CN205099531U - 页岩气压裂返排液处理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种页岩气压裂返排液处理***，属于污水处理领域，包括一级处理装置、二级处理装置和三级处理装置，通过多级装置来处理页岩气压裂返排液，不仅可以去除废水中的可溶性有机物、油脂以及重金属、悬浮物质，而且还可以去除氯化物，使处理后的废水达到排放标准。整套装置一体化撬装，集成在同一框架内，便于吊运和现场安装。

Description

页岩气压裂返排液处理***

技术领域

本实用新型涉及污水处理领域，具体而言，涉及页岩气压裂返排液处理***。

背景技术

页岩气作为一种重要的非常规油气资源正逐步被国内各油气田所重视。近年来，我国加大了页岩气的勘探开发力度，在四川、重庆已有部分页岩气井投入商业开发。

页岩气开发需要采用大规模水力压裂来实现储层缝网改造，从而获得工业气流。

压裂施工后的返排液是一种复杂多相分散体系，其具有较高的矿化度(TDS)、氯化物、悬浮物和各类金属离子且硬度较高，因此处理该类废水比较困难。

发明人在研究中发现，现有技术中，处理该类废水的技术方案主要采用臭氧氧化和絮凝沉淀的方式。臭氧氧化和絮凝沉淀页岩气压裂返排液处理工艺，仅对返排液中的部分可溶性有机物、油脂以及重金属、悬浮物质等进行去除，而对废水中的盐分(氯化物)的去除效果不佳，而废水中高浓度氯化物的排放对周边环境和农作物将造成严重的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种页岩气压裂返排液处理***，以提高对页岩气压裂返排液的处理效果。

本实用新型是这样实现的：

一种页岩气压裂返排液处理***，包括一级处理装置、二级处理装置和三级处理装置；

所述一级处理装置包括第一调节池、第二调节池和絮凝沉淀池，所述第一调节池设置有进水口，所述第一调节池用于降低废水中的碳酸盐硬度和金属离子的浓度，所述第二调节池用于调节废水中的PH值，所述第一调节池和所述第二调节池分别与所述絮凝沉淀池连通；

所述二级处理装置包括碳滤罐和反渗透***，所述第二调节池与所述碳滤罐连通，所述碳滤罐用于过滤废水，所述反渗透***包括第一反渗透装置和排水管，所述第一反渗透装置包括一级浓水腔和一级淡水腔，所述一级浓水腔和所述一级淡水腔通过反渗透膜隔开，所述碳滤灌与所述一级浓水腔连通，所述一级淡水腔与所述排水管连通；

所述三级处理装置包括浓水池，所述浓水池与所述第一浓水腔连通。

废水，即页岩气压裂返排液。针对页岩气压裂返排液中蕴含的悬浮物、可溶性盐、有机物及少量油等杂质，通过向一级处理装置中的第一调节池内添加化学药剂，可以降低废水中的碳酸盐硬度；向絮凝沉淀池中添加絮凝剂和助凝剂来去除废水中的悬浮物质和金属离子；向第二调节池内添加化学药剂调节废水的PH度；通过碳滤罐能够减少前级过滤中无法去除的小分子有机物等污染性物质，对水中异味、胶体及色素、重金属离子等有较明显的吸附去除作用；反渗透***中，废水进入第一反渗透装置的一级浓水腔，部分水通过第一反渗透膜进入到一级淡水腔并排出，浓水腔中的废水流入浓水池中收集或进一步处理。通过本***，可以有效地降低页岩气压裂返排液中的污染物，使大部分液体能够达到排放的要求。

进一步地，所述反渗透***还包括第二反渗透装置，所述第二反渗透装置包括二级浓水腔和二级淡水腔，所述二级浓水腔和所述二级淡水腔通过反渗透膜隔开，所述一级浓水腔与所述二级浓水腔连通，所述二级淡水腔与所述排水管连通，所述二级浓水腔与所述浓水池连通。

