一种油气田压裂返排液处理系统和方法与流程

本技术涉及油气田废水处理，特别涉及一种油气田压裂返排液处理系统和方法。

背景技术：

1、随着我国油气田二次及深度开发，油田注水、聚合物驱油及压裂酸化等一系列措施用于油气田增产。其中，水力压裂过程中不可避免的产生大量压裂返排液，一方面压裂返排液中含有大量难降解有机物、油类、胶类聚合物、人工合成类药剂、悬浮物、微生物等容易造成环境污染问题，另一方面水力压裂过程中消耗大量水资源，会对周围水环境补排产生较大影响。因此，压裂返排液的处理与回用将是未来油气田工业发展的趋势。由于压裂返排液中含有大量胶类物质及难降解物质从而使其呈现出较为稳定的状态，这直接影响整个工艺处理效果。因此，如何通过组合工艺快速实现压裂返排液脱稳是该类废水处理的关键。

2、压裂返排液传统破胶处理工艺包括高级氧化法、化学药剂氧化法、磁混凝法等，但由于该类废水往往含有较高的盐类物质、油类及聚合物，传统处理工艺处理过程中往往存在如下问题：(1)氧化能力有限，反应效率低，传统高级氧化法包括臭氧氧化法、芬顿氧化法等，由于压裂返排液中含盐量较高且有较多油类和悬浮物质，造成臭氧氧化或芬顿氧化过程中反应效率低下，氧化效果不佳；(2)传统化学药剂包括次氯酸钠、过硫酸钾、双氧水等，氧化反应时间长，往往需要较长的水力停留时间，反应器占地面积大，设备投资成本高；(3)传统处理工艺因反应效率低下，往往需要添加成倍药剂并伴随着大量无机污泥的产生，造成药剂成本和污泥处理费用显著增加；(4)油气田开采过程中产生压裂返排液水质水量波动较大，传统处理工艺抗冲击负荷能力较差，且受外界环境影响较大，造成处理效果不佳，影响最终出水水质。因此，开发出抗冲击负荷能力强，处理效率高，出水水质稳定的成套组合处理工艺是压裂返排液处理的关键。

技术实现思路

1、本技术为了解决上述技术问题，提供一种油气田压裂返排液处理系统和方法。

2、第一方面，本技术提供了一种油气田压裂返排液处理系统，是采用以下技术方案得以实现的。

3、一种油气田压裂返排液处理系统，包括依次连接的气液混合器、破胶反应器、超声波固相催化氧化系统、气浮池、膜过滤系统；

4、所述破胶反应器包括放电区、阳极板和阴极板，阳极板与阴极板通过绝缘层与放电区隔开；

5、所述超声波固相催化氧化系统的上部为电增强固相催化氧化区，电增强固相催化氧化区内设有圆柱形阴极和阳极棒并填充固相催化剂；所述超声波固相催化氧化系统下部设有超声环。

6、通过采用上述技术方案，本发明通过破胶反应器实现压裂返排液快速破胶脱稳，而后在超声波固相催化氧化系统通过超声波强化、电化学氧化、臭氧氧化及电芬顿氧化过程实现废水中胶类物质和污染物进一步脱稳聚集及降解，再通过气浮池实现固液初步分离，最后通过膜分离实现悬浮物和污染物进一步去除，最终达到《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》(sy/t5329-2012)中回注水标准或回用标准要求。本发明压裂返排液处理工艺不仅可提高整个系统处理能力和抗冲击负荷能力，而且可显著降低系统运行成本。

7、进一步的，所述阳极板和阴极板之间加载高压脉冲电源；所述阳极板和阴极板的外侧设置循环冷却区；所述阳极板和阴极板选用不锈钢、铜、钨合金材质；所述绝缘层选用石英材质，介电常数为3.5～3.9。

8、进一步的，所述超声环与超声波发生器连接，通过调节超声波发生器控制超声环发射超声波的功率和频率；所述圆柱形阴极和阳极棒之间加载直流电源；所述圆柱形阴极选用不锈钢材质，阳极棒选用纯钛材质；所述固相催化剂由泡沫铁和泡沫镍经酸洗后按质量比为1:(1～4)的比例填装而成，固相催化剂颗粒粒径为8～20mm，孔隙率为75％～85％。

