本发明涉及页岩气田产出水处理技术领域，尤其涉及一种页岩气田产出水的处理系统及其处理方法。
背景技术：
页岩气是一种非常规天然气资源，地质储量巨大。我国当前加大页岩气田开发力度具有重要的战略意义，对调整我国能源消费结构，调节天然气价格具有积极的作用。目前我国已初步形成四大页岩气产区(涪陵、长宁、威远、鄂尔多斯)，产能超过70亿立方米/年，主要集中在四川盆地及其周边的五峰组－龙马溪组，开发技术为水力压裂。由于页岩气开发的特殊性，需要将大量的压裂液注入地层，进行水力压裂作业，每口井配制压裂液用水为3～4×104m3，随后大量压裂液会混同地层水返排至地表。压裂返排液成分组成复杂，含有压裂余液、聚合物、泥砂、石油类和硫化亚铁等，无法直接排放或回注利用。
页岩气田产出水是指到生产期，压裂后残留在地下的压裂液和地层水随页岩气带到地面的产出水，既含有地层水中的盐类和重金属，也含有压裂液中的各种化学添加剂成分。因此，页岩气田产出水的水质成分复杂，污染物种类多，如机械杂质、ss(suspendedsolid)、各种有机物、氨氮(以游离nh3和nh4+形式存在)和成垢离子(如ca2+、mg2+)等，并表现出高cod(chemicaloxygendemand)、高tds(totaldissolvedsolids)、高ss的“三高”特点，如果处置不当会污染水环境，引发社会问题。因而，为了使页岩气田产出水能够达到外排标准或者可以综合利用，需要除掉页岩气田产出水中的常规的污染物并进行除盐处理，而除盐工艺是目前产出水处理外排的主要技术难点。
通过研究发现，现阶段应用较多的是单一的采用正渗透浓缩工艺除盐、双膜工艺(即超滤处理+渗透处理)除盐或者蒸发除盐。但是，仅采用正渗透浓缩工艺进行除盐，会带来汲取液用量大、成本高的问题；仅采用双膜工艺除盐，由于膜面结垢等因素，当进水中的tds含量高于40000mg/l时，双膜工艺的技术经济性较差，会带来产水率较低、浓缩倍率较低、浓水处置成本较高的问题；蒸发除盐工艺虽然在进水中的tds含量处于4×104mg/l～10×104mg/l时表现出了较好的处理效果和稳定性，但是由于目前压缩机等主要设备主要靠进口，费用高昂。
技术实现要素：
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种页岩气田产出水的处理系统及其处理方法，其在对页岩气田产出水进行处理时，大大的提高了浓缩倍率，从而减少了需要处置的浓水量，进而很大程度地节约了成本。
为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种页岩气田产出水的处理系统，其包括：预处理设备，对作为原水的页岩气田产出水进行预处理，以去除原水中的机械杂质、ss、氨氮和成垢离子并降低cod；双膜处理设备，连通于预处理设备，对预处理设备预处理后的出水进行初步浓缩处理，并得到淡水和浓水，淡水直接外排；以及正渗透浓缩设备，连通于双膜处理设备，用于对双膜处理设备处理后得到的浓水进行正渗透深度浓缩处理，并得到浓缩的浓水。
