CN115304197A - 压裂返排液处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种压裂返排液处理装置及方法，属于废液处理技术领域。该装置包括电解槽、缓冲装置、超声波管道混合器、沉降槽、污泥脱水装置、电极板、变频直流可调极电源、药剂加注系统和沉降斜管；电解槽、缓冲装置、超声波管道混合器和沉降槽依次连接；电极板安装于电解槽中，变频直流可调极电源与电极板的电源接口连接；药剂加注系统与超声波管道混合器连接；沉降斜管位于沉降槽内部，且沉降斜管不高于沉降槽的进液口；污泥脱水装置位于沉降槽底部。该装置处理流程短，且降低了装置中的结垢速率，通过电絮凝、化学絮凝和超声波处理结合，改善了分离效果。

Description

压裂返排液处理装置及方法

技术领域

本申请涉及废液处理技术领域，特别涉及一种压裂返排液处理装置及方法。

背景技术

页岩气开发采用水力压裂技术。在压裂施工结束后，泵注入地层的压裂液将返排至地面成为压裂返排液。由于压裂返排液含有各种压裂液添加剂、地层离子及机械杂质等，不能直接排放。压裂返排液无害化处理回用(重复利用)或无害化处理达标后才能外排。目前，压裂返排液的处理后回用和处理后外排都需要开展除悬浮物、降低硬度以及杀菌等处理工艺。

相关技术主要采用化学絮凝和/或电絮凝进行絮凝沉降除悬浮物，通过多级过滤进一步降低悬浮物含量；通过化学沉淀和/或离子交换树脂降低高价金属离子含量；通过杀菌剂和/或紫外线杀菌进行杀菌处理；氧化和膜处理主要用于污水深度处理后达标外排。其中，工业化应用较多的是化学絮凝沉降+多级过滤+杀菌剂杀菌。相关技术中，每一次絮凝均需要进行沉降，且化学沉淀、化学絮凝、杀菌和防垢流程至少需要3个水处理单元，尤其是防垢处理需要多次加入防垢剂和pH调节剂。

相关技术的处理流程长，电絮凝极板结垢严重，化学沉淀后的后续处理管道、阀门及后续工艺流程结垢严重，造成压裂返排液处理装置长期堵塞、频繁解堵和反冲洗；纯化学絮凝和化学沉淀法的药剂使用量大，电絮凝法对杂质的分离效果差；相关技术中采用的离子交换树脂对高价金属离子的选择性强，在处理高硬度压裂返排液时用量大、成本高。

发明内容

本申请实施例提供了一种压裂返排液处理装置及方法，以解决相关技术中装置结垢严重、分离效果差、离子交换树脂对高价金属离子的选择性强且成本高的问题。所述技术方案如下：

一方面提供了一种压裂返排液处理装置，所述装置包括电解槽、缓冲装置、超声波管道混合器、沉降槽、污泥脱水装置、电极板、变频直流可调极电源、药剂加注系统和沉降斜管；

所述电解槽、所述缓冲装置、所述超声波管道混合器和所述沉降槽依次连接，所述电解槽用于使压裂返排液发生电絮凝；所述缓冲装置用于缓冲所述压裂返排液处理装置中的流量波动；

所述电极板安装于所述电解槽中，所述变频直流可调极电源与所述电极板的电源接口连接，所述变频直流可调极电源用于调节电流大小，并按照参考时间自动调换所述电极板的正负极；

所述超声波管道混合器用于提供化学沉淀和化学絮凝的场所，并采用超声波抑制成垢物质造成的设备结垢，并对压裂返排液进行杀菌；所述药剂加注系统与所述超声波管道混合器连接，用于向所述超声管道混合器中加注用于化学沉淀和化学絮凝的药剂；

所述沉降斜管位于所述沉降槽内部，且所述沉降斜管不高于所述沉降槽的进液口；

所述污泥脱水装置位于所述沉降槽底部，所述沉降槽用于将压裂返排液中的絮体和清液分离；所述污泥脱水装置用于将所述沉降槽底部的淤泥脱水分离。

可选地，所述电极板包括至少两块平板状的电极；所述至少两块平板状的电极相互平行竖直安装在所述电解槽中；相邻两个电极之间正负极相反。

可选地，所述电解槽为长方体结构，所述电解槽包括电解槽进水口和电解槽出水口；所述电解槽进水口和所述电解槽出水口分布在所述电解槽的一条体对角线的两端，且所述电解槽进水口的位置低于所述电解槽出水口的位置。

可选地，所述缓冲装置包括缓冲罐和泵；其中，所述缓冲罐的进水口在所述缓冲罐顶部，所述缓冲罐的出水口在所述缓冲罐底部；所述缓冲罐的进水口和所述电解槽通过管道连接；所述缓冲罐的出水口和所述泵的吸液端通过管道连接；所述泵的排液端与所述超声波管道混合器连接。