9、进一步的，所述气浮池和膜过滤系统之间还设有中间水池，中间水池出水管上设有增压泵。

10、进一步的，所述膜过滤系统中膜组件形式包括平板膜、帘式膜、管式膜，过滤精度为0.03μm，操作压力为0.2～0.4mpa。

11、第一方面，本技术提供了一种油气田压裂返排液处理方法，是采用以下技术方案得以实现的。

12、一种油气田压裂返排液处理方法，采用上述油气田压裂返排液处理系统处理压裂返排液，包括以下步骤：

13、s1.将压裂返排液与空气通过气液混合器雾化后进入破胶反应器，完成压裂返排液破胶脱稳和预氧化；

14、s2.破胶反应器出水进入超声波固相催化氧化系统进一步脱除稳定性并完成难降解有机物降解，超声波固相催化氧化系统出水进入气浮池实现固液分离；

15、s3.气浮池出水进入中间水池后由增压泵加压进入膜过滤系统实现悬浮物和不溶性颗粒物进一步去除，使出水达到回注或回用标准；膜过滤系统浓水与原废水共同进入处理系统进行循环处理。

16、进一步的，所述气液混合器进气流量与进水流量比例为(100～200):1，具体根据废水水质可调，气液混合器出口雾化废水粒径为5～20μm。

17、进一步的，废水在破胶反应器、超声波固相催化氧化系统和气浮池内水力停留时间分别为5～30s、5～15min、20～40min。

18、进一步的，所述高压脉冲电源加载电压为10～20kv，加载电流为0～1000ma，脉冲频率为0～1000hz，具体根据水质可调。

19、进一步的，所述超声波发射器发射功率为50～2000w，频率为5khz～50khz，具体根据水质可调；所述直流电源输出电流为0～100a，输出电压为0～24v，具体根据水质可调。

20、本技术具有以下有益效果。

21、1、本发明通过破胶反应器加载高压脉冲电源发生等离子体放电过程产生大量强氧化物质包括·oh、h2o2、o3、活性氧及氧化基团等，实现压裂返排液中胶类、聚合物等大分子物质结构改变，同时等离子体放电过程中产生大量高能电子、正负离子等可改变胶类及大分子物质表面带电特性，使压裂返排液中胶类及聚合物脱除稳定性并聚集。此外，等离子放电过程产生紫外光辐射和局部高温离子化环境，可实现大分子难降解有机物降解与矿化；

22、2、由于等离子体放电过程中产生大量活性物质包括h2o2、o3、活性氧等，在超声波作用下可激发或诱导超声波固相催化氧化系统产生更多·oh以实现压裂返排液中污染物进一步降解。此外，超声波所诱发产生的空化、振荡作用使压裂返排液与氧化物质混合更加均匀，提高h2o2、o3等氧化物质利用效率；

23、3、电增强固相催化氧化区通过装填泡沫铁和泡沫镍构建成三维电极，在外加直流电场作用下，通过发生电化学氧化还原过程促使压裂返排液中难降解污染物进一步降解，而且由于破胶反应器出水中残存臭氧和h2o2会在该区域同时发生臭氧催化氧化过程和电芬顿过程，从而实现废水中难降解污染物进一步深度降解。此外，电化学氧化过程中产生的溶解性铁形成氢氧化铁促使脱稳后胶体聚集成更大颗粒，有助于其在气浮池实现固液分离过程。

24、4、本发明实现了破胶反应器、超声波固相催化氧化系统、气浮池及膜分离系统的协同处理，提高了系统处理能力和效率。破胶反应器实现了压裂返排液中胶体失稳和聚集，同时出水中含有的大量强氧化基团；在超声波固相催化氧化系统加载超声波和电场作用下，一方面整个体系不仅发生了直接氧化过程，而且还发生了电化学氧化、臭氧催化氧化及电芬顿氧化过程，促使压裂返排液在多重组合氧化工艺下实现深度脱稳和难降解有机物降解过程，同时实现了破胶过程所产生氧化基团的多重利用，提高了整个系统氧化能力和氧化效率，也即发生了破胶过程和超声波固相催化氧化过程的协同耦合作用；

25、5、脱稳后压裂返排液通过气浮池实现油类、悬浮物及不溶性颗粒物的分离，再经过膜分离系统出水可满足回注水或回用标准要求，而膜分离系统浓水可回流至前端进行循环处理，从而实现了压裂返排液的闭环处理。通过前端破胶和超声波固相催化氧化过程及气浮池的共同作用，可显著改善膜分离系统进水水质，有助于延长了膜污染周期，提高了膜分离效率。

26、6、本发明将破胶反应器、超声波固相催化氧化系统、气浮池和膜分离系统有机组合实现了压裂返排液的协同耦合处理，提高了整个系统抗冲击负荷能力和运行效率。