在第二方面，本发明提供了一种页岩气田产出水的处理方法，其包括步骤：s1，采用预处理设备对作为原水的页岩气田产出水进行预处理，以去除原水中的机械杂质、ss、氨氮和成垢离子并降低cod；s2，将预处理后的出水引入双膜处理设备中进行初步浓缩处理，并得到淡水和浓水；以及s3，将步骤s2中得到的淡水直接外排，而将步骤s2中得到的浓水引入正渗透浓缩设备中进行正渗透深度浓缩处理，并得到浓缩的浓水。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的页岩气田产出水的处理系统中，预处理设备对原水进行预处理并使得预处理设备的出水满足双膜处理设备的进水水质要求。双膜处理设备对预处理设备预处理后的出水进行初步浓缩处理并得到淡水和浓水，淡水可满足国家污水外排标准，因此可以直接外排并且可以综合利用，而浓水中的含盐量一般处于50000mg/l－80000mg/l之间。而正渗透浓缩设备在双膜处理设备对预处理后的出水的初步浓缩基础上，对双膜处理设备处理后得到的浓水进行正渗透深度浓缩处理，得到了更少量的浓缩的浓水且浓缩的浓水中的含盐量可达到200000mg/l以上，大大的提高了浓缩倍率，从而减少了需要处置的浓水量，进而很大程度地节约了成本。
附图说明
图1是根据本发明的页岩气田产出水的处理系统及其处理方法的工艺流程示意图。
其中，附图标记说明如下：
1预处理设备31正渗透装置
2双膜处理设备32蒸馏装置
21第一缓冲罐33第二反渗透装置
22超滤装置4浓水处置装置
23第二缓冲罐a第一水箱
24第一反渗透装置b第二水箱
3正渗透浓缩设备
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的页岩气田产出水的处理系统及其处理方法。
首先说明本发明第一方面的页岩气田产出水的处理系统。
参照图1，根据本发明的页岩气田产出水的处理系统包括：预处理设备1，对作为原水的页岩气田产出水进行预处理，以去除原水中的机械杂质、ss、氨氮和成垢离子并降低cod；双膜处理设备2，连通于预处理设备1，对预处理设备1预处理后的出水进行初步浓缩处理，并得到淡水和浓水，淡水直接外排；以及正渗透浓缩设备3，连通于双膜处理设备2，用于对双膜处理设备2处理后得到的浓水进行正渗透深度浓缩处理，并得到浓缩的浓水。
在根据本发明的页岩气田产出水的处理系统中，预处理设备1对原水进行预处理并使得预处理设备1的出水满足双膜处理设备2的进水水质要求。双膜处理设备2对预处理设备1预处理后的出水进行初步浓缩处理并得到淡水和浓水，淡水可满足国家污水外排标准，因此可以直接外排并且可以综合利用，而浓水中的含盐量一般处于50000mg/l－80000mg/l之间。而正渗透浓缩设备3在双膜处理设备2对预处理后的出水的初步浓缩基础上，对双膜处理设备2处理后得到的浓水进行正渗透深度浓缩处理，得到了更少量的浓缩的浓水且浓缩的浓水中的含盐量可达到200000mg/l以上，大大的提高了浓缩倍率，从而减少了需要处置的浓水量，进而很大程度地节约了成本(这是因为目前浓水处置的主要设备要靠进口，费用高昂，而浓水量减少，相应的浓水处置的费用就减少)。
这里，根据实际工况需求，双膜处理设备2和正渗透浓缩设备3可设置成多级，换句话说，本发明的页岩气田产出水的处理系统中可不仅包括一个双膜处理设备2和一个正渗透浓缩设备3。
在预处理设备1中，为了去除原水中的机械杂质和ss，可以在预处理设备1中设置相应的机械过滤装置或者混凝沉降装置；为了去除原水中的成垢离子并降低水中的cod，可以先在预处理设备1中设置相应的化学氧化装置或者其他高级氧化装置降解原水中的cod，然后再通过设置对应的中和软化澄清装置析出沉淀，从而去除原水中的成垢离子；而对于原水中的氨氮，可以在预处理设备1中设置电解氧化装置，通过电化学氧化法去除。
这里，原水经由预处理设备1预处理后，预处理设备1的出水中的cod的含量通常小于100mg/l，满足双膜处理设备2的进水水质要求。