可选地，所述沉降槽的顶部具有排液口；所述沉降槽的底部具有污泥出口，所述污泥出口与所述污泥脱水装置连接；所述沉降槽的中部具有进液口。

可选地，所述沉降槽的下部为漏斗状，所述沉降槽的上部为顶部敞开的长方体、正方体或圆柱体中的一种。

可选地，所述电极板的材质为铝、铁、铝合金及钢中的一种或多种。

本申请实施例还提供了一种压裂返排液处理方法，所述压裂返排液处理方法至少包括：

将待处理的压裂返排液泵入所述电解槽，通过所述变频直流可调极电源接通所述电极板的电流并按照参考时间调换所述电极板的正负电极，对所述压裂返排液进行电絮凝处理；

电絮凝后的压裂返排液从所述电解槽进入所述缓冲装置，经过所述缓冲装置缓冲后进入所述超声波管道混合器；

启动所述超声波管道混合器，并通过所述药剂加注系统向所述超声波管道混合器中泵入所述用于化学沉淀和化学絮凝的药剂与进入所述超声波管道混合器的压裂返排液混合；在所述药剂的作用下对所述压裂返排液进行化学沉淀和化学絮凝；在超声波的作用下使成垢物质不易附着成垢，并通过超声波的对所述压裂返排液进行杀菌；

经过所述超声波管道混合器处理后的压裂返排液在所述沉降槽中进行沉降；通过所述沉降槽中的所述沉降斜管将压裂返排液中凝聚成团的絮体和沉淀物进一步沉降，分离出来的清液从所述沉降槽排出得到处理后的清液；

沉降在所述沉降槽底部的淤泥由所述污泥脱水装置进行脱水处理。

可选地，通过所述药剂加注系统泵注的所述用于化学沉淀和化学絮凝的药剂包括化学沉淀剂，所述化学沉淀剂为碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种。

可选地，通过所述药剂加注系统泵注的所述用于化学絮凝和化学絮凝的药剂还包括有机絮凝剂，所述有机絮凝剂包括聚丙烯酰胺及其衍生物中的一种或多种。

本申请实施例所提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请实施例提供的压裂返排液处理装置通过沉降槽、沉降斜管和污泥脱水装置结合，将电絮凝和化学絮凝的沉降过程集中在一起，缩短了沉降流程；通过结合药剂加注系统和超声波管道混合器将化学沉淀、化学絮凝、防垢和杀菌在一个水处理单元中同步进行，并避免了多次加入防垢剂和pH调节剂,缩短了压裂返排液的化学沉淀、化学絮凝、防垢和杀菌流程；通过电解槽结合变频直流可调极电源降低了电絮凝过程中电极板的结垢速率；通过超声波管道混合器降低化学沉淀对后续处理管道、阀门及后续工艺流程造成的结垢影响并避免了防垢剂对压裂返排液pH值的影响，省略了调节pH的处理流程；该装置通过电絮凝、化学沉淀和化学絮凝代替离子交换树脂降低了对压裂返排液中高价金属离子的选择性，从而降低了分离高价金属离子的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的示意图。

图中附图标记分别表示：

1—电解槽；

11—电解槽进水口；12—电解槽出水口；

2—缓冲装置；

3—超声波管道混合器；

4—沉降槽；

41—排液口；42—污泥出口；

5—污泥脱水装置；

6—电极板；

7—变频直流可调极电源；

8—药剂加注系统；

9—沉降斜管。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例提供了一种压裂返排液处理装置，如图1所示，该装置包括电解槽1、缓冲装置2、超声波管道混合器3、沉降槽4、污泥脱水装置5、电极板6、变频直流可调极电源7、药剂加注系统8和沉降斜管9。

电解槽1、缓冲装置2、超声波管道混合器3和沉降槽4依次连接，电解槽1用于使压裂返排液发生电絮凝；缓冲装置2用于缓冲该压裂返排液处理装置中的流量波动。电极板6安装于电解槽1中，变频直流可调极电源7与电极板6的电源接口连接，变频直流可调极电源7用于调节电流大小，并按照参考时间自动调换电极板6的正负极。

超声波管道混合器3用于提供化学沉淀和化学絮凝的场所，并采用超声波抑制成垢物质造成的设备结垢，并对压裂返排液进行杀菌；药剂加注系统8与所述超声波管道混合器3连接，用于向超声管道混合器3中加注用于化学沉淀和化学絮凝的药剂。沉降斜管9位于沉降槽4内部，且沉降斜管9不高于沉降槽4的进液口。污泥脱水装置5位于沉降槽4底部，沉降槽4用于将压裂返排液中的絮体和清液分离；污泥脱水装置5用于将沉降槽4底部的淤泥脱水分离。

