CN112897787A - 一种页岩气压裂返排水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩气压裂返排水的处理方法，该方法包括如下步骤，步骤一：将页岩气压裂返排水进行的pH值调节；步骤二：调节pH值后的压裂返排水加入混凝剂，搅拌后静置沉淀，进行固液分离；步骤三：将步骤二固液分离得到的清液加热，调节pH值，加入化学沉淀剂，搅拌反应后进行固液分离；步骤四：将步骤三固液分离得到清液的pH值调整，加入氧化剂反应；步骤五：将步骤四处理后所得物料进行低温多效蒸发处理，得到冷凝水和浓缩液；母液循环再处理。本发明对页岩气压裂返排水依次进行混凝沉淀、化学沉淀、氧化和四效蒸发处理，处理后压裂返排水中常规指标能达到污水综合排放标准的一级标准。
Description
技术领域
本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种页岩气压裂返排水处理方法。
背景技术
页岩气压裂返排水为压裂液注入地层后，在测试放喷阶段和采气阶段产生的废水，产水周期长、水量大，返排水含有多种地层矿物离子、残余添加剂、悬浮物，且具有毒性大、可生化性差和难处理的特点。
当前，压裂返排水通过处理后会用于配制压裂液，但随着气田开发接近尾声，压裂的井变少，投入生产的井增多，这些返排水将会用不完，其出路问题是页岩气行业发展和水污染治理所面临的重要瓶颈问题。如何对其进行无害化处理，降低污染物在环境中的排放，是一道环保技术难题。随着国家高度重视生态文明建设和环境保护工作，达标排放是目前企业实现社会效益和环境效益的最终选择。压裂返排水属于典型的高盐、中高有机浓度废水。开展页岩气压裂返排水关键技术研究开发与应用，从单元技术、技术集成到应用示范形成多层级贯通式研究，实现全过程技术集成优化，建立页岩气压裂返排水达标排放全过程解决方案，具有现实的环保效益、社会效益与经济效益。
发明内容
本发明的目的就是提供能有效去除页岩气压裂返排水中的污染物的页岩气压裂返排水处理方法。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种页岩气压裂返排水处理方法，包括以下步骤：
步骤一：将废水池内的压裂返排水通过管道引入混凝沉淀池，调节废水池内的压裂返排水的pH至6～8，得到物料W1；
步骤二：向所述步骤一得到W1中加入一定量的混凝剂，搅拌一定时间后静置，然后进行固液分离，得到去除部分化学需氧量和悬浮物的废水W2；将废水W2经管道泵入化学沉淀池；
步骤三：将化学沉淀池内的废水W2的pH调节至8～10，并将温度加热至70～90℃，加入复合化学沉淀剂，搅拌反应20～40min后，利用板框式压滤机进行固液分离，得到去除Ba2+和Ca2+、Mg2+的废水W3；将废水W3经管道泵入氧化池；
步骤四：将氧化池内的废水W3的pH值调节至7～9，加入氧化剂，反应10～30min，得到去除部分化学需氧量和氨氮的废水W4；将废水W4调节至中性，并将温度加热到80℃，通过管道引入蒸发器内；步骤五：在四效蒸发器内对废水W4进行低温多效蒸发出来，得到冷凝水和浓缩液。
其中，所述步骤二中加入的混凝剂的量为0.8～1.2kg/m3；所述混凝剂为硫酸铝、硫酸亚铁、氯化铁或聚合氯化铝。
其中，所述步骤三中的复合化学沉淀剂为硫酸钠、碳酸钠或碳酸钾。
其中，所述步骤三中符合复合化学沉淀剂为硫酸钠和碳酸钠，其用量为n(Ba2+)：n(SO42-)＝1：1～1：1.5，n(Ca2++Mg2+)：n(CO32-)＝1：1～1：1.5。
其中，所述步骤四中所述氧化剂的用量为2.1～3kg/m3，所述氧化剂为次氯酸钠。
在本发明中，步骤五中的四效蒸发器为强制中央循环四效顺流式蒸发器，其运行条件为：一效到四效的加热器温度分别为95～105℃、85～95℃、75～85℃、65～75℃；一效到四效的加热器绝压分别为95～105kPa、65～75kPa、42～52kPa、25～36kPa；一效到四效分离器温度分别为85～95℃、75～85℃、65～75℃、55～65℃；一效到四效的分离器绝压分别为65～75kPa、42～52kPa、25～35kPa、10～20kPa。
进一步，将所述步骤五中的得到的浓缩液进行脱水和干燥、得到结晶盐和母液，所述母液回原水池进行再处理，所述结晶盐进行资源化再利用。
