申请日2019.12.31
公开(公告)日2020.04.28
IPC分类号C02F9/12; C02F103/10
摘要
本发明公开了一种压裂岩废水零排放处理工艺与装置。将压裂岩废水依次经混凝沉淀处理系统、芬顿氧化处理系统、软化处理系统、ED处理系统进行处理，ED处理系统处理后得到的浓度高于设定值的废水再经过蒸发结晶进行处理，浓度低于设定值的废水则通过生化处理系统进行处理;其中，混凝沉淀处理系统、芬顿处理系统、软化处理系统处理废水后所得污泥进行统一处理。本发明处理后的废水满足回用要求，可以达到废水零排放的目的;蒸发结晶副产品纯度高，可以增加经济收入;系统运行稳定，在线设备齐全，可以大大减少人工操作。
权利要求书
1.一种压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，将压裂岩废水依次经混凝沉淀处理系统、芬顿氧化处理系统、软化处理系统、ED处理系统进行处理，ED处理系统处理后得到的浓度高于设定值的废水再经过蒸发结晶进行处理，浓度低于设定值的废水则通过生化处理系统进行处理;其中，混凝沉淀处理系统、芬顿处理系统、软化处理系统处理废水后所得污泥进行统一处理。
2.如权利要求1所述的压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，所述混凝沉淀处理系统采用混凝沉淀池，混凝沉淀池的pH值调节至8-9，有絮体产生，再加入PAC、PAM，使絮体形成沉淀，通过排泥泵排出系统外，上清液进入后续处理系统中。
3.如权利要求2所述的压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，所述混凝沉淀池中加入氢氧化钠调节pH值。
4.如权利要求1所述的压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，所述芬顿氧化处理系统采用芬顿氧化池，混凝沉淀处理系统得到的上清液进入芬顿氧化池，芬顿氧化池的pH值调节至4-5，然后加入硫酸亚铁溶液、双氧水，反应产生泡沫，若泡沫过多，外加消泡剂;反应完成后，加入氢氧化钠调节pH值至8-9，有絮体产生，加入PAC、PAM，使絮体形成沉淀，通过排泥泵排出系统外，上清液进入后续处理系统中。
5.如权利要求4所述的压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，所述芬顿氧化池中加入质量浓度98%的浓硫酸调节pH值;硫酸亚铁的投加量为2.5～4g/L，双氧水的投加量为2.5～4.5mL/L。
6.如权利要求1所述的压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，所述软化处理系统采用软化池，芬顿氧化处理系统得到的上清液进入软化池中，然后加入碳酸钠溶液，产生絮体后，加入PAC、PAM，使絮体形成沉淀，通过排泥泵排出系统外，上清液进入后续处理系统中。
7.如权利要求6所述的压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，所述碳酸钠的投加量为3～7g/L。
8.如权利要求2、4或6所述的压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，所述PAC的投加量为100～300mg/L;PAM的投加量为5～20mg/L。
9.如权利要求1所述的压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，所述ED处理系统采用ED膜，软化处理系统得到的上清液通过ED膜，得到的浓度低于设定值的废水，即淡水进入生化处理系统，生化处理出水使其满足排放要求;得到的浓度高于设定值的废水，即浓水进行蒸发结晶处理。
10.如权利要求1所述的压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，所述浓水的TDS>150000mg/L，淡水的TDS<10000mg/L。
说明书
一种压裂岩废水零排放处理工艺与装置
技术领域
本发明涉及一种压裂岩废水零排放处理工艺及装置，属于废水处理技术领域。
背景技术
随着石油资源的日益枯竭及人们对石油资源需求的逐渐提高，社会能源压力日益增大。页岩气是一种非常规的天然气，其具有清洁、高效、储量大的特点，全球页岩气资源十分丰富且分布普遍，全球页岩气资源量约为465.2万亿立方米，占全球非常规气资源量近50%，随着科技的进步，人们提取页岩气的技术越来越成熟，页岩气将逐步成为了新的能源。美国已进入页岩气规模化生产阶段，页岩气资产交易异常活跃，产量从2007年的340亿立方米增加到2009年的950亿立方米，超过我国常规天然气的年产量(830亿立方米)。我国页岩气资源很丰富，但开发还处于起始阶段，国家正在积极推进页岩气的开发利用工作。
