基于MABR的压裂返排液处理方法与流程

本发明涉及污水处理，是一种基于mabr的压裂返排液处理方法。

背景技术：

1、页岩层由于孔隙度和渗透率极低，开采时须进行压裂改造，水平井和水力压裂技术是页岩气开发中的关键技术。水力压裂技术是利用天然裂缝或人工裂缝，将含有各种添加剂的压裂体系在高压下注入地层，扩大储层裂缝网络，待压裂过程完成后将压裂液排出，支撑剂仍留在裂缝中以改善储层网络结构，达到油气增产的目的。除此之外，压裂技术也常用于常规油气藏中，以提高产量，延长老油气藏的生命周期。水力压裂技术大规模应用的同时，伴随着大量压裂返排液的产生。我国常规压裂施工作业中，每口井压裂返排液体积为100m3至200m3，而页岩气开发过程中，由于水平井分段压裂、体积压裂、同步压裂等压裂技术的应用，每口井压裂返排液能达到3000m3至6000m3。根据地质状况的不同，10%至70%的压裂液将在压裂作业结束后返排到地面。压裂液中通常添加了多种添加剂，主要包括凝胶和发泡成分、减摩剂、交联剂、破碎剂、ph调节剂、杀菌剂、缓蚀剂、阻垢剂、黏土稳定剂和表面活性剂等。

2、压裂返排液主要来自施工前后的洗井废水和压裂施工后的压裂返排水。通过对比多种压裂返排液的成分，发现大多数压裂返排液中都含有胍胶、石油类残留物、高分子聚合物、氯离子、铁离子等重金属离子。总体而言，压裂返排液具有以下特点:（1）污染物种类多、成份复杂、含量高，主要包括高浓度胍胶、油类、高分子聚合物和硫酸盐还原菌等物质；（2）黏度大、乳化程度高、悬浮物含量高、静沉出水困难；未经有效处理的压裂返排液无论是外排还是注入地层都会造成区域环境和土壤的重大污染。因此，如何有效处理压裂返排液，对于油气开采的可持续发展具有重要的意义。压裂返排液外排处理目前主要采用的仍然是传统的油田废水处理工艺，专门的针对性工艺尚处于探索阶段，主要包括物理法、化学法、生物法等。

3、反渗透通过在膜的盐水侧施加一个大于渗透压的压力，使盐水侧的水流向纯水侧。反渗透技术已广泛用于海水淡化、工业废水处理、食品加工浓缩等领域。然而当进水的总溶解固体过高时会导致膜表面结垢，此外该过程会产生大量的反渗透浓水，浓水中的污染物浓度是原水的数倍，使用反渗透技术处理返排水的可行性较低。

4、絮凝沉降法是在压裂返排液中加入絮凝剂（主要包括无机物、有机物、复合物、微生物等）和助凝剂，利用吸附架桥、沉淀网捕卷扫、压缩双电层和吸附电中和等多种方式，使悬浮在水中的粒子脱稳、相互碰撞、聚合形成较大的絮体，再经重力作用使悬浮微粒沉降，从而实现固液分离。絮凝沉降法因投资小、设备占地少、处理量大等优点，成为处理压裂返排液最常用的方法之一。该法能够有效降低返排液中cod含量，降低后续处理的难度。但絮凝沉降法也存在用药量过大、产生污泥较多、对水溶性有机物的去除效果不佳等问题。

5、电絮凝去除污染物的基本原理是当牺牲阳极氧化时，释放到水相中的金属离子，将中和废水污染物的电荷，排斥其相似的电荷，并与之凝聚成絮体，进一步将污染物去除，达到净化水质的目的。与传统的化学混凝不同，电絮凝不需要化学药剂，只需要电流，包括交流电和直流电。电絮凝有广泛的应用范围，能够去除悬浮固体、微生物、金属/类金属、油、有机物以及硬度等。电絮凝法因其运行成本低、处理效率高、对环境影响小等优点成为常规工业废水处理的替代方案。但它同样存在一些问题，如电极钝化和溶解盐去除效率低等。

6、高级氧化法，通过各种氧化手段产生活性极强的羟基自由基·oh，·oh能够无选择性地将大部分有机物转化为毒性更低或无毒的小分子物质，或者直接氧化为co2和h2o。高级氧化法可去除压裂返排液中的有机污染物和部分无机污染物（如铵、氰化物、硫代硫酸和硫化物）。高级氧化法是一种高效废水处理工艺，具有降解效果好、处理速度快等优点，但其存在成本高、能耗高、去除溶解盐效果不佳等问题。

