[0001]
本高新技术涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种压裂返排液处理系统。
背景技术：
[0002]
页岩气作为一种重要的非常规能源，水平钻井、水力压裂、压裂液返排、试采等过程中会带来巨大环保压力。在压裂返排的不同阶段，水质也略有不同，返排初期含有用于压裂初期对储层进行改造阶段的酸化废液，酸度偏高；返排后期由于地层水也会一起被返排出来，导致矿化度很高，有机污染物的浓度也会有一定变化。但压裂返排液总体呈现出高稳定性、高cod和高矿化度的特点。因此对压裂返排液进行高效处理，可以解决页岩气开发过程污水排放和水资源循环利用问题，提高页岩气开发环境保护能力。
[0003]
国内已有的处理系统采用了包括中和、絮凝沉降、氧化、fe/c微电解、h2o2/fe
2+
催化氧化及活性炭吸附等多种处理技术，在处理含有高浓度有机物、多种类无机盐、高毒性重金属、高污染石油类物质的废水取得了一定的效果，在去除废水中污染物的同时，减少了对周围环境的污染。但ph调节试剂、fenton试剂等氧化剂、混絮凝药剂的大量投加，吸附剂的饱和和再生，造成药剂消耗量大，处理成本提高。
[0004]
高级氧化技术中光催化氧化反应条件温和、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染，但存在反应速率低等问题。电氧化通过阳极反应产生自由基、强氧化粒子(
·
oh、
·
o2等)与废水中的有机污染物无选择地快速发生链式反应，进行氧化降解，但存在降解不彻底、电极寿命短、处理成本高等问题。同时这些高级氧化技术在工业化应用时缺少预处理单元配合，在部分悬浮物和石油类含量高、水质复杂的污水处理过程中，预处理不完善导致高级氧化单元负荷偏重。以上问题导致高级氧化处理系统不能达到预期效果，且造成维护压力大，不能长期连续稳定运行。
技术实现要素：
[0005]
本高新技术的主要目的在于提供一种压裂返排液处理系统，以解决现有技术中的压裂返排液处理系统的处理效果差的问题。
[0006]
为了实现上述目的，本高新技术提供了一种压裂返排液处理系统，包括：预处理装置；光催化氧化装置，光催化氧化装置的入口与预处理装置的出口连通；电氧化装置，电氧化装置的入口与预处理装置的出口和光催化氧化装置的液体出口均连通，且电氧化装置的液体出口与排液管路连通；催化剂回收装置，催化剂回收装置的入口与光催化氧化装置的催化剂出口和电氧化装置的催化剂出口均连通。
[0007]
进一步地，预处理装置包括顺次连通的调节池和隔油池，调节池的上部安装搅拌装置，调节池的下部具有曝气装置，隔油池内部设置有对峰波纹斜板组。
[0008]
进一步地，压裂返排液处理系统还包括阀门切换装置，阀门切换装置包括多个阀门，且预处理装置、光催化氧化装置和电氧化装置三者之间的相互连通的管路上均设置有阀门。
[0009]
进一步地，压裂返排液处理系统还包括提升装置，提升装置设置在预处理装置和光催化氧化装置之间，并驱动压裂返排液进入光催化氧化装置。
[0010]
进一步地，光催化氧化装置包括顺次连通的原水箱、射流器和反应器，原水箱内设置有曝气柱，射流器驱动压裂返排液由原水箱进入至反应器内。
[0011]
进一步地，反应器为多个，且均包括均金属套管、石英套管和紫外灯管，各反应器顺次弯折连接并形成至少一个s形结构。
[0012]
进一步地，电氧化装置包括多个极板，各极板之间形成蜂窝状流道。
[0013]
进一步地，电氧化装置包括ph计和曝气管，ph计监测电氧化装置内的ph值，曝气管设置在电氧化装置的底部。
[0014]
进一步地，压裂返排液处理系统还包括臭氧发生装置，臭氧发生装置与光催化氧化装置和电氧化装置均连通，并向光催化氧化装置和电氧化装置内通入臭氧。
[0015]
进一步地，压裂返排液处理系统还包括用于添加氧化剂的加药装置，加药装置为多个，且预处理装置、光催化氧化装置和电氧化装置中均设置有加药装置。
[0016]
应用本高新技术的技术方案，通过设置有预处理装置、光催化氧化装置、电氧化装置三者，其中预处理装置具有除悬浮物、除浊、预除油等功能，从而降低后续高级氧化装置的负荷，而光催化氧化装置和电氧化装置形成的组合处理方式有效耦合了光催化氧化和电氧化技术，既可根据矿化度和有机污染物浓度选择单一的某一种技术处理，也可将两种氧化处理串联，通过串联加强深度氧化的同时，能够利用光催化氧化处理中已添加的催化剂进一步优化电氧化效果。光催化处理不会产生废气且反应温和，成本更低，对返排后期有机物浓度较低的压裂返排液即可达到较好的处理效果。电氧化能够利用压裂前期返排液较低的ph值、压裂返排液较高的氯根，且过程中产生的羟基自由基等活性自由基的杀菌性能，对硫酸盐还原菌等造成水质发黑发臭的细菌进行去除，二者组合从而提高了压裂返排液的处理效果。而催化剂回收装置用于将经由光催化氧化装置或电氧化装置处理后的压裂返排液中的催化剂进行回收，从而对催化剂进行再利用，降低成本。
