一種頁巖氣壓裂返排液的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種頁巖氣壓裂返排液的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]頁巖氣是指賦存于富有有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中，以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，是一種清潔、高效的能源資源和化工原料。頁巖氣主要用于居民燃?xì)狻⒊鞘泄?、發(fā)電、汽車燃料和化工生產(chǎn)等，用途廣泛。
[0003]頁巖氣雖然是一種清潔能源，但其開采過程比常規(guī)油氣開采過程存在更大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。采用水力壓裂技術(shù)開采頁巖氣，15%?75%左右的壓裂液會(huì)隨頁巖氣返排，經(jīng)過氣液分離后，返排液被臨時(shí)集中儲(chǔ)存在井場(chǎng)的廢液池中。
[0004]這些壓裂返排液中約有99.5%是水和支撐劑砂，其余的是化學(xué)品。含有大量的稠化劑或膠凝劑、殺菌劑、阻垢劑、潤滑劑、降阻劑和表面活性劑等化學(xué)添加劑以及大量的廢酸和無機(jī)鹽類，這些添加劑中含有多種有毒性的難于生物降解的高分子有機(jī)物，有些還含有鉻、鎘等重金屬物質(zhì)，還可能含有來自氣藏巖層的天然放射性物質(zhì)，如鈾、釷及其衰變產(chǎn)物等。頁巖氣壓裂返排液外觀上呈嚴(yán)重乳化狀態(tài)，具有穩(wěn)定性高、污染物濃度高及含鹽量高的特征。頁巖氣壓裂返排液如不及時(shí)處理或處置不當(dāng)，不但會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，而且會(huì)造成施工區(qū)地表水的污染、甚至造成生態(tài)環(huán)境的破壞。另外返排液中的揮發(fā)組分也會(huì)污染大氣環(huán)境，甚至產(chǎn)生惡臭惡化井場(chǎng)環(huán)境。
[0005]因此，如何實(shí)現(xiàn)壓裂返排液的達(dá)標(biāo)排放，是頁巖氣勘探和開發(fā)過程應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種頁巖氣壓裂返排液的處理方法，處理后的頁巖氣壓裂返排液可以達(dá)標(biāo)排放，消除了其對(duì)環(huán)境的污染。技術(shù)方案如下:
[0007]—種頁巖氣壓裂返排液的處理方法，包括一下步驟:
[0008](I)檢測(cè)頁巖氣壓裂返排液的pH值，在其pH值為5-10的情況下，向頁巖氣壓裂返排液中投加無機(jī)混凝劑，以100-300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌1-3分鐘后，投加第一有機(jī)混凝劑及第二有機(jī)混凝劑，繼續(xù)以100-300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌1-3分鐘后，再以30-100轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速，攪拌10-30分鐘后停止，靜置沉淀，過濾后得到混凝上清液和混凝沉淀物，其中，所述無機(jī)混凝劑的添加量為每升頁巖氣壓裂返排液中添加300-3000毫克;所述第一有機(jī)混凝劑包括:陽離子聚丙烯酰胺、陰離子聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺中的一種或幾種，所述第一有機(jī)混凝劑的添加量為每升頁巖氣壓裂返排液中添加3-30毫克;所述第二有機(jī)混凝劑為分子量為1000萬-2000萬的聚丙烯酰胺，所述第二有機(jī)混凝劑的添加量為每升頁巖氣壓裂返排液中添加2-20暈克；
[0009](2)將所述混凝上清液的pH值調(diào)節(jié)為7-9后，將其通入梯度臭氧催化氧化裝置中進(jìn)行梯度臭氧催化氧化處理;所述梯度臭氧催化氧化裝置包括至少兩個(gè)氧化塔，各氧化塔串聯(lián)連接，各氧化塔中裝填有負(fù)載型臭氧氧化催化劑，各氧化塔的底部設(shè)置有曝氣裝置;所述混凝上清液在各氧化塔中由上至下流動(dòng);在負(fù)載型臭氧氧化催化劑的作用下，與臭氧逆流接觸反應(yīng)；