示例性地，压裂返排液造成的设备结垢分为两种情况，一种是压裂返排液中本身所含的成垢物质附着在设备上成垢；另一种是压裂返排液在用于化学沉淀和化学絮凝的药剂用下产生的成垢物质附着在设备上成垢。

如图1所示，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的一种可选的实施方式如下：

将待处理的压裂返排液泵入电解槽1，然后接通电解槽1中电极板6的电源。由变频直流可调极电源7向电极板6提供变频直流电，使电极板6的电极之间产生电场。压裂返排液进入电解槽1后，在电极板6的电极之间发生电絮凝。经过电絮凝处理的压裂返排液从电解槽1进入缓冲装置2，电絮凝产生的絮体在水流的作用下进入后续的缓冲装置2，不会沉降在电解槽1的底部。电解槽1中流出的压裂返排液在缓冲装置2中缓冲流量波动后进入超声波管道混合器3中。通过药剂加注系统8将药剂注入超声波管道混合器3，与压裂返排液混合。压裂返排液在药剂的作用下在超声波管道混合器3中发生化学沉淀和化学絮凝。同时，超声波管道混合器3发出超声波以抑制压裂返排液中本身所含的成垢物质以及药剂产生的成垢物质使设备结垢，并对压裂返排液进行杀菌。压裂返排液经过超声波管道混合器3处理后进入沉降槽4，在沉降槽4中进行沉降使压裂返排液中的絮体和沉淀物与清液分离。沉降槽4中的沉降斜管9加速压裂返排液的沉降速率，压裂返排液中的絮体和沉淀物在沉降斜管9中凝聚成大团沉降在沉降槽4的底部。沉降槽4底部的淤泥由污泥脱水装置5脱水处理。

示例性地，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置通过撬装的方式安装，电解槽1、缓冲装置2、超声波管道混合器3、沉降槽4、污泥脱水装置5、电极板6、变频直流可调极电源7、药剂加注系统8和沉降斜管9可以集成安装，使用时直接通过管道与现场配套设施连接。

在一种可选的实施方式中，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的电极板6包括至少两块平板状的电极；至少两块平板状的电极相互平行垂直安装在电解槽1中，至少两块平板状的电极中相邻两块的正负极不同。

示例性地，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的实施方式如下：

该装置包括电解槽1、缓冲装置2、超声波管道混合器3、沉降槽4、污泥脱水装置5、电极板6、变频直流可调极电源7、药剂加注系统8和沉降斜管9。

电解槽1、缓冲装置2、超声波管道混合器3和沉降槽4依次连接。电极板6安装于电解槽1中，变频直流可调极电源7与电极板6的电源接口连接。药剂加注系统8与超声波管道混合器3连接。沉降斜管9位于沉降槽4内部，且沉降斜管9不高于沉降槽4的进液口。污泥脱水装置5位于沉降槽4底部。

其中，电极板6包括至少两块平板状的电极；至少两块平板状的电极相互平行垂直安装在电解槽1中，至少两块平板状的电极中相邻两块的正负极不同。当在电解槽1中对压裂返排液进行电絮凝时，电极板6的电源接口与变频直流可调极电源7相连。若变频直流可调极电源7改变电极板6的正负极，则至少两块平板状的电极对应改变，相邻两块电极的正负极调换，相邻两块电极之间的电场方向也调换。压裂返排液中向原阴极附近迁移的金属离子等成垢物质，在新的电场的作用下向新的阴极(原阳极)迁移。因此，周期性地改变相邻两块电极之间的正负极，以避免压裂返排液中的成垢物质附着在至少两块平板状电极上，从而使电絮凝产生沉淀物和絮体不能附着在电极板6上成垢。

电极板6相邻两块电极之间的沉淀物和絮体随压裂返排液进入缓冲装置2。压裂返排液在缓冲装置2中缓冲流量波动后进入超声波管道混合器3中。通过药剂加注系统8将药剂注入超声波管道混合器3，与压裂返排液混合。压裂返排液在药剂的作用下发生化学沉淀和化学絮凝。同时，超声波管道混合器3发出超声波抑制成垢物质造成的设备结垢，并对压裂返排液进行杀菌。压裂返排液经过超声波管道混合器3处理后进入沉降槽4，在沉降槽4中进行沉降使压裂返排液中的絮体和沉淀物与清液分离。沉降槽4中的沉降斜管9加速压裂返排液的沉降速率，压裂返排液中的絮体和沉淀物在沉降斜管9中凝聚成大团沉降在沉降槽4的底部。沉降槽4底部的淤泥由污泥脱水装置5脱水处理。