参照图1，双膜处理设备2可包括：第一缓冲罐21，连通于预处理设备1，用于对预处理后的出水进行缓存；超滤装置22，连通于第一缓冲罐21，用于对第一缓冲罐21缓存后的出水进行超滤处理；第二缓冲罐23，连通于超滤装置22，用于对超滤装置22处理后的出水进行缓存；以及第一反渗透装置24，连通于第二缓冲罐23，用于对第二缓冲罐23缓存后的出水进行反渗透处理，并得到淡水和浓水，淡水直接外排。
在第一缓冲罐21中，预处理设备1预处理后的出水在第一缓冲罐21中缓存一段时间的目的，是使预处理后的出水进行缓冲并达到均量和均质。
超滤装置22中的超滤膜可为内压式中空纤维膜。超滤装置22的目的是为第一反渗透装置24服务并确保超滤装置22的出水水质满足第一反渗透装置24的进水水质要求(避免反渗透膜被污堵)。
由于超滤装置22与第一反渗透装置24内部的压力不同，因而需要设置第二缓冲罐23，第二缓冲罐23对超滤装置22处理后的出水进行缓冲并达到均量和均质，从而便于超滤装置22中的出水经由第二缓冲罐23进入第一反渗透装置24中。
第一反渗透装置24中设置有反渗透膜，反渗透膜将第二缓冲罐23的出水中的水分子和盐类分离，从而得到淡水和浓水，且淡水满足国家污水外排标准，可以直接外排并且可以综合利用，而得到的浓水中的含盐量可处于50000mg/l－80000mg/l之间并通过正渗透浓缩设备3再进行正渗透深度浓缩处理。其中，反渗透膜为卷式海水淡化膜。
在实际处理过程中，第一反渗透装置24中的压力可维持在52bar，反渗透膜的产水量可维持在17lmh左右，产水率(即得到的淡水的含量占原水含量的百分比)可达到40～50％左右。
参照图1，正渗透浓缩设备3可包括：正渗透装置31，内置有汲取液并连通于双膜处理设备2，用于对双膜处理设备2处理后得到的浓水进行正渗透深度浓缩处理，并得到稀释的汲取液和浓缩的浓水；蒸馏装置32，连通于正渗透装置31，用于接收正渗透装置31处理后得到的稀释的汲取液并对稀释的汲取液进行蒸馏处理，得到浓缩的汲取液和产出水(即稀释的汲取液中除去浓缩的汲取液后剩余的溶液)，且浓缩的汲取液重新返回正渗透装置31中以循环使用；以及第二反渗透装置33，连通于蒸馏装置32和正渗透装置31，用于对蒸馏装置32处理后得到的产出水进行反渗透处理，并得到淡水和浓水，淡水直接外排，而浓水重新返回正渗透装置31中以进一步进行正渗透深度浓缩处理。
在正渗透浓缩设备3中，汲取液可为氨水和碳酸氢铵的混合液。
双膜处理设备2处理后得到的浓水进入正渗透装置31中后，浓水中的水分子自动渗透至正渗透装置31中的汲取液侧，使得正渗透装置31中的汲取液被稀释，而浓水由于脱水成为浓缩的浓水，此时浓缩的浓水中的含盐量可达到200000mg/l以上。
蒸馏装置32的目的是对稀释的汲取液进行浓缩回收并循环使用，即正渗透装置31中稀释的汲取液进入蒸馏装置32后进行蒸馏处理，稀释的汲取液在蒸馏装置32的作用下成为两部分，一部分为浓缩的汲取液并重新返回正渗透装置31中以循环使用，一部分为流向第二反渗透装置33中的产出水。
第二反渗透装置33对蒸馏装置32处理后得到的产出水进行反渗透处理后，得到的淡水可满足国家污水外排标准，因此可以直接外排并且可以综合利用，而浓水重新返回正渗透装置31中以进一步进行正渗透深度浓缩处理。其中，第二反渗透装置33的反渗透膜为卷式海水淡化膜。
