[发明专利]一种页岩气压裂返排液达标外排处理工艺方法及其系统

权利要求书

1.一种页岩气压裂返排液达标外排处理工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、使压裂返排液进入气浮单元，向返排液中通入空气，形成的气泡能把密度低于返排液的石油带到液面上方，以及将返排液中的二价铁离子氧化成三价铁不溶物，并通过气泡带到返排液液面上方，最终形成浮渣通过刮泥板刮掉去除，然后向气浮单元中加入浓度为2～8mg/L的杀菌剂用以去除压裂返排液中的硫酸盐还原菌，腐生菌或铁菌；

步骤2、气浮单元中的上清液进入有效软化单元，向有效软化单元加入NaOH并进行机械搅拌，机械搅拌的速度梯度为80～120s^{- 1}，水力停留时间为10～15min，以调节压裂返排液的pH值至10～11.5，使返排液中的镁离子形成Mg(OH)₂沉淀；然后向有效软化单元中加入含量为压裂返排液中钙硬度0.9～1.1倍的Na₂CO₃并进行机械搅拌，机械搅拌的速度梯度为80～120s^{- 1}，水力停留时间为10～15min，使得钙离子形成CaCO₃沉降；

步骤3、有效软化单元中的上清液进入有效混凝沉降单元以降低压裂返排液的浊度，首先向有效混凝沉降单元中加入混凝剂，使返排液中的小颗粒物质通过架桥、电中和形成大颗粒物质，加入混凝剂后进行机械搅拌，机械搅拌的速度梯度为250～400s^{- 1}，水力停留时间为10～15min，混凝剂投加量Ymg/L与压裂返排液的浊度X NTU之间满足：Y＝0.58X+94.7；

然后向有效混凝沉降单元中加入絮凝剂分子量为800～1200万的絮凝剂，使大颗粒物质通过电中和、架桥形成大絮体，加入絮凝剂后进行机械搅拌，机械搅拌的速度梯度为30～50s^{- 1}，水力停留时间为10～15min；絮凝剂的投加量Zmg/L与压裂返排液的浊度X NTU之间满足：Z＝0.034X- 0.017；

然后对经过絮凝的压裂返排液进行静置沉淀，沉淀时间为20～30min；

步骤4、有效混凝沉降单元中的上清液进入活性炭颗粒吸附单元，向活性炭颗粒吸附单元中投加浓度为200～500mg/L的活性炭并进行机械搅拌，机械搅拌的速度梯度为50～100s^{- 1}，搅拌时间5～8min，搅拌后沉降时间10～20min，通过活性炭吸附进一步去除压裂返排液中的悬浮物和小颗粒；

步骤5、活性炭颗粒吸附单元中的上清液进入超滤单元，通过超滤单元中的超滤膜对压裂返排液进行过滤；然后向超滤膜出水中加入HCl将压裂返排液的pH值调节至6.5～7.5；然后向超滤膜出水中加入亚硫酸氢钠将超滤膜出水的ORP调节至- 100mv～+100mv之间；然后向超滤膜出水中加入20～40mg/L的含磷类阻垢剂；

步骤6、超滤单元出水进入反渗透单元，通过反渗透单元中的反渗透膜对压裂返排液进行脱盐处理得到反渗透淡水和反渗透浓水；反渗透浓水进入机械蒸汽再压缩蒸发器进行蒸发结晶，并采用离心机对结晶盐进行离心分离，离心机的转速为2000rpm。

2.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液达标外排处理工艺方法，其特征在于，步骤1中，气浮单元中的空气容量为压裂返排液进水量的2～5％，水力停留时间为8～15min；所述杀菌剂为NaClO。

3.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液达标外排处理工艺方法，其特征在于，步骤5中，活性炭颗粒的平均孔径为2～3nm，碘值为700～1100mg/g。

4.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液达标外排处理工艺方法，其特征在于，步骤3中混凝剂为聚合氯化铝；絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺，分子量为800～1500万。

5.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液达标外排处理工艺方法，其特征在于，步骤5中，超滤膜为中空纤维式死端过滤，过滤孔径为0.01～0.03μm。

6.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液达标外排处理工艺方法，其特征在于，步骤5中，含磷类阻垢剂包括无机含磷阻垢剂和/或有机含磷阻垢剂。

7.根据权利要求6所述的一种页岩气压裂返排液达标外排处理工艺方法，其特征在于，所述无机含磷阻垢剂包括三聚磷酸钠或六偏磷酸钠；有机含磷阻垢剂包括羟基乙叉二膦酸或多氨基多醚基甲叉膦酸盐。