进一步，所述步骤五中所得的冷凝水作为锅炉所需水源。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
1、本发明采用混凝沉淀法预处理页岩气压裂返排水，降低了压裂返排水中的化学需氧量、固相悬浮物、胶体有机物、油类及重金属等；
2、本发明工艺流程简单，四效蒸发处理对预处理水质的包容性强，不需要繁琐的预处理，处理后的母液回到废水暂存池循环再处理，不需要单独的处理单元；
3、本发明在蒸发前降低页岩气压裂返排水中的钡、钙和镁等金属离子，将蒸发进水水质硬度控制在200mg/L以下，提高了多效蒸发阶段工业盐结晶盐的纯度，防止蒸发器内部结垢，降低蒸发器的腐蚀；
4、本发明中采用次氯酸钠作为氧化剂，不仅能降低页岩气压裂返排水中氨氮的含量，还能降低废水中的化学需氧量，提高了多效蒸发阶段工业盐结晶盐的纯度；
5、本发明中用蒸发后冷凝水用作蒸发锅炉用水，节约用水成本；
6、本发明对页岩气压裂返排水依次进行混凝沉淀、化学沉淀、除氨氮和四效蒸发处理，处理后页岩气压裂返排水常规指标如化学需氧量和氨氮等能达到污水综合排放标准的一级标准，氯化物含量低于350mg/L，满足农田灌溉水质标准。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1：如图1所示，一种页岩气压裂返排水处理方法，包括以下步骤：
步骤一：将废水池内的压裂返排水通过管道引入混凝沉淀池，调节废水池内的压裂返排水的pH至6；
步骤二：向所述步骤一得到的废水中加入的混凝剂的量为0.8kg/m3；所述混凝剂为硫酸铝、硫酸亚铁、氯化铁或聚合氯化铝；搅拌一定时间后静置，然后进行固液分离，将沉淀后的上清液泵入化学沉淀罐，下层絮凝物经板框式压滤机压滤，滤液进入化学沉淀池，固相袋装堆存进行资源化处理。
步骤三：将步骤二中得到的清液导入加热罐中进行加热20min，使温度上升至70℃；再向加热罐中加入硫酸钠和碳酸钠并反应20min，硫酸钠和碳酸钠的加量分别为n(Ba2+)：n(SO42-)＝1：1，n(Ca2++Mg2+)：n(CO32-)＝1：1，反应完成后，利用板框式压滤机进行固液分离，得到清液和块状固体，清液进入蒸发储水罐，块状固体进行资源化利用；
步骤四：将步骤三得到的清液的pH值调节至7并加入氧化剂反应10min，氧化剂的加量为2.1kg/m3；反应完成后，将罐中的物料加热至80℃；
步骤五：将步骤四中所得物料导入四效蒸发器进行多效蒸发处理，四效蒸发器为强制中央循环四效顺流式蒸发器，温度和压力均采用PLC控制，自动进料，物料从一效处理进入，再依次进入二效处理、三效处理，四效处理出料；采用天然气作为一效处理的热传输介质，二效处理、三效处理、及四效处理分别采用一效处理、二效处理及三效处理产生的蒸汽作为热源；一效到四效的加热器温度分别为95～105℃、85～95℃、75～85℃、65～75℃；一效到四效的加热器绝压分别为95～105kPa、65～75kPa、42～52kPa、25～36kPa；一效到四效分离器温度分别为85～95℃、75～85℃、65～75℃、55～65℃；一效到四效的分离器绝压分别为65～75kPa、42～52kPa、25～35kPa、10～20kPa。在上述条件下对物料进行蒸发浓缩，蒸汽通过冷凝器进行冷却形成冷凝水，四效出的浓缩液通过离心分离、干燥形成结晶盐，分离出的母液回返排水暂存池再次处理。
在本发明中，所述步骤五中所得的冷凝水作为锅炉所需水源。
实施例二
本实施例的页岩气采出水处理方法，步骤如下：
步骤一：在pH调节池中将页岩气采出水的pH调节至7，得到调整pH值后的物料；
步骤二：将调节pH后的压裂返排水泵入混凝沉淀池中，加入1.0kg/m3的混凝剂，慢速搅拌后静置沉淀，将沉淀后的上清液泵入化学沉淀罐，下层絮凝物经板框式压滤机压滤，滤液进入化学沉淀池，固相袋装堆存进行资源化处理；
步骤三：将步骤二中得到的清液导入加热罐中进行加热20min，使温度上升至80℃；再向加热罐中加入硫酸钠和碳酸钠并反应30min，硫酸钠和碳酸钠的加量分别为n(Ba2+)：n(SO42-)＝1：1.25，n(Ca2++Mg2+)：n(CO32-)＝1：1.25，反应完成后，利用板框式压滤机进行固液分离，得到清液和块状固体，清液进入蒸发储水罐，块状固体进行资源化利用；