在一种可选的实施方式中，如图1所示，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的电解槽1为长方体结构，电解槽1包括电解槽进水口11和电解槽出水口12。其中，电解槽进水口11和电解槽出水口12分布在电解槽1的一条体对角线的两端。电解槽进水口11的位置低于电解槽出水口12的位置，以使压裂返排液的电絮凝反应更充分并使压裂返排液中的絮体和沉淀物在水流作用下不发生沉淀。

示例性地，电解槽进水口11和电解槽出水口12分别位于电解槽1的两个相对侧面不同侧的底角和顶角上。也就是说，电解槽进水口11与电解槽出水口12处于电解槽1中距离最远的位置，以使压裂返排液的电絮凝更加充分。

示例性地，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的实施方式如下：

本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的电解槽1为长方体结构，电解槽1包括电解槽进水口11和电解槽出水口12。其中，电解槽进水口11和电解槽出水口12分布在电解槽1的一条体对角线的两端。电解槽进水口11的位置低于电解槽出水口12的位置。将待处理的压裂返排液从电解槽1底部的电解槽进水口11泵入电解槽1，然后接通电解槽1中电极板6的电源。由变频直流可调极电源7向电极板6提供变频直流电，使电极板6的电极之间产生电场。压裂返排液进入电解槽1后，在电极板6电极的空隙之间发生电絮凝。由于电解槽进水口11和电解槽出水口12位于电解槽1的一条体对角线的两端，压裂返排液从进入到溢出电解槽1路径较长，电絮凝反应更充分。经过电絮凝处理的压裂返排液从电解槽1顶部的电解槽出水口12溢流进入缓冲装置2，电絮凝产生的絮体在由下到上溢流的压裂返排液的作用下进入后续的缓冲装置2，不会由于重力的作用沉降在电解槽1的底部。

压裂返排液在缓冲装置2中缓冲流量波动后进入超声波管道混合器3中。通过药剂加注系统8将药剂注入超声波管道混合器3，与压裂返排液混合。压裂返排液在药剂的作用下发生化学沉淀和化学絮凝。同时，超声波管道混合器3发出超声波抑制成垢物质造成的设备结垢，并对压裂返排液进行杀菌处理。压裂返排液经过超声波管道混合器3处理后进入沉降槽4，在沉降槽4中进行沉降使压裂返排液中的絮体和沉淀物与清液分离。沉降槽4中的沉降斜管9加速压裂返排液的沉降速率，压裂返排液中的絮体和沉淀物在沉降斜管9中凝聚成大团沉降在沉降槽4的底部。沉降槽4底部的淤泥由污泥脱水装置5脱水处理后。

在一种可选的实施方式中，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的缓冲装置2包括缓冲罐和泵；其中，缓冲罐的进水口在缓冲罐顶部，缓冲罐出水口在缓冲罐底部；缓冲罐进水口和电解槽出水口12通过管道连接；缓冲罐出水口和泵的吸液端通过管道连接；泵的排液端与超声波管道混合器3连接。缓冲装置2的泵用于将缓冲罐中的液体泵入超声波管道混合器3中。

示例性地，将待处理的压裂返排液泵入电解槽1，然后接通电解槽1中电极板6的电源。由变频直流可调极电源7向电极板6提供变频直流电，使电极板6的电极之间产生电场。压裂返排液进入电解槽1后，在电极板6电极的空隙之间发生电絮凝。经过电絮凝处理的压裂返排液从电解槽1流入缓冲装置2。缓冲装置2的缓冲罐抑制压裂返排液从电解槽1进入缓冲装置2产生的流量波动，缓冲装置2的泵吸入经过缓冲的压裂返排液后泵入超声波管道混合器3。示例性地，泵的排量和电解槽进水口11的排量相等，使缓冲装置2的排液速率和电解槽1的进液速率一致，从而使本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的运行更平稳。

示例性地，如图1所示，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的实施方式如下：

该装置包括电解槽1、缓冲装置2、超声波管道混合器3、沉降槽4、污泥脱水装置5、电极板6、变频直流可调极电源7、药剂加注系统8和沉降斜管9。

电解槽1、缓冲装置2、超声波管道混合器3和沉降槽4依次连接。电极板6安装于电解槽1中，变频直流可调极电源7与电极板6的电源接口连接。药剂加注系统8与超声波管道混合器3连接。沉降斜管9位于沉降槽4内部。污泥脱水装置5位于沉降槽4底部。

其中，缓冲装置2包括缓冲罐和泵；其中，缓冲罐的进水口在缓冲罐顶部，缓冲罐出水口在缓冲罐底部；缓冲罐进水口和电解槽出水口12通过管道连接；缓冲罐出水口和泵的吸液端通过管道连接；泵的排液端与超声波管道混合器3连接。缓冲装置2的泵用于将缓冲罐中的液体泵入超声波管道混合器3中。

