一种页岩气返排液高效处理、回用、零排放方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种页岩气返排液高效处理、回用、零排放方法及系统。所述方法包括混凝沉淀、臭氧催化氧化、MBR法、反渗透、膜蒸馏、机械蒸汽再压缩(MVR)蒸发器、污泥脱水、安全填埋或资源化利用。所述系统包括一级处理单元、二级处理单元、深度处理单元、浓缩液处理单元、污泥处理单元以及自动控制单元。各单元均布置在一个或多个集装箱中，形成模块化、可移动式撬装装置。通过本发明专利技术工艺可高效去除页岩气返排液中的悬浮物及胶体、有机物、盐离子等污染物，出水水质可满足回注、排放及多种回用标准，同时实现整个系统零排放。本发明专利技术系统无环境污染、可长期有效运行、维护简单、占地面积小、灵活方便，且撬装装置的形式非常适用于对页岩气返排液的处理。的处理。的处理。

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气返排液高效处理、回用、零排放方法及系统


[0001]本专利技术属于工业废水处理领域，特别涉及一种页岩气开发过程中页岩气返排液处理领域。

技术介绍

[0002]页岩气性能优越，开发潜力大。页岩气是一种以吸附、溶解、游离状态赋存于页岩层中的非常规天然气资源，与常规天然气相比，页岩气具有分布广泛、规模巨大、绿色环保等多种优点，其开发也具有开采寿命长、生产周期长和产量高的优点。随着日益增长的能源需求，原油的储量和产量逐渐不足，页岩气已经成为全球油气资源勘探开发的新兴亮点，在未来几十年里，页岩气将改变世界能源供给格局。
[0003]根据美国能源情报署估计，中国的页岩气可采储量有36.1万亿立方米，位居世界第一。按当前的消耗水平，这些储量足够中国使用300多年。为优化我国以煤炭为中心的能源供给和消费结构、改善我国化石能源对外依存度高的现状、缓解碳排放压力，我国正大力推进页岩气资源的开发利用。2015年全国页岩气产量为45亿m3，根据国家能源局印发的“十三五”页岩气发展规划，2020年页岩气开采目标是300亿m3。
[0004]目前，页岩气开采的核心技术是水平井钻井和水力压裂法，而压裂开采需要消耗大量的水资源。通常，单口页岩气井水力压裂所需水量为7000-21000m3，其中的8-70％会在井的生命周期内被回收至地表，形成页岩气返排液。页岩气返排液水量大，成分复杂具有高盐度、悬浮物、中高浓度的有机物、含有重金属等，如果处置不当，极易造成地下水污染等一系列不容忽视的问题。由此可见，页岩气开采过程中不仅需要消耗大量水资源，加剧我国水资源短缺的现状，而且其产生的返排液很有可能造成严重的环境污染。
[0005]目前页岩气返排液处理主要采取深井灌注的方式，不经处理直接排放，造成环境问题，可能引发地震。随着国家政策对废水排放的管制愈发严格，以及环境污染日益加剧，寻找更有效的处理方法刻不容缓。
[0006]CN204490679U公开了一种新型页岩气返排液污水处理装置，该装置利用重金属捕捉剂对污水中的重金属离子进行捕捉处理，并在短时间内迅速生成不溶性、低含水量、容易过滤去除的絮状沉淀，从而从水中去除重金属离子，而生物降解是由生物催化的复杂化合物的分解，并在烃类污染物中索取碳源，而达到除污目的。该装置可去除返排液中杂质有限，大多数无机盐离子无法得到有效去除，且未经可生化处理的返排液运用生物方法处理效果往往欠佳，装置出水水质无法满足多种排放、回用标准。
[0007]CN107055888A公开了一种页岩气返排液多维电极处理工艺，该工艺先经过沉砂去除页岩气返排液中大颗粒物质及岩屑；再进行化学混凝，实现悬浮物及胶体相互絮集形成大颗粒物质后沉淀去除；随后使用电絮凝处理及多维电极处理除去重金属离子和有机污染物；最后脱盐除去页岩气返排液中的无机盐。该工艺出水水质较好，但工艺运行过程中电耗较大、费用较高，且未提出浓缩污泥与脱盐浓缩液处理处置工艺，不能实现工艺过程零排放，对环境仍存在一定的危害。