[0010](3)將臭氧催化氧化處理后的氧化廢液采用曝氣生物濾池處理技術(shù)進(jìn)行處理，得到生物處理液；
[0011](4)對(duì)生物處理液進(jìn)行吸附過濾處理及UV滅菌處理后進(jìn)行排放；
[0012](5)對(duì)所述混凝沉淀物進(jìn)行固液分離處理，得到濾液及泥餅，所述濾液返回步驟
(1)中循環(huán)處理，所述泥餅添加固化/穩(wěn)定化藥劑進(jìn)行固化/穩(wěn)定化處理。
[0013]其中，所述無機(jī)混凝劑為聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鋁、硫酸鋁中的一種或幾種。
[0014]其中，所述負(fù)載型臭氧氧化催化劑由以下方法制得:
[0015]將臭氧氧化催化劑載體進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括:將臭氧氧化催化劑載體水洗后，用酸溶液浸泡，然后洗滌至中性、干燥；
[0016]將預(yù)處理后的臭氧氧化催化劑載體進(jìn)行至少一次浸漬處理，然后焙燒，所述浸漬處理包括:預(yù)處理后的的臭氧氧化催化劑載體浸漬于浸漬溶液中，20-100°C浸漬6-48h，然后干燥處理;其中，浸漬溶液為錳、鎳、鐵、鈰、鈷和銅中至少3種金屬元素的硝酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽或氯化物的混合溶液，并且各種金屬元素在浸漬溶液中的濃度為0.01-1.0Omol/L。
[0017]其中，所述臭氧氧化催化劑載體為顆粒狀多孔陶瓷、顆粒狀活性氧化鋁、顆粒狀分子篩、煤基柱狀活性炭、顆粒狀果殼活性炭、顆粒狀多硅斜發(fā)沸石中的一種;所述酸溶液為硝酸溶液。
[0018]其中，所述吸附過濾處理中吸附過濾填料為柱狀或顆粒狀活性炭，其中，所述活性炭比表面積為1000-1800m2/g。
[0019]其中，所述UV滅菌處理具體為:采用功率為4W，輻射照度12yW/cm2的石英紫外線低壓汞消毒燈輻射60s。
[0020]其中，所述固化/穩(wěn)定化藥劑為石灰、水泥、粉煤灰及輔助添加劑組成的復(fù)配藥劑，其中，石灰、水泥、粉煤灰及輔助添加劑的質(zhì)量比為1.00: (0.60-1.50): (1.00-6.00):(0.05-0.50)，泥餅與復(fù)配藥劑的質(zhì)量比為1.00: (0.20-0.60)。
[0021 ]其中，各氧化塔壁上分別設(shè)置有至少一個(gè)氧化劑加藥口，該方法還包括:在步驟
(2)中，通過氧化劑加藥口向氧化塔內(nèi)投加氧化劑。
[0022]其中，所述氧化劑為過氧化氫、次氯酸鈉、二氧化氯、氯氣、過硫酸鹽中的一種或幾種，添加量為30-300mg/L。
[0023]其中，所述方法還包括:步驟(5)中添加脫水劑，其中，所述脫水劑為陽離子聚丙烯酰胺。
[0024]由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的頁巖氣壓裂返排液的處理方法，通過混凝沉淀、梯度臭氧催化氧化、曝氣生物濾池處理、吸附過濾、UV滅菌處理及固化/穩(wěn)定化處理過程使頁巖氣壓裂返排液失去污染性，可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，處理過程中產(chǎn)生的泥餅可以回填或鋪路，實(shí)現(xiàn)廢物的資源化利用。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種頁巖氣壓裂返排液的處理方法的流程圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的梯度臭氧催化氧化裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明提供了一種頁巖氣壓裂返排液的處理方法，如圖1所示，首先，需要對(duì)頁巖氣壓裂返排液進(jìn)行混凝處理。