将待处理的压裂返排液泵入电解槽1，然后接通电解槽1中电极板6的电源。变频直流可调极电源7向电极板6提供变频直流电，使电极板6的电极之间产生电场。压裂返排液进入电解槽1后，在电极板6的电极之间发生电絮凝。经过电絮凝处理的压裂返排液从电解槽1进入缓冲装置2的缓冲罐，电絮凝产生的絮体在水流作用下进入后续的缓冲装置2，不会沉降在电解槽1的底部。

压裂返排液在缓冲罐中缓冲流量波动之后，被缓冲装置2的泵送入超声波管道混合器3中。将药剂加注系统8中的药剂泵入超声波管道混合器3，与超声波管道混合器3中的压裂返排液混合，对压裂返排液进行化学沉淀和化学絮凝。同时，超声波管道混合器3发出超声波抑制成垢物质造成的设备结垢，并对压裂返排液进行杀菌处理。压裂返排液携带凝聚成团的絮体和沉淀物进入沉降槽4中。压裂返排液在沉降槽4中进行沉降。压裂返排液中成团的絮体和沉淀物在沉降斜管9中进一步沉降形成大团，并压实、沉降在沉降槽4的底部。分离出的清液进入沉降槽4的上部，得到可以重新利用或进一步深度处理后外排的清液。沉降在沉降槽4底部的淤泥通过污泥脱水装置5进行脱水处理。

在一种可选的实施方式中，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的超声波管道混合器3包括超声波发生器和静态管道混合器。其中，超声波发生器安装在静态管道混合器中，静态管道混合器和药剂加注系统8连接。

示例性地，当压裂返排液从缓冲装置2进入静态管道混合器后，启动静态管道混合器中的超声波发生器，并通过药剂加注系统8将药剂注入静态管道混合器中。药剂与静态混合器中的压裂返排液混合发生化学沉淀和化学絮凝。同时，超声波管道混合器3发出超声波抑制成垢物质造成的设备结垢，并对压裂返排液进行杀菌处理。

在一种可选的实施方式中，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的沉降槽4的下部为漏斗状，沉降槽4的上部为顶部敞开的长方体、正方体或圆柱体中的一种。示例性地，沉降槽4的顶部具有排液口41，沉降槽4的底部具有与污泥脱水装置5连接的污泥出口42。沉降槽4的中部具有进液口，进液口的位置不低于沉降斜管9，进液口与超声波管道混合器3连接。

示例性地，如图1所示，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置的实施方式如下：

该装置包括电解槽1、缓冲装置2、超声波管道混合器3、沉降槽4、污泥脱水装置5、电极板6、变频直流可调极电源7、药剂加注系统8和沉降斜管9。

其中，电解槽1为长方体结构，电解槽1包括电解槽进水口11和电解槽出水口12和电极板6。其中，电解槽进水口11和电解槽出水口12分布在电解槽1的一条体对角线的两端，且电解槽进水口11的位置低于电解槽出水口12的位置。超声波管道混合器3包括超声波发生器和静态管道混合器，超声波发生器安装在静态管道混合器中。

电极板6包括至少两块平板状的电极；至少两块平板状的电极相互平行竖直安装在电解槽1中，至少两块平板状的电极中相邻两块的正负极不同。沉降槽4的下部为漏斗状，沉降槽4的上部为顶部敞开的长方体；沉降槽4的漏斗状部分的顶部安装有沉降斜管9。沉降槽4的顶部具有排液口41，沉降槽4的底部具有污泥出口42，污泥出口42与污泥脱水装置5连接。沉降槽4的中部具有进液口，进液口的位置不低于沉降斜管9，进液口与超声波管道混合器3连接。

电解槽1、缓冲装置2、超声波管道混合器3和沉降槽4依次连接。至少两块电极板6垂直安装于电解槽1中，变频直流可调极电源7与电极板6的电源接口连接。药剂加注系统8与超声波管道混合器3连接。沉降斜管9位于沉降槽4内部，沉降斜管9的位置不高于沉降槽4的进液口。污泥脱水装置5位于沉降槽4底部。

示例性地，电极板6的电极的材质为铝、铁、铝合金及钢中的一种或多种。本申请实施例中的污泥脱水装置5为叠螺机和板框压滤机中的一种。

将待处理的压裂返排液泵入电解槽1底部的电解槽进水口11，然后接通电解槽1中电极板6的电源。变频直流可调极电源7向电极板6提供变频直流电，使电极板6的电极之间产生电场。压裂返排液进入电解槽1后，在电极板6中至少两块平板状的电极的空隙之间发生电絮凝。经过电絮凝处理的压裂返排液从电解槽1顶部的电解槽出水口12溢流进入缓冲装置2，电絮凝产生的絮体在由下到上的水流作用下进入后续的缓冲装置2，不会沉降在电解槽1的底部。变频直流可调极电源7按照参考时间调换电极板6中相邻两块平板状的电极的正负极。由于相邻两块平板状的电极的正负极发生调换，相邻两块平板状的电极之间的电场方向也对应调换。电絮凝产生的絮体和沉淀物在按照参考时间变化的电场作用下减缓了絮体附着在电极板上成垢的速率。