[0008]如何合理、高效、低成本地处理页岩气返排液，并利用实现水及资源的回收，减少污染物排放，缓解页岩气开发区水资源紧缺，避免环境污染，已成为目前亟待解决的难题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是针对改善页岩气返排液处理现状中的问题和不足，提供一种页岩气返排液高效处理、回用、零排放方法及系统，实现高效、低成本地处理页岩气返排液，并实现水资源循环利用和整个工艺污染物的零排放，缓解页岩气开发区水资源紧缺，避免环境污染。
[0010]本专利技术提供的页岩气返排液高效处理、回用、零排放方法，包括以下步骤：
[0011](1)混凝沉淀：在页岩气反排液中添加混凝药剂进行混凝沉淀，去除页岩气返排液中悬浮物及胶体；
[0012](2)臭氧催化氧化：将页岩气返排液输送到臭氧催化氧化反应器中进行臭氧催化氧化，将大分子难降解有机物氧化分解为小分子易降解有机物，提高返排液可生化性；
[0013](3)MBR法：将臭氧催化氧化后的页岩气反排液输送至MBR池，通过添加活性污泥，利用活性污泥微生物群体的新陈代谢生理功能，将返排液中有机污染物转化成无毒、无害的稳定的无机物质；并利用超滤膜的高效的截留功能，保证清洁的出水，减轻后续反渗透工艺的膜污染；
[0014](4)反渗透：将MBR法处理后的页岩气返排液通过反渗透装置去除页岩气返排液中高浓度盐离子，反渗透出水达标排放或回用；
[0015](5)膜蒸馏：将反渗透产生的浓缩液采用膜蒸馏装置进行浓缩液进一步减量化，膜蒸馏出水也可达标排放或回用；
[0016](6)机械蒸汽再压缩(MVR)：将高度浓缩的膜蒸馏浓缩液采用机械蒸汽再压缩蒸发器进行蒸发结晶；
[0017](7)污泥脱水：将混凝沉淀和MBR法中产生的污泥输送至污泥脱水机，对污泥进行脱水减量；
[0018](8)安全填埋或资源化利用：对脱水减量后的污泥与MVR产生的结晶进行安全填埋或资源化利用。
[0019]优选地，采用助凝剂强化混凝方式，所述混凝药剂中包括混凝剂和助凝剂，所用混凝剂选择氯化铁、硫酸铝、聚合铝盐、聚合铁盐或复合铝铁中任一种，采用优化投量40～80mg/L；所用助凝剂为聚丙烯酰胺、高锰酸钾、或活化硅酸中的任一种，投加量为1～10mg/L。溶液池内混凝药剂配好后，继续搅拌15分钟，再静置30分钟以上，在实际操作过程中投加量需根据实际返排液水质情况进行适当调整。
[0020]进一步地，所述臭氧催化氧化反应器中，水力停留时间不小于20min，臭氧投加量为100～300mg/L；优选地，后臭氧反应器，水力停留时间不小于20min。
[0021]进一步地，所述MBR池扩散气泡直径为1.5～3.0mm，动力效率约为3.4kgO2/kWh，氧利用率27％～38％。
[0022]优选地，所述MBR池采用产水泵抽吸出水的方式运行；膜的平均产水为12L/(m2·
h)～25L/(m2·
h)，一个过滤周期内产水泵运行时间为7-9min，一个过滤周期内产水泵暂停时间为1-2min。
[0023]进一步地，所述MBR池内微生物为外部投加的已驯化菌种。所述微生物菌种采用逐步添加页岩气返排液的方式进行培养驯化得到，培养驯化方法如下：先使用生活污水培养微生物，使生活污水中BOD5浓度控制在500mg/L左右，并调控污水中的C：N：P＝100～200：5：1，当活性污泥培养成熟，在进水中加入并逐渐增加返排液的比重，使微生物在逐渐适应新的生活条件下得到驯化，开始时，返排液按设计流量的10％～20％加入，达到较好的处理效果后，再继续增加其比重，每次增加的百分比以设计流量的10％～20％为宜，并待微生物适应巩固后再继续增加，直至满负荷为止(进水全部为页岩气返排液，无生活污水)，从而得到含有驯化菌种的活性污泥。优选地，所述生活污水取自污水处理厂进水口。
[0024]进一步地，所述反渗透采用单级多段式反渗透系统，且有一定量的浓水回流，浓水回流流量为进水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩气返排液高效处理、回用、零排放方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)混凝沉淀：在页岩气反排液中添加混凝药剂进行混凝沉淀，去除页岩气返排液中悬浮物及胶体；(2)臭氧催化氧化：将页岩气返排液输送到臭氧催化氧化反应器中进行臭氧催化氧化，将大分子难降解有机物氧化分解为小分子易降解有机物，提高返排液可生物性；(3)MBR法：将臭氧催化氧化后的页岩