CN102060363A

CN102060363A - 一种煤层气采出水的混凝处理方法

Info

Publication number: CN102060363A
Application number: CN 201010616226
Authority: CN
Inventors: 杨虹; 冯启言; 琚宜文; 吴建光
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT; University of Chinese Academy of Sciences; China United Coalbed Methane Corp Ltd
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; University of Chinese Academy of Sciences; China United Coalbed Methane Corp Ltd
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102060363B

Abstract

一种煤层气采出水的混凝处理方法，采用无机混凝剂、有机絮凝剂复配后药剂和混凝助剂联用，或无机混凝剂、有机絮凝剂和混凝助剂联用，对煤层气采出水进行混凝处理，在煤层气采出水的出口处设置预处理池，在预处理池的入水口处设置混凝助剂溶药箱，通过计量泵或流量计控制混凝助剂的投药量；经混凝助剂调理之后，再使用无机混凝剂、有机絮凝剂复配或联用处理；通过计量泵或流量计控制无机混凝剂、有机絮凝剂复配或联用的投药量，可有效去除煤层气采出水中的悬浮物，还有助于去除油类、多种溶解性离子和其他有机物等，减少药剂使用量，减轻后续工艺的处理负荷，便于处理后采出水的达标排放或资源化利用。

Description

一种煤层气采出水的混凝处理方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其是一种适用于煤层气采出水的混凝处理方法。

背景技术

煤层气指的是赋存于煤层中的天然气，其开采与利用已日益受到重视。我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤层气资源十分丰富。据中联公司2005 年完成的全国煤层气资源评价报告，我国埋深2000m 以浅煤层气地质资源量约36 万亿立方米。由于国内外的煤层气开采多以排水降压的方法进行，因而在开采过程中，会产生大量的煤层气采出水。依据煤层气开采的阶段和水质特征，我国的煤层气采出水主要分为三大类：（1）局部地区的以悬浮物为主要污染物的采出水。（2）在试生产阶段，通常采用压裂法提高煤层气的采收率，煤层气采出水中多含有压裂液，并由此造成采出水成分复杂，其化学需氧量（COD）可达800-3000mg/L、油类5-60 mg/L。（3）在开采阶段，采气常伴随大量高矿化度、高盐度、高硬度、高硫酸盐的采出水。由于煤层气采出水的水质水量变化大，成分复杂，若不对煤层气采出水进行及时处理，势必造成严重的环境污染。

由于我国煤层气勘探起步较晚，煤层气采出水处理还未建立起完善的技术方法体系；另一方面，随着国民经济的发展及国家对环境保护要求的严格、国民对环保意识的提高，煤层气采出水处理必将成为煤层气开发的一个重要环节。但目前，国内尚无成型的煤层气采出水处理和利用技术。因此，为促进环境保护和可持续发展，开发适合于我国国情的煤层气采出水处理技术，对煤层气开采工程中产生的采出水进行无害化处理和资源化利用，是十分必要的。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种煤层气采出水的混凝处理方法，通过混凝药剂联用或复配处理，避免环境污染，促进采出水的无害化处理和资源化利用。

技术方案：本发明的煤层气采出水的混凝处理方法，采用无机混凝剂、有机絮凝剂复配后药剂和混凝助剂联用，或无机混凝剂、有机絮凝剂和混凝助剂联用，对煤层气采出水进行混凝处理，具体步骤如下：

a．在煤层气采出水的出水口处设置一个预处理池和一个经管路相连通的絮凝沉淀池，在预处理池的入水口处设置装有将混凝助剂溶解或稀释为1-50%的混凝助剂水溶液制药箱，在预处理池的出水口处设置一个装有将无机混凝剂和有机絮凝剂复配后的药剂稀释为浓度5-100%的水溶液制药箱，或两个分别装有将溶解或稀释为5-15%的无机混凝剂水溶液和溶解或稀释为0.1-5%的有机絮凝剂水溶液制药箱；

b．在煤层气采出水引入预处理池的同时，通过计量泵或流量计向进入预处理池内的煤层气采出水中滴加混凝助剂水溶液，混合有混凝助剂水溶液的煤层气采出水进入预处理池后，停留0.1-1h从预处理池的出口流出；

c．在预处理池的出水口流出煤层气采出水的同时，通过一个计量泵或流量计在预处理池出水口处滴加无机混凝剂和有机絮凝剂复配后的药剂水溶液，或通过两个计量泵或流量计分别在预处理池出水口处间隔0.3-1.5min滴加溶解或稀释无机混凝剂水溶液和有机絮凝剂水溶液，与煤层气采出水混合一并经管路进入絮凝沉淀池；

d．经药剂混合后的煤层气采出水在絮凝沉淀池中停留0.5～2h后排放或进一步处理。

所述的无机混凝剂包括硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝铁中的其中一种；

所述的有机絮凝剂包括聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺-氯化二烯丙基二甲基铵共聚物、羧甲基纤维素钠、改性淀粉中的其中一种或两种组合；