这里补充说明的是，本发明与仅采用双膜处理设备2进行处理相比，大大的提高了浓缩倍率，减少了需要处置的浓水量，同时由于在双膜处理设备2的第一反渗透装置24和正渗透浓缩设备3的第二反渗透装置33的作用下进行两次产水，大大的提高了产水率；而与仅采用正渗透浓缩设备3进行浓缩处理相比，大大减少了汲取液的使用量，降低了成本。
参照图1，页岩气田产出水的处理系统还可包括：浓水处置装置4，连通于正渗透浓缩设备3，用于对正渗透浓缩设备3处理后得到的浓缩的浓水进行处理。由于经由双膜处理设备2和正渗透浓缩设备3处理后得到的浓缩的浓水的量较少，大大降低了浓水的处置成本。其中，这里的浓水处置装置4可为mvr(mechanicalvaporrecompression)蒸发结晶装置，以将浓缩的浓水用于工业制盐。
参照图1，页岩气田产出水的处理系统还可包括：第一水箱a，连通于第一反渗透装置24以接收第一反渗透装置24处理后得到的淡水。
参照图1，页岩气田产出水的处理系统还可包括：第二水箱b，连通于第二反渗透装置33以接收第二反渗透装置33处理后得到的淡水。
第一水箱a和第二水箱b的目的是收集本发明中得到的淡水，以便于对得到的淡水进行后续的综合利用。
接着说明本发明第二方面的页岩气田产出水的处理方法。
参照图1，根据本发明的页岩气田产出水的处理方法包括步骤：s1，采用预处理设备1对作为原水的页岩气田产出水进行预处理，以去除原水中的机械杂质、ss、氨氮和成垢离子并降低cod；s2，将预处理后的出水引入双膜处理设备2中进行初步浓缩处理，并得到淡水和浓水；以及s3，将步骤s2中得到的淡水直接外排，而将步骤s2中得到的浓水引入正渗透浓缩设备3中进行正渗透深度浓缩处理，并得到浓缩的浓水。
在根据本发明的页岩气田产出水的处理方法中，步骤s1为预处理工艺段，步骤s2为双膜初步浓缩工艺段，步骤s3为正渗透深度浓缩工艺段。采用预处理工艺段对原水进行预处理并使得预处理后的出水满足双膜初步浓缩工艺段的进水水质要求。双膜初步浓缩工艺段对预处理工艺段处理后的出水进行初步浓缩处理并得到淡水和浓水，淡水可满足国家污水外排标准，因此可以直接外排并且可以综合利用，而此工艺段中浓水中的含盐量一般处于50000mg/l－80000mg/l之间。而正渗透深度浓缩工艺段在双膜初步浓缩工艺段对预处理后的出水的初步浓缩基础上，对双膜初步浓缩工艺段处理后得到的浓水进行正渗透深度浓缩处理，得到了更少量的浓缩的浓水且浓缩的浓水中的含盐量可达到200000mg/l以上，大大的提高了浓缩倍率，从而减少了需要处置的浓水量，进而很大程度地节约了成本(这是因为目前浓水处置的主要设备要靠进口，费用高昂，而浓水量减少，相应的浓水处置的费用就减少)。
在步骤s1中，为了去除原水中的机械杂质和ss，可以采用机械过滤或者混凝沉降(即加入混凝剂和絮凝剂)的方式；为了去除原水中的成垢离子并降低水中的cod，可以先采用化学氧化法或者其他高级氧化法将水中的有机物氧化成无机盐，然后再通过加入氢氧化钠(naoh)和碳酸钠(na2co3)析出沉淀，从而去除原水中的成垢离子；而对于原水中的氨氮，可以在步骤s1中采用电化学氧化法去除。
这里，原水经由预处理工艺段预处理后，预处理工艺段的出水中的cod的含量通常小于100mg/l，满足双膜初步浓缩工艺段的进水水质要求，从而可直接引入双膜初步浓缩工艺段中进行初步浓缩处理。
参照图1，在步骤s2中，包括步骤：s21，将预处理后的出水引入第一缓冲罐21中并缓存一段时间；s22，将第一缓冲罐21缓存后的出水引入超滤装置22中并进行超滤处理；s23，将超滤处理后的出水引入第二缓冲罐23中并缓存一段时间；以及s24，将第二缓冲罐23缓存后的出水引入第一反渗透装置24中并进行反渗透处理，并得到淡水和浓水，淡水直接外排。
