徐州一体化小型养猪场废水处理设备

徐州一体化小型养猪场废水处理设备

　页岩气是一种重要的非常规能源，典型的页岩气开发作业由33个阶段组成：钻探、水力压裂和返排。页岩气钻井废水主要产生于水基钻井过程，伴随有地层产出水、钻井平台冲洗废水等，废弃物组分复杂，COD高、含盐量高、可生化性较差难处理。页岩气井压裂后的返排液约占注入压裂液量的60%～80%。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。压裂返排液中众多添加剂的使用使其具有较高的COD、TDS、TSS，若直接外排，易对周围环境造成严重污染。

　　由于水力压裂过程耗水量大，势必会给页岩气田周边或区域带来严峻水资源挑战，需要提高压裂返排液回用效率并降低处理成本。页岩气开发废水中含有的化学添加剂、石油类、高价金属离子等会影响回用，所以需进行破胶脱稳对悬浮物和高价离子进行选择性去除。

　　本研究采用稳定性分析仪对化学絮凝、电絮凝等方法处理后的页岩气开发废水进行脱稳分析，通过不稳定指数、分离速度等指标进行表征，直观定量地说明不同方法对絮体形成状态的影响及分离过程。

　　1、页岩气开发废水脱稳实验

　　1.1 废水来源

　　水样为西南地区不同页岩气开采现场的2种压裂返排液及1种钻井废水。压裂返排液样品A来自C区块，为初期返排压裂液呈微黄的微浊态;压裂返排液样品B来自W区块，部分压裂液为返排液经简单沉降后回用配置而成，样品B为经过反复压裂返排后的废水，呈灰黑色并有明显的悬浮物;钻井废水C来自N区块，为三开阶段产生的废水，水样为含油的悬浊液。

　　1.2 实验方法

　　实验采用的化学药剂有盐酸、氢氧化钠、聚合氯化铝(PAC，含量26%)，电絮凝实验装置为自制小试装置，能够自动曝气，可调节电流电压。预处理方法采用调酸曝气;脱稳方法采用化学絮凝和电絮凝，参数控制为投加不同浓度的聚合氯化铝，控制电絮凝反应时间和反应后的pH值。

　　分析设备为LUMiSizer611全功能稳定性分析仪，WGZ-1B便携式浊度仪。其中，全功能稳定性分析仪参数设置为：SOP(谱线数)=200条，采样间隔=5s，转速=500转/min，样品池为LUM-10mmPA管，形状近似为长方体。

　　2、页岩气开发废水脱稳结果分析

　　2.1 原水的稳定性

　　3种样品原水水质稳定特性如表1所示，稳定性图谱如图1所示。图谱中红线为检测前期采集的谱线，绿线为检测后期采集的谱线;纵坐标为透光率，横坐标为样品池内位置，左为样品池口，右为样品池底。谱线间隔越大说明透光率变化越大，透光率越高说明越清澈。综合图1和表1可知，脱稳难度由低到高顺序为：压裂返排液B(0.363)、钻井废水C(0.173)、压裂返排液A(0.061)。压裂返排液B和钻井废水C图谱均呈现出较明显的分离状态，前者为上层悬浮物下沉，后者的分离方式为上浮。

　乙二醇是重要的化工原料，我国乙二醇90%以上用于生产聚酯。当前国内乙二醇产能1066.2万吨，截至2019年3月，中国已投产运行和试车成功的煤(合成气)制乙二醇(CTMEG)项目共99个，形成总计448万吨/年乙二醇产能。但装置运行的稳定性一直处于待提升阶段，因此乙二醇仍大量依赖进口，2018年进口量达980.24万吨。

　　1、煤制乙二醇技术路线

　　基于我国的能源现状，煤基合成气路线制备乙二醇工艺更符合我国国情。目前研究较为广泛的有宜接法和间接法，间接法又分为甲醇法、甲醛法和草酸酯法。

　　直接法主要生产工艺是煤经气化得到合成气，合成气_步法直接合成乙二醇。这一工艺路线简单有效，流程短，但是反应过程条件苛刻，需要在较高的压力下进行，还需要成本较高的贵金属铐作为催化剂。目前催化剂的选择性和转化率较低，在短期内难以实现工业化应用現