所述的混凝助剂包括水溶性钙盐、生石灰、镁盐、氢氧化钠、纯碱、盐酸、硫酸、磷酸盐、高锰酸盐、高铁酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、双氧水中的一种、两种或三种组合；

所述向进入预处理池内的煤层气采出水中滴加的混凝助剂水溶液的量为0-10000 mg/L；所述在预处理池出水口处滴入煤层气采出水的无机混凝剂和有机絮凝剂复配后的药剂水溶液的量为0.5-120mg/L；所述通过两个计量泵或流量计分别在预处理池出水口处间隔滴入煤层气采出水的无机混凝剂水溶液和有机絮凝剂水溶液的量分别为：3-150mg/L，0.3-15mg/L；所述无机混凝剂和有机絮凝剂复配时的水溶液在温度为20-90℃的条件下，通过搅拌或超声振荡进行，其中搅拌转速为100-500r/m，超声频率为28-40kHz，反应时间为0.2-3.5h；所述无机混凝剂和有机絮凝剂复配后药剂中，有机絮凝剂与无机混凝剂中铁和氧化铝的总量的质量比为1:2-1：400。

有益效果：本发明针对煤层气采出水的化学组分复杂多变的特点，根据煤层气采出水的水质情况，采用无机混凝剂、有机絮凝剂复配和混凝助剂联用，或无机混凝剂、有机絮凝剂和混凝助剂联用，通过一个预处理池和一个絮凝沉淀池，向煤层采出水中滴加药剂水溶液，发挥多种药剂的协同增效作用。当煤层气采出水水质较好的情况下，预处理池也可作为初沉池使用，此时不需混凝助剂调理，仅在预处理池的出口水处通过计量泵或流量计控制无机混凝剂、有机絮凝剂复配或联用的投药量。不仅可去除煤层采出水中的悬浮物，还有助于去除油类、多种溶解性离子和其他有机物等，强化了混凝效能，提高了净水效果，降低了水处理成本，减轻了后续工艺的处理负荷，避免环境污染，促进采出水的无害化处理和资源化利用。

具体实施方案

本发明煤层气采出水的混凝处理方法：采用无机混凝剂、有机絮凝剂复配后药剂和混凝助剂联用，或无机混凝剂、有机絮凝剂和混凝助剂联用，对煤层气采出水进行混凝处理，所述的无机混凝剂包括硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝铁中的其中一种；所述的有机絮凝剂包括聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺-氯化二烯丙基二甲基铵共聚物、羧甲基纤维素钠、改性淀粉中的其中一种或两种组合；所述的混凝助剂包括水溶性钙盐、生石灰、镁盐、氢氧化钠、纯碱、盐酸、硫酸、磷酸盐、高锰酸盐、高铁酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、双氧水中的一种、两种或三种组合；进行混凝处理具体步骤如下：

a．首先在煤层气采出水出口处设置一个预处理池和一个经管路相连通的絮凝沉淀池，在预处理池的入水口处设置装有将混凝助剂溶解或稀释为1-50%的混凝助剂水溶液制药箱，在预处理池的出水口处设置一个装有将无机混凝剂和有机絮凝剂复配后的药剂稀释为浓度5-100%的水溶液制药箱，或两个分别装有将溶解或稀释为5-15%的无机混凝剂水溶液和溶解或稀释为0.1-5%的有机絮凝剂水溶液制药箱；