附图说明
[0017]
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本高新技术的进一步理解，本高新技术的示意性实施例及其说明用于解释本高新技术，并不构成对本高新技术的不当限定。在附图中：
[0018]
图1示出了本高新技术的压裂返排液处理系统的结构示意图。
[0019]
其中，上述附图包括以下附图标记：
[0020]
10、预处理装置；11、调节池；12、隔油池；20、光催化氧化装置；30、电氧化装置；40、催化剂回收装置；50、臭氧发生装置。
具体实施方式
[0021]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本高新技术。
[0022]
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0023]
在本高新技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本高新技术。
[0024]
为了解决现有技术中的压裂返排液处理系统的处理效果差的问题，本高新技术提供了一种压裂返排液处理系统。
[0025]
如图1所示的一种压裂返排液处理系统，包括预处理装置10、光催化氧化装置20、电氧化装置30和催化剂回收装置40，光催化氧化装置20的入口与预处理装置10的出口连通；电氧化装置30的入口与预处理装置10的出口和光催化氧化装置20的液体出口均连通，且电氧化装置30的液体出口与排液管路连通；催化剂回收装置40的入口与光催化氧化装置20的催化剂出口和电氧化装置30的催化剂出口均连通。
[0026]
本实施例通过设置有预处理装置10、光催化氧化装置20、电氧化装置30三者，其中预处理装置10具有除悬浮物、除浊、预除油等功能，从而降低后续高级氧化装置的负荷，而光催化氧化装置20和电氧化装置30形成的组合处理方式有效耦合了光催化氧化和电氧化技术，既可根据矿化度和有机污染物浓度选择单一的某一种技术处理，也可将两种氧化处理串联，通过串联加强深度氧化的同时，能够利用光催化氧化处理中已添加的催化剂进一步优化电氧化效果。光催化处理不会产生废气且反应温和，成本更低，对返排后期有机物浓度较低的压裂返排液即可达到较好的处理效果。电氧化能够利用压裂前期返排液较低的ph值、压裂返排液较高的氯根，且过程中产生的羟基自由基等活性自由基的杀菌性能，对硫酸盐还原菌等造成水质发黑发臭的细菌进行去除，二者组合从而提高了压裂返排液的处理效果。而催化剂回收装置40用于将经由光催化氧化装置20或电氧化装置30处理后的压裂返排液中的催化剂进行回收，从而对催化剂进行再利用，降低成本。
[0027]
在本实施例中，预处理装置10包括顺次连通的调节池11和隔油池12，调节池11的上部安装搅拌装置，调节池11的下部具有曝气装置，可选择进行气浮或混凝沉淀，隔油池12内部设置有对峰波纹斜板组，可实现悬浮物、浮油等污染物的加速分离。
[0028]
在本实施例中，压裂返排液处理系统还包括阀门切换装置，阀门切换装置包括多个阀门，且预处理装置10、光催化氧化装置20和电氧化装置30三者之间的相互连通的管路上均设置有阀门。通过阀门切换装置改变预处理装置10、光催化氧化装置20和电氧化装置30三者之间的连通状态，从而使得压裂返排液可以根据需要选择进入光催化氧化装置20或电氧化装置30中进行处理。
[0029]
在本实施例中，压裂返排液处理系统还包括提升装置，提升装置设置在预处理装置10和光催化氧化装置20之间，并为压裂返排液的流动提供动力，使得压裂返排液进入光催化氧化装置20，提高气体混流效果。
[0030]
在本实施例中，光催化氧化装置20包括顺次连通的原水箱、射流器和反应器，原水箱内设置有曝气柱，射流器驱动压裂返排液由原水箱进入至反应器内，压裂返排液在反应器内进行氧化处理，处理后通过液体出口在阀门切换装置的控制下选择进入电氧化装置30中进行进一步氧化处理或者进入催化剂回收装置40进行催化剂回收后出水。
[0031]
可选地，反应器为多个，且均包括均金属套管、石英套管和紫外灯管，各反应器顺次弯折连接并形成至少一个s形结构。本实施例设置有六根反应器，每根1.5米，均包含金属
套管、石英套管、紫外灯管及密封系统。六根反应器以“弓”型的折流管道相连，压裂返排液利用循环泵在折流管道中可多次循环，流速控制在25l/min以上，从而提高光催化氧化的效果。
[0032]