步骤s21的目的是对预处理后的出水进行缓冲并达到均量和均质，从而为步骤s22中的超滤处理工艺服务。步骤s23的目的是对经由超滤处理后的出水进行缓冲并达到均量和均质，从而为步骤s24中的反渗透处理工艺服务。
在步骤s22中，超滤处理工艺的目的是为步骤s24服务并确保超滤处理工艺的出水水质满足反渗透处理工艺的进水水质要求。
在步骤s24中，第一反渗透装置24中的反渗透膜(如卷式海水淡化膜)将第二缓冲罐23的出水中的水分子和盐类分离，从而得到淡水和浓水，且淡水满足国家污水外排标准，可以直接外排并且可以综合利用，而得到的浓水中的含盐量可处于50000mg/l－80000mg/l之间并通过步骤s3再进行正渗透深度浓缩处理。
在步骤s24中，第一反渗透装置24中的压力可维持在52bar，反渗透膜的产水量可维持在17lmh左右，产水率(即得到的淡水的含量占原水含量的百分比)可达到40～50％左右。
参照图1，在步骤s3中，可包括步骤：s31，将步骤s24中得到的浓水引入内置有汲取液的正渗透装置31中进行正渗透深度浓缩处理，并得到稀释的汲取液和浓缩的浓水；s32，将正渗透深度浓缩处理后得到的稀释的汲取液引入蒸馏装置32中进行蒸馏处理，并得到浓缩的汲取液和产出水(即稀释的汲取液中除去浓缩的汲取液后剩余的溶液)，且浓缩的汲取液重新返回正渗透装置31中以循环使用；以及s33，将蒸馏处理后得到的产出水引入第二反渗透装置33中进行进一步反渗透处理，并得到淡水和浓水，淡水直接外排，而浓水重新返回正渗透装置31中以进一步进行正渗透深度浓缩处理。
在步骤s3中所采用的汲取液可为氨水和碳酸氢铵的混合液，且预先加入正渗透装置31中的汲取液的浓度可为3mol/l。
在步骤s31中，经由步骤s2处理后得到的浓水进入正渗透装置31中后，浓水中的水分子自动渗透至正渗透装置31中的汲取液侧，使得正渗透装置31中的汲取液被稀释，而浓水由于脱水成为浓缩的浓水，此时浓缩的浓水中的含盐量可达到200000mg/l以上。
步骤s32的目的是对稀释的汲取液进行浓缩回收并循环使用，即步骤s31中得到的稀释的汲取液进入蒸馏装置32后进行蒸馏处理，稀释的汲取液在蒸馏装置32的作用下成为两部分，一部分为浓缩的汲取液并重新返回正渗透装置31中以循环使用，一部分为流向第二反渗透装置33中的产出水。
在步骤s3中，由于汲取液一直处于流动的状态以进行循环使用，大大减少了汲取液的使用量，降低了成本。
在步骤s33中，第二反渗透装置33对蒸馏装置32处理后得到的产出水进行反渗透处理，得到的淡水可满足国家污水外排标准，因此可以直接外排并且可以综合利用，而得到的浓水重新返回正渗透装置31中以进一步进行正渗透浓缩处理。
这里补充说明的是，本发明的页岩气田产出水的处理方法与仅采用双膜脱盐处理工艺相比，大大的提高了浓缩倍率，减少了需要处置的浓水量，同时由于双膜脱盐处理工艺段和正渗透深度浓缩工艺段均可产出满足国家污水外排标准的淡水，大大的提高了产水率；而与仅采用正渗透深度浓缩工艺相比，大大减少了汲取液的使用量，降低了成本。
参照图1，本发明的页岩气田产出水的处理方法还可包括步骤：s4，将步骤s3处理后得到的浓缩的浓水引入浓水处置装置4中进行处理。若将浓缩的浓水用于工业制盐时，浓水处置装置4可为mvr(mechanicalvaporrecompression)蒸发结晶装置。