无机混凝剂和有机絮凝剂复配时的水溶液在温度为20-90℃的条件下，通过搅拌或超声振荡进行，其中搅拌转速为100-500r/m，超声频率为28-40kHz，反应时间为0.2-3.5h，得到稳定的混合溶液，无机混凝剂和有机絮凝剂复配后药剂中，有机絮凝剂与无机混凝剂中铁和氧化铝的总量的质量比为1:2-1：400。

b．在煤层气采出水引入预处理池的同时，通过计量泵或流量计向进入预处理池内的煤层气采出水中滴加混凝助剂水溶液，混合有混凝助剂水溶液的煤层气采出水进入预处理池后，停留0.1-1h从预处理池的出口流出；所述向进入预处理池内的煤层气采出水中滴加的混凝助剂水溶液的量为0-10000 mg/L；

c．在预处理池的出口流出煤层采出水的同时，通过一个计量泵或流量计在预处理池出水口处滴加无机混凝剂和有机絮凝剂复配后的药剂水溶液，与煤层气采出水混合一并经管路进入絮凝沉淀池，药剂水溶液滴入煤层气采出水的量为0.5-120mg/L；或通过两个计量泵或流量计分别在预处理池出水口处间隔0.3-1.5min滴加溶解或稀释无机混凝剂水溶液和有机絮凝剂水溶液，与煤层气采出水混合一并经管路进入絮凝沉淀池，在预处理池出水口处间隔滴入煤层气采出水的无机混凝剂水溶液和有机絮凝剂水溶液的量分别为：3-150mg/L，0.3-15mg/L；

d．经药剂混合后的煤层气采出水在絮凝沉淀池中停留0.5～2h后排放或进一步深度处理。

实施例1：无机混凝剂、有机絮凝剂分别选用市售固体聚合氯化铝（氧化铝含量29%）和40%聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液；

a.聚合氯化铝、聚二甲基二烯丙基氯化铵的复配：①在20℃时，在搅拌转速为200r/m、搅拌时间为0.5h的条件下，将5kg固体聚合氯化铝溶解形成聚合氯化铝水溶液50kg；②直接使用40%聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液100g；③在20℃时，将②溶液加入①溶液，在转速为400r/m的条件下搅拌1.5h，制得稳定的复配混凝药剂，其中有机絮凝剂与无机混凝剂中氧化铝的质量比约为1:15；

b. 煤层气采出水经预处理池初沉后流出，在预处理池出水口设置1个溶药箱，搅拌稀释复配后药剂形成25%的水溶液；通过计量泵或流量计控制投药量为80mg/L；

c.加药后的煤层气采出水在絮凝沉淀池停留0.8h后，水质分析结果如表1所示，出水可达标排放。

表1 聚合氯化铝、聚二甲基二烯丙基氯化铵复配对煤层气采出水的处理结果

检测指标	进水	出水	去除率（%）	参考排放限值（mg/L）
					悬浮物SS（mg/L）	342	9.3	97.3	50
化学需氧量COD_Cr（mg/L）	107	33.6	68.6	50

注：参考排放限值来自《煤炭工业污染物排放标准(GB 20426—2006)》，参考排放限值均为日最高允许排放浓度

实施例2：无机混凝剂、有机絮凝剂分别选用市售固体硫酸铝（氧化铝含量15.6%）和聚丙烯酰胺；

a.煤层气采出水经预处理池初沉后流出，在预处理池出水口设置2个溶药箱，分别搅拌溶解固体硫酸铝和聚丙烯酰胺，稀释后的浓度分别为15%和0.5%；

b.通过计量泵或流量计顺次投加稀释后的聚合氯化铝、聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液，控制投药量分别为100mg/L和2mg/L，投药间隔时间为1.2min；

c.加药后的煤层气采出水在絮凝沉淀池停留1h后，水质分析结果如表2所示，出水可达标排放。

表2 硫酸铝、聚丙烯酰胺联用对煤层气采出水的处理结果

检测指标	进水	出水	去除率（%）	参考排放限值（mg/L）
					悬浮物SS（mg/L）	168	6.9	95.9	50
化学需氧量COD_Cr（mg/L）	131	39.7	69.7	50

实施例3：无机混凝剂选用自制液体聚合氯化铝（氧化铝含量10%），有机絮凝剂选用聚丙烯酰胺和40%聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的组合（质量比1:250），混凝助剂选用市售高锰酸钾；

a.聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵的复配：①直接使用聚合氯化铝液体50kg；②在25℃时，在搅拌转速为300r/m、搅拌时间为1h的条件下，将聚丙烯酰胺1g和40%聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液250g（质量比1:250）混合，随后，在频率为40kHz的超声条件下，加速溶解0.5h，形成40%的絮凝剂水溶液；③在25℃时，将②溶液加入①溶液，在转速为300r/m的条件下搅拌1h，制得稳定的复配混凝药剂，其中有机絮凝剂与无机混凝剂中氧化铝的质量比约为1:50；