页岩气是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙，使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因、热解成因及二者混合成因的天然气。页岩气的开采是通过水力压裂法获得的，简单说即借助高压将大量水、沙子以及化学物质的混合物通过钻孔打入地下，压裂页岩层，使其出现更大更多裂缝，从而将其中的页岩气释放出来的开采方法。
一般而言，一口页岩气井钻井和压裂所需水量达到1000辆卡车的运水量。水力压裂开采能产生大量的废水，来自气井的甲烷、重金属、放射性物质、压裂液体和其他污染物可能会通过多种潜在途径流出，从而污染地下水资源。页岩气压裂废水具有高COD、高含盐量、水量大，难处理的特点，页岩气的开采用水量极大，产生的废水量也大，水力压裂开采页岩气给水处理带来巨大挑战，页岩气井中回收的废水含有碳氢化合物、重金属、污垢以及化学盐分，被外界普遍认为是最难处理的一类工业污水。随着水力压裂法在页岩气领域的规模应用，水处理市场规模也将扩大，压裂岩废水处理的技术会越来越成熟。
不管是为水处理利益还是水资源，人们正在积极探索压裂岩废水的处理技术。GasFrac公司采用高压丙烯注入页岩气井中，代替了高压水流，从源头上减少了压裂岩废水的产水;王建刚等以臭氧/生物法联合处理压裂废水;杨德敏采用电化学催化氧化法处理压裂废水;王顺武等采用微电解-Fenton联合法处理压裂废水。本发明采用混凝沉淀法+芬顿法+软化法+ED法+生化法+蒸发结晶实现压裂岩废水零排放。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种压裂岩废水零排放处理工艺及装置，用于处理压裂岩废水，减少压裂岩废水的排放，减轻压裂岩废水对环境的污染，提高水资源利用率，节约水资源。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种压裂岩废水零排放处理工艺，其特征在于，将压裂岩废水依次经混凝沉淀处理系统、芬顿氧化处理系统、软化处理系统、ED处理系统进行处理，ED处理系统处理后得到的浓度高于设定值的废水再经过蒸发结晶进行处理，浓度低于设定值的废水则通过生化处理系统进行处理;其中，混凝沉淀处理系统、芬顿处理系统、软化处理系统处理废水后所得污泥进行统一处理。
优选地，所述混凝沉淀处理系统采用混凝沉淀池，混凝沉淀池的pH值调节至8-9，有絮体产生，再加入PAC、PAM，使絮体形成沉淀，通过排泥泵排出系统外，上清液进入后续处理系统中。
更优选地，所述混凝沉淀池中加入氢氧化钠调节pH值。
优选地，所述芬顿氧化处理系统采用芬顿氧化池，混凝沉淀处理系统得到的上清液进入芬顿氧化池，芬顿氧化池的pH值调节至4-5，然后加入硫酸亚铁溶液、双氧水，反应产生泡沫，若泡沫过多，外加消泡剂;反应完成后，加入氢氧化钠调节pH值至8-9，有絮体产生，加入PAC、PAM，使絮体形成沉淀，通过排泥泵排出系统外，上清液进入后续处理系统中。
更优选地，所述芬顿氧化池中加入质量浓度98%的浓硫酸调节pH值;硫酸亚铁的投加量为2.5～4g/L，双氧水的投加量为2.5～4.5mL/L。
优选地，所述软化处理系统采用软化池，芬顿氧化处理系统得到的上清液进入软化池中，然后加入碳酸钠溶液，产生絮体后，加入PAC、PAM，使絮体形成沉淀，通过排泥泵排出系统外，上清液进入后续处理系统中。
更优选地，所述碳酸钠的投加量为3～7g/L。
更优选地，所述PAC的投加量为100～300mg/L;PAM的投加量为5～20mg/L。
优选地，所述ED处理系统采用ED膜，软化处理系统得到的上清液通过ED膜，得到的浓度低于设定值的废水，即淡水进入生化处理系统，生化处理出水使其满足排放要求;得到的浓度高于设定值的废水，即浓水进行蒸发结晶处理。
优选地，所述浓水的TDS>150000mg/L，淡水的TDS<10000mg/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用混凝沉淀法+芬顿法+软化法+ED法+生化法+蒸发结晶处理压裂岩废水，处理后的废水满足回用要求，可以达到废水零排放的目的;
(2)废水COD为3500mg/L，TDS为32000mg/L，总硬度(以碳酸钙计)为10000mg/L，经本发明工艺处理后，COD<100mg/L，总硬度(以碳酸钙计)<100mg/L，ED法浓水TDS>150000mg/L，淡水TDS<10000mg/L;
(3)蒸发结晶副产品纯度高，可以增加经济收入;(5)系统运行稳定，在线设备齐全，可以大大减少人工操作。（发明人顾峥;李利兴;杨继）