CN102503002B

CN102503002B - 铁碳微电解—反渗透组合工艺处理煤层气伴生水的方法

Info

Publication number: CN102503002B
Application number: CN 201110365483
Authority: CN
Inventors: 刘研萍; 王斌; 李秀金; 刘新春
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: CN102503002A

Abstract

本发明了一种提供了一种铁碳微电解—反渗透组合工艺处理煤层气伴生水的方法，该方法是先采用铁碳微电解法预处理高盐度煤层气伴生水，以降低其TDS和浊度后，使其达到反渗透膜处理系统对进水的要求后，再进入反渗透膜系统进行再次处理，经反渗透膜系统处理后的水质不仅达到我国《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426—2006），而且达到了我国《生活杂用水水质标准》（CJ/T48—1999），可以直接排放或作为当地居民杂用水。使得处理工艺流程简化，投资费用降低。该方法具有工艺流程简便，投资费用低的优点。

Description

铁碳微电解—反渗透组合工艺处理煤层气伴生水的方法

技术领域

本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种煤层气伴生水的处理方法。

背景技术

煤层气是一种高效、清洁能源，在我国储量丰富，煤层气开发过程一般分为勘探、试生产和开采三个阶段，每个阶段均会有伴生水产生，一般要从井中抽取煤层气伴生水长达6个月，甚至更长。煤层气伴生水中一般含有大量一价金属离子，盐度很高，其中溶解性总固体（TDS）一般在1000mg/L以上，如果任意排放会造成土壤盐碱化、板结、沙漠化。煤层气伴生水属于矿井废水，是一种有行业特点的污染源也是一种宝贵的水资源，绝大部分煤层气田地处干旱缺水地区，若能将伴生水进行处理后回用则可以缓解当地水资源短缺。

煤层气伴生水一般处理方法有地面排放、地面蒸发、回注地下等，但以上方法都有缺点。在美国地面排放只适用于TDS低于2000mg/L的部分,可排入附近河流或用于农田灌溉,且排放时要进行连续监测，保证污染物不超过排放标准。地面蒸发存在渗透和硫化氢蒸发污染环境的问题。回注地下受地层条件限制，而且处理费用昂贵。低污染的高矿化度水常用处理方法有蒸馏法、电渗析法和反渗透法。但膜蒸馏法耗能巨大，热交换器表面易结垢。电渗析法电耗大，运行不稳定。

文献1：王琬, 陶文亮, 林铭等. 反渗透技术在废水处理中应用的研究进展[J]. 贵州化工. 2010, 35(2): 37–39，反渗透技术在水处理中有广泛应用，例如处理垃圾渗滤液、矿区污水、钢铁工业废水、电厂废水处理等。反渗透技术可以去除水中所有杂质——各种离子、分子、有机物、胶体、细菌、病毒等。目前，世界公认反渗透技术特别适用于含盐量大于4000mg/L的水的处理，具有高效、低耗、无污染的特点。反渗透出水水质好且不受进水水质波动影响，但对进水要求高，预处理单元复杂，一般要经过絮凝、锰砂过滤、多介质过滤甚至超滤等预处理后再进入反渗透膜系统。复杂的预处理过程使得规模化处理设备投资增大。

文献2：黄瑾, 胡翔, 李毅, 魏杰. 铁碳微电解法处理高盐有机废水[J]. 化工环保. 2007, 27(3): 250–252，铁碳微电解一般用于处理高COD、高盐度、可生化性差的废水。铁碳微电解技术利用活性炭和铁屑接触形成无数小的原电池，通过电解过程去除盐类，同时还具有混凝、沉淀以及活性炭吸附等作用，不仅可以降解一部分TDS，缓解反渗透膜的处理压力，并且铁碳微电解出水的污染指数(SDI)也满足反渗透膜系统的进水要求，这使得铁碳微电解技术可作为反渗透的预处理工艺。但将铁碳微电解工艺单独或作为反渗透预处理工艺用于处理高盐度煤层气伴生水未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种更简捷、更经济的高盐度煤层气伴生水的处理方法，即铁碳微电解—反渗透组合工艺处理煤层气伴生水的方法。该方法是先采用铁碳微电解法预处理高盐度煤层气伴生水，降低其TDS和浊度后，将出水进入反渗透膜系统进行再处理，膜出水可以根据水质标准进行回用。