在本实施例中，电氧化装置30包括多个极板，且极板呈网状，其中阳极板为钛基钌铱电极，阴极板为钛电极，阳极板的制备为采用电沉积法在阳极氧化法优化过的基板进行了催化剂负载，提高羟基自由基的产生效率。极板间距可调，电氧化装置30中放置10-20块极板，电极组件在电氧化装置30的内部垂直放置并与进出口的相对位置成180
°
角，仅两端电极与电源相连，各极板之间形成的流道为蜂窝状流道，通过采用蜂窝状流道形成的湍流效应提高混合状态，从而提高极板表面的传质效率，避免因污染物在极板表面停留时间过短，而造成吸附态羟基自由基与污染物反应效率下降的情况。
[0033]
可选地，电氧化装置30包括ph计和曝气管，ph计监测电氧化装置30内的ph值，曝气管设置在电氧化装置30的底部，电氧化装置30中的电流密度为8-15ma/cm2，水力停留时间为30-60min，出水ph值控制在6-8之间。
[0034]
在本实施例中，压裂返排液处理系统还包括臭氧发生装置50，臭氧发生装置50与光催化氧化装置20和电氧化装置30均连通，并向光催化氧化装置20的曝气柱和电氧化装置30的曝气管内通入臭氧，从而进行纯氧或臭氧曝气。
[0035]
在本实施例中，压裂返排液处理系统还包括用于添加氧化剂的加药装置，加药装置为多个，且预处理装置10、光催化氧化装置20和电氧化装置30中均设置有加药装置。
[0036]
具体地，光催化氧化装置20中的加药装置配合曝气柱可投加二氧化钛催化剂、臭氧、双氧水、次氯酸钠等，实现二氧化钛光催化、紫外光/臭氧、紫外光/双氧水等多种光化学氧化过程。当经过光催化氧化装置20处理后的压裂返排液进入到电氧化装置30时，压裂返排液中含有的二氧化钛催化剂可协同催化，从而最大化利用光催化氧化反应中添加的二氧化钛催化剂，在电氧化装置30内继续发挥催化协同效应，并且除了原本的二氧化钛催化外也可以配合加药装置投加双氧水协助氧化。这样，利用光催化氧化和电氧化自由组合，并配以化学氧化剂的加药装置，实现羟基自由基、双氧水、臭氧等活性自由基物质共同作用，通过处理效果比对，可针对不同污染物浓度的压裂返排液比选出效果最佳、成本适合的工艺组合。
[0037]
本实施例的压裂返排液处理系统的一个具体应用例子如下：
[0038]
压裂返排液ph＝3.8，石油类79mg/l、悬浮物835mg/l、cod 4300mg/l、cl 6800mg/l，钙镁离子含量420mg/l，srb 3
×
105个/ml；
[0039]
预处理装置10的进水流量为18l/h，在调节池11通过空压机曝气，曝气强度2.5l/min，曝气时长15min，气浮后通过隔油池12完成悬浮物、浮油的分离。之后进入光催化氧化装置20，臭氧发生装置50的气曝气强度为1.5l/min，投加直径为100nm的二氧化钛催化剂200mg/l，紫外光波长254nm，液体流速25l/min，处理时间30min。之后进入电氧化装置30，电氧化装置30内有阳极板9块，阴极板10块，采用恒流模式，控制电流密度为10ma/cm2，反应时间为20min。出水水质ph＝8，石油类8-10mg/l、悬浮物60-80mg/l、cod 1630-1740mg/l、钙镁离子含量387-408mg/l，srb 15-20个/ml，催化剂回收率为98％以上。
[0040]
该系统处理停留时间1.5h，连续运行期间装置运行稳定。处理出水可稳定达到压裂返排液回用水质控制要求(ph6-9，钙镁离子含量≤500mg/l，srb≤25个/ml)，cod去除率
达到60％以上，反应过程中药剂投加量少，运行控制简单，可实现压裂返排液的妥善处置。
[0041]
需要说明的是，上述实施例中的多个指的是至少两个。
[0042]
从以上的描述中，可以看出，本高新技术上述的实施例实现了如下技术效果：
[0043]
1、解决了现有技术中的压裂返排液处理系统的处理效果差的问题；
[0044]
2、有效耦合了光催化氧化和电氧化技术，既可根据矿化度和有机污染物浓度选择单一的某一种技术处理，也可将两种氧化处理串联；
[0045]
3、最大化利用光催化氧化反应中添加的二氧化钛催化剂进一步优化电氧化效果；
[0046]
4、催化剂回收装置用于将经由光催化氧化装置或电氧化装置处理后的压裂返排液中的催化剂进行回收，从而对催化剂进行再利用，降低成本；
[0047]
5、优化光催化氧化进水方式，提高气体混流效果；
[0048]
6、优化电氧化的极板，通过提高析氧电位提高羟基自由基的产生效率；
[0049]
7、采用蜂窝状流道形成的湍流效应提高混合状态，从而提高极板表面的传质效率，避免因污染物在极板表面停留时间过短，而造成吸附态羟基自由基与污染物反应效率下降。
[0050]
显然，上述所描述的实施例仅仅是本高新技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本高新技术中的实施例，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，都应当属于本高新技术保护的范围。
