[發明專利]頁巖氣開采壓裂返排廢液循環列管蒸發減量化處理方法及設備

有效

• 申請號: 201711420885.0
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108117214B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 翟俊;楊忠平;肖海文;李鋒超;陳忠禮;姚婧梅;李偉
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C02F9/10
• 分類號: C02F9/10;B01D1/04;C02F103/10
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

1.一種頁巖氣開采壓裂返排廢液循環列管蒸發減量化處理方法，其特征在于：所述處理方法的步驟包括：

（1）混凝沉淀預處理：將壓裂返排液泵入混凝預處理罐中，向壓裂返排液廢水中加入碳酸鈉（Na₂CO₃）和鋁系聚合氯化鋁（PAC）進行混凝預處理，使Ca²⁺、Mg²⁺離子形成沉淀，同時去除廢水中的濁度、懸浮物、壓裂液殘余成分以及原油；

（2）Fenton氧化：將混凝預處理后出水經壓濾機壓濾，進行固液分離，濾出廢水泵入Fenton反應罐，H₂O₂ 在Fe²⁺離子的催化作用下通過Fenton氧化將廢水中的難降解有機物深度氧化降解，反應時間為1.25±0.25 h；

（3）沉淀過濾：將經過Fenton氧化后的廢水流入沉淀池，同時在廢水中投加NaOH沉淀水中的Fe³⁺離子，溶液經沉淀后通過壓濾機再次進行固液分離，濾液流入砂濾罐過濾；

（4）蒸發濃縮：將過濾后的廢水泵入循環列管大氣蒸發器進行蒸發濃縮，

廢水先經循環水泵泵入蒸發器內的噴淋系統，通過布水器向塔內均勻地噴入充分霧化的廢水，霧化廢水在重力作用下流經通入高溫蒸氣的加熱循環列管，加熱循環列管間充填有蜂窩狀填料，形成一層薄膜狀水流，增加換熱面積和換熱時間，干燥的高晗值的空氣在大功率風機的作用下由底部進入塔內，并控制蒸發器出口風速在12-20m/s，廢水流經填料表面時形成的水膜和高速流動的空氣進行熱交換迅速汽化成水蒸氣進入氣相，實現廢水的蒸發濃縮，空氣提供廢水蒸發所需的一部分熱量，另一部分熱量由循環列管加熱提供，之后高濕度低晗值的空氣從塔頂部抽出；其余的廢水回落到蒸發器底部的循環集水箱，再由循環水泵送入噴淋系統循環蒸發；空氣中夾帶的水滴被塔內的脫水器阻擋，回落入加熱循環列管表面經再加熱蒸發；

（5）濃縮后的廢水經由蒸發器底部管道排除，外運處理，壓濾后的污泥進行外運衛生填埋處理。

2.根據權利要求1所述的頁巖氣開采壓裂返排廢液循環列管蒸發減量化處理方法，其特征在于：在混凝沉淀預處理階段的PAC含量為28%-30%，出水的硬度不超過450mg/L，混凝沉淀pH值為9，混凝預處理罐水力停留時間為15±5min。

3.根據權利要求1所述的頁巖氣開采壓裂返排廢液循環列管蒸發減量化處理方法，其特征在于：若壓裂返排液的有機物、SS以及其他物質濃度過高，使廢液呈現膠狀，則先進行壓濾機壓濾，實現固液分離，濾出廢水再進行混凝沉淀預處理。

4.根據權利要求1所述的頁巖氣開采壓裂返排廢液循環列管蒸發減量化處理方法，其特征在于：在Fenton氧化階段H₂O₂/COD質量比=7.1，反應時間為1.25±0.25 h。

5.如權利要求1所述的頁巖氣開采壓裂返排廢液循環列管蒸發減量化處理方法，其特征在于：在沉淀過濾階段砂濾罐過濾，其水力停留時間為1±0.5h，pH值應為9。

6.實現權利要求1所述方法的頁巖氣開采壓裂返排廢液循環列管蒸發減量化處理設備，其特征在于，包括依次由管道連通的混凝罐、Fenton反應罐、壓濾機、沉淀池、砂濾罐、循環列管大氣蒸發器、蒸汽鍋爐、水軟化設備和軟化水箱；還包括與混凝罐相連的碳酸鈉和PAC加藥裝置、與Fenton反應罐相連的雙氧水和硫酸鐵以及硫酸加藥裝置、與靜態混合器相連的氫氧化鈉加藥裝置、靜態混合器、抽水泵以及在管道上設置相應閥門；

所述循環列管大氣蒸發器為方型或圓形塔狀結構，蒸發器的塔內設置軸流式大功率風機、收水器、布水器、循環列管加熱器、填料區和循環集水箱，塔外設置抽水泵；所述軸流式大功率風機設在蒸發器頂部出口處，風機的功率需保證蒸發器出口風速達到12-20m/s；布水器設在蒸發器上部，收水器安裝在布水器與軸流式大功率風機之間；蒸發器中部為填料區，填充有蜂窩狀結構的耐高溫的防腐材料，循環列管加熱器布置在填料區中，周圍由填料包圍，所述循環列管加熱器與塔外熱源聯通，循環列管的長度及層數由所需換熱量計算得到；蒸發器下部設置進風口，蒸發器底部設置循環集水箱。