7、膜曝气生物膜反应器，是气体分离膜技术与生物膜法水处理技术结合起来的一种新型污永处理技术。核心部分包括透氧中空纤维膜和生物膜。中空纤维膜外表面附着生长的生物膜。空气通过中空纤维膜为生物膜供氧，污水所含的有机物和氮磷被生物膜吸附吸收和分解除去(实现同步硝化反硝化)，使污水得到净化。mabr中生物膜的形成主要有以下几个过程：（1）活性污泥或活性菌种接种到mabr池体中，微生物在水体中呈悬浮分散状态；（2）中空纤维膜曝气，膜丝表面氧含量高，微生物向膜丝表面的富氧区富集；（3）附着在中空纤维膜表面的微生物生长繁殖，分泌出具有一定粘度的胞外聚合物（eps）使微生物与膜表面之间的连结更加稳固；（4）微生物利用曝气膜提供的氧气降解水中的污染物，在异向传质的作用下形成分层结构的生物膜。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于mabr的压裂返排液处理方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有废水处理工艺在压裂返排液的处理方面存在的处理成本高、效果不佳的问题。

2、本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种基于mabr的压裂返排液处理方法，按下述步骤进行：

3、第一步，将压裂返排液依次引入第一级mabr池、第二级mabr池、第三级mabr池中进行处理，处理过程中控制各级mabr池的污泥回流比为100%至300%；

4、第二步，完成处理后，第三级mabr池的部分出水回流至第一级mabr池以提高压裂返排液的生物降解率；其中，第一级mabr池、第二级mabr池、第三级mabr池中的生物膜均负载活性复合菌群，所述活性复合菌群为变形细菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、髌骨细菌门和芽单胞菌门中几种的组合。

5、下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

6、上述压裂返排液为压裂施工前后的洗井废水或/和压裂施工后的压裂返排水。

7、上述第一级mabr池、第二级mabr池、第三级mabr池中活性复合菌群中各菌种的丰度之和在85%以上。

8、上述第一级mabr池为厌氧环境，第一级mabr池中的活性复合菌群包括变形细菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、绿弯菌门，其中变形细菌门的丰度为30%至50%、拟杆菌门的丰度为35%至50%、酸杆菌门的丰度为3%至10%、绿弯菌门的丰度为1%至5%。

9、上述第二级mabr池为好氧环境，第二级mabr池中的活性复合菌群包括拟杆菌门、变形细菌门、髌骨细菌门和芽单胞菌门，其中拟杆菌门的丰度为35%至45%、变形细菌门的丰度为35%至45%、髌骨细菌门的丰度为5%至10%、芽单胞菌门的丰度为1%至6%。

10、上述第三级mabr池中的活性复合菌群包括变形细菌门、拟杆菌门和酸杆菌门，其中变形细菌门的丰度为30%至50%，拟杆菌门丰度为40%至45%，酸杆菌门的丰度为3%至10%。

11、上述第二步中，第三级mabr池的部分出水回流至第一级mabr池的污泥回流比为100%至300%。

12、上述第一级mabr池、第二级mabr池、第三级mabr池的处理条件为：处理温度15℃至26℃、ph值为6.5至8.5、水力停留时间为16小时至30小时，第一级mabr池曝气压力为0mpa至0.015mpa、第二级mabr池的曝气压力为0.02mpa至0.05mpa和第三级mabr池的曝气压力为0.015mpa至0.03mpa。

13、上述各级mabr池中的生物膜负载的活性复合菌群采用复配菌剂和活性污泥在mabr池中经过循环挂膜、初步驯化和压裂返排液驯化得到；初步驯化采用模拟污水进行，驯化周期为3至10天；压裂返排液驯化采用压裂返排液进行，驯化周期为7至15天；所述复配菌剂为变形细菌门和拟杆菌门，其有效活菌数比变形细菌门:拟杆菌门为30至50:50至70。

14、本发明的基于mabr的压裂返排液处理方法，针对压裂返排液的高化学需氧量、高盐度、高粘度以及难降解等特点，利用mabr培养驯化特定微生物，进行多级处理，能够有效的去除压裂返排液中cod、nh4+-n和总氮，提高压裂返排液中污染物的综合去除效率。