示例性地，电极板6通电的电极之间会发生电化学反应，如阳极(铁、铝阳极板)失去电子后发生氧化反应，生成较强氧化剂和金属阳离子，强氧化剂来分解水中污染物，而形成的金属阳离子与压裂返排液中的氢氧根结合生成金属氢氧化物胶体絮凝剂，这类氢氧化物的活性高、吸附能力强。阴极上得到电子后发生还原反应。间接还原在阴极得到电子的高价或低价金属阳离子，使其直接被还原为低价阳离子或金属沉淀。同时在电解过程中阴极和阳极上分别会析出氢气和氧气，生成分散度极高的微小气泡(俗称电气浮)与原水中的胶体、悬浮物、可溶性污染物、细菌、病毒、重金属等结合生成较大絮体。

压裂返排液在缓冲装置2的缓冲罐中缓冲流量波动之后，被缓冲装置2泵入超声波管道混合器3的静态管道混合器中。启动安装在静态管道混合器中的超声波发生器，利用超声波的“空化”效应、“活化”效应、“剪切”效应、“拟制”效应，使压裂返排液中原本所含的成垢物质和加入药剂后产生的成垢物质在超声场作用下分散、粉碎、松散、松脱而不易附着成垢，同时超声波的“空化”效应也能产生微小气泡核，在绝热收缩及崩溃的瞬间产生高温高压杀灭细菌，也可以使水分子裂解为自由基，氧化压裂返排液中的有机物，起到杀菌作用。药剂加注系统8向超声波管道混合器3泵入碳酸钠溶液和聚丙烯酰胺溶液。碳酸钠溶液和聚丙烯酰胺溶液与超声波管道混合器3中的压裂返排液混合，在碳酸钠溶液的作用下沉淀钙离子、镁离子和其他高价金属离子，在聚丙烯酰胺溶液的作用下使絮体、沉淀物聚集成团。

经过超声波管道混合器3处理后的压裂返排液携带凝聚成团的絮体和沉淀物进入沉降槽4中。压裂返排液在沉降槽4中进行沉降。压裂返排液中成团的絮体和沉淀物在沉降斜管9中进一步沉降形成大团，并压实、沉降在沉降槽4下部漏斗状部分的底部；分离出的清液进入沉降槽4上部的长方体部分，从沉降槽4顶部的排液口41溢流排出，得到可以重新利用或进一步深度处理后外排的清液。沉降在沉降槽4底部的淤泥通过沉降槽4底部的污泥出口42进入污泥脱水装置5，经过污泥脱水装置5脱水后做减量化处理。示例性地，通过叠螺机将沉降槽4底部的淤泥进行脱水处理。

本申请实施例提供的压裂返排液处理装置，电解槽的电解槽进水口低于电解槽出水口避免电解槽中电絮凝所得的絮体和沉淀物在电解槽中沉淀；用变频可调极电源调换电极板的正负极，减缓了电极板的结垢速率；通过缓冲装置缓冲流量波动；通过超声波管道混合器和药剂加注系统使压裂返排液中的絮体和沉淀物凝聚成团后进入沉降槽；通过沉降斜管将压裂返排液中的絮体和沉淀物进一步沉降，得到处理后的清液；通过污泥脱水装置将沉降槽底部的淤泥脱水处理。

本申请实施例还提供了一种压裂返排液处理方法，应用于本申请实施例提供的压裂返排液处理装置，该方法至少包括以下步骤1～步骤5。

步骤1，将待处理的压裂返排液泵入电解槽1，通过变频直流可调极电源7接通电极板6的电流并按照参考时间调换电极板6的正负电极，对压裂返排液进行电絮凝处理。

步骤2，电絮凝后的压裂返排液从电解槽1进入缓冲装置2，经过缓冲装置2缓冲后进入超声波管道混合器3。

步骤3，启动超声波管道混合器3，并通过药剂加注系统8向超声波管道混合器3中泵入用于化学沉淀和化学絮凝的药剂与进入超声波管道混合器3的压裂返排液混合。在药剂的作用下对压裂返排液中进行化学絮凝。在超声波的作用下使成垢物质不易附着成垢，并通过超声波对压裂返排液进行杀菌。

