申请日2017.11.29
公开(公告)日2018.02.23
IPC分类号C02F9/04; C02F103/10
摘要
高硬度压裂废液的水处理方法，本发明属于污水处理领域，它为了解决现有高硬度压裂废液的出水硬度去除率较低的问题。水处理方法：一、原水箱内的原水进入首段曝气罐，在首段曝气罐内进行曝气处理，首段曝气罐内的出水经水管流入二级反应罐中，氢氧化钙药剂投加入二级反应罐中进行搅拌反应，得到初级反应出水;二、初级反应出水流进一级沉降罐中沉降处理，一级沉降罐中的上层水进入中段曝气罐进行曝气处理，然后进入三级反应罐，在三级反应罐中进行反应，得到次级反应出水;三、继续流入二级沉降罐中沉降处理，最后经水管流入陶瓷膜水箱中。本发明采用三段式石灰‑纯碱水处理体系，经该处理方法能够使压裂废液的硬度去除率达到90%以上。
摘要附图
权利要求书
1.高硬度压裂废液的水处理方法，其特征在于该方法是按下列步骤实现：
一、原水箱(1)内的原水由提升泵经一号水管(11)进入首段曝气罐(2)，在首段曝气罐(2)内进行曝气处理，首段曝气罐(2)内的出水经二号水管(12)流入二级反应罐(3)中，氢氧化钙药剂罐(4)通过一号输药管(18)与二级反应罐(3)相连通，二级反应罐(3)中间设置有隔板形成2个相通的反应区，氢氧化钙药剂溶液投加入二级反应罐(3)中进行搅拌反应，得到初级反应出水;
二、二级反应罐(3)中的初级反应出水经三号水管(13)流进一级沉降罐(5)中沉降处理，一级沉降罐(5)中的上层水经四号水管(14)进入中段曝气罐(6)进行曝气处理，然后经五号水管(15)进入三级反应罐(7)，碳酸钠药剂罐(8)通过二号输药管(19)与三级反应罐(7)相连通，三级反应罐(7)的中部间隔设置有2个隔板，使三级反应罐(7)形成3个串联折流的反应区，经水流方向依次为首段反应区、中段反应区和末段反应区，向首段反应区投加碳酸钠溶液，中段反应区中投加PAM和PAC，末段反应区内进行搅拌，从三级反应罐出水，得到次级反应出水;
三、次级反应出水经六号水管(16)流入二级沉降罐(9)中沉降处理，二级沉降罐(9)中的上层水经七号水管(17)流入膜水箱(10)中，膜水箱(10)通过陶瓷膜分成清水区(10-1)和膜水区(10-2)，一部分水通过清水区(10-1)出水，另一部分经陶瓷膜进入到膜水区(10-2)，经负压抽吸后出水，完成高硬度压裂废液的水处理。
2.根据权利要求1所述的高硬度压裂废液的水处理方法，其特征在于所述的原水箱(1)的有效容积为30～60L。
3.根据权利要求1所述的高硬度压裂废液的水处理方法，其特征在于步骤一中控制提升泵的流量为10～20L/h。
4.根据权利要求1所述的高硬度压裂废液的水处理方法，其特征在于步骤一中控制首段曝气罐(2)内的曝气量为0.4～0.8m3/h。
5.根据权利要求1所述的高硬度压裂废液的水处理方法，其特征在于步骤一中氢氧化钙药剂罐(4)向二级反应罐(3)投加质量浓度为10%的氢氧化钙溶液，氢氧化钙溶液的投加量为13.7～27.4g/h。
6.根据权利要求1所述的高硬度压裂废液的水处理方法，其特征在于步骤二控制一级沉降罐(5)的有效沉淀时间为20～40min。
7.根据权利要求1所述的高硬度压裂废液的水处理方法，其特征在于步骤二所述的首段反应区中投加碳酸钠溶液，控制质量浓度为10%的碳酸钠溶液的投加量为53.8～107.5g/h。
8.根据权利要求1所述的高硬度压裂废液的水处理方法，其特征在于步骤二控制中段反应区中控制质量浓度为0.1%的PAM溶液的投加量为0.05～0.18g/h，控制质量浓度为3%的PAC溶液的投加量为0.4～1.0g/h。
9.根据权利要求1所述的高硬度压裂废液的水处理方法，其特征在于步骤三中控制二级沉降罐(9)中沉降处理的有效沉淀时间为50～70min。
10.根据权利要求1所述的高硬度压裂废液的水处理方法，其特征在于所述二级反应罐(3)和三级反应罐(7)中的每个反应区中均设置有搅拌器。
说明书
高硬度压裂废液的水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种压裂废液的处理方法。
