一种油田、气田压裂返排液处理系统的制作方法

本实用新型属于废水处理领域，具体涉及压裂返排液的处理系统。

背景技术：

随着我国油田的不断开发，压裂增产技术的不断应用，由此产生大量的压裂返排液，由于压裂返排液成分复杂，返排出地面后造成土壤污染，影响周边环境安全。另一方面由于压裂中需要使用大量清水，水资源短缺等现象。尤其是随着国内页岩气商业开发成功，其依赖的水力压裂需要大量的清水注入地层，同时要超过50％的返排液返回地表，存储这些返排液需要占用一定土地资源，且浪费大量的人力物力。压裂返排液中固有的化学需氧量cod高，钙、镁、铁等重金属离子高等特性，除具有一定毒害特性外，还给后期处理带来一定难度。

常规油气田压裂返排液处理，包含页岩气、煤层气、胍胶、清水压裂、em50等体系的返排废液处理。

目前压裂返排液主要处理以集中建站方式为主，处理后的水要回注地层下。此方法主要适用于距离处理厂附近有足够容量的回注井。本实用新型主要采用撬装设备设计，车载式运输，机动灵活。具备现场处理能力。处理后水质满足油田回注水标准。

技术实现要素：

为了解决现有的压裂返排液处理方法只能现场处理的技术问题，本实用新型的目的之一提供一种油田、气田压裂返排液处理系统，本实用新型的另一个目的提供一种油田、气田压裂返排液处理方法。

本实用新型的技术解决方案：

一种油田、气田压裂返排液处理系统，其特殊之处在于：包括加药搅拌系统1、电化学处理罐2、沉降系统3、气浮系统4以及过滤系统5，所述加药搅拌系统1用于将碱化剂、混凝剂和助凝剂分别与待处理的压裂返排液混合并搅拌后，送到电化学处理罐2，经电化学处理罐2处理后的压裂返排液送到沉降系统3，经沉降系统3分离后送入到气浮系统4，后经过过滤系统过滤后回用或回注。

其中加药搅拌系统包括废水处理管道11、一号加药装置15、二号加药装置16以及三号加药装置17，所述废水处理管道11的入口接压裂返排液，所述废水处理管道11依次设置有一号接口12、二号接口13和三号接口14；

所述一号加药装置15包括搅拌溶解罐112、药剂存储罐111、搅拌器19以及加药泵110，所述搅拌器19设置在搅拌溶解罐112内，所述搅拌溶解罐112上设置加药窗口18，所述搅拌溶解罐112与药剂存储罐111容积相等，所述搅拌溶解罐111位于药剂存储罐112的上方，且与药剂存储罐112连通，通过加药泵110将药剂存储罐111内的药剂经过一号接口12添加至废水处理管道11内；一号加药装置15、二号加药装置16以及三号加药装置17的结构相同，通过加药泵110分别与一号接口12、二号接口13和三号接口14连接。

其中电化学处理罐包括罐体24、压缩机21、辅管22、电源以及设置在罐体24内多个电极23，所述辅管22设置在罐体24的底部，所述辅管22上设置有多个排气孔25，所述辅管22的一端与压缩机21连通，所述辅管22的另一端密封；

多个电极23两两相对排列在罐体内，所述电源与电极连接。

上述电极23为Fe电极，两两电极23之间的距离小于等于20mm。

其中沉降系统包括沉降罐31以及设置在沉降罐31内的斜管，所述沉降罐31的下端为污泥出口，所述沉降罐31的上端设置有溢流堰33，来自电化学处理罐的污水先通过斜管进行分离，污泥从沉降罐31底部排出，上清液进入气浮系统。

其中气浮系统包括尼克泵41、溶气分离罐42、处理槽45以及位于处理槽45上方的刮渣机49，所述处理槽45内设置有挡水板46，所述挡水板46将处理槽45划分为混合区47和分离区48，所述溶气分离罐42上设置有排气阀43和用于测量溶气分离罐内部压力的压力表44；

所述尼克泵41将气、液混合后输出高压气压混合物，高压气液混合物进入溶气分离罐42，所述溶气分离罐42的出口与处理槽45连通底部连通，来自沉降系统的处理液进入处理槽45的底部，所述处理槽45的外侧设置污泥收集器410，通过刮渣机49刮走的污泥进入污泥收集410器，进行气浮分离后的处理液通过分离区的底部流出。

