申请日2018.04.25
公开(公告)日2018.10.16
IPC分类号C02F9/06; C02F103/10; C02F101/30; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种页岩气压裂采出水处理方法，涉及页岩气压裂采出水处理技术领域。处理方法步骤如下：1)对整个页岩气开采过程的压裂返排液和产出水进行性质数据分析;2)根据数据分析的结果对页岩气压裂后采出水采用臭氧/电絮凝组合工艺进行预处理;3)对页岩气压裂后采出水预处理后，进行步进化学沉淀，其沉淀剂采用氧化物与硫酸组合;4)沉淀后得到含高浓度NaCl的无机盐水，并进行蒸发浓缩结晶后达到国家污水排放标准。本发明处理后的污水达到国家污水排放标准;从而达到了节能减排、变废为宝的目的，实现了资源综合利用。
权利要求书
1.一种页岩气压裂采出水处理方法，其特征在于：处理方法步骤如下：
1)对整个页岩气开采过程的压裂返排液和产出水进行性质数据分析;
2)根据数据分析的结果对页岩气压裂后采出水采用臭氧/电絮凝组合工艺进行预处理;
3)对页岩气压裂后采出水预处理后，进行步进化学沉淀，其沉淀剂采用氧化物与硫酸组合;
4)沉淀后得到含高浓度NaCl的无机盐水，并进行蒸发浓缩结晶后达到国家污水排放标准。
2.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂采出水处理方法，其特征在于：所述步骤1)中采用火焰原子吸收光度法测定金属离子的含量，重铬酸钾法测定COD，碘量法测定BOD;同时将不同时段采出水性质进行对比分析得出相应的数据结果。
3.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂采出水处理方法，其特征在于：所述步骤2)中的臭氧/电絮凝组合工艺采用O3作为氧化剂，选用相适配的电极材料，及根据电极材料上离子的溶出量来选择电流密度，电解时间和电极间距;实现氧化污水中的有机物和重金属，去除悬浮物，降低COD、BOD。
4.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂采出水处理方法，其特征在于：所述步骤3)中的采用氧化物与硫酸组合作为沉淀剂，以不同PH梯度进行金属离子沉淀的新型工艺，除去其中的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+离子，并回收硫酸钡。
5.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂采出水处理方法，其特征在于：所述步骤4)中采用RO膜分离，浓缩结晶，并电解，生成其他钠盐。
说明书
一种页岩气压裂采出水处理方法
技术领域
本发明涉及页岩气压裂采出水处理技术领域。
背景技术
近年来世界各国对能源需求量的与日俱增，促进了非常规能源天然气勘探开发的力度，其中，页岩气是发展最迅速的天然气来源，已经成为全球能源开发的新亮点。目前，页岩气开采多采用长井段水平井、分段射孔和滑溜水体积压裂技术。其采出水具有如下特点：
1)组分复杂。压裂返排液的组分取决于以下因素：压裂液配液水质、压裂液化学组成、储层地质化学组成、地层水水质以及返排液在地下和返排至地面的放置时间等。作为普遍使用的压裂液，水基压裂液含有交联剂、破乳剂、降阻剂、pH控制剂、杀菌剂等15种添加剂。除添加剂外，水基压裂液还含有一定量的烃类化合物、油脂、重金属、微生物、总溶解固体(TDS)等。压裂返排液具有较高的TDS和高含盐量，并含有少量的重金属、油脂和放射性物质，且各组分的浓度范围分布较广。
2)黏度大、乳化程度高。压裂返排液具有高黏度、乳化严重的特点，导致其处理难度远超油田污水。由于压裂所用的复合型压裂液是放喷液和油井采出液的混合物，因而使得压裂返排液乌黑、黏稠且有刺激性气味。
3)处理难度大。压裂返排液中众多添加剂的使用使其具有较高的COD，BOD,TDS，TSS，故处理难度大。若直接外排，易对周围的环境造成严重污染。
压裂返排污水残渣含量和重金属离子含量数值都偏高，可能是水中泥沙、有色离子含量较大，污水中含有大量的悬浮物，矿化度极高，如果这样的水由于滤失作用进入地层会严重影响土壤的碱金属平衡，对人和牲畜造成很大危害。压裂返排污水中含有大量的油类和重金属离子，成分复杂，对水质污染很大，大大增加了处理难度。
研究表明，大部分页岩气压裂后采出水具有高化学需氧量(COD)、高生化需氧量(BOD)、高悬浮物(TSS)、高矿化度(TDS)、难生物降解和成分复杂等特点。但现有的技术在处理结果、能耗、经济效益等方面都还具有一定的缺陷，对其中无机盐的综合利用也少有研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种页岩气压裂采出水处理方法，该方法采出水用步进化学沉淀法除其中的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等离子，研究不同沉淀剂、不同PH等对该过程的影响，并回收硫酸钡;得到含高浓度NaCl的无机盐水后，进行蒸发浓缩结晶，处理后的污水达到国家污水排放标准;从而达到了节能减排、变废为宝的目的，实现了资源综合利用。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种页岩气压裂采出水处理方法，处理方法步骤如下：
1)对整个页岩气开采过程的压裂返排液和产出水进行性质数据分析;
2)根据数据分析的结果对页岩气压裂后采出水采用臭氧/电絮凝组合工艺进行预处理;
3)对页岩气压裂后采出水预处理后，进行步进化学沉淀，其沉淀剂采用氧化物与硫酸组合;
4)沉淀后得到含高浓度NaCl的无机盐水，并进行蒸发浓缩结晶后达到国家污水排放标准。
进一步优化的技术方案为所述步骤1)中采用火焰原子吸收光度法测定金属离子的含量，重铬酸钾法测定COD，碘量法测定BOD;同时将不同时段采出水性质进行对比分析得出相应的数据结果。
进一步优化的技术方案为所述步骤2)中的臭氧/电絮凝组合工艺采用O3作为氧化剂，选用相适配的电极材料，及根据电极材料上离子的溶出量来选择电流密度，电解时间和电极间距;实现氧化污水中的有机物和重金属，去除悬浮物，降低COD、BOD。
进一步优化的技术方案为所述步骤3)中的采用氧化物与硫酸组合作为沉淀剂，以不同PH梯度进行金属离子沉淀的新型工艺，除去其中的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+离子，并回收硫酸钡。
进一步优化的技术方案为所述步骤4)中采用RO膜分离，浓缩结晶，并电解，生成其他钠盐。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明对整个页岩气开采过程的采出水性质进行对比分析，为以后页岩气采出水的研究提供依据;预处理过程采用臭氧/电絮凝组合工艺，具有高效、节能、经济、环保等优势;对电絮凝装置进行设计，同时以悬浮物(TSS)为指标，对多种电极材料，多种条件进行对比分析，避免了传统的单一工艺，使TSS得去除率在94.5%以上;氧化物与硫酸组合作为沉淀剂，不同PH梯度进行金属离子沉淀的新型工艺对于硫酸钡(BaSO4)沉淀及Na盐的回收利用具有很大的优势，并且避免引入其他金属离子。对金属离子加以利用，提高经济效益的同时减少了固体废弃物对环境的危害。产生的盐水NaCl含量非常高，已经达到工业原材料的要求，或者蒸发结晶后生成盐卤水作为化工原材料;还可转化成小苏打(NaHCO3)或电解成其他产物等。
