CN114751540A - 一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，包括气浮装置、高效沉淀池、硅铝酸盐砂过滤器、STRO高压装置、二级反渗透装置、膜***配套清洗装置、过滤器配套清洗装置。经过除悬浮物、软化、除油等预处理后的页岩气返排液进入本***中的铝酸盐砂过滤器，其产水进入STRO高压装置；高压装置产水进入二级反渗透装置，高压装置浓水进行收集后统一减量处理；二级反渗透装置产水水质达到外派标准，浓水回流至STRO装置前端。本发明通过对深度处理***原液波动浓度进行监测、调节设计，流程简单既保证了返排液处理效果，降低了返排液处理***的运行成本，并且采用集装箱式成套设备，安装便捷，场地适应能力强。

Description

一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***
技术领域
本发明涉及一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，属于环保水处理技术领域。
背景技术
页岩气是一种非常规天然气，主要成分为甲烷，是一种新型的、清洁的能源。随着常规油气田的开发进程的不断深入，全球油气的可采储量逐年下降，页岩气成为重要的能源接替源之一。页岩气开发及增产过程中，常使用水力压裂措施对含页岩气的储层进行改造，压裂作业结束后压裂液返排至地面，形成压裂返排液。页岩气压裂返排液中含大量的有机物、溶解性盐类和各种添加剂等复杂成分，并携带有大量污泥、悬浮物和油等污染物。随着压裂过程的进行，压裂返排液的水质也会产生较大波动。若此类污水未通过有效处理便直接回注或外排，会造成水资源严重浪费，同时对页岩气井的周围环境带来危害，对周边浅层地下水和地表水系造成污染，进而影响人类健康。
目前压裂返排液常规处理工艺为预处理除油、悬浮物及硬度软化后进入膜***进行废水的减量化处理常，并且采取单个矿点各自收集后由车运至指点地点集中处理。针对行业该情况，常出现的问题有，当压裂返排液原液水质出现较大波动时，往往深度处理的膜***常产生污堵，造成高压泵***压力急剧升高、产水水质恶化，严重时直接缩短了膜的使用寿命。此外废水运输成本代价高，运输沿途会产生遗撒，污染环境。
本发明旨在通过内部***的智能化调节，缓冲了原液水质恶化的工况，有效的保证了产水水质及膜元件的保护，降低运行及维护成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***。保证了页岩气返排液处理效果，降低了返排液处理***的运行成本，并且采用集装箱式成套设备，安装便捷，场地适应能力强。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，包括气浮装置、高效沉淀池、硅铝酸盐砂过滤器、STRO高压装置、二级反渗透装置、膜***配套清洗装置、过滤器配套清洗装置。页岩气返排液经除油、除悬浮物及硬度后经过本***硅铝酸盐砂过滤器、STRO高压装置、二级反渗透装置及相关膜***配套清洗装置、过滤器配套清洗装置，并通过对深度处理***原液波动浓度进行监测、调节设计最终实现返排液的减量及产水达标排放，并且采用集装箱式成套设备，安装便捷，场地适应能力强。
进一步的，所述气浮装置能够去除油、除悬浮物，并且水力负荷高，池体紧凑。
进一步的，所述高效沉淀池集混凝、絮凝、澄清、泥渣浓缩于一体，不用管渠连接，采用直通的方式紧密衔接，占地面积小，水头损失小，***效率高。
进一步的，所述硅铝酸盐砂过滤器通过装填硅铝酸盐砂来静电吸附重金属和有机分子能力，并且具备自我净化功能。
进一步的，所述STRO高压装置包括STRO给水泵、STRO保安过滤器、STRO高压泵、STRO装置；过滤器产水进入STRO装置前应加酸进行pH调节，及阻垢剂投加防止硬度结垢。此外为防止膜被氧化应投加还原剂，为防止膜的有机及微生物污染应投加非氧化药剂；STRO装置回收率可达到80％。
进一步的，所述二级反渗透装置包括二级反渗透给水泵、二级反渗透保安过滤器、二级反渗透高压泵、二级反渗透装置，通过调整废水的ph值出去水中溶解的CO2，提高产水水质达到外排水质要求；二级反渗透回收率可达到85％。
进一步的，所述深度处理***原液波动浓度进行监测、调节设计是指通过在STRO高压装置、二级反渗透装置进水端及产水端分别设置水质监测仪表；当页岩气返排液原液水质出现较为严重的恶化时，***可及时收集数据、分析数据并通过相关程控步序采取措施，有效地防止最终外排水质恶化并有效地降低了膜的污堵受损风险，延长膜的使用寿命。
进一步的，所述的程控步序指通过分析页岩气返排液水质恶化程度而采取回流部分STRO装置产水至STRO给水泵前端，平抑水质的波动。当水质更为恶化时可采用回流二级反渗透产水至STRO给水泵前端。***的回流水量及相关回流管道、阀门、仪表设计需经过大量前期预演计算并结合工程经验确定；