上述过滤系统包括双层过滤器和膜过滤器，所述膜过滤系统为侵入式超滤膜过滤。

一种油田、气田压裂返排液处理方法，包括以下步骤：

1)加药搅拌：

向待处理的压裂返排液吸入加入碱化剂，调节pH值在8-10之间后，加入混凝剂和助凝剂，搅拌待有大量矾花出现后，得到一次处理液；

2)电解氧化：

将一次处理液进行电解氧化处理，电解时间为10分钟，电流密度控制在80-180mA/cm²，得到二次处理液；

3)沉降处理：

将二次处理液进行泥水沉降分离，将污泥收集后，得到三次处理液，调节三次处理液的pH值至6-7之间，同时加入助凝剂；

4)气浮处理：

将三次处理液进行气浮处理，四次处理液输送到下一级处理，刮出渣子送入存储罐保存；

5)将步骤4)处理后的上清液进行过滤，得到满足回注或回用的合格水。

步骤1)所用的碱化剂为氢氧化钠或碳酸钠，用量在1000-4000mg/L；

步骤1)所用的混凝剂为硫酸亚铁、碱式氯化铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁中的一种或两种混合物，总加量控制在800-6000mg/L；步骤1)所用的助凝剂为阴性聚丙烯酰胺或阳离子性聚丙烯酰胺一种或几种，分子量800-1600万，用量在15-300ppm。

进一步的，气浮处理的具体步骤为：

尼克泵将气、液混合后输出高压气液混合物，高压气液混合物进入溶气分离罐，溶气分离罐中混合均匀后进入处理槽的混合区，三次处理液与气液混合物混合后，进入处理槽的分离器，杂质随着气泡上浮，通过刮渣机刮走的污泥进入污泥收集器，进行气浮分离后的四次处理液通过分离区的底部流出；其中回流比为30-50％，回流水量在8-12m³/h，溶气分离罐的压力在0.3-0.34MPa。

本实用新型所具有的优点：

1、本实用新型压裂返排液处理工艺设计合理，处理系统主要采用撬装设备设计，车载式运输，机动灵活。设备尺寸：9500*2350*2650*2。

2、本实用新型的压裂返排液处理系统具备现场处理能力。处理后水质满足油田回注水标准，处理能力：20m³/h。

附图说明

图1为本实用新型油田、气田压裂返排液处理系统的结构示意图；

图2为本实用新型加药搅拌系统的结构示意图；

图3为本实用新型电化学处理罐的结构示意图；

图4为本实用新型沉降系统的结构示意图；

图5为气浮系统的结构示意图；

其中附图标记为：1-加药搅拌系统，11-废水处理管道，12-一号接口，13-二号接口，14-三号接口，15-一号加药装置，16-二号加药装置，17-三号加药装置，18-加药窗口，19-搅拌器，110-加药泵，111-药剂存储罐，112-搅拌溶解罐，2-电化学处理罐，21-压缩机，22-辅管，23-电极，24-罐体，25-排气孔，26-出口，3-沉降系统，31-沉降罐，32-斜管，33-溢流堰，4-气浮系统，41-尼克泵，42-溶气分离罐，43-排气阀，44-压力表，45-处理槽，46-挡水板，47-混合区，48-分离区，49-刮渣机，410-污泥收集器，5-过滤系统。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，一种油田、气田压裂返排液处理系统，包括加药搅拌系统1、电化学处理罐2、沉降系统3、气浮系统4以及过滤系统5，加药搅拌系统用于将碱化剂、混凝剂和助凝剂分别与待处理的压裂返排液混合并搅拌后，送到电化学处理罐，经电化学处理罐处理后的压裂返排液送到沉降系统，经沉降系统分离后送入到气浮系统，后经过过滤系统过滤回用或回注。

实施例2：如图2所示，加药搅拌系统包括废水处理管道11、一号加药装置15、二号加药装置16以及三号加药装置17，废水处理管道11的入口接压裂返排液，废水处理管道17依次设置有一号接口12、二号接口13和三号接口14，一号加药装置15包括搅拌溶解罐112、药剂存储罐111、搅拌器19以及加药泵110，搅拌器19设置在搅拌溶解罐内，搅拌溶解罐111上设置加药窗口18，搅拌溶解罐112与药剂存储罐111容积相等，搅拌溶解罐112位于药剂存储罐111的上方，且与药剂存储罐111连通，通过加药泵110将药剂存储罐111内的药剂经过一号接口12添加至废水处理管道11内；一号加药装置15、二号加药装置16以及三号加药装置17的结构相同，通过加药泵110分别与一号接口12、二号接口13和三号接口14连接。加药泵110采用隔膜计量泵，一用一备，设计加药量为500-8000ppm。

实施例3：如图3所示，电化学处理罐包括罐体24、压缩机21、辅管22、电源以及设置在罐体内多个电极23，辅管22设置在罐体24的底部，辅管22上设置有多个排气孔25，辅管的一端与压缩机21连通，辅管的另一端密封；多个电极两两相对排列在罐体内，电源与电极连接。电化学处理罐为高压电解方法，设计隔离后电压为200-300V高压脉冲，根据水质自动调节。极板采用铁板，板级间距不小于20mm，设计电流密度80-180mA/cm²，底部辅以空气曝气，设计气量为5-10L/m².S

