[发明专利]页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法及设备

权利要求书

1.一种页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法，其特征在于：所述处理方法的步骤包括：

（1）混凝沉淀预处理：将压裂返排液泵入混凝预处理罐中，向压裂返排液废水中加入碳酸钠（Na₂CO₃）和铝系聚合氯化铝（PAC）进行混凝预处理，使Ca²⁺、Mg²⁺离子形成沉淀，同时去除废水中的浊度、悬浮物、压裂液残余成分以及原油；

（2）Fenton氧化：将混凝预处理后出水经压滤机压滤，进行固液分离，滤出废水泵入Fenton反应罐，H₂O₂ 在Fe²⁺离子的催化作用下通过Fenton氧化将废水中的难降解有机物深度氧化降解，反应时间为1.25±0.25 h；

（3）沉淀过滤：将经过Fenton氧化后的废水流入沉淀池，同时在废水中投加NaOH沉淀水中的Fe³⁺离子，溶液经沉淀后通过压滤机再次进行固液分离，滤液流入砂滤罐过滤；

（4）蒸发浓缩：将过滤后的废水泵入循环列管大气蒸发器进行蒸发浓缩，

废水先经循环水泵泵入蒸发器内的喷淋系统，通过布水器向塔内均匀地喷入充分雾化的废水，雾化废水在重力作用下流经通入高温蒸气的加热循环列管，加热循环列管间充填有蜂窝状填料，形成一层薄膜状水流，增加换热面积和换热时间，干燥的高晗值的空气在大功率风机的作用下由底部进入塔内，并控制蒸发器出口风速在12-20m/s，废水流经填料表面时形成的水膜和高速流动的空气进行热交换迅速汽化成水蒸气进入气相，实现废水的蒸发浓缩，空气提供废水蒸发所需的一部分热量，另一部分热量由循环列管加热提供，之后高湿度低晗值的空气从塔顶部抽出；其余的废水回落到蒸发器底部的循环集水箱，再由循环水泵送入喷淋系统循环蒸发；空气中夹带的水滴被塔内的脱水器阻挡，回落入加热循环列管表面经再加热蒸发；

（5）浓缩后的废水经由蒸发器底部管道排除，外运处理，压滤后的污泥进行外运卫生填埋处理。

2.根据权利要求1所述的页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法，其特征在于：在混凝沉淀预处理阶段的PAC含量为28%-30%，出水的硬度不超过450mg/L，混凝沉淀pH值为9，混凝预处理罐水力停留时间为15±5min。

3.根据权利要求1所述的页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法，其特征在于：若压裂返排液的有机物、SS以及其他物质浓度过高，使废液呈现胶状，则先进行压滤机压滤，实现固液分离，滤出废水再进行混凝沉淀预处理。

4.根据权利要求1所述的页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法，其特征在于：在Fenton氧化阶段H₂O₂/COD质量比=7.1，反应时间为1.25±0.25 h。

5.如权利要求1所述的页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理方法，其特征在于：在沉淀过滤阶段砂滤罐过滤，其水力停留时间为1±0.5h，pH值应为9。

6.实现权利要求1所述方法的页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理设备，其特征在于，包括依次由管道连通的混凝罐、Fenton反应罐、压滤机、沉淀池、砂滤罐、循环列管大气蒸发器、蒸汽锅炉、水软化设备和软化水箱；还包括与混凝罐相连的碳酸钠和PAC加药装置、与Fenton反应罐相连的双氧水和硫酸铁以及硫酸加药装置、与静态混合器相连的氢氧化钠加药装置、静态混合器、抽水泵以及在管道上设置相应阀门；

所述循环列管大气蒸发器为方型或圆形塔状结构，蒸发器的塔内设置轴流式大功率风机、收水器、布水器、循环列管加热器、填料区和循环集水箱，塔外设置抽水泵；所述轴流式大功率风机设在蒸发器顶部出口处，风机的功率需保证蒸发器出口风速达到12-20m/s；布水器设在蒸发器上部，收水器安装在布水器与轴流式大功率风机之间；蒸发器中部为填料区，填充有蜂窝状结构的耐高温的防腐材料，循环列管加热器布置在填料区中，周围由填料包围，所述循环列管加热器与塔外热源联通，循环列管的长度及层数由所需换热量计算得到；蒸发器下部设置进风口，蒸发器底部设置循环集水箱。