进一步的，所述集装箱式成套设备指通过对装置外形的合理设计、排布、管道设计，最终实现集装箱式集成化设备。针对部分页岩气返排液施工现场占地紧张，本***装置的灵活度更高，安装迅速。其中气浮装置、高效沉淀池设计水力负荷高，装置内部各单元通过合理设计，在保证处理效果的情况下，极大的降低占地空间。设备采用成套钢制设备，方便就位及安装。
本高浓度废水深度处理***的技术效果如下：
(1)本深度处理***通过配置气浮、高效沉淀池、硅铝酸盐砂过滤器、STRO高压装置、二级反渗透装置及相关膜***配套清洗装置、过滤器配套清洗装置，可有效的保证页岩气返排液的减量及产水达标排放。
(2)通过对深度处理***原液波动浓度进行监测，***可及时收集数据、分析数据并通过相关程控步序采取措施，有效地防止最终外排水质恶化并有效地降低了膜的污堵受损风险，延长膜的使用寿命。
(3)通过设计集装箱式成套设备，可实现单个矿点配置设备，就地处理废水，无需远途运输废水，造成污染。此外集装箱式成套设备具备占地小、施工周期短，安装便捷等明显优势。
附图说明
图1是本发明公开的一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***工艺流程图；
图2是本发明公开的一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***布置图，(a)为主视图，(b)为俯视图，(c)为左视图。
具体实施方式
本发明中页岩气返排液经气浮、高效沉淀池处理后后经过本***硅铝酸盐砂过滤器、STRO高压装置、二级反渗透装置及相关膜***配套清洗装置、过滤器配套清洗装置，并通过对深度处理***原液波动浓度进行监测、调节设计最终实现返排液的减量及产水达标排放。
气浮装置采用溶气式气浮，对全部或部分待处理(或处理后)的水进行加压并加气，增加水的空气溶解量，在常压情况下释放，空气析出形成小气泡，粘附在杂质絮粒上，造成絮粒整体密度小于水而上升，从而使固液分离。
高效沉淀池由凝聚区、强化絮凝区、沉淀区组成，其中沉淀区又分为污泥浓缩区和斜管澄清区。高效沉淀池集絮凝反应、沉淀、浓缩功能于一体，配套污泥内循环***。
硅铝酸盐砂过滤器过滤流速可达50m/h，设备运行过程中，自动完成填料清洗与污染物分离排放，整个过程耗水只有同类设备的1/5；采用二级过滤形式保证出水水质。
STRO高压装置包括STRO给水泵、STRO保安过滤器、STRO高压泵、STRO装置；过滤器产水进入STRO装置前应加酸进行pH调节，及阻垢剂投加防止硬度结垢。通常pH调整至7左右，阻垢剂投加量约为3-5mg/l。此外为防止膜被氧化应投加还原剂，投加量约为3-5mg/l。为防止膜的有机及微生物污染应投加非氧化药剂，非氧化药剂采用冲击式投加，投加量约为50-100mg/l；高压泵扬程达到11MPa左右，STRO装置回收率可达到80％。
二级反渗透装置包括二级反渗透给水泵、二级反渗透保安过滤器、二级反渗透高压泵、二级反渗透装置，通过调整废水的ph值出水水中溶解的CO2，提高产水水质达到外排水质要求；通常pH调整至8.3左右，高压泵扬程达到2MPa左右，二级反渗透回收率可达到85％。
深度处理***原液波动浓度进行监测、调节设计是指通过在STRO高压装置、二级反渗透装置进水端及产水端分别设置水质监测仪表；当页岩气返排液原液水质出现较为严重的恶化时(原液总含盐量超过20000mg/L时)，***可及时收集数据、分析数据并通过相关程控步序采取措施，有效地防止最终外排水质恶化并有效地降低了膜的污堵受损风险，延长膜的使用寿命。
程控步序指通过分析页岩气返排液水质恶化程度(原液总含盐量为20000-30000mg/L时)，采取回流30％-50％STRO装置产水至STRO给水泵前端，平抑水质的波动。当水质更为恶化时(原液总含盐量为30000-40000mg/L时)可采用回流二级反渗透产水至STRO给水泵前端。
通过对膜***滑架及非标罐体外形的设计，保证***可采用集装箱形式供货；其中STRO保安过滤器、STRO高压泵、STRO装置通过合理设计，安装在同一滑架上形成成套装置后装入集装箱，并在集装箱内布置其他配套设施。
实例公开一种高浓度废水深度处理方法，包括如下技术方案：
页岩气返排液进入①气浮装置，单台气浮装置处理量为12～15m3/h，气浮装置为钢制成套供货设备，尺寸约为6.0m×2.5m。
气浮装置产水通过高位差自流至②高效沉淀池进水区，经絮凝、混凝、加氢氧化钙和碳酸钠除硬后产水通过③中间水箱收集后用水泵送至④硅铝酸盐砂过滤器。高效沉淀池装置为钢制成套供货设备，占地尺寸约为3.6m×5.6m；其絮凝沉淀的污泥通过污泥泵送入集装箱内的
Figure BDA0003416349360000051
