用于页岩气废水的废水处理系统以及废水处理装置的制作方法

本实用新型涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种用于页岩气废水的废水处理系统以及废水处理装置。

背景技术：

非常规天然气尤其是页岩气的勘探开发是当前石油天然气行业关注的热点。页岩气是主体位于暗色泥页岩或碳泥页岩中，以吸附状态或游离相态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的一种非常规天然气。世界上非常规天然气总资源量为9.21x10¹⁴m³，其中页岩气为4.56x10¹⁴m³，高于常规天然气。页岩气开采的核心技术是水力压裂法，水力压裂法中的压裂液主要由高压水、砂和化学添加剂组成，其中水和砂的含量在99％以上。

根据地域不同，开采一口页岩气井需消耗约7560-20000m³的水才能使页岩断裂，用水量巨大。压裂过程结束后，大量的压裂液携带着地下的盐及金属、有机物等返回地面成为高浓度的卤水，即页岩气废水。因此页岩气废水(其体积占原来注入高压液体的30％-70％)中含有高浓度的总溶解性固体(TDS，通常在100000mg/以上)和多种化学添加剂，同时还含有多种有机和无机化合物、金属元素以及自然产生的放射性元素。

目前，页岩气废水的处理是制约页岩气开采进一步发展的瓶颈。页岩气废水目前用以去除页岩气压裂反排液盐度和其他污染物质的手段匮乏。页岩气开采相关废水一部分被回用或回注，一部分被输送到污水处理厂，甚至还有部分废水直接排放到水道和海域，给饮用水和水生物带来了严重威胁。而过滤、沉淀等粗放式的处理方法已不能适应页岩气开发的实际需求。

对于页岩气废水这样的高浓度有机废水，常用的工艺流程为过滤-沉淀-RO膜处理，这种处理方式虽然结构简单，操作简便，但是过滤+沉淀组合的处理方式处理污染物的能力低，经过滤及沉淀后的产出液仍然含有大量的污染物及胶体，当进行RO膜处理时，极易导致RO膜堵塞，使RO膜处理效率降低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于页岩气废水的废水处理系统以及废水处理装置，以解决现有技术中存在的页岩气废水处理工艺效率低的技术问题。

本实用新型提供的一种用于页岩气废水的废水处理系统，包括：

隔油池，所述隔油池用于去除废水中的油和杂质；

电解槽，所述电解槽与所述隔油池的出口连接，用于将废水中的氨氮化合物转换成氮气；

软化水箱，所述软化水箱与所述电解槽的出口连接，用于对废水软化处理；

膜组件，所述膜组件与所述软化水箱的出口连接，用于对废水过滤处理；

除碳器，所述除碳器与所述膜组件的出口连接，用于降低废水中的碱度；

浓缩设备，所述浓缩设备与所述除碳器的出口连接，用于对废水浓缩处理；

结晶器，所述结晶器与所述浓缩设备的出口连接，用于对废水结晶处理。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述隔油池上设置有刮油机和排泥管；

所述刮油机位于所述隔油池的上部，用于去除上浮的油品；

所述排泥管连通在所述隔油池的底端。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述软化水箱包括投加氢氧化钠或者石灰溶液的第一反应箱以及投加碳酸钠的第二反应箱；

所述第一反应箱的出口与所述第二反应箱的入口连接。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述浓缩设备包括预浓缩RO膜、正渗透MBC和精制RO膜；

所述预浓缩RO膜与所述除碳器的出口连接，所述预浓缩RO膜还通过所述正渗透MBC与所述精制RO膜连接。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述浓缩设备包括预浓缩RO膜和正渗透MBC；

所述预浓缩RO膜的出口与所述正渗透MBC的入口连接，并且，所述正渗透MBC还回流连接至所述预浓缩RO膜。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述结晶器与所述正渗透MBC连接。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述废水处理系统还包括FO给水箱；

所述FO给水箱连接在所述预浓缩RO膜和所述正渗透MBC之间。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述精制RO膜还与所述FO给水箱连接，用于将产出浓水返回至所述FO给水箱再处理。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述废水处理系统还包括废水收集池；

所述废水收集池的出口与所述隔油池的入口连接。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述膜组件包括管式膜。

