本实用新型属于污水处理领域，具体涉及一种压裂废液的处理装置。
背景技术：
压裂工艺是油气井增产的一项主要措施，在各油田普遍采用。在油田压裂作业过程中会不断产生大量的返排废液，其中含有大量的有机、无机物质和各种添加剂，如不经过处理直接排放，一方面将会给井场周围环境、农作物及地表水造成污染；另一方面又造成了水资源的严重浪费，这对于缺水地区油田的生产生活形成了双重压力。压裂返排废液的处理及再利用技术，已成为目前很多油田关注的重点。我国西部一些油气田，本身地理性质的特点导致压裂返排液呈现出高硬度的特点，这使得压裂返排液无法二次利用，废液中的盐如Ca2+、Mg2+等离子的存在会阻碍压裂液稠化剂分子的伸展，使其很难在水中溶胀或溶解，因此不能形成高度分散体系的胶体溶液，进而影响压裂液的配胶特性。
由于压裂废液成分的复杂性及其初期压裂液的粘稠性，迄今为止的压裂废液高硬度处理技术尚未有定型的处理工艺技术体系，技术成熟性较差。这些技术仍局限在初级处理阶段，都或多或少地存在一些缺陷，如存在处理费用昂贵、无成熟工艺，或者由于技术可实现性要求很高，在现场难以实施等问题而不能应用。鉴于目前市场上压裂废液高硬度治理技术与工艺的上述不足，当今市场急需一种技术可行、经济节能、操作简单方便、行之有效的压裂废液高硬度处理工艺。
技术实现要素：
本实用新型的目的是为了解决现有处理高硬度压裂废液的出水硬度较高的问题，而提供一种高硬度压裂废液处理装置。
本实用新型高硬度压裂废液处理装置包括原水箱、首段曝气罐、二级反应罐、氢氧化钙药剂罐、一级沉降罐、中段曝气罐、三级反应罐、碳酸钠药剂罐、二级沉降罐和膜水箱，在原水箱中设置有提升泵，原水箱通过一号水管与首段曝气罐底部的进水口相连通，首段曝气罐顶部的出水口通过二号水管与二级反应罐相连，氢氧化钙药剂罐通过一号输药管与二级反应罐相连通，三号水管的一端与二级反应罐的出水口相连，三号水管的另一端延伸至一级沉降罐中，四号水管的一端与位于一级沉降罐上部的出水口相连，四号水管的另一端延伸至中段曝气罐内，中段曝气罐通过五号水管与三级反应罐相连，碳酸钠药剂罐通过二号输药管与三级反应罐相连通，六号水管的一端与三级反应罐的出水口相连，六号水管的另一端延伸至二级沉降罐内，位于二级沉降罐上部的出水口通过七号水管与膜水箱相连通，在膜水箱中设置有陶瓷膜，膜水箱通过陶瓷膜分成清水区和膜水区；
其中所述的首段曝气罐和中段曝气罐分别通过曝气管与曝气机相连通；所述的二级反应罐的中间设置有隔板，使二级反应罐形成2个相通的反应区；所述的三级反应罐的中部间隔设置有2个隔板，使三级反应罐形成3个串联折流的反应区。
本实用新型根据高硬度压裂废液的特点，优化传统石灰-纯碱法，采用三段式石灰-纯碱水处理体系：第一阶段(曝气+氢氧化钙反应+沉淀)+第二阶段(二次曝气+碳酸钠反应及絮凝+沉淀)+第三阶段(陶瓷膜过滤)，利用该高硬度压裂废液处理装置处理废液，降低硬度。
本实用新型是以石灰—纯碱法进行压裂废液硬度去除，但由于水中硬度较大，同时其它离子含量也较高，为保证处理效率以及出水效果，本实用新型压裂废液处理装置设计为三段式。首段以处理暂时硬度为主，该段投加氢氧化钙，并利用澄清作用充分反应并截留沉淀物，首段可降低总硬度35％～40％，此外硼酸离子浓度可降低50％以上，浊度也可降低70％，得到初级反应出水。在该阶段，水中投入氢氧化钙，促使HCO3-和OH-生成CO32-，促使OH-与CO2生成CO32-，或促使OH-与硫酸镁和氯化镁中的Mg2+生成Mg(OH)2沉淀，使水中硬度下降。第二阶段，投加碳酸钠(反应器内进行曝气搅拌)，促使碳酸钠中的CO32-与硫酸钙等生成CaCO3沉淀，从而降低水中永久硬度。在该阶段补充投加PAC和PAM，水力梯度逐级下降，并最终过渡到沉淀区，通过高效沉淀，水中硬度可进一步去除85％以上。第三阶段，主要为水质优化段，经过前两级处理水质已经可以达标，但在水质波动及进水浓度过大时仍有可能超标，经陶瓷膜过滤，深度处理后，水中硬度一般可稳定在300mg/L左右，同时处理后的水浊度可低至10NTU以下，可作为配药用水及污泥机清洗用水。
