公布日：2023.11.10
申請日：2022.04.28
分類號：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
本發明公開了一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，涉及壓裂返排液達標無害化處理的技術領域，工藝首先通過曝氣中轉池進行了均質調節和初級氧化，再利用氣浮和初次沉降，有效降低整個處理過程的總污泥量；再采用臭氧單元進行深度氧化，去除壓裂返排液中有機物；在壓裂返排液軟化方法上，采用了“碳酸鈉+硫酸鈉”為主的化學軟化與離子交換和納濾等深度軟化相結合的工藝方法，能夠保證后續脫鹽單元的長期穩定運行；二級濃縮的高壓反滲透與機械蒸發再壓縮(MVR)單元協同運行，實現了壓裂返排液的深度脫鹽和濃縮結晶。本發明通過現場的長期運行，能夠很好的適應中國西南地區壓裂返排液的水質狀況。
權利要求書
1.一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，其特征在于，包括如下步驟：S1:將壓裂返排液通入到曝氣中轉池中，進行持續曝氣處理，能夠氧化液體中還原性物質、減少厭氧細菌含量，完成曝氣處理后，獲得1級液體；S2:將中轉池內1級液體通入氣浮除油系統，去除壓裂返排液表面浮油，收集浮油得到1號副產物，1號副產物會進行外運處置，除油后獲得2級液體；S3:將2級液體通入到混凝沉降系統中進行沉降處理，通過沉降，得到污泥和上清液，其中污泥為2號副產物，會進行外運處置，上清液為3級液體；S4:3級液體通入到臭氧氧化系統中進行氧化，獲得4級液體；S5:4級液體進入1號反應池中，并投加氫氧化納進行反應，調節pH值，獲得5級液體；S6:5級液體進入2號反應池中，投加碳酸鈉和硫酸鈉，進行充分反應，形成了白色的懸濁液，獲得6級液體，S7:6級液體進入到高密沉降系統中，進行二次沉降，獲得清澈的7級液體和白色底泥，抽取底泥進行壓濾后形成污泥，此為3號副產物；S8:7級液體通過多級砂濾罐進行固液分離，分離出仍然殘留的微小懸浮顆粒，獲得9級液體，多級砂濾罐的反沖洗廢水為8級液體，將8級液體返回至1號反應池中；S9:9級液體通過軟化樹脂進一步降低返排液中硬度離子，獲得10級液體；S10:10級液體通入納濾系統進行處理，納濾系統中產生濾出水12級液體和濃水11級液體；S11:將12級液體通入反滲透系統中進行脫鹽處理，反滲透系統脫鹽將產生淡水13級液體，和濃鹽水14級液體。S12:將13級液體通入氨氮吸附單元進行處理，獲得最終出水；S13:14級液體則進入機械蒸發再壓縮系統進行蒸發結晶處理，獲得4號副產物結晶鹽和母液15級液體。
2.根據權利要求1所述的一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，其特征在于，步驟S1中，所述曝氣中轉池收集各井返排液，曝氣中轉池的容積大于整套處理系統5個小時進水總量，曝氣中轉池中的曝氣處理單元的氣水比流量應大于5。
3.根據權利要求1所述的一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，其特征在于，步驟S4中，所述臭氧氧化系統采用二氧化錳為主體的催化劑，臭氧氣量與進水流量之比大于30。
4.根據權利要求1所述的一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，其特征在于，步驟S5中，所述氫氧化鈉的投加量，使得反應后壓裂返排液的pH值大于10.5。
5.根據權利要求1所述的一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，其特征在于，步驟S6中，碳酸鈉和硫酸鈉的投加比例為4：1～6：1。
6.根據權利要求1所述的一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，其特征在于，步驟S7中，進入高密沉淀系統中進行沉降固液分離時，可選擇不再投加投加混凝劑。
7.根據權利要求1所述的一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，其特征在于，步驟S8中，進入多級砂濾罐系統，砂濾系統至少包含三級砂濾，選用石英砂分別為1-2mm、0.5-1.5mm、0.2-0.5mm。
8.根據權利要求1所述的一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，其特征在于，步驟S10中，納濾系統濃水返回至步驟S5中，回流至1號反應池。9.根據權利要求1所述的一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，其特征在于，步驟S11中，反滲透系統內的反滲透單元采用了兩段濃縮系統，其中一段反滲透裝置運行壓力大于5mpa，二段反滲透運行壓力大于7mpa。
10.根據權利要求1所述的一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，其特征在于，步驟S13中，通過機械蒸發再壓縮系統濃水蒸發后，其母液返回至步驟S9中。