b.在预处理池进口处设置1个溶药箱，搅拌溶解固体高锰酸钾，形成5%的水溶液，通过计量泵或流量计投加水溶高锰酸钾进行预氧化调理，控制投药量为30mg/L，水力停留时间为0.3h；

c.在预处理池出口设置1个溶药箱，搅拌稀释复配后药剂形成50%的水溶液；通过计量泵或流量计控制投药量为50mg/L；

d.加药后的煤层气采出水在絮凝沉淀池停留1.2h后，水质分析结果如表3所示，可大幅减轻后续处理工艺的负荷。

表3 高锰酸钾+聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵复配对煤层气采出水的预处理结果

检测指标	进水	出水	去除率（%）
				SS（mg/L）	196	18.2	90.7
化学需氧量COD_Cr（mg/L）	1803	115	93.6
				油类（mg/L）	28.5	3.4	88.1

实施例4：无机混凝剂选用市售液体聚合硫酸铝铁（氧化铝含量10%，氧化铁含量1%），有机絮凝剂选用15%丙烯酰胺-氯化二烯丙基二甲基铵共聚物水溶液，混凝助剂选用市售废盐酸（盐酸质量分数20%）、高铁酸钾、生石灰；

a.聚合硫酸铝铁、丙烯酰胺-氯化二烯丙基二甲基铵共聚物的复配：①直接使用聚合硫酸铝铁液体10kg；②直接使用15%丙烯酰胺-氯化二烯丙基二甲基铵共聚物水溶液150g；③在30℃时，将②溶液加入①溶液，在转速为400r/m的条件下搅拌2h，制得稳定的复配混凝药剂，其中有机絮凝剂与无机混凝剂中铁和氧化铝的质量比约为1:7；

b.预处理池分为前后两段，在前段的预处理池进口处设置2个溶药箱，其中，1个用于搅拌溶解固体高铁酸钾形成10%的水溶液，通过计量泵或流量计向煤层气采出水投加，控制投药量为60mg/L；1个用于盛放盐酸，通过计量泵或流量计投加以调节煤层气采出水的pH值至3，其pH值由在线pH计自动监测，通过酸性条件下的高铁酸钾对含油的煤层气采出水进行预氧化处理，前段的水力停留时间约0.6h；

c.在预处理池的后段进口处设置1个溶药箱，将生石灰加水搅拌调配成5%的石灰乳，通过计量泵向经过氧化处理的煤层气采出水中投加石灰乳进行酸性中和，调节预处理池出口处的煤层气采出水的pH值为7，其pH值由在线pH计自动监测，后段的水力停留时间约为0.1h；

d.在预处理池出口设置1个溶药箱，搅拌稀释复配后药剂形成10%的水溶液；通过计量泵或流量计控制投药量为30mg/L；

e.加药后的煤层气采出水在絮凝沉淀池停留2h后，水质分析结果如表4所示，可大幅减轻后续处理工艺的负荷。

表4 高铁酸钾、盐酸、生石灰+聚合硫酸铝铁、丙烯酰胺-氯化二烯丙基二甲基铵共聚物复配对煤层气采出水的预处理结果

检测指标	进水	出水	去除率（%）
				SS（mg/L）	242	8.3	96.6
化学需氧量COD_Cr（mg/L）	2567	61.2	97.6
				油类（mg/L）	58.4	4.9	91.6

实施例5：无机混凝剂选用市售固体聚合硫酸铁（全铁含量18.5%），有机絮凝剂选用羧甲基纤维素钠，混凝助剂选用生石灰；

a.在预处理池进口处设置1个溶药箱，将生石灰加水搅拌调配成10%的石灰乳，通过计量泵投加石灰乳对煤层气采出水中的硫酸盐进行化学沉淀，控制投药量为8g/L，水力停留时间为0.2h；

b.在预处理池出口设置2个溶药箱，分别搅拌溶解固体聚合硫酸铁和羧甲基纤维素钠，稀释后的浓度分别为12%和3%；

c.通过计量泵或流量计顺次投加稀释后的聚合硫酸铁、羧甲基纤维素钠溶液，控制投药量分别为25mg/L和0.8mg/L，投药间隔时间为1.5min；

d.加药后的煤层气采出水在絮凝沉淀池停留1h后，水质分析结果如表5所示，可大幅减轻后续处理工艺的负荷。

表5 生石灰+聚合硫酸铁、羧甲基纤维素钠联用对煤层气采出水的预处理结果

检测指标	进水	出水	去除率（%）
				SS（mg/L）	75.7	2.1	97.2
化学需氧量COD_Cr（mg/L）	88.6	31.4	64.6
				硫酸盐（mg/L）	192	14.6	92.4

