鐵碳微電解—反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法

2023-05-26 11:05:36 3

專利名稱：鐵碳微電解—反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法
技術領域：
本發明涉及環境保護領域，具體涉及一種煤層氣伴生水的處理方法。
背景技術：
煤層氣是一種高效、清潔能源，在我國儲量豐富，煤層氣開發過程一般分為勘探、 試生產和開採三個階段，每個階段均會有伴生水產生，一般要從井中抽取煤層氣伴生水長達6個月，甚至更長。煤層氣伴生水中一般含有大量一價金屬離子，鹽度很高，其中溶解性總固體(TDS)—般在1000mg/L以上，如果任意排放會造成土壤鹽鹼化、板結、沙漠化。煤層氣伴生水屬於礦井廢水，是一種有行業特點的汙染源也是一種寶貴的水資源，絕大部分煤層氣田地處乾旱缺水地區，若能將伴生水進行處理後回用則可以緩解當地水資源短缺。煤層氣伴生水一般處理方法有地面排放、地面蒸發、回注地下等，但以上方法都有缺點。在美國地面排放只適用於TDS低於2000mg/L的部分，可排入附近河流或用於農田灌溉，且排放時要進行連續監測，保證汙染物不超過排放標準。地面蒸發存在滲透和硫化氫蒸發汙染環境的問題。回注地下受地層條件限制，而且處理費用昂貴。低汙染的高礦化度水常用處理方法有蒸餾法、電滲析法和反滲透法。但膜蒸餾法耗能巨大，熱交換器表面易結垢。電滲析法電耗大，運行不穩定。文獻1:王琬，陶文亮，林銘等.反滲透技術在廢水處理中應用的研究進展 [J].貴州化工.2010，35(2): 37 - 39，反滲透技術在水處理中有廣泛應用，例如處理垃圾滲濾液、礦區汙水、鋼鐵工業廢水、電廠廢水處理等。反滲透技術可以去除水中所有雜質——各種離子、分子、有機物、膠體、細菌、病毒等。目前，世界公認反滲透技術特別適用於含鹽量大於4000mg/L的水的處理，具有高效、低耗、無汙染的特點。反滲透出水水質好且不受進水水質波動影響，但對進水要求高，預處理單元複雜，一般要經過絮凝、錳砂過濾、多介質過濾甚至超濾等預處理後再進入反滲透膜系統。複雜的預處理過程使得規模化處理設備投資增大。文獻2:黃瑾，胡翔，李毅，魏傑.鐵碳微電解法處理高鹽有機廢水[J].化工環保.2007，27(3): 250 - 252，鐵碳微電解一般用於處理高COD、高鹽度、可生化性差的廢水。鐵碳微電解技術利用活性炭和鐵屑接觸形成無數小的原電池，通過電解過程去除鹽類，同時還具有混凝、沉澱以及活性炭吸附等作用，不僅可以降解一部分TDS，緩解反滲透膜的處理壓力，並且鐵碳微電解出水的汙染指數(SDI)也滿足反滲透膜系統的進水要求，這使得鐵碳微電解技術可作為反滲透的預處理工藝。但將鐵碳微電解工藝單獨或作為反滲透預處理工藝用於處理高鹽度煤層氣伴生水未見文獻報導。

發明內容
本發明的目的是提供一種更簡捷、更經濟的高鹽度煤層氣伴生水的處理方法，即鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法。該方法是先採用鐵碳微電解法預處理高鹽度煤層氣伴生水，降低其TDS和濁度後，將出水進入反滲透膜系統進行再處理，膜出水可以根據水質標準進行回用。鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，具體步驟如下
先用酸調節煤層氣伴生水使其PH為5. 0-6. 5，再注入鐵碳微電解處理槽中，同時加入鐵屑與活性炭，攪拌使鐵屑和活性炭混合均勻，在常溫下進行微電解反應60— 90分鐘，過濾，處理後的水先經過活性炭濾芯和纖維濾芯過濾後進入反滲透膜裝置進行再次處理； 調節PH值所用的酸是質量百分含量為3-15%鹽酸、硫酸或硝酸，較佳的是硫酸。在鐵碳微電解處理槽中鐵屑與活性炭的質量比為1-2:1，煤層氣伴生水的加入量按每SO-IOOg鐵屑加入1升煤層氣伴生水。所述的鐵屑選自機械加工廠生產中產生的鐵屑、鐵渣或還原鐵粉中的一種，優選還原鐵粉；若選用機械加工廠生產中產生的鐵屑，則需用10%鹼液於80°C下浸泡去除表面油漬，再用濃度為10%鹽酸溶液浸泡去除表面氧化物，再用去離子水衝淨。所述活性炭為市售活性炭，活性炭顆粒粒徑為1一2mm。所述的反滲透裝置可以是板框式反滲透裝置、卷式反滲透裝置或中空纖維式反滲透裝置。優選卷式反滲透裝置，卷式反滲透膜裝置外有圓筒形耐壓容器保護膜組件，且單位體積內膜的裝載面積大、結構緊湊、佔地面積小的優點。所用的反滲透膜是乙酸纖維膜(CA膜)、聚醯胺膜(PA膜)或複合膜，複合膜由很薄的緻密層和多孔支撐層複合而成，緻密層的材料為醋酸纖維素、線型聚醯胺或芳香聚醯胺， 多孔支撐層的材料為聚碸、聚丙烯或聚丙烯腈。結合圖1介紹鐵碳微電解一反滲透組合工藝流程如下
層氣伴生水(簡稱原水)用酸調節使其PH為5. 0-6. 5，再注入鐵碳微電解處理槽(1 )， 攪拌使鐵屑和活性炭混合均勻，在常溫下進行微電解反應60—90分鐘，過濾，將處理後的水注入儲罐(2);由自吸泵(3)使儲水罐(2)中的水流入活性炭濾芯(4)和纖維濾芯(5)，再進入反滲透膜裝置(6 )；經反滲透膜裝置(6 )處理後的水進入出水儲罐(7 )。經過鐵碳微電解後廢水中TDS由4000-4500 mg/L降低至3000 mg/L左右，減少 20%—30%,出水中的SDI ^ 5. 0，已達到反滲透膜系統的進水要求，同時經過鐵碳微電解後廢水中的鹽分降低，可緩解膜系統的濃差極化，延長膜系統使用壽命，在同等膜設備脫鹽率的情況下系統出水水質更好。與現有技術相比，本發明的有益效果是
1、相對於地面蒸發處理方法，鐵碳微電解一反滲透工藝不會造成滲透和硫化氫汙染。2、相對於不使用鐵碳微電解作為預處理的反滲透工藝，達到相同的反滲透進水要求需要錳砂過濾、多介質過濾甚至超濾系統聯合作為反滲透的預處理系統，預處理單元多， 調控複雜，設備成本高。3、相對於電滲析法和蒸發法，鐵碳微電解一反滲透工藝運行穩定，耗能較低，不容易結垢導致設備老化和處理效果降低。