实施例4：如图4所示，沉降系统包括沉降罐31以及设置在沉降罐31内的斜管32，沉降罐31的下端为污泥出口，沉降罐31的上端设置有溢流堰33，来自电化学处理罐的污水先通过斜管进行分离，污泥从沉降罐底部排出，上清液进入气浮系统。

实施例5：如图5所示，气浮系统包括尼克泵41、溶气分离罐42、处理槽45以及位于处理槽45上方的刮渣机49，处理槽45内设置有挡水板46，挡水板46将处理槽45划分为混合区47和分离区48，溶气分离罐42上设置有排气阀43和用于测量溶气分离罐内部压力的压力表44；

尼克泵41将空气、清液混合后输出高压气压混合物，高压气液混合物进入溶气分离罐42，溶气分离罐42的出口与处理槽45连通底部连通，来自沉降系统的处理液进入处理45槽的底部，处理槽45的外侧设置污泥收集器410，通过刮渣机49刮走的污泥进入污泥收集器410，进行气浮分离后的处理液通过分离区的底部流出。

这样的气浮系统能够大大节省空间，实现泥水快速分离。

同等流量设计下，气浮系统的箱体尺寸较传统加压溶气气浮减小1/3；本实用新型的气浮系统溶气效果好，微气泡直径在30um(常规在50um)；使用的溶气分离罐，体积约在500*1000，常规在550*2550；出水稳定向较常规气浮有一定提高。

实施例6：过滤系统包括双层过滤器和膜过滤器，膜过滤系统为侵入式超滤膜过滤。双层过滤器：采用双层滤料过滤系统，两种过滤介质：石英砂与无烟煤。设计流量为20m³/h，滤速为35m/h，设计进水ss指标不大于200mg/L，设计出水ss指标小于20mg/L。

膜过滤处理单元：采用国产PVDF超滤膜单元，侵入式结构，膜组置于方形水箱中，设计产水量20m³/h,辅以曝气系统，设计曝气量为10-30L/m2.S。

实施例7：

一种适用于油气田压裂返排液处理，包括以下步骤：

1)首先废水吸入搅拌罐内，加入氢氧化钠，加入量为1000mg/L，调节pH值在8后，按照总加量在800mg/L的标准加入硫酸亚铁，后再按照用量在15ppm的标准加入分子量800万的阴性聚丙烯酰胺，搅拌10min后，有大量矾花出现后，停止搅拌，将废水输送到电化学处理罐；

2)将步骤1)处理后的废水进行电解氧化处理，电解时间为10分钟，电流密度控制在80mA/cm²，底部辅以空气曝气，设计气量为5L/m².S；

3)将步骤2)处理后的废水进行沉淀处理，处理时间30min；

4)将步骤3)处理后的废水调节pH值调整至7之间，同时按照10ppm的标准加入助凝剂，进入气浮处理，处理时间不小于35min，清液输送到下一级处理，刮渣机刮出渣子送入存储罐保存；其中气浮处理中回流比为30％，溶气压力为3kg/cm²；

5)将步骤4)处理后废水经过滤系统过滤后，满足油田A2级回注水标准。

实施例8：

一种适用于油气田压裂返排液处理，包括以下步骤：

1)首先废水吸入搅拌罐内，加入碳酸钠，加入量为4000mg/L，调节pH值在10后，按照总加量在6000mg/L的标准加入碱式氯化铝和聚合氯化铝的混合物，后再按照用量在300ppm的标准加入分子量1600万的阳离子性聚丙烯酰胺，搅拌10min后，有大量矾花出现后，停止搅拌，将废水输送到电化学处理罐；

2)将步骤1)处理后的废水进行电解氧化处理，电解时间为10分钟，氧化时间为30min，电流密度控制在180mA/cm²，底部辅以空气曝气，设计气量为10L/m².S；电解氧化系统为高压电解方法，设计隔离后电压为200-300v高压脉冲，根据水质自动调节。极板采用铁板，板级间距不小于20mm。

3)将步骤2)处理后的废水进行沉淀处理，处理时间30min；

4)将步骤3)处理后的废水调节pH值调整至7之间，同时按照20ppm的标准加入助凝剂，进入气浮处理，处理时间40min，清液输送到下一级处理，刮渣机刮出渣子送入存储罐保存；其中气浮处理中回流比为50％，溶气压力为3.4kg/cm²；回流比是指进水量和尼可泵流量的比值。例如：污水进入气浮系统是20方，尼可泵将其中十方水连同空气一同吸入加压，那么回流比就是50％。

5)将步骤4)处理后废水经过滤系统过滤后，满足油田A2级回注水标准。

实施例9：在实施例8的基础上，混凝剂为硫酸亚铁、碱式氯化铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁中的一种或两种混合物，总加量控制在800-6000mg/L。

实施例10：在实施例8的助凝剂为阴性聚丙烯酰胺或阳离子性聚丙烯酰胺一种或几种，分子量800-1600万，用量在15-300ppm。