污泥脱水机进行减量脱水处理，压滤液回流至前端，污泥送至
Figure BDA0003416349360000052
污泥储罐进行储存外运。
废水进入④硅铝酸盐砂过滤器，过滤器直径为1200mm，放置于集装箱内。过滤器过滤流速可达50m/h，设备运行过程中，采用二级过滤形式保证出水水质。本项目共设置两台过滤器，单台处理水量10m3/h。过滤器采用产水进行反冲洗，配套反洗水泵，一用一备。通过过滤器去除部分重金属及有机物质。过滤器产水进入⑤过滤器产水箱后由泵送至集装箱内的⑧STRO装置。STRO装置进水应加酸将pH调整至7左右，投加3-5mg/l阻垢剂、还原剂及50-100mg/l非氧化药剂。过滤器产水进入STRO给水泵，水泵出水压力为0.3MPa，进入⑥STRO保安过滤器、⑦STRO高压泵，高压泵扬程达到11MPa左右，高压泵出水进入⑧STRO装置；STRO装置回收率可达到80％，产水量8.3m3/h，含盐量750mg/l左右。STRO滑架通过模块管道合理布置，滑架内部空间紧凑合理，滑架占地约2.1m×6.9m。
STRO产水送至⑨STRO产水箱经pH调整至8.3左右后由二级反渗透给水泵加压送至⑩二级反渗透保安过滤器、
Figure BDA0003416349360000053
二级反渗透高压泵，高压泵扬程达到2MPa左右，高压泵出水送至
Figure BDA0003416349360000054
二级反渗透装置，二级反渗透回收率可达到85％，产水量约为7m3/h，含盐量50mg/l左右，满足当地废水外排标准。二级反渗透产水送至
Figure BDA0003416349360000055
反渗透产水箱中储存。预处理***加药装置、膜***的加药装置、膜***的配套清洗装置，装置都采用成套滑架形式，在现场集装箱内拼接完成。
针对本发明的实施方案，作为本领域的技术人员，除另有明确的限制和规定，应当将上述实施方案看作是描述、解释与指导本发明所涉及的处理工艺，并不具备限制意义，更不局限于上述提及的实施方案。对于本领域的技术人员而言，在不违背本发明权利要求所保护的范围情况下，根据具体项目，对本实施方案做出简单变形和改变均属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，其特征在于，包括气浮装置、高效沉淀池、硅铝酸盐砂过滤器、STRO高压装置、二级反渗透装置、膜***配套清洗装置、过滤器配套清洗装置。
2.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，其特征在于，所述气浮装置用于去除油、除悬浮物及硬度。
3.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，其特征在于，所述高效沉淀池集混凝、絮凝、澄清、泥渣浓缩于一体，不用管渠连接，采用直通的方式紧密衔接。
4.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，其特征在于，所述硅铝酸盐砂过滤器通过装填硅铝酸盐砂来静电吸附重金属和有机分子能力，并且具备自我净化功能。
5.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，其特征在于，所述STRO高压装置包括STRO给水泵、STRO保安过滤器、STRO高压泵、STRO装置；过滤器产水进入STRO装置前应加酸进行pH调节，及阻垢剂投加防止硬度结垢；此外为防止膜被氧化应投加还原剂，为防止膜的有机及微生物污染应投加非氧化药剂；STRO装置回收率可达到80％。
6.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，其特征在于，所述二级反渗透装置包括二级反渗透给水泵、二级反渗透保安过滤器、二级反渗透高压泵、二级反渗透装置，通过调整废水的ph值出去水中溶解的CO2，提高产水水质达到外排水质要求。
7.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，其特征在于，所述STRO高压装置、二级反渗透装置进水端及产水端分别设置水质监测仪表。
8.根据权利要求5所述的一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，其特征在于，通过分析页岩气返排液水质恶化程度而采取回流部分STRO装置产水至STRO给水泵前端，平抑水质的波动；当水质更为恶化时可采用回流二级反渗透产水至STRO给水泵前端。
9.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液废水减量集成化处理***，其特征在于，所述***采用集装箱式成套设备。
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