本实用新型还提供了一种废水处理装置，包括所述的废水处理系统。

在上述技术方案中，可以将页岩气废水处理后可以提高现有的水资源的重复利用率，从而减少对淡水资源的依赖性，减少相关污染物的排放，且采用正渗透技术对膜分离后的浓缩物进行处理，实现真正意义上的零污染排放。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型一个实施例提供的废水处理系统的第一连接结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例提供的废水处理系统的第二连接结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例提供的废水处理系统的第三连接结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例提供的废水处理系统的第四连接结构示意图；

图5为本实用新型一个实施例提供的废水处理系统的第五连接结构示意图；

图6为本实用新型一个实施例提供的废水处理系统的第六连接结构示意图；

图7为本实用新型一个实施例提供的废水处理系统的第七连接结构示意图。

附图标记：

1-隔油池；2-电解槽；3-软化水箱；

4-膜组件；5-除碳器；6-浓缩设备；

7-结晶器；8-废水收集池；

11-刮油机；12-排泥管；

31-第一反应箱；32-第二反应箱；

61-预浓缩RO膜；62-正渗透MBC；

63-精制RO膜；64-FO给水箱。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供的一种用于页岩气废水的废水处理系统，包括：

隔油池1，所述隔油池1用于去除废水中的油和杂质；

电解槽2，所述电解槽2与所述隔油池1的出口连接，用于将废水中的氨氮化合物转换成氮气；

软化水箱3，所述软化水箱3与所述电解槽2的出口连接，用于对废水软化处理；

膜组件4，所述膜组件4与所述软化水箱3的出口连接，用于对废水过滤处理；

除碳器5，所述除碳器5与所述膜组件4的出口连接，用于降低废水中的碱度；

浓缩设备6，所述浓缩设备6与所述除碳器5的出口连接，用于对废水浓缩处理；

结晶器7，所述结晶器7与所述浓缩设备6的出口连接，用于对废水结晶处理。

由上可知，所述废水处理系统主要由隔油池1、电解槽2、软化水箱3、膜组件4、除碳器5、浓缩设备6以及结晶器7构成。在实际工作时，例如对于页岩气废水，可以先通过隔油池1进行处理，隔油池1可以根据废水中油和水的比重不同而达到分离的目的。例如，含油废水在隔油池1中沿水平方向缓慢流动，在流动中油品会上浮至水面，通过集油管或设置在池面的刮油机11去除。同时，在隔油池1中沉淀下来的重油及其他杂质会沉积积聚到池底去除。由此便可以去除废水中的油类物质及杂质，避免其对后续工艺产生不利影响。

经过隔油池1处理后，便可以将处理后的废水转入至电解槽2中，设置正极板和负极板之间的电压为3～10V。当废水进入电解槽2后，会先在阴极区进行硝酸盐氮还原的作用，还原产物有氮气和氨氮。其中产生的氨氮和水中初始的氨氮还将在随后的氧化过程中得到进一步处理而变成氮气。所以，经过电解槽2的处理后，废水中氨氮污染物将最终变成氮气，然后逸散到大气中，不会造成水中二次污染的情况。

然后，再将废水导入至软化水箱3中对废水进行软化处理，置换出废水中的钙、镁离子，降低废水的硬度，同时去除废水中大量的重金属离子及部分有机物。处理后再通入膜组件4中进行过滤处理，这样经过软化处理以及过滤处理后的废水，其总硬度可以小于0.5mmol/L，能够满足后续浓缩回用的要求。优选的，所述膜组件4可以采用管式膜。

所述除碳器5与所述膜组件4的出口连接，会将经过膜组件4过滤后的废水引入至除碳器5。其中，当废水引入至除碳器5之前，会在所述膜组件4和所述除碳器5之间的管道中对pH进行调节，例如调节pH至4-5，可以有效降低废水中碱度。

当调节好pH的废水进入除碳器5后，除碳器5会通过风机的风力来吹脱水中游离CO2，例如调节出水CO2含量＜5mg/L。

经过上述处理后的废水，最后会经过浓缩设备6进行浓缩处理，提高废水的浓度，减小进入结晶器7中的水量，这样便可以大大降低结晶器7的投资成本。而处理后的产水便可以收集回用，结晶器7处理后会获得结晶盐，结晶器7母液用于喷雾干燥或当作固废处理。

通过上述系统对废水处理后，便可以提高现有的水资源的重复利用率，从而减少对淡水资源的依赖性，减少相关污染物的排放，且采用正渗透技术对膜分离后的浓缩物进行处理，可以实现真正意义上的零污染排放。