废水进入第二反渗透装置的二级浓水腔，部分水通过第二反渗透膜进入到二级淡水腔并排出，浓水腔中的废水流入浓水池中收集或进一步处理。将第一反渗透装置处理过的废水再次进行处理，使得剩下的废水总量更少，便于浓水池收集。

进一步地，述反渗透***还包括碟管式反渗透膜组件，所述碟管式反渗透膜组件包括三级浓水腔和三级淡水腔，所述二级浓水腔与所述浓水池通过所述三级浓水腔连通，所述三级淡水腔与所述排水管连通。

废水进入碟管式反渗透膜组件的三级浓水腔，部分水通过碟管式反渗透膜组件的过滤进入到三级淡水腔并排出，三级浓水腔中的废水流入浓水池中收集或进一步处理，通过碟管式反渗透膜组件，进一步减少了废水的总量，从废水中分离出了更多的达标水，利于收集与进一步处理。

进一步地，所述三级处理装置还包括用于将所述浓水中的杂质与水分分离的蒸发器，所述蒸发器与所述浓水池连通。

通过蒸发器处理浓水，可以使浓水中的杂质部分与水分脱离，转化为结晶的形式，方便收集。同时使得废水中的水分分离出来，可以进一步地进行应用，目前的页岩气开采主要在野外，通过本***可以缓和工作人员紧张的用水情况，产生足量的达标水以供野外工作人员使用。

进一步地，还包括一个框架，所述一级处理装置、所述二级处理装置和所述三级处理装置均固定设置在所述框架内。

将处理装置集成安装到同一框架内，使整个***都固定在同一框架，实现了撬装一体化的功能，方便吊装和运输。

进一步地，所述蒸发器包括相互连通的加热室和蒸发室，所述浓池水与所述加热室连通，所述加热室用于对废水加热并促使废水汽化，所述蒸发室用于将废水的气液两项分离，所述蒸发室的顶部设置有输出管道，所述输出管道的起始端设置有用于去除液沫的除沫器，所述输出管道与所述排水管连通。

浓水池内的废水在加热室中受热沸腾汽化，水分大量转化为蒸汽，并上升从输出管道流出蒸发室，遇冷后凝结为蒸馏水，沿输出管道流出，充分将废水中的可利用水资源分离并收集，同时废水中的剩余杂质在脱水后结晶凝固，便于收集。

进一步地，所述第二调节池设置有带显示屏的PH计，所述PH计的检测端伸入所述第二调节池内且能够与废水接触，所述显示屏用于示出废水的PH值。

通过加入化学药剂，可以调节废水的PH值，操作者可以根据PH计实时观察废水的当前PH值的大小，待废水的PH值至7后再通入二级处理装置，调节PH值有利于后续的反渗透过滤。

进一步地，所述絮凝沉淀池内添加有絮凝剂和助凝剂。

通过添加絮凝剂和助凝剂可以使得废水中的部分悬浮物沉淀，减少废水中的杂质含量，防止悬浮物大量吸附在碳滤罐或堵住反渗透***，导致碳滤罐的使用周期变短以及反渗透***的过滤效果降低。

进一步地，所述絮凝沉淀池的底部为斜面或圆锥面或圆台面，所述絮凝沉淀池的最低位置设置有排污管，所述排污管用于排出废水在所述絮凝沉淀池中产生的沉淀物。排污管设置在絮凝沉淀池的最低位置，便于彻底排出沉淀物杂质。

进一步地，所述二级处理装置还包括用于过滤废水中的悬浮杂质的砂滤罐，所述第二调节池与所述碳滤灌通过所述砂滤罐连通，所述砂滤罐内填充有石英砂和/或活性炭。

砂滤罐可以过滤掉絮凝沉淀池中没有沉淀下去的悬浮物，避免悬浮物堵塞后续装置。

本实用新型的有益效果是：通过多级装置依次处理页岩气压裂返排液，逐步减少或去除返排液中的各类杂质，一级处理装置主要是为了保证二级处理装置的过滤作用而对废水进行了预处理，二级处理装置中的碳滤罐和反渗透***对废水中的主要污染物进行分离，污染物集中，并使废水达到排放标准。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的页岩气返排液处理***中的一级处理装置的连接示意图；

