公布日：2023.11.10
申请日：2022.04.28
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F11/122(2019.01)I;C02F1/78(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/42(2023.01)N;C02F103/10(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种压裂返排液无害化处理排放工艺，涉及压裂返排液达标无害化处理的技术领域，工艺首先通过曝气中转池进行了均质调节和初级氧化，再利用气浮和初次沉降，有效降低整个处理过程的总污泥量；再采用臭氧单元进行深度氧化，去除压裂返排液中有机物；在压裂返排液软化方法上，采用了“碳酸钠+硫酸钠”为主的化学软化与离子交换和纳滤等深度软化相结合的工艺方法，能够保证后续脱盐单元的长期稳定运行；二级浓缩的高压反渗透与机械蒸发再压缩(MVR)单元协同运行，实现了压裂返排液的深度脱盐和浓缩结晶。本发明通过现场的长期运行，能够很好的适应中国西南地区压裂返排液的水质状况。
权利要求书
1.一种压裂返排液无害化处理排放工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1:将压裂返排液通入到曝气中转池中，进行持续曝气处理，能够氧化液体中还原性物质、减少厌氧细菌含量，完成曝气处理后，获得1级液体；S2:将中转池内1级液体通入气浮除油系统，去除压裂返排液表面浮油，收集浮油得到1号副产物，1号副产物会进行外运处置，除油后获得2级液体；S3:将2级液体通入到混凝沉降系统中进行沉降处理，通过沉降，得到污泥和上清液，其中污泥为2号副产物，会进行外运处置，上清液为3级液体；S4:3级液体通入到臭氧氧化系统中进行氧化，获得4级液体；S5:4级液体进入1号反应池中，并投加氢氧化纳进行反应，调节pH值，获得5级液体；S6:5级液体进入2号反应池中，投加碳酸钠和硫酸钠，进行充分反应，形成了白色的悬浊液，获得6级液体，S7:6级液体进入到高密沉降系统中，进行二次沉降，获得清澈的7级液体和白色底泥，抽取底泥进行压滤后形成污泥，此为3号副产物；S8:7级液体通过多级砂滤罐进行固液分离，分离出仍然残留的微小悬浮颗粒，获得9级液体，多级砂滤罐的反冲洗废水为8级液体，将8级液体返回至1号反应池中；S9:9级液体通过软化树脂进一步降低返排液中硬度离子，获得10级液体；S10:10级液体通入纳滤系统进行处理，纳滤系统中产生滤出水12级液体和浓水11级液体；S11:将12级液体通入反渗透系统中进行脱盐处理，反渗透系统脱盐将产生淡水13级液体，和浓盐水14级液体。S12:将13级液体通入氨氮吸附单元进行处理，获得最终出水；S13:14级液体则进入机械蒸发再压缩系统进行蒸发结晶处理，获得4号副产物结晶盐和母液15级液体。
2.根据权利要求1所述的一种压裂返排液无害化处理排放工艺，其特征在于，步骤S1中，所述曝气中转池收集各井返排液，曝气中转池的容积大于整套处理系统5个小时进水总量，曝气中转池中的曝气处理单元的气水比流量应大于5。
3.根据权利要求1所述的一种压裂返排液无害化处理排放工艺，其特征在于，步骤S4中，所述臭氧氧化系统采用二氧化锰为主体的催化剂，臭氧气量与进水流量之比大于30。
4.根据权利要求1所述的一种压裂返排液无害化处理排放工艺，其特征在于，步骤S5中，所述氢氧化钠的投加量，使得反应后压裂返排液的pH值大于10.5。
5.根据权利要求1所述的一种压裂返排液无害化处理排放工艺，其特征在于，步骤S6中，碳酸钠和硫酸钠的投加比例为4：1～6：1。
6.根据权利要求1所述的一种压裂返排液无害化处理排放工艺，其特征在于，步骤S7中，进入高密沉淀系统中进行沉降固液分离时，可选择不再投加投加混凝剂。
7.根据权利要求1所述的一种压裂返排液无害化处理排放工艺，其特征在于，步骤S8中，进入多级砂滤罐系统，砂滤系统至少包含三级砂滤，选用石英砂分别为1-2mm、0.5-1.5mm、0.2-0.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种压裂返排液无害化处理排放工艺，其特征在于，步骤S10中，纳滤系统浓水返回至步骤S5中，回流至1号反应池。9.根据权利要求1所述的一种压裂返排液无害化处理排放工艺，其特征在于，步骤S11中，反渗透系统内的反渗透单元采用了两段浓缩系统，其中一段反渗透装置运行压力大于5mpa，二段反渗透运行压力大于7mpa。
10.根据权利要求1所述的一种压裂返排液无害化处理排放工艺，其特征在于，步骤S13中，通过机械蒸发再压缩系统浓水蒸发后，其母液返回至步骤S9中。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种压裂返排液无害化处理排放工艺。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种压裂返排液无害化处理排放工艺，包括如下步骤：