[0051]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
[0052]
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0053]
以上所述仅为本高新技术的优选实施例而已，并不用于限制本高新技术，对于本领域的技术人员来说，本高新技术可以有各种更改和变化。凡在本高新技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本高新技术的保护范围之内。
技术特征：
1.一种压裂返排液处理系统，其特征在于，包括：预处理装置(10)；光催化氧化装置(20)，所述光催化氧化装置(20)的入口与所述预处理装置(10)的出口连通；电氧化装置(30)，所述电氧化装置(30)的入口与所述预处理装置(10)的出口和所述光催化氧化装置(20)的液体出口均连通，且所述电氧化装置(30)的液体出口与排液管路连通；催化剂回收装置(40)，所述催化剂回收装置(40)的入口与所述光催化氧化装置(20)的催化剂出口和电氧化装置(30)的催化剂出口均连通。2.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述预处理装置(10)包括顺次连通的调节池(11)和隔油池(12)，所述调节池(11)的上部安装搅拌装置，所述调节池(11)的下部具有曝气装置，所述隔油池(12)内部设置有对峰波纹斜板组。3.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述压裂返排液处理系统还包括阀门切换装置，所述阀门切换装置包括多个阀门，且所述预处理装置(10)、所述光催化氧化装置(20)和所述电氧化装置(30)三者之间的相互连通的管路上均设置有所述阀门。4.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述压裂返排液处理系统还包括提升装置，所述提升装置设置在所述预处理装置(10)和所述光催化氧化装置(20)之间，并驱动压裂返排液进入所述光催化氧化装置(20)。5.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述光催化氧化装置(20)包括顺次连通的原水箱、射流器和反应器，所述原水箱内设置有曝气柱，所述射流器驱动压裂返排液由所述原水箱进入至所述反应器内。6.根据权利要求5所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述反应器为多个，且均包括均金属套管、石英套管和紫外灯管，各所述反应器顺次弯折连接并形成至少一个s形结构。7.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述电氧化装置(30)包括多个极板，各所述极板之间形成蜂窝状流道。8.根据权利要求7所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述电氧化装置(30)包括ph计和曝气管，所述ph计监测所述电氧化装置(30)内的ph值，所述曝气管设置在所述电氧化装置(30)的底部。9.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述压裂返排液处理系统还包括臭氧发生装置(50)，所述臭氧发生装置(50)与所述光催化氧化装置(20)和所述电氧化装置(30)均连通，并向所述光催化氧化装置(20)和所述电氧化装置(30)内通入臭氧。10.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述压裂返排液处理系统还包括用于添加氧化剂的加药装置，所述加药装置为多个，且所述预处理装置(10)、所述光催化氧化装置(20)和所述电氧化装置(30)中均设置有所述加药装置。
技术总结
本高新技术提供了一种压裂返排液处理系统，包括：预处理装置；光催化氧化装置，光催化氧化装置的入口与预处理装置的出口连通；电氧化装置，电氧化装置的入口与预处理装置的出口和光催化氧化装置的液体出口均连通，且电氧化装置的液体出口与排液管路连通；催化剂回收装置，催化剂回收装置的入口与光催化氧化装置的催化剂出口和电氧化装置的催化剂出口均连通。本高新技术解决了现有技术中的压裂返排液处理系统的处理效果差的问题。理系统的处理效果差的问题。理系统的处理效果差的问题。
技术开发人、权利持有人：罗臻 张晓飞 刘译阳 张华 王毅霖