步骤四：将步骤三得到的清液的pH值调节至8并加入氧化剂反应20min，氧化剂的加量为2.5kg/m3；反应完成后，将罐中的物料加热至80℃；
步骤五：将步骤四中所得物料导入四效蒸发器进行多效蒸发处理，四效蒸发器为强制中央循环四效顺流式蒸发器，温度和压力均采用PLC控制，自动进料，物料从一效处理进入，再依次进入二效处理、三效处理，四效处理出料；采用天然气作为一效处理的热传输介质，二效处理、三效处理、及四效处理分别采用一效处理、二效处理及三效处理产生的蒸汽作为热源；一效到四效的加热器温度分别为95～105℃、85～95℃、75～85℃、65～75℃；一效到四效的加热器绝压分别为95～105kPa、65～75kPa、42～52kPa、25～36kPa；一效到四效分离器温度分别为85～95℃、75～85℃、65～75℃、55～65℃；一效到四效的分离器绝压分别为65～75kPa、42～52kPa、25～35kPa、10～20kPa。在上述条件下对物料进行蒸发浓缩，蒸汽通过冷凝器进行冷却形成冷凝水，四效出的浓缩液通过离心分离、干燥形成结晶盐，分离出的母液回返排水暂存池再次处理。
实施例3：一种页岩气压裂返排水处理方法，包括以下步骤：
步骤一：在pH调节池中将页岩气采出水的pH调节至8，得到调整pH值后的物料；
步骤二：将调节pH后的压裂返排水泵入混凝沉淀池中，加入1.2kg/m3的混凝剂，慢速搅拌后静置沉淀，将沉淀后的上清液泵入化学沉淀罐，下层絮凝物经板框式压滤机压滤，滤液进入化学沉淀池，固相袋装堆存进行资源化处理；
步骤三：将步骤二中得到的清液导入加热罐中进行加热20min，使温度上升至90℃；再向加热罐中加入硫酸钠和碳酸钠并反应30min，硫酸钠和碳酸钠的加量分别为n(Ba2+)：n(SO42-)＝1：1.5，n(Ca2++Mg2+)：n(CO32-)＝1：1.5，反应完成后，利用板框式压滤机进行固液分离，得到清液和块状固体，清液进入蒸发储水罐，块状固体进行资源化利用；
步骤四：将步骤三得到的清液的pH值调节至9并加入氧化剂反应40min，氧化剂的加量为3kg/m3；反应完成后，将罐中的物料加热至80℃。
步骤五：将步骤四中所得物料导入四效蒸发器进行多效蒸发处理，四效蒸发器为强制中央循环四效顺流式蒸发器，温度和压力均采用PLC控制，自动进料，物料从一效处理进入，再依次进入二效处理、三效处理，四效处理出料；采用天然气作为一效处理的热传输介质，二效处理、三效处理、及四效处理分别采用一效处理、二效处理及三效处理产生的蒸汽作为热源；一效到四效的加热器温度分别为95～105℃、85～95℃、75～85℃、65～75℃；一效到四效的加热器绝压分别为95～105kPa、65～75kPa、42～52kPa、25～36kPa；一效到四效分离器温度分别为85～95℃、75～85℃、65～75℃、55～65℃；一效到四效的分离器绝压分别为65～75kPa、42～52kPa、25～35kPa、10～20kPa。在上述条件下对物料进行蒸发浓缩，蒸汽通过冷凝器进行冷却形成冷凝水，四效出的浓缩液通过离心分离、干燥形成结晶盐，分离出的母液回返排水暂存池再次处理。
实施例一、实施例二和实施例三分别对同一批页岩气压裂返排水进行处理，经处理后的废水中各种污染物含量见表1所示：
表1
根据《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准及《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)，处理后水应满足pH值：6.0-9.0、COD≤100mg/L、硬度≤200mg/L(蒸发器需要)、氯化物≤350mg/L、石油类≤5mg/L、氨氮≤15mg/L。
由表1可知，通过实施例1、实施例2和实施例3对页岩气压裂返排水进行处理后，处理后的水质满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准及《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)，且处理后水中的指标远小于《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准及《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)中的指标；通过相互比较，实施例2处理页岩气压裂返排水的效果较好。
