液处理***
CN208949042U (zh) * 2018-08-16 2019-06-07 成都科达环保产业技术研究院有限公司 一种页岩气废水处理***用固液分离装置
CN109851162A (zh) * 2019-01-18 2019-06-07 中国石油工程建设有限公司 一种油气田含盐废水达标处理工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王兵等: "压裂返排液回用处理技术研究及应用", 《江汉石油职工大学学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112299659A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 刘百仓 一种页岩气废水的回用方法
CN112960815A (zh) * 2021-02-23 2021-06-15 中国石油大学(北京) 一种压裂返排液的回用处理方法及装置
CN115231741A (zh) * 2022-08-27 2022-10-25 西南石油大学 一种页岩气压裂返排液氧化分离同步处理方法
CN115231741B (zh) * 2022-08-27 2023-11-28 西南石油大学 一种页岩气压裂返排液氧化分离同步处理方法

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