[发明专利]一种页岩气压裂返排废液处理方法

说明书

 

一、技术领域

本发明涉及页岩气废液处理技术，尤其是一种页岩气压裂返排废液处理方法。

二、背景技术

页岩气作为一种重要的非常规天然气资源，已成为全球油气资源勘探开发的新亮点，并已在美国和加拿大取得商业开发成功。页岩储层厚度薄，渗透率低，页岩气商业开发成功主要取决于水平钻井和压裂技术的突破。目前常用的页岩气压裂技术主要集中在水力压裂领域，而水力压裂需要消耗大量的淡水资源，同时在页岩气勘探、钻井及增产过程中伴随有大量的压裂返排废液产生(通常来讲，每口页岩气井产生出的压裂返排废液约为0.4～1.6 万m³)。页岩气压裂返排废液具有水量大、组成复杂、污染物浓度高和点多面广等特点，如果压裂返排废液不经处理而直接外排，会对环境造成严重影响，尤其是对农作物及地表地下水系造成污染。由于页岩气压裂液中使用多种添加剂，使返排废液具有较高COD_Cr值，给返排废液处理造成困难。

目前，页岩气压裂返排废液的处理方法主要有：经混凝沉降和吸附过滤等简单处理后，回注安全地层，其难点在于要有合适、距离不远和容量大的回注井，且不污染地下水；另一种方法是将返排废液经特殊分离等处理后再利用，其缺点是处理成本高、工艺复杂。

三、发明内容

为了克服背景技术存在的不足，本发明提供一种页岩气压裂返排废液处理方法，经该方法处理过的压裂返排废液出水达到国家污水排放标准或再利用的要求。

本发明的技术方案是：一种页岩气压裂返排废液处理方法，包括混凝、微电解、芬顿复合过硫酸盐催化氧化、絮凝沉淀、水解酸化、生化和吸附过滤处理单元，其特征在于：包括下列步骤：

⑴ 混凝处理单元：在页岩气压裂返排废液中加入铁系无机混凝剂或聚合氯化铝混凝剂，用量为5 000～15 000 mg/L，快速搅拌10～15 分钟，用氢氧化钙或氢氧化钠调整其pH值为8～9，后再加入助凝剂PAM或HPAM，用量为40～80 mg/L，快速搅拌，待矾花形成后停止搅拌，沉淀30分钟以上，取上清液过滤，用浓硫酸调整滤液pH值为3～5；

⑵ 微电解处理单元：将步骤⑴中调整pH值后的废水进行微电解处理，采用Fe/C或Fe/Cu/C填料为微电解填料，填料与废水的重量比为1:(1～2.5)，微电解时间为3～4小时，在微电解装置底部安装有空气曝气器，曝气量为400～600 L/h；

⑶ 芬顿复合过硫酸盐催化氧化处理单元：将步骤⑵处理后的废水进行芬顿复合过硫酸盐催化氧化处理，以双氧水或过硫酸氢钾为氧化剂，用量分别为1～3 g/L和1～4 g/L，以硫酸亚铁为催化剂，用量为6～8 g/L，反应pH值为3～5，催化氧化时间为2～4小时；

⑷ 絮凝沉淀处理单元：将步骤⑶中处理后的废水进行絮凝沉淀处理，用氢氧化钙调整废水pH值为8～10，并在搅拌条件下加入高分子NSG或PAM或HPAM，用量为10～30 mg/L，快速搅拌，待矾花形成后停止搅拌，沉淀30分钟以上；

⑸ 水解酸化处理单元：将步骤⑷中处理后的废水进行水解酸化处理，水解酸化池为钢筋混凝土结构的矩形池体，池内悬挂PP或PE材质半软性生物填料，采用多点布水系统，出水端安装有斜管沉淀设备，总有效水力停留时间为7～20 h，将反应严格控制在水解酸化阶段；

⑹ 生化处理单元：将步骤⑸处理后的废水进行生化处理，生化处理工艺采用曝气生物滤池(BAF)或序批式活性污泥法(SBR)；

⑺ 吸附过滤处理单元：将步骤⑹处理后的废水在装有粒状活性炭或陶粒或球型改性粉煤灰的吸附柱内进行吸附过滤处理，滤料与废水的重量比为(1～1.5):10，反应pH值为6～9，吸附过滤速度为8～10 m³/h，操作压力为0.4～0.6 MPa，处理后的废水可实现达标外排，也可以再利用；

⑻ 系统排放的污泥经板框压滤机脱水，滤液进入混凝处理单元，滤饼干化制砖或固化处理。

所述的铁系无机混凝剂为硫酸亚铁或硫酸铁或聚合硫酸铁(PFS)。

所述的曝气生物滤池(BAF)为钢筋混凝土结构的圆形池体，在池体内部填充有多孔生物陶粒填料，其颗粒直径为1～5 mm，采用强制曝气，气水比为1:1～4:1，水力负荷为0.8～2.5 m³/m²·h，有机负荷为0.5～2.6 kgBOD₅/( m³·d)，水力停留时间为5～8 h。