本申请实施例中用于化学沉淀和化学絮凝的药剂至少包括化学沉淀剂和有机絮凝剂。其中，化学沉淀剂为碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种；有机絮凝剂包括聚丙烯酰胺及其衍生物中的一种或多种。示例性地，有机絮凝剂的分子量为200万～2500万。

步骤4，经过超声波管道混合器3处理后的压裂返排液在沉降槽4中进行沉降。通过沉降槽4中的沉降斜管9将压裂返排液中凝聚成团的絮体和沉淀物进一步沉降，分离出来的清液从沉降槽4排出得到处理后的清液。

步骤5，沉降在沉降槽4底部的淤泥由污泥脱水装置5进行脱水处理。

示例性地，本申请实施例提供的一种压裂返排液处理方法的实施方式如下：

步骤一，将待处理的压裂返排液泵入电解槽1底部的电解槽进水口11，通过变频直流可调极电源7接通电极板6的电流并调整电流大小为2.3安培(A)，按照调整参考时间调换电极板6的正负电极，对压裂返排液进行电絮凝处理。

步骤二，电絮凝后的压裂返排液从电解槽出水口12溢流进入缓冲装置2，经过缓冲装置2的缓冲罐中缓冲流量波动后被缓冲装置2的泵送入超声波管道混合器3的静态管道混合器中。缓冲装置2中泵的排量和电解槽进水口11排量均为20升/小时(L/h)。

步骤三，启动超声波管道混合器3中的超声波发生器，并通过药剂加注系统8向超声波管道混合器3中泵入碳酸钠溶液和聚丙烯酰胺溶液，与泵入超声波管道混合器3的压裂返排液混合。在碳酸钠溶液的作用下使压裂返排液中的钙离子、镁离子、铁离子和其他高价金属离子沉淀，在聚丙烯酰胺溶液的作用下使絮体、沉淀物聚集成团。同时，在超声波的作用下使压裂返排液中原本所含的成垢物质以及加入药剂后产生的成垢物质不易附着成垢，并通过超声波对压裂返排液进行杀菌。

步骤四，经过超声波管道混合器3处理后的压裂返排液在沉降槽4中进行沉降。通过沉降槽4中的沉降斜管9将压裂返排液中凝聚成团的絮体和沉淀物进一步沉降，分离出来的清液从沉降槽4的排液口41溢流而出得到处理后的清液。

步骤五，沉降在沉降槽4底部的淤泥由污泥脱水装置5进行脱水处理后做减量化处理。

采用本申请实施例提供的压裂返排液处理装置及方法对压裂返排液进行处理后，水中的总悬浮物浓度、钙离子浓度、镁离子浓度和铁离子浓度均显著降低，杀菌率达99％以上。压裂返排液经过上述步骤处理前后的水质如表1所示：

表1页岩气压裂返排液处理前后的水质

综上所述，本申请实施例提供的压裂返排液处理装置，通过电解槽的电解槽进水口低于电解槽出水口避免电解槽中电絮凝所得的絮体和沉淀物在电解槽中沉淀；用变频可调极电源调换电极板的正负极，减缓了电极板的结垢速率；通过缓冲装置缓冲流量波动；通过超声波管道混合器和药剂加注系统使压裂返排液中的絮体和沉淀物凝聚成团后进入沉降槽；通过沉降斜管将压裂返排液中的絮体和沉淀物进一步沉降，得到处理后的清液；通过污泥脱水装置将沉降槽底部的淤泥脱水处理。该压裂返排液处理装置通过将电絮凝和化学絮凝的沉降处理集中到沉降槽中；通过将化学沉淀、化学絮凝、防垢和杀菌处理集中到超声波管道混合器中同步进行；通过利用超声波管道混合器进行防垢处理省略了使用调节压裂返排液pH值的流程；该压裂返排液处理装置缩短了压裂返排液的处理流程，减缓了设备结垢的速率；本申请实施例提供的压裂返排液处理方法，通过调换改变电极板的正负极减缓电解槽结垢；通过超声波管道混合器和药剂加注系统结合，将化学沉淀、化学絮凝、防垢和杀菌同步进行，缩短了处理流程；通过电絮凝结合化学絮凝增强了对金属离子的分离效率。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本申请的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压裂返排液处理装置，其特征在于，所述装置包括电解槽(1)、缓冲装置(2)、超声波管道混合器(3)、沉降槽(4)、污泥脱水装置(5)、电极板(6)、变频直流可调极电源(7)、药剂加注系统(8)和沉降斜管(9)；

所述电解槽(1)、所述缓冲装置(2)、所述超声波管道混合器(3)和所述沉降槽(4)依次连接，所述电解槽(1)用于使压裂返排液发生电絮凝；所述缓冲装置(2)用于缓冲所述压裂返排液处理装置中的流量波动；