图2为本实用新型实施例提供的页岩气返排液处理***中的二级处理装置的连接示意图；

图3为本实用新型实施例提供的页岩气返排液处理***中的三级处理装置的连接示意图。

附图标记汇总：

进水口101；第一调节池102；絮凝沉淀池103；第二调节池104；储水池105；水泵106；第一管道107；砂滤罐108；碳滤罐109；增压泵110；第一反渗透装置111；第二反渗透装置112；碟管式反渗透膜组件113；排水管114；第二管道115；浓水池116；蒸发器117；输出管道118。

具体实施方式

由于页岩气开采返排液属于新的工业废水，无害化处理技术难度大，目前没有成熟的处理工艺。

本实用新型提供了一种具有多级处理装置的页岩气返排液处理***，通过多级装置对返排液中的悬浮物、金属离子、有机物、细菌、氯化物等污染物进行处理，处理效果可靠、成本较低。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型实施例提供的页岩气返排液处理***中的一级处理装置的连接示意图；图2为本实用新型实施例提供的页岩气返排液处理***中的二级处理装置的连接示意图；图3为本实用新型实施例提供的页岩气返排液处理***中的三级处理装置的连接示意图。

请参阅图1至图3，本实用新型实施例提供了一种页岩气压裂返排液处理***，包括一级处理装置、二级处理装置和三级处理装置。

为便于描述，称页岩气压裂返排液为废水。通过本实施例中的页岩气压裂返排液处理***，将废水中的污染物与可用的水资源分离，减少污染物的体积，同时将分离出的达标水资源回收利用或是排放。

一级处理装置包括依次连通的第一调节池102、絮凝沉淀池103、第二调节池104和储水池105。

第一调节池102设置有进水口101，废水自进水口101进入第一调节池102内。第一调节池102中设置有搅拌装置，搅拌装置包括电机和搅拌叶片。

第一调节池102在运行时，操作者向第一调节池102内添加化学药剂，如石灰和碳酸钠。化学药剂使得废水中的碳酸盐硬度降低，电机驱动搅拌叶片转动，第一调节池102内的废水与化学药剂混合充分，部分金属离子在此过程中发生反应并从废水中分离出来。

絮凝沉淀池103与第一调节池102之间相互连通，第一调节池102中的废水在经过处理后进入到絮凝沉淀池103中。絮凝沉淀池103包括搅拌室和沉淀室，搅拌室设置有搅拌装置和加料口，废水先进入搅拌室中，操作者通过加料口向搅拌室内添加絮凝剂和助凝剂，搅拌装置在工作中带动废水与添加的药剂充分混合；搅拌混合后的废水进入沉淀室，沉淀室的水流较缓，方便添加了絮凝剂的废水中的悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体、矾花，絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀，并落在沉淀池的底部。添加的助凝剂可以提高分离的效果。

通过添加絮凝剂和助凝剂可以使得废水中的部分悬浮物和胶粒物沉淀，减少废水中的杂质含量，防止悬浮物在后续步骤中大量吸附在碳滤罐109或堵住反渗透***，导致碳滤罐109的使用周期变短以及反渗透***的过滤效果降低。

请参阅图1，本实施例中的絮凝沉淀池103的底部有两个斜坡。每个斜坡均为向下伸出的底板构成，两个斜坡的底部设置有排污管，排污管用于排出废水在絮凝沉淀池103中产生的沉淀物。

第二调节池104主要用于调节废水的PH值，直至废水呈中性。

第二调节池104设置有带显示屏的PH计，PH计的检测端与废水接触，显示屏用于示出废水的当前PH值。在第二调节池104上设置自动化的填料装置，根据当前的PH值，PLC自动控制***自动投放药剂，直至PH值至7。

第二调节池104带有搅拌装置，废水从絮凝沉淀池103进入到第二调节池104后，在搅拌装置的作用下与添加的化学药剂混合充分，以调节废水的PH值。当前的目的是将废水的PH值调节到7左右，以保持中性的酸碱度。