背景技术
压裂工艺是油气井增产的一项主要措施，在各油田普遍采用。在油田压裂作业过程中会不断产生大量的返排废液，其中含有大量的有机、无机物质和各种添加剂，如不经过处理直接排放，一方面将会给井场周围环境、农作物及地表水造成污染;另一方面又造成了水资源的严重浪费，这对于缺水地区油田的生产生活形成了双重压力。压裂返排废液的处理及再利用技术，已成为目前很多油田关注的重点。我国西部一些油气田，本身地理性质的特点导致压裂返排液呈现出高硬度的特点，这使得压裂返排液无法二次利用，废液中的盐如Ca2+、Mg2+等离子的存在会阻碍压裂液稠化剂分子的伸展，使其很难在水中溶胀或溶解，因此不能形成高度分散体系的胶体溶液，进而影响压裂液的配胶特性。
由于压裂废液成分的复杂性及其初期压裂液的粘稠性，迄今为止的压裂废液高硬度处理技术尚未有定型的处理工艺技术体系，技术成熟性较差。这些技术仍局限在初级处理阶段，都或多或少地存在一些缺陷，如存在处理费用昂贵、无成熟工艺，或者由于技术可实现性要求很高，在现场难以实施等问题而不能应用。鉴于目前市场上压裂废液高硬度治理技术与工艺的上述不足，当今市场急需一种技术可行、经济节能、操作简单方便、行之有效的压裂废液高硬度处理工艺。
发明内容
本发明的目的主要是为了解决现有高硬度压裂废液的出水硬度去除率较低的问题，提供一种高硬度压裂废液的水处理方法。
本发明高硬度压裂废液的水处理方法按下列步骤实现：
一、原水箱内的原水由提升泵经一号水管进入首段曝气罐，在首段曝气罐内进行曝气处理，首段曝气罐内的出水经二号水管流入二级反应罐中，氢氧化钙药剂罐通过一号输药管与二级反应罐相连通，二级反应罐中间设置有隔板形成2个相通的反应区，氢氧化钙药剂溶液投加入二级反应罐中进行搅拌反应，得到初级反应出水;
二、二级反应罐中的初级反应出水经三号水管流进一级沉降罐中沉降处理，一级沉降罐中的上层水经四号水管进入中段曝气罐进行曝气处理，然后经五号水管进入三级反应罐，碳酸钠药剂罐通过二号输药管与三级反应罐相连通，三级反应罐的中部间隔设置有2个隔板，使三级反应罐形成3个串联折流的反应区，经水流方向依次为首段反应区、中段反应区和末段反应区，向首段反应区投加碳酸钠溶液，中段反应区中投加PAM(聚丙烯酰胺)和PAC(聚合氯化铝)，末段反应区内进行搅拌，从三级反应罐出水，得到次级反应出水;
三、次级反应出水经六号水管流入二级沉降罐中沉降处理，二级沉降罐中的上层水经七号水管流入膜水箱中，膜水箱通过陶瓷膜分成清水区和膜水区，一部分水通过清水区出水，另一部分经陶瓷膜进入到膜水区，经负压抽吸后出水，完成高硬度压裂废液的水处理。
本发明根据高硬度压裂废液的特点，优化传统石灰-纯碱法，采用三段式石灰-纯碱水处理体系：第一阶段(曝气+氢氧化钙反应+沉淀)+第二阶段(二次曝气+碳酸钠反应及絮凝+沉淀)+第三阶段(陶瓷膜过滤)，利用该高硬度压裂废液处理装置处理废液，降低硬度。
本发明是以石灰—纯碱法进行压裂废液硬度去除，但由于压裂废液的硬度较大，同时其它离子含量也较高，为保证处理效率以及出水效果，本发明采用三段式，首段以处理暂时硬度为主，该段投加氢氧化钙，并利用澄清作用充分反应并截留沉淀物，首段可降低总硬度35%～40%，此外硼酸离子浓度可降低50%以上，浊度也可降低70%，得到初级反应出水。在该阶段，水中投入氢氧化钙，促使HCO3-和OH-生成CO32-，促使OH-与CO2生成CO32-，或促使OH-与硫酸镁和氯化镁中的Mg2+生成Mg(OH)2沉淀，使水中硬度下降。第二阶段，投加碳酸钠(反应器内进行曝气搅拌)，促使碳酸钠中的CO32-与硫酸钙等生成CaCO3沉淀，从而降低水中永久硬度。在该阶段补充投加PAC和PAM，水力梯度逐级下降，并最终过渡到沉淀区，通过高效沉淀，水中硬度可进一步去除85%以上。第三阶段，主要为水质优化段，经过前两级处理水质已经可以达标，但在水质波动及进水浓度过大时仍有可能超标，经陶瓷膜过滤，深度处理后，水中硬度一般可稳定在300mg/L左右，同时处理后的水浊度可低至10NTU以下，可作为配药用水及污泥机清洗用水。