S1:将压裂返排液通入到曝气中转池中，进行持续曝气处理，能够氧化液体中还原性物质、减少厌氧细菌含量，完成曝气处理后，获得1级液体；
S2:将中转池内1级液体通入气浮除油系统，去除压裂返排液表面浮油，收集浮油得到1号副产物，1号副产物会进行外运处置，除油后获得2级液体；
S3:将2级液体通入到混凝沉降系统中进行沉降处理，通过沉降，得到污泥和上清液，其中污泥为2号副产物，会进行外运处置，上清液为3级液体；
S4:3级液体通入到臭氧氧化系统中进行氧化，获得4级液体；
S5:4级液体进入1号反应池中，并投加氢氧化纳进行反应，调节pH值，获得5级液体；
S6:5级液体进入2号反应池中，投加碳酸钠和硫酸钠，进行充分反应，形成了白色的悬浊液，获得6级液体，
S7:6级液体进入到高密沉降系统中，进行二次沉降，获得清澈的7级液体和白色底泥，抽取底泥进行压滤后形成污泥，此为3号副产物；
S8:7级液体通过多级砂滤罐进行固液分离，分离出仍然残留的微小悬浮颗粒，获得9级液体，多级砂滤罐的反冲洗废水为8级液体，将8级液体返回至1号反应池中；
S9:9级液体通过软化树脂进一步降低返排液中硬度离子，获得10级液体；
S10:10级液体通入纳滤系统进行处理，纳滤系统中产生滤出水12级液体和浓水11级液体；
S11:将12级液体通入反渗透系统中进行脱盐处理，反渗透系统脱盐将产生淡水13级液体，和浓盐水14级液体。
S12:将13级液体通入氨氮吸附单元进行处理，获得最终出水；
S13:14级液体则进入机械蒸发再压缩系统进行蒸发结晶处理，获得4号副产物结晶盐和母液15级液体。
步骤S1中，所述曝气中转池收集各井返排液，曝气中转池的容积大于整套处理系统5个小时进水总量，曝气中转池中的曝气处理单元的气水比流量应大于5。
步骤S4中，所述臭氧氧化系统采用二氧化锰为主体的催化剂，臭氧气量与进水流量之比大于30。
步骤S5中，所述氢氧化钠的投加量，使得反应后压裂返排液的pH值大于10.5。
步骤S6中，碳酸钠和硫酸钠的投加比例为4：1～6：1。
步骤S7中，进入高密沉淀系统中进行沉降固液分离时，可选择不再投加投加混凝剂。
步骤S8中，进入多级砂滤罐系统，砂滤系统至少包含三级砂滤，选用石英砂分别为1-2mm、0.5-1.5mm、0.2-0.5mm。
步骤S10中，纳滤系统浓水返回至步骤S5中，回流至1号反应池。
步骤S11中，反渗透系统内的反渗透单元采用了两段浓缩系统，其中一段反渗透装置运行压力大于5mpa，二段反渗透运行压力大于7mpa。
步骤S13中，通过机械蒸发再压缩系统浓水蒸发后，其母液返回至步骤S9中。本发明的有益效果如下：
1、本发明所提供的一种压裂返排液达标处理工艺流程简单、运行稳定、出水水质好，处理后的压裂返排液达到《国家污水综合排放标准》和《四川省水污染排放标准》。
2、本工艺方法适用于页岩气现场处理的实际需求，通过曝气中转池的容积控制，有效消除了返排液进水水质波动对处理过程的影响。首先采用气浮和混凝沉降进行提前处理，可以降低污泥量。臭氧氧化单元可以去除返排液中大部分有机物，通过实际检验，臭氧氧化是最为经济有效的返排液有机物去除技术。
3、在返排液软化方法上，采用了碳酸钠和硫酸钠为主的化学软化和纳滤、与离子交换等深度软化相结合，能够保证后续脱盐单元的长期稳定运行。二级浓缩的反渗透与机械蒸发再压缩(MVR)单元的结合，实现了返排液的深度脱盐和浓缩结晶，通过现场长期运行，能够很好的适应返排液水质情况。
4、与同类技术比较，该工艺流程更短、占地面积小，其他工艺流程中采用了“调节池+气浮+催化氧化+混凝沉降+超滤+离子吸附+电渗析+生化处理+MVR蒸发”，其中生化处理中生化池的占地面积约为0.2方/吨水，而该套工艺流程中，主要采用了物理化学方法，总占地面积缩小了40％以上。
5、副产物较少，且更易于处理，该工艺流程中共会产生4种副产物，其中1号副产物是返排液的表面废弃浮油，主要是收集后外运处置。2号副产物是初级沉降的污泥，而3号副产物为二次软化沉降污泥，这两部分污泥分别通过两次独立处理单元进行了固液分离，而其他处理工艺中，通常会将这两部分污泥进行混合沉降收集，该工艺则将两种污泥单独分开，且第二种污泥的形成不需要投加药剂，所示总污泥量相比于其他处理工艺最高减少了20％左右，且污泥性质稳定，更易于后续处置。第四种副产物是结晶盐，工艺流程中采用了多级结晶盐纯化的处理单元，包括软化反应单元，软化树脂和纳滤系统，使得结晶盐的纯度较高，经过测定结晶盐的品质可达到二级工业盐的标准，实际运行中可以60元/吨的价格出售。
6、运行稳定，该工艺流程设计时，对设备长期运行进行了考虑，由于工艺流程中涉及多套膜处理单元，对每个膜前端的预处理进行了精细设计，首先初级沉降，使得二次沉降物主要为软化沉淀，降低了沉降池的负荷，此外，纳滤单元前端设置了软化树脂，而精细化的预处理也延长了反渗透的使用寿命。经过2年的实际运行，在12小时/天的运行条件下，纳滤和反渗透保持了稳定运行，微滤单元需每月进行1次离线清洗。
（发明人：陈天欣;王越;赵靓;易畅;王红娟;王兴睿）