　　甲醇法以合成气为原料，通过甲醇制烯桂(MTO)技术生产乙烯，乙烯环氧化得到环氧乙烷，环氧乙烷水合并精制得到乙二醇。MTO技术及后续的乙烯制乙二醇工艺都比较成熟，但甲醇法流程长，且MTO过程中会副产丙烯。

　　甲醛路线的方法比较多，可归纳为：甲醛拨化法、甲醛氢甲酰化法、甲醛缩合法、甲醛电化加氢二聚法、甲醛与甲酸甲酯偶联法等国。这些技术目前还处于研究阶段，离工业化仍有一定距离。

　徐州一体化小型养猪场废水处理设备

　草酸酯法通过CO催化偶合生成草酸酯，草酸酯再加氢的过程来制备乙二醇，反应条件较为温和，是国内煤制乙二醇装置的主流工艺。

　　2、草酸酯法工艺流程简述

　　草酸酯法生产乙二醇技术是目前国内煤制乙二醇装置采用最多的工艺。通过煤气化得到合成气，合成气经变换、净化和提纯后，得到乙二醇合成所需的原料气一氧化碳和氢气。一氧化碳采用两步法工艺生成乙二醇：第一步由一氧化碳进行气相反应生成草酸酯，第二步草酸酯加氢生成乙二醇。C1-C4醇与氮氧化物反应生成亚硝酸酯，亚硝酸酯与原料气一氧化碳在Pd催化剂上实现氧化偶联得到草酸酯，这一过程产生的NO再转化成三氧化二氮循环使用，草酸酯则加氢生成最终产物乙二醇。

高浓废水由进入二级AO池进行后续处理，在缺氧池内，实现分段进水，并且缺氧池内设置潜水潜水搅拌器，控制转速和转角，使得活性污泥、回流污泥、与污水进水充分进行混合均匀，提升A池脱氮效果，A池主要利用反硝化细菌的同化作用和异化作用，同时控制在低溶解氧的情况下，将硝酸盐中的硝态氮转化为氮气，通过两级A池和两级O池不断反复实现硝化以及反硝化，达到去除污水中氨氮、总氮、COD的最终目标。出水自流流入MBR池，利用膜分离作用，在泵作用下进行分离，清液泵入外排水池达标排放，泥水混合物则通过污泥回流泵泵入前端A段。

　　2.3 主要处理单元及设计参数

　　主要构筑物设计参数为：

　　一级AO池(20.0×10.0×5.0m)--设计水量：20m3/h。反应温度：15-25℃。污泥负荷Ls：0.72kgBOD/kgMLSS·d。脱氮速率Kde(20)：0.052kgNOx-N/kgMLSS/d。污泥浓度MLSS：7g/L。MLVSS/MLSS：0.65。污泥总产泥系数Yt：0.15kgMLSS/kgCOD。曝气设备氧利用率Ea：0.2。需氧量修正系数Ko：1.708。硝化液回流比R’：0-350%。污泥回流比R：0-350%。设计停留时间：45.0h。一级A停留时间：32.6h。一级O停留时间：12.4h。

　　二级AO池(14.0×5.0×5.0m)--设计水量：20m3/h。反应温度：15-25℃。污泥负荷Ls：0.85kgBOD/kgMLSS·d。脱氮速率Kde(20)：0.051kgNOx-N/kgMLSS/d。污泥浓度MLSS：7g/L。MLVSS/MLSS：0.65。污泥总产泥系数Yt：0.15kgMLSS/kgCOD。曝气设备氧利用率Ea：0.2。需氧量修正系数Ko：1.708。硝化液回流比R’：0-350%。污泥回流比R：0-350%。设计停留时间：15.2h。一级A停留时间：10.1h。一级O停留时间：5.1h。