实施例6：无机混凝剂选用市售液体聚合氯化铝铁（氧化铝含量10%，氧化铁含量2%），有机絮凝剂选用市售改性淀粉，混凝助剂选用市售废硫酸（硫酸质量分数40%）；

a.在预处理池进口处通过计量泵或流量计投加硫酸中和煤层气采出水，水力停留时间约0.5h，调节其pH值至6.5，pH值由在线pH计自动监测；

b.在预处理池出口设置2个溶药箱，分别搅拌溶解液体聚合氯化铝铁和改性玉米淀粉，稀释后的浓度分别为10%和5%；

c.通过计量泵或流量计顺次投加稀释后的聚合氯化铝铁、改性玉米淀粉溶液，控制投药量分别为55mg/L和1.5mg/L，投药间隔时间为0.8min；

d.加药后的煤层气采出水在絮凝沉淀池停留1.5h后，水质分析结果如表6所示，经过混凝预处理，有助于减轻后续处理工艺的负荷。

表6 硫酸+聚合硫酸铝铁、改性淀粉联用对煤层气采出水的预处理结果

检测指标	进水	出水	去除率（%）
				pH	8.2	6.5	-
SS（mg/L）	141	12.4	91.2
				化学需氧量COD_Cr（mg/L）	144	62.8	56.4
氯离子（mg/L）	1208	978	19.0

Claims

1.一种煤层气采出水的混凝处理方法，其特征是采用无机混凝剂、有机絮凝剂复配后药剂和混凝助剂联用，或无机混凝剂、有机絮凝剂和混凝助剂联用，对煤层气采出水进行混凝处理，具体步骤如下：

a．在煤层气采出水的出口处设置一个预处理池和一个经管路相连通的絮凝沉淀池，在预处理池的入水口处设置装有将混凝助剂溶解或稀释为1-50%的混凝助剂水溶液制药箱，在预处理池的出水口处设置一个装有将无机混凝剂和有机絮凝剂复配后的药剂稀释为浓度5-100%的水溶液制药箱，或两个分别装有将溶解或稀释为5-15%的无机混凝剂水溶液和溶解或稀释为0.1-5%的有机絮凝剂水溶液制药箱；

2.根据权利要求1所述的煤层气采出水的混凝处理方法，其特征在于：所述的无机混凝剂包括硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝铁中的其中一种。

3.根据权利要求1所述的煤层气采出水的混凝处理方法，其特征在于：所述的有机絮凝剂包括聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺-氯化二烯丙基二甲基铵共聚物、羧甲基纤维素钠、改性淀粉中的其中一种或两种组合。

4.根据权利要求1所述的煤层气采出水的混凝处理方法，其特征在于：所述的混凝助剂包括水溶性钙盐、生石灰、镁盐、氢氧化钠、纯碱、盐酸、硫酸、磷酸盐、高锰酸盐、高铁酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、双氧水中的一种、两种或三种组合。

5.根据权利要求1所述的煤层气采出水的混凝处理方法，其特征在于：所述向进入预处理池内的煤层气采出水中滴加的混凝助剂水溶液的量为0-10000 mg/L。

6.根据权利要求1所述的煤层气采出水的混凝处理方法，其特征在于：所述在预处理池出水口处滴入煤层气采出水的无机混凝剂和有机絮凝剂复配后的药剂水溶液的量为0.5-120mg/L。

7.根据权利要求1所述的煤层气采出水的混凝处理方法，其特征在于：所述通过两个计量泵或流量计分别在预处理池出水口处间隔滴入煤层气采出水的无机混凝剂水溶液和有机絮凝剂水溶液的量分别为：3-150mg/L，0.3-15mg/L。

8.根据权利要求1所述的煤层气采出水的混凝处理方法，其特征在于：所述无机混凝剂和有机絮凝剂复配时的水溶液在温度为20-90℃的条件下，通过搅拌或超声振荡进行，其中搅拌转速为100-500r/m，超声频率为28-40kHz，反应时间为0.2-3.5h。

9.根据权利要求1所述的煤层气采出水的混凝处理方法，其特征在于：所述无机混凝剂和有机絮凝剂复配后药剂中，有机絮凝剂与无机混凝剂中铁和氧化铝的总量的质量比为1:2-1：400。