所述电极板(6)安装于所述电解槽(1)中，所述变频直流可调极电源(7)与所述电极板(6)的电源接口连接，所述变频直流可调极电源(7)用于调节电流大小，并按照参考时间自动调换所述电极板(6)的正负极；

所述超声波管道混合器(3)用于提供化学沉淀和化学絮凝的场所，并采用超声波抑制成垢物质造成的设备结垢，并对压裂返排液进行杀菌；所述药剂加注系统(8)与所述超声波管道混合器(3)连接，用于向所述超声管道混合器(3)中加注用于化学沉淀和化学絮凝的药剂；

所述沉降斜管(9)位于所述沉降槽(4)内部，且所述沉降斜管(9)不高于所述沉降槽(4)的进液口；

所述污泥脱水装置(5)位于所述沉降槽(4)底部，所述沉降槽(4)用于将压裂返排液中的絮体和清液分离；所述污泥脱水装置(5)用于将所述沉降槽(4)底部的淤泥脱水分离。

2.如权利要求1所述的压裂返排液处理装置，其特征在于，所述电极板(6)包括至少两块平板状的电极；所述至少两块平板状的电极相互平行竖直安装在所述电解槽(1)中；相邻两个电极之间正负极相反。

3.如权利要求1所述的压裂返排液处理装置，其特征在于，所述电解槽(1)为长方体结构，所述电解槽(1)包括电解槽进水口(11)和电解槽出水口(12)；所述电解槽进水口(11)和所述电解槽出水口(12)分布在所述电解槽(1)的一条体对角线的两端，且所述电解槽进水口(11)的位置低于所述电解槽出水口(12)的位置。

4.如权利要求1所述的压裂返排液处理装置，其特征在于，所述缓冲装置(2)包括缓冲罐和泵；其中，所述缓冲罐的进水口在所述缓冲罐顶部，所述缓冲罐的出水口在所述缓冲罐底部；所述缓冲罐的进水口和所述电解槽(1)通过管道连接；所述缓冲罐的出水口和所述泵的吸液端通过管道连接；所述泵的排液端与所述超声波管道混合器(3)连接。

5.如权利要求1所述的压裂返排液处理装置，其特征在于，所述沉降槽(4)的顶部具有排液口(41)；所述沉降槽(4)的底部具有污泥出口(42)，所述污泥出口(42)与所述污泥脱水装置(5)连接；所述沉降槽(4)的中部具有进液口。

6.如权利要求1或5所述的压裂返排液处理装置，其特征在于，所述沉降槽(4)的下部为漏斗状，所述沉降槽(4)的上部为顶部敞开的长方体、正方体或圆柱体中的一种。

7.如权利要求1或2所述的压裂返排液处理装置，其特征在于，所述电极板(6)的材质为铝、铁、铝合金及钢中的一种或多种。

8.一种压裂返排液处理方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7任一所述的压裂返排液处理装置，所述压裂返排液处理方法至少包括：

将待处理的压裂返排液泵入所述电解槽(1)，通过所述变频直流可调极电源(7)接通所述电极板(6)的电流并按照参考时间调换所述电极板(6)的正负电极，对所述压裂返排液进行电絮凝处理；

电絮凝后的压裂返排液从所述电解槽(1)进入所述缓冲装置(2)，经过所述缓冲装置(2)缓冲后进入所述超声波管道混合器(3)；

启动所述超声波管道混合器(3)，并通过所述药剂加注系统(8)向所述超声波管道混合器(3)中泵入所述用于化学沉淀和化学絮凝的药剂与进入所述超声波管道混合器(3)的压裂返排液混合；在所述药剂的作用下对所述压裂返排液进行化学沉淀和化学絮凝；在超声波的作用下使成垢物质不易附着成垢，并通过超声波对所述压裂返排液进行杀菌；

经过所述超声波管道混合器(3)处理后的压裂返排液在所述沉降槽(4)中进行沉降；通过所述沉降槽(4)中的所述沉降斜管(9)将压裂返排液中凝聚成团的絮体和沉淀物进一步沉降，分离出来的清液从所述沉降槽(4)排出得到处理后的清液；

沉降在所述沉降槽(4)底部的淤泥由所述污泥脱水装置(5)进行脱水处理。

9.如权利要求8所述的压裂返排液处理方法，其特征在于，通过所述药剂加注系统(8)泵注的所述用于化学沉淀和化学絮凝的药剂包括化学沉淀剂，所述化学沉淀剂为碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种。

10.如权利要求8或9所述的压裂返排液处理方法，其特征在于，通过所述药剂加注系统(8)泵注的所述用于化学沉淀和化学絮凝的药剂还包括有机絮凝剂，所述有机絮凝剂包括聚丙烯酰胺及其衍生物中的一种或多种。

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