附图说明
图1为本实用新型高硬度压裂废液处理装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式高硬度压裂废液处理装置包括原水箱1、首段曝气罐2、二级反应罐3、氢氧化钙药剂罐4、一级沉降罐5、中段曝气罐6、三级反应罐7、碳酸钠药剂罐8、二级沉降罐9和膜水箱10，在原水箱1中设置有提升泵，原水箱1通过一号水管11与首段曝气罐2底部的进水口相连通，首段曝气罐2顶部的出水口通过二号水管12与二级反应罐3相连，氢氧化钙药剂罐4通过一号输药管18与二级反应罐3相连通，三号水管13的一端与二级反应罐3的出水口相连，三号水管13的另一端延伸至一级沉降罐5中，四号水管14的一端与位于一级沉降罐5上部的出水口相连，四号水管14的另一端延伸至中段曝气罐6内，中段曝气罐6通过五号水管15与三级反应罐7相连，碳酸钠药剂罐8通过二号输药管19与三级反应罐7相连通，六号水管16的一端与三级反应罐7的出水口相连，六号水管16的另一端延伸至二级沉降罐9内，位于二级沉降罐9上部的出水口通过七号水管17与膜水箱10相连通，在膜水箱10中设置有陶瓷膜，膜水箱10通过陶瓷膜分成清水区10-1和膜水区10-2；
其中所述的首段曝气罐2和中段曝气罐6分别通过曝气管与曝气机20相连通；所述的二级反应罐3的中间设置有隔板，使二级反应罐形成2个相通的反应区；所述的三级反应罐7的中部间隔设置有2个隔板，使三级反应罐形成3个串联折流的反应区。
本实施方式高硬度压裂废液处理系统加药量较小，可以采用输液管加药，节省设备成本，但碳酸钠，以及石灰乳的投加仍然需要采用转子泵，外加抽吸泵，至少需要3组转子泵，同时提升段采用潜水泵2套，水泵出口设置分流装置，保证水量稳定。系统整体需要搅拌桨7套(5个反应区，2台药剂储存罐)，曝气泵1台(双孔)，曝气头2组。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是二级反应罐3和三级反应罐7中的每个反应区中均设置有搅拌器。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是氢氧化钙药剂罐4和碳酸钠药剂罐8中均设置有搅拌器。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是二级反应罐3、三级反应罐7、氢氧化钙药剂罐4和碳酸钠药剂罐8中的搅拌器通过转速控制器21调节转速。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述的一号输药管18和二号输药管19中设置有计量泵22。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是一级沉降罐5与中段曝气罐6相紧邻设置。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是一级沉降罐5和二级沉降罐9为竖流沉淀形式。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是原水箱1的有效容积为30～60L。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是一级沉降罐5的罐内径为150～200mm，长度为1m。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是在膜水箱10的膜水区10-2内设置有抽吸泵。