第二调节池104与储水池105连通，储水池105与二级处理装置通过第一管道107连通。

为了保证废水的流动，在各个部件的连接处可以设置水泵，以提供废水的转移动力。本实施例中，一级处理装置和二级处理装置之间的第一管道107上连接有水泵106，以确保废水能顺利进入后续的处理步骤。

储水池105用于储存第二调节池104的出水，储水池与二级处理装置之间的管道上设置有提升泵，以便将第二调节池104的出水打入砂滤灌108中。

此外，储水池105也可以取消，第二调节池104直接与后续的二级处理装置连通。

二级处理装置包括依次连通的砂滤罐108、碳滤罐109和反渗透***。

储水池105中的脏水注入砂滤罐108，经过砂滤罐108的过滤，减少了废水中的残余悬浮物，再流入碳滤罐109。废水经过碳滤罐109的过滤，可以去掉废水中的小分子有机物，避免后续反渗透***被堵塞。同时，碳滤罐109对水中异味、胶体及色素、重金属离子等有较明显的吸附去除作用。

砂滤罐108和碳滤罐109为现有装置，在此不做过多赘述。

在碳滤罐109与反渗透***之间连接有增压泵110，废水经过砂滤罐108和碳滤罐109的两次过滤后，可能存在动力不组的问题，通过增压泵110确保废水能够继续在反渗透***以及三级处理装置中转移。

反渗透***包括第一反渗透装置111、第二反渗透装置112和碟管式反渗透膜组件113。

第一反渗透装置111、第二反渗透装置112和碟管式反渗透膜组件113依次串联。

废水经过碳滤罐109后，再进入第一反渗透装置111内。第一反渗透装置111包括通过反渗透膜隔开的一级淡水腔和一级浓水腔，废水在反渗透膜的作用下分为一级淡水和一级浓水，一级浓水进入第一反渗透装置111的一级浓水腔，淡水通过第一反渗透膜进入到一级淡水腔并排出，第二反渗透装置112包括通过反渗透膜隔开的二级淡水腔和二级浓水腔，一级浓水在反渗透膜的作用下分为二级淡水和二级浓水，一级浓水腔与第二反渗透装置112的二级浓水腔连通，二级淡水通过第二反渗透膜进入到二级淡水腔并排出，二级浓水进入二级浓水腔。

碟管式反渗透膜组件113包括三级淡水腔和三级浓水腔，二级浓水在碟管式反渗透膜组件113的作用下分为三级淡水和三级浓水，二级浓水腔与碟管式反渗透膜组件113的三级浓水腔连通，三级淡水经过碟管式反渗透膜组件113的过滤后进入到三级淡水腔并排出。三级浓水进入三级浓水腔，并通过第二管道115进入浓水池；一级淡水腔、二级淡水腔和三级淡水腔均与排水管连通，并通过排水管114将淡水排出。

碟管式反渗透膜组件是碟管式膜技术下的一种专利型膜分离组件，英文缩写为DTRO。碟管式反渗透膜组件在工作时具有良好的稳定性、安全性和适应性，使用寿命长。

经过反渗透***的多级处理，分离出了废水中的大量污染物，尤其是难以消除的氯化物。同时，分离后得到的达标淡水的总量更大，三级浓水的总量更小，利于后续的处理。

三级处理装置包括浓水池116和蒸发器117。

蒸发器117为现有技术，包括相互连通的加热室和蒸发室，三级浓水从浓水池116进入加热室，加热室用于对三级浓水加热并促使其汽化，蒸发室用于将受热沸腾的三级浓水的气液两项完全分离，蒸发室的顶部设置有输出管道118，输出管道118的起始端设置有用于去除液沫的除沫器，输出管道118与排水管114连通。

浓水池116的三级浓水在进入到加热室内后，受热沸腾汽化，水分大量转化为蒸汽，并上升从输出管道118流出蒸发室，遇冷后凝结为蒸馏水，沿输出管道118流出。通过蒸发器117可以充分将废水中的可利用水资源分离并收集，同时废水中的剩余杂质在脱水后结晶凝固，便于收集。