因此，本发明工艺流程简单，四效蒸发处理对预处理水质的包容性强，不需要繁琐的预处理，处理后的母液回到废水暂存池循环再处理，不需要单独的处理单元；本发明采用混凝沉淀法预处理页岩气压裂返排水，降低了压裂返排水中的化学需氧量、固相悬浮物、胶体有机物、油类及重金属等；本发明在蒸发前降低页岩气压裂返排水中的钡、钙和镁等金属离子，将蒸发进水水质硬度控制在200mg/L以下，提高了多效蒸发阶段工业盐结晶盐的纯度，防止蒸发器内部结垢，降低蒸发器的腐蚀；本发明中采用次氯酸钠作为氧化剂，不仅能降低页岩气压裂返排水中氨氮的含量，还能降低废水中的COD，提高了多效蒸发阶段工业盐结晶盐的纯度；本发明中用蒸发后冷凝水用作蒸发锅炉用水，节约了用水成本；本发明对页岩气压裂返排水依次进行混凝沉淀、化学沉淀、除氨氮和四效蒸发处理，处理后页岩气压裂返排水常规指标如学需氧量和氨氮等能达到污水综合排放标准的一级标准，氯化物含量低于350mg/L，满足农田灌溉水质标准。
Claims (8)
1.一种页岩气压裂返排水处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将废水池内的压裂返排水通过管道引入混凝沉淀池，调节废水池内的压裂返排水的pH至6～8，得到物料W1；
步骤二：向所述步骤一得到W1中加入一定量的混凝剂，搅拌一定时间后静置，然后进行固液分离，得到去除部分化学需氧量和悬浮物的废水W2；将废水W2经管道泵入化学沉淀池；
步骤三：将化学沉淀池内的废水W2的pH调节至8～10，并将温度加热至70～90℃，加入复合化学沉淀剂，搅拌反应20～40min后，利用板框式压滤机进行固液分离，得到去除Ba2+和Ca2+、Mg2+的废水W3；将废水W3经管道泵入氧化池；
步骤四：将氧化池内的废水W3的pH值调节至7～9，加入氧化剂，反应10～30min，得到去除部分化学需氧量和氨氮的废水W4；将废水W4调节至中性，并将温度加热到80℃，通过管道引入蒸发器内；
步骤五：在四效蒸发器内对废水W4进行低温多效蒸发出来，得到冷凝水和浓缩液。
2.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排水处理方法，其特征在于：所述步骤二中加入的混凝剂的量为0.8～1.2kg/m3；所述混凝剂为硫酸铝、硫酸亚铁、氯化铁或聚合氯化铝。
3.根据权利要求1或2所述的一种页岩气压裂返排水处理方法，其特征在于：所述步骤三中的复合化学沉淀剂为硫酸钠、碳酸钠或碳酸钾。
4.根据权利要求3所述的一种页岩气压裂返排水处理方法，其特征在于：所述步骤三中符合复合化学沉淀剂为硫酸钠和碳酸钠，其用量为n（Ba2+）：n（SO42-）=1：1～1：1.5，n（Ca2++Mg2+）：n（CO32-）=1：1～1：1.5。
5.根据权利要求4所述页岩气压裂返排水处理方法，其特征在于：所述步骤四中所述氧化剂的用量为2.1～3kg/ m3，所述氧化剂为次氯酸钠。
6.根据权利要求5中所述的页岩气压裂返排水处理方法，其特征在于：步骤五中所述四效蒸发器为强制中央循环四效顺流式蒸发器，其运行条件为：一效到四效的加热器温度分别为95～105℃、85～95℃、75～85℃、65～75℃；一效到四效的加热器绝压分别为95～105kPa、65～75kPa、42～52kPa、25～36kPa；一效到四效分离器温度分别为85～95℃、75～85℃、65～75℃、55～65℃；一效到四效的分离器绝压分别为65～75kPa、42～52kPa、25～35kPa、10～20kPa。
7.根据权利要求6所述的页岩气压裂返排水处理方法，其特征在于：将所述步骤五中的得到的浓缩液进行脱水和干燥、得到结晶盐和母液，所述母液回原水池进行再处理，所述结晶盐进行资源化再利用。
8.根据权利要求7所述的页岩气压裂返排水处理方法，其特征在于：所述步骤五中所得的冷凝水作为锅炉所需水源。
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