圖1為鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水工藝流程示意圖，其中各序號代表(1)鐵碳微電解處理槽；(2)儲罐；(3)自吸泵；(4)活性炭濾芯；(5)纖維濾芯； (6)反滲透膜裝置；(7)儲罐。
具體實施例方式實施例1
所用的煤層氣伴生水(原水)的各項指標分析結果見表1。先用質量分數為15%的硫酸調節原水使其pH為6. 0，在25L水樣中加入2000g還原鐵粉和IOOOg粒徑為l_2mm的活性炭，攪拌均勻後在室溫下反應60min後，過濾，將處理過的水進入儲罐(2);
經自吸泵(3)進入活性炭濾芯(4)吸附其中的的氯及氯的副產物等，之後進入過濾孔徑為1 μ m的纖維濾芯(5)去除活性炭所洩露出的碳粉，進一步去除水中大於1 μ m的懸浮物後流入反滲透膜裝置(6)，出水進入儲罐(7)回用。所述活性炭濾芯為愛浦麗牌50A-T33型顆粒活性炭濾芯。所述的纖維濾芯為愛浦麗牌50A聚丙烯熔噴(PP棉)濾芯，過濾精度為1 μ m。所述的反滲透膜裝置為愛浦麗牌50型反滲透膜裝置。經過鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理後，水質分析結果見表1。表1經鐵碳微電解一反滲透處理前後水質分析結果
權利要求
1.一種鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，具體步驟如下 先將煤層氣伴生水用酸調節使其PH為5. 0-6. 5，再注入鐵碳微電解處理槽中，同時加入鐵屑與活性炭，攪拌使鐵屑和活性炭混合均勻，在常溫下進行微電解反應60—90分鐘， 過濾，處理後的水先經過活性炭濾芯和纖維濾芯過濾後進入反滲透膜裝置進行再次處理； 調節PH所用的酸為質量百分含量為3-15%的鹽酸、硫酸或硝酸； 在鐵碳微電解處理槽中鐵屑與活性炭的質量比為1-2:1，煤層氣伴生水的加入量按每 SO-IOOg鐵屑加入1升煤層氣伴生水；所述的反滲透裝置是板框式、卷式或中空纖維式反滲透裝置。
2.根據權利要求1所述的鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，其特徵是所述的反滲透裝置是卷式反滲透裝置，所用的反滲透膜是乙酸纖維膜(CA膜)、聚醯胺膜(PA膜)或複合膜；複合膜由緻密層和多孔支撐層複合而成，緻密層的材料為醋酸纖維素、線型聚醯胺或芳香聚醯胺，多孔支撐層的材料為聚碸、聚丙烯或聚丙烯腈。
3.根據權利要求1所述的鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，其特徵是所述的鐵屑選自機械加工廠生產中產生的鐵屑、鐵渣或還原鐵粉中的一種，若選用機械加工廠生產中產生的鐵屑，則需用10%鹼液於80°C下浸泡去除表面油漬，再用濃度為 10%鹽酸溶液浸泡去除表面氧化物，再用去離子水衝淨。
4.根據權利要求1所述的鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，其特徵是所述的調節煤層氣伴生水PH值所用的酸為硫酸；所述活性炭為市售粒徑為1一2mm 的活性炭；所述的鐵屑為還原鐵粉。
全文摘要
本發明提供了一種鐵碳微電解—反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，該方法是先採用鐵碳微電解法預處理高鹽度煤層氣伴生水，以降低其TDS和濁度後，使其達到反滲透膜處理系統對進水的要求後，再進入反滲透膜系統進行再次處理，經反滲透膜系統處理後的水質不僅達到我國《煤炭工業汙染物排放標準》(GB20426—2006)，而且達到了我國《生活雜用水水質標準》(CJ/T48—1999)，可以直接排放或作為當地居民雜用水。使得處理工藝流程簡化，投資費用降低。該方法具有工藝流程簡便，投資費用低的優點。
文檔編號C02F1/44GK102503002SQ20111036548
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者劉新春, 劉研萍, 李秀金, 王斌 申請人:北京化工大學