如图2所示，在本实用新型的实施例中，所述隔油池1上设置有刮油机11和排泥管12；所述刮油机11位于所述隔油池1的上部，用于去上浮的油品，所述排泥管12连通在所述隔油池1的底端。

如图3，在本实用新型的实施例中，所述软化水箱3包括投加氢氧化钠或者石灰溶液的第一反应箱31以及投加碳酸钠的第二反应箱32；

所述第一反应箱31的出口与所述第二反应箱32的入口连接。

所以在对废水进行软化的时候，可以使废水先进入第一反应箱31，投加一定量的氢氧化钠或者石灰溶液，剧烈搅拌使其混合均匀，控制pH在11以上，反应停留时间可控制在0.5h-2h之间。经过第一反应箱31后，再将废水引入进入第二反应箱32，投加足量的碳酸钠，搅拌反应混合均匀，反应停留时间可控制在0.5h-2h之间。

经过所述第一反应箱31和所述第二反应箱32的配合，便可以对废水进行软化处理，降低废水的硬度。

如图4所示，在本实用新型的实施例中，所述浓缩设备6包括预浓缩RO膜61、正渗透MBC62和精制RO膜63；

所述预浓缩RO膜61与所述除碳器5的出口连接，所述预浓缩RO膜61还通过所述正渗透MBC62与所述精制RO膜63连接。

这便对浓缩设备6进行了具体的描述，通过预浓缩RO膜61、正渗透MBC62和精制RO膜63构成的浓缩设备6可以实现对废水进行有效的浓缩。具体的，在废水进入至浓缩设备6中可以先通过预浓缩RO膜61进行浓缩，该预浓缩RO膜61主要采用高压海水淡化膜对来自膜组件4的废水进行浓缩，并且尽可能提高浓缩倍数，将pH调整到7-8，该预浓缩RO膜61的浓缩液出口与正渗透MBC62通过管道连通，预浓缩RO膜61的产水收集回用，浓缩分离液则进一步的进入到正渗透MBC62进行处理。

由前文可知，经过电解槽2的处理后，废水中氨氮污染物将最终变成氮气，然后逸散到大气中，不会造成水中二次污染的情况，所以，在此也可以保证后续正渗透MBC62中碳铵汲取液的稳定性，与正渗透MBC62形成前后配合。同时，除碳器5也会降低废水中的碱度，调节出水CO2含量＜5mg/L，保证正渗透MBC62的汲取液N:C的稳定性，进而保证正渗透MBC62的长期稳定运行。

当浓缩分离液进入到正渗透MBC62以后，可以将浓缩分离液继续浓缩至含盐量为200000mg/L以上的浓水。所以，可以将所述结晶器7与所述正渗透MBC62连接，当浓缩分离液被浓缩至含盐量为200000mg/L以上的浓水以后，便可以大大减小进入结晶器7的水量，实现对结晶器7的投资成本降低。正渗透MBC62的浓水进入结晶器7获得结晶盐，结晶器7母液用于喷雾干燥或当作固废处理。正渗透MBC62的产水出口与精制RO膜63连接，经过精制RO膜63处理后，产水便可以收集回用。

图7为本实用新型一个实施例提供的废水处理系统的第七连接结构示意图；如图7所示，所述浓缩设备6包括预浓缩RO膜61和正渗透MBC62；所述预浓缩RO膜61的出口与所述正渗透MBC62的入口连接，并且，所述正渗透MBC62还回流连接至所述预浓缩RO膜61。

所以，所述正渗透MBC62还可以回流连接至所述预浓缩RO膜61，通过这种回流连接的方式，可以将所述正渗透MBC62处理后的产水重新回流至所述预浓缩RO膜61进行处理，经过预浓缩RO膜61后的产水收集回用，浓水进入正渗透MBC62进行进一步处理。如图5所示，在本实用新型的实施例中，所述废水处理系统还包括FO给水箱64；

所述FO给水箱64连接在所述预浓缩RO膜61和所述正渗透MBC62之间。

所述精制RO膜63还与所述FO给水箱64连接。所以，经过所述精制RO膜63处理后的浓水可以返回正渗透MBC62的FO给水箱64混合再处理。

如图6所示，在本实用新型的实施例中，所述废水处理系统还包括废水收集池8；所述废水收集池8的出口与所述隔油池1的入口连接。通过废水收集池8可以对废水进行收集，然后进行处理。

本实用新型还提供了一种废水处理装置，包括所述的废水处理系统。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。