[0029]具體的，首先檢測(cè)頁巖氣壓裂返排液的pH值，在其pH值為5-10的情況下向其中投加混凝劑進(jìn)行處理，若頁巖氣壓裂返排液的PH值高于或低于該范圍，可以添加適量的酸類或堿類調(diào)節(jié)劑來調(diào)節(jié)其PH值，使其pH值為5-10。在對(duì)頁巖氣壓裂返排液進(jìn)行混凝處理時(shí)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用無機(jī)混凝劑、第一有機(jī)混凝劑和第二有機(jī)混凝劑組合使用時(shí)，混凝處理效果最好，其中，所述無機(jī)混凝劑包括:聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁鐵(PAFC)、聚合硫酸鋁(PAS)、硫酸鋁(AS)中的一種或幾種，添加量為每升頁巖氣壓裂返排液中添加300-3000毫克，也就是說使該無機(jī)混凝劑的濃度達(dá)到300-3000mg/L;所述第一有機(jī)混凝劑包括:陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)、陰離子聚丙烯酰胺(APAM)、部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)中的一種或幾種，添加量為每升頁巖氣壓裂返排液中添加3-30毫克，也就是說使該第一有機(jī)混凝劑的濃度達(dá)到3-30mg/L;所述第二有機(jī)混凝劑為分子量為1000萬-2000萬的聚丙烯酰胺，添加量為每升頁巖氣壓裂返排液中添加2-20毫克，也就是說使該第二有機(jī)混凝劑的濃度達(dá)到2_20mg/L。
[0030]在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，向頁巖氣壓裂返排液中添加無機(jī)混凝劑后，以100-300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌1-3分鐘，再向頁巖氣壓裂返排液中添加第一有機(jī)混凝劑及第二有機(jī)混凝劑，繼續(xù)以100-300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌1-3分鐘后，再以30-100轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速，攪拌10-30分鐘后停止，靜置沉淀后過濾，采用這樣的攪拌速度及時(shí)間混凝處理效果最好。通過上述混凝劑的種類和添加量的合理選擇，配合合理的攪拌速度及時(shí)間，強(qiáng)化了混凝處理的效果，可以去除頁巖氣壓裂返排液中大部分的Ca2+、Mg2+及其中含有的其它重金屬離子，使頁巖氣壓裂返排液的污染負(fù)荷降低85%-95%，降低梯度臭氧催化氧化處理過程的負(fù)荷。
[0031]在對(duì)頁巖氣壓裂返排液進(jìn)行混凝處理后，進(jìn)一步還需要將處理得到的混凝上清液的PH值調(diào)節(jié)為7-9后進(jìn)行臭氧催化氧化處理，去除其中的有機(jī)物。現(xiàn)有技術(shù)中，用臭氧催化氧化的方法處理廢水時(shí)，所用的臭氧催化氧化裝置一般包括一個(gè)氧化塔，廢水與臭氧在此塔中接觸反應(yīng)。但是由于采用一個(gè)氧化塔的反應(yīng)裝置的反應(yīng)歷程短于多個(gè)氧化塔串聯(lián)的反應(yīng)裝置的反應(yīng)歷程，反應(yīng)的時(shí)間也比較有限，使得其臭氧氧化的效果不理想。在本發(fā)明中，所采用的臭氧催化氧化技術(shù)為梯度臭氧催化氧化技術(shù)，通過梯度臭氧催化氧化裝置來實(shí)現(xiàn)。所說的梯度臭氧催化氧化裝置包括至少兩個(gè)氧化塔，各氧化塔串聯(lián)連接，各氧化塔中裝填有負(fù)載型臭氧氧化催化劑，各氧化塔的底部設(shè)置有曝氣裝置;所述混凝上清液在各氧化塔中由上至下流動(dòng);在負(fù)載型臭氧氧化催化劑的作用下，與臭氧逆流接觸反應(yīng)；由于混凝上清液經(jīng)過每一個(gè)氧化塔后的COD值都有所減小，因此形成所說的“梯度”。由于采用多個(gè)氧化塔串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，每個(gè)氧化塔中分別投加不同濃度的臭氧，可以細(xì)化不同反應(yīng)階段的臭氧投加量，避免臭氧投加過量，同時(shí)，使得臭氧在這種梯度臭氧催化氧化裝置中的氧化效率大大提高。一般地，在臭氧催化氧化處理中，臭氧的投加量是根據(jù)廢水的COD值來確定的。采用本發(fā)明提供的梯度臭氧催化氧化裝置，可以將現(xiàn)有技術(shù)中投加于一個(gè)氧化塔的臭氧