实施例一：本实施例高硬度压裂废液处理装置包括原水箱1、首段曝气罐2、二级反应罐3、氢氧化钙药剂罐4、一级沉降罐5、中段曝气罐6、三级反应罐7、碳酸钠药剂罐8、二级沉降罐9和膜水箱10，在原水箱1中设置有提升泵，原水箱1通过一号水管11与首段曝气罐2底部的进水口相连通，首段曝气罐2顶部的出水口通过二号水管12与二级反应罐3相连，氢氧化钙药剂罐4通过一号输药管18与二级反应罐3相连通，三号水管13的一端与二级反应罐3的出水口相连，三号水管13的另一端延伸至一级沉降罐5中，四号水管14的一端与位于一级沉降罐5上部的出水口相连，四号水管14的另一端延伸至中段曝气罐6内，中段曝气罐6通过五号水管15与三级反应罐7相连，碳酸钠药剂罐8通过二号输药管19与三级反应罐7相连通，六号水管16的一端与三级反应罐7的出水口相连，六号水管16的另一端延伸至二级沉降罐9内，位于二级沉降罐9上部的出水口通过七号水管17与膜水箱10相连通，在膜水箱10中设置有陶瓷膜，膜水箱10通过陶瓷膜分成清水区10-1和膜水区10-2，在膜水区10-2内设置有抽吸泵；
其中所述的首段曝气罐2和中段曝气罐6分别通过曝气管与曝气机20相连通；所述的二级反应罐3的中间设置有隔板，使二级反应罐形成2个相通的反应区；所述的三级反应罐7的中部间隔设置有2个隔板，使三级反应罐形成3个串联折流的反应区。
应用高硬度压裂废液处理装置处理高硬度压裂废液的方法按照以下步骤实施：
一、原水箱内的原水由提升泵经一号水管进入首段曝气罐，在首段曝气罐内进行曝气处理，首段曝气罐的直径DN为150mm、高度0.7m，曝气停留时间为30min、曝气量为0.5m3/h，气水比1:10，首段曝气罐内的出水经二号水管流入二级反应罐中，氢氧化钙药剂罐通过一号输药管与二级反应罐相连通，二级反应罐中间设置有隔板形成2个串联反应区，氢氧化钙药剂经计量泵投加入二级反应罐中进行反应，控制氢氧化钙(10％)溶液量为24g/h，得到初级反应出水。
二、二级反应罐中的初级反应出水经三号水管流进一级沉降罐中沉降处理，沉淀采用竖流沉淀，直径DN为150mm，长度1m，上升流速为1.7m3/h，有效沉淀时间为30min，一级沉降罐中的上层水经四号水管进入中段曝气罐进行曝气处理，中段曝气罐的容积为5L，曝气时间设定为20min，然后经五号水管进入三级反应罐，碳酸钠药剂罐通过二号输药管与三级反应罐相连通，三级反应罐的中部间隔设置有2个间隔的隔板，使三级反应罐形成3个串联折流的反应区，经水流方向依次为首段反应区、中段反应区和末段反应区，向首段反应区投加碳酸钠(10％)溶液116g/h，中段区中按0.08g/h加PAM(0.1％)溶液和0.63g/h投加PAC(3％)溶液，末段反应区低速搅拌，在三级反应罐中进行反应，得到次级反应出水；
三、次级反应出水经六号水管流入二级沉降罐中沉降处理，二级沉降罐的直径DN150，长度1.2m，上升流速为0.85m3/h，有效沉淀时间为60min，二级沉降罐中的上层水经七号水管流入膜水箱中，膜水箱内设置有陶瓷膜，使膜水箱形成清水区和膜水区，完成高硬度压裂废液的处理；
其中原水箱的有效容积为40L，实际停留时间不低于2个小时。
本实施例中油田压裂废液，经处理后，硬度从4600mg/L降低到450mg/L，硬度去除率达到90.21％，同时浊度从80降低到5。