气反排液输送至MBR池，通过添加活性污泥，利用活性污泥微生物群体的新陈代谢生理功能，将返排液中有机污染物转化成无毒、无害的稳定的无机物质；并利用超滤膜的高效的截留功能，保证清洁的出水，减轻后续反渗透工艺的膜污染；(4)反渗透：将MBR法处理后的页岩气返排液通过反渗透装置去除页岩气返排液中高浓度盐离子，反渗透出水达标排放或回用；(5)膜蒸馏：将反渗透产生的浓缩液采用膜蒸馏装置进行浓缩液进一步减量化，膜蒸馏出水也可达标排放或回用；(6)机械蒸汽再压缩(MVR)：将高度浓缩的膜蒸馏浓缩液采用机械蒸汽再压缩蒸发器进行蒸发结晶；(7)污泥脱水：将混凝沉淀和MBR法中产生的污泥输送至污泥脱水机，对污泥进行脱水减量；(8)安全填埋或资源化利用：对脱水减量后的污泥与MVR产生的结晶进行安全填埋或资源化利用。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述混凝药剂中包括混凝剂和助凝剂，所用混凝剂选择氯化铁、硫酸铝、聚合铝盐、聚合铁盐或复合铝铁中的任一种，混凝剂投量40～80mg/L；所用助凝剂为聚丙烯酰胺、高锰酸钾、或活化硅酸中的任一种，投加量为1～10mg/L。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述臭氧催化氧化反应器中，水力停留时间不小于20min，臭氧投加量为100～300mg/L；所述MBR池扩散气泡直径为1.5～3.0mm，动力效率约为3.4kgO2/kWh，氧利用率27％～38％；所述MBR池采用产水泵抽吸出水的方式运行；膜的平均产水为12L/(m2·
h)～25L/(m2·
h)，一个过滤周期内产水泵运行时间为7-9min，一个过滤周期内产水泵暂停时间为1-2min；所述反渗透采用单级多段式反渗透系统，且有浓水回流，浓水回流流量为进水的30％～50％，系统回收率不低于75％。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述MBR池内微生物为外部投加的已驯化菌种；所述微生物菌种采用逐步添加页岩气返排液的方式进行培养驯化微生物驯化培养得到，驯化方法如下：采用生活污水培养微生物，使生活污水中BOD5浓度控制在500mg/L左右，并调控污水中的C：N：P＝100～200：5：1，当活性污泥培养成熟，在进水中加入并逐渐增加返排液的比重，使微生物在逐渐适应新的生活条件下得到驯化，开始时，返排液按设计流量的10％～20％加入，达到较好的处理效果后，再继续增加其比重，每次增加的百分比以设计流量的10％～20％为宜，并待微生物适应巩固后再继续增加，直至满负荷为止。5.一种页岩气返排液高效处理、回用、零排放系统，其特征在于，包括一级处理单元、二级处理单元、深度处理单元、浓缩液处理单元、污泥处理单元以及自动控制单元；所述一级处理单元包括溶液池、混合器、絮凝池、过渡段、沉淀池；所述絮凝池、过渡段、
沉淀池依次连通，絮凝池的进水管上设置有混合器，所述溶液池的出液口与絮凝池的进水管连通，且连通点位于混合器上游，使来自溶液池的药液与絮凝池的入水混合后进入絮凝池，所述溶液池的出液口设置有计量投药泵；所述二级处理单元包括臭氧发生器气源系统、臭氧发生器、臭氧催化氧化反应器、后臭氧反应器、污泥回流井、MBR池；一级处理单元沉淀池出水口与臭氧催化氧化反应器底部设置的配水管路连通以均匀配水，所述臭氧催化氧化反应器出水口与后臭氧反应器进水口连通，所述后臭氧反应器出水口与MBR池进水口连通，MBR池末端污泥出口与污泥回流井连通，所述污泥回流井通过污泥回流管道或空气提升装置将污泥回流至MBR池前端进水口处，所述臭氧发生器气源系统与臭氧发生器连通，臭氧发生器的臭氧出口与臭氧催化氧化反应器底部设置的的臭氧布气管路连通以均匀分布臭氧，所述鼓风机与污泥回流井及MBR池内设置的曝气管路连通；所述深度处理单元主要包括储水罐、反渗透装置，MBR池出水口与储水罐底部进水口连通，储水罐出水口与反渗透装置进水口连通，所述反渗透装置出水达标排放和/或与溶液池进水口连通，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘百仓，纪轩宇，
申请(专利权)人：刘百仓，
类型：发明
国别省市：