一级处理装置、二级处理装置和三级处理装置均连接在同一框架内，使整个***集成为一个模块，形成一体化撬装的结构。撬装结构便于吊运、拆装。

一级处理装置主要完成了废水的预处理，二级处理装置实现了废水的深度处理，三级处理装置实现了废水的蒸发处理。通过本实施例提供的页岩气压裂返排液处理***，成本较低，可以提高对于压裂返排液的处理效果，减少对环境的破坏和污染。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种页岩气压裂返排液处理***，其特征在于，包括一级处理装置、二级处理装置和三级处理装置；

所述一级处理装置包括第一调节池、第二调节池和絮凝沉淀池，所述第一调节池设置有进水口，所述第一调节池用于降低废水中的碳酸盐硬度和金属离子的浓度，所述第二调节池用于调节废水中的PH值，所述第一调节池和所述第二调节池分别与所述絮凝沉淀池连通；

所述二级处理装置包括碳滤罐和反渗透***，所述第二调节池与所述碳滤罐连通，所述碳滤罐用于过滤废水，所述反渗透***包括第一反渗透装置和排水管，所述第一反渗透装置包括一级浓水腔和一级淡水腔，所述一级浓水腔和所述一级淡水腔通过反渗透膜隔开，所述碳滤罐与所述一级浓水腔连通，所述一级淡水腔与所述排水管连通；

所述三级处理装置包括浓水池，所述浓水池与所述一级浓水腔连通。

2.根据权利要求1所述的页岩气压裂返排液处理***，其特征在于，所述反渗透***还包括第二反渗透装置，所述第二反渗透装置包括二级浓水腔和二级淡水腔，所述二级浓水腔和所述二级淡水腔通过反渗透膜隔开，所述一级浓水腔与所述二级浓水腔连通，所述二级淡水腔与所述排水管连通，所述二级浓水腔与所述浓水池连通。

3.根据权利要求2所述的页岩气压裂返排液处理***，其特征在于，所述反渗透***还包括碟管式反渗透膜组件，所述碟管式反渗透膜组件包括三级浓水腔和三级淡水腔，所述二级浓水腔与所述浓水池通过所述三级浓水腔连通，所述三级淡水腔与所述排水管连通。

4.根据权利要求2所述的页岩气压裂返排液处理***，其特征在于，所述三级处理装置还包括用于将所述废水中的杂质与水分分离的蒸发器，所述蒸发器与所述浓水池连通。

5.根据权利要求4所述的页岩气压裂返排液处理***，其特征在于，还包括一个框架，所述一级处理装置、所述二级处理装置和所述三级处理装置均固定设置在所述框架内。

6.根据权利要求4所述的页岩气压裂返排液处理***，其特征在于，所述蒸发器包括相互连通的加热室和蒸发室，所述浓水池与所述加热室连通，所述加热室用于对废水加热并促使废水汽化，所述蒸发室用于将废水的气液两项分离，所述蒸发室的顶部设置有输出管道，所述输出管道的起始端设置有用于去除液沫的除沫器，所述输出管道与所述排水管连通。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的页岩气压裂返排液处理***，其特征在于，所述第二调节池设置有带显示屏的PH计，所述PH计的检测端伸入所述第二调节池内且能够与废水接触，所述显示屏用于示出废水的PH值。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的页岩气压裂返排液处理***，其特征在于，所述絮凝沉淀池内添加有絮凝剂和助凝剂。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的页岩气压裂返排液处理***，其特征在于，所述絮凝沉淀池的底部为斜面或圆锥面或圆台面，所述絮凝沉淀池的最低位置设置有排污管，所述排污管用于排出废水在所述絮凝沉淀池中产生的沉淀物。

10.根据权利要求1-6任意一项所述的页岩气压裂返排液处理***，其特征在于，所述二级处理装置还包括用于过滤废水中的悬浮杂质的砂滤罐，所述第二调节池与所述碳滤罐通过所述砂滤罐连通，所述砂滤罐内填充有石英砂和/或活性炭。