發明內容
本發明的目的在于：為了解決上述技術問題，本發明提供一種壓裂返排液無害化處理排放工藝。
本發明為了實現上述目的具體采用以下技術方案：
一種壓裂返排液無害化處理排放工藝，包括如下步驟：
S1:將壓裂返排液通入到曝氣中轉池中，進行持續曝氣處理，能夠氧化液體中還原性物質、減少厭氧細菌含量，完成曝氣處理后，獲得1級液體；
S2:將中轉池內1級液體通入氣浮除油系統，去除壓裂返排液表面浮油，收集浮油得到1號副產物，1號副產物會進行外運處置，除油后獲得2級液體；
S3:將2級液體通入到混凝沉降系統中進行沉降處理，通過沉降，得到污泥和上清液，其中污泥為2號副產物，會進行外運處置，上清液為3級液體；
S4:3級液體通入到臭氧氧化系統中進行氧化，獲得4級液體；
S5:4級液體進入1號反應池中，并投加氫氧化納進行反應，調節pH值，獲得5級液體；
S6:5級液體進入2號反應池中，投加碳酸鈉和硫酸鈉，進行充分反應，形成了白色的懸濁液，獲得6級液體，
S7:6級液體進入到高密沉降系統中，進行二次沉降，獲得清澈的7級液體和白色底泥，抽取底泥進行壓濾后形成污泥，此為3號副產物；
S8:7級液體通過多級砂濾罐進行固液分離，分離出仍然殘留的微小懸浮顆粒，獲得9級液體，多級砂濾罐的反沖洗廢水為8級液體，將8級液體返回至1號反應池中；
S9:9級液體通過軟化樹脂進一步降低返排液中硬度離子，獲得10級液體；
S10:10級液體通入納濾系統進行處理，納濾系統中產生濾出水12級液體和濃水11級液體；
S11:將12級液體通入反滲透系統中進行脫鹽處理，反滲透系統脫鹽將產生淡水13級液體，和濃鹽水14級液體。
S12:將13級液體通入氨氮吸附單元進行處理，獲得最終出水；
S13:14級液體則進入機械蒸發再壓縮系統進行蒸發結晶處理，獲得4號副產物結晶鹽和母液15級液體。
步驟S1中，所述曝氣中轉池收集各井返排液，曝氣中轉池的容積大于整套處理系統5個小時進水總量，曝氣中轉池中的曝氣處理單元的氣水比流量應大于5。
步驟S4中，所述臭氧氧化系統采用二氧化錳為主體的催化劑，臭氧氣量與進水流量之比大于30。
步驟S5中，所述氫氧化鈉的投加量，使得反應后壓裂返排液的pH值大于10.5。
步驟S6中，碳酸鈉和硫酸鈉的投加比例為4：1～6：1。
步驟S7中，進入高密沉淀系統中進行沉降固液分離時，可選擇不再投加投加混凝劑。
步驟S8中，進入多級砂濾罐系統，砂濾系統至少包含三級砂濾，選用石英砂分別為1-2mm、0.5-1.5mm、0.2-0.5mm。
步驟S10中，納濾系統濃水返回至步驟S5中，回流至1號反應池。
步驟S11中，反滲透系統內的反滲透單元采用了兩段濃縮系統，其中一段反滲透裝置運行壓力大于5mpa，二段反滲透運行壓力大于7mpa。
步驟S13中，通過機械蒸發再壓縮系統濃水蒸發后，其母液返回至步驟S9中。本發明的有益效果如下：
1、本發明所提供的一種壓裂返排液達標處理工藝流程簡單、運行穩定、出水水質好，處理后的壓裂返排液達到《國家污水綜合排放標準》和《四川省水污染排放標準》。
2、本工藝方法適用于頁巖氣現場處理的實際需求，通過曝氣中轉池的容積控制，有效消除了返排液進水水質波動對處理過程的影響。首先采用氣浮和混凝沉降進行提前處理，可以降低污泥量。臭氧氧化單元可以去除返排液中大部分有機物，通過實際檢驗，臭氧氧化是最為經濟有效的返排液有機物去除技術。
3、在返排液軟化方法上，采用了碳酸鈉和硫酸鈉為主的化學軟化和納濾、與離子交換等深度軟化相結合，能夠保證后續脫鹽單元的長期穩定運行。二級濃縮的反滲透與機械蒸發再壓縮(MVR)單元的結合，實現了返排液的深度脫鹽和濃縮結晶，通過現場長期運行，能夠很好的適應返排液水質情況。
4、與同類技術比較，該工藝流程更短、占地面積小，其他工藝流程中采用了“調節池+氣浮+催化氧化+混凝沉降+超濾+離子吸附+電滲析+生化處理+MVR蒸發”，其中生化處理中生化池的占地面積約為0.2方/噸水，而該套工藝流程中，主要采用了物理化學方法，總占地面積縮小了40％以上。
5、副產物較少，且更易于處理，該工藝流程中共會產生4種副產物，其中1號副產物是返排液的表面廢棄浮油，主要是收集后外運處置。2號副產物是初級沉降的污泥，而3號副產物為二次軟化沉降污泥，這兩部分污泥分別通過兩次獨立處理單元進行了固液分離，而其他處理工藝中，通常會將這兩部分污泥進行混合沉降收集，該工藝則將兩種污泥單獨分開，且第二種污泥的形成不需要投加藥劑，所示總污泥量相比于其他處理工藝最高減少了20％左右，且污泥性質穩定，更易于后續處置。第四種副產物是結晶鹽，工藝流程中采用了多級結晶鹽純化的處理單元，包括軟化反應單元，軟化樹脂和納濾系統，使得結晶鹽的純度較高，經過測定結晶鹽的品質可達到二級工業鹽的標準，實際運行中可以60元/噸的價格出售。
6、運行穩定，該工藝流程設計時，對設備長期運行進行了考慮，由于工藝流程中涉及多套膜處理單元，對每個膜前端的預處理進行了精細設計，首先初級沉降，使得二次沉降物主要為軟化沉淀，降低了沉降池的負荷，此外，納濾單元前端設置了軟化樹脂，而精細化的預處理也延長了反滲透的使用壽命。經過2年的實際運行，在12小時/天的運行條件下，納濾和反滲透保持了穩定運行，微濾單元需每月進行1次離線清洗。
（發明人：陳天欣;王越;趙靚;易暢;王紅娟;王興睿）