铁碳微电解—反渗透组合工艺处理煤层气伴生水的方法，具体步骤如下：

先用酸调节煤层气伴生水使其pH为5.0—6.5，再注入铁碳微电解处理槽中，同时加入铁屑与活性炭，搅拌使铁屑和活性炭混合均匀，在常温下进行微电解反应60—90分钟，过滤，处理后的水先经过活性炭滤芯和纤维滤芯过滤后进入反渗透膜装置进行再次处理；

调节pH值所用的酸是质量百分含量为3-15%盐酸、硫酸或硝酸，较佳的是硫酸。

在铁碳微电解处理槽中铁屑与活性炭的质量比为1-2:1，煤层气伴生水的加入量按每80-100g铁屑加入1升煤层气伴生水。

所述的铁屑选自机械加工厂生产中产生的铁屑、铁渣或还原铁粉中的一种，优选还原铁粉；若选用机械加工厂生产中产生的铁屑，则需用10％碱液于80℃下浸泡去除表面油渍，再用浓度为10％盐酸溶液浸泡去除表面氧化物，再用去离子水冲净。

所述活性炭为市售活性炭，活性炭颗粒粒径为1—2mm。

所述的反渗透装置可以是板框式反渗透装置、卷式反渗透装置或中空纤维式反渗透装置。优选卷式反渗透装置，卷式反渗透膜装置外有圆筒形耐压容器保护膜组件，且单位体积内膜的装载面积大、结构紧凑、占地面积小的优点。

所用的反渗透膜是乙酸纤维膜（CA膜）、聚酰胺膜（PA膜）或复合膜，复合膜由很薄的致密层和多孔支撑层复合而成，致密层的材料为醋酸纤维素、线型聚酰胺或芳香聚酰胺，多孔支撑层的材料为聚砜、聚丙烯或聚丙烯腈。

结合图1介绍铁碳微电解—反渗透组合工艺流程如下：

层气伴生水（简称：原水）用酸调节使其pH为5.0—6.5，再注入铁碳微电解处理槽（1），搅拌使铁屑和活性炭混合均匀，在常温下进行微电解反应60—90分钟，过滤，将处理后的水注入储罐（2）；由自吸泵（3）使储水罐（2）中的水流入活性炭滤芯（4）和纤维滤芯（5），再进入反渗透膜装置（6）；经反渗透膜装置（6）处理后的水进入出水储罐（7）。

经过铁碳微电解后废水中TDS由4000-4500 mg/L降低至3000 mg/L左右，减少20%—30%，出水中的SDI≤5.0，已达到反渗透膜系统的进水要求，同时经过铁碳微电解后废水中的盐分降低，可缓解膜系统的浓差极化，延长膜系统使用寿命，在同等膜设备脱盐率的情况下系统出水水质更好。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、相对于地面蒸发处理方法，铁碳微电解—反渗透工艺不会造成渗透和硫化氢污染。

2、相对于不使用铁碳微电解作为预处理的反渗透工艺，达到相同的反渗透进水要求需要锰砂过滤、多介质过滤甚至超滤系统联合作为反渗透的预处理系统，预处理单元多，调控复杂，设备成本高。

3、相对于电渗析法和蒸发法，铁碳微电解—反渗透工艺运行稳定，耗能较低，不容易结垢导致设备老化和处理效果降低。

附图说明

图1为铁碳微电解—反渗透组合工艺处理煤层气伴生水工艺流程示意图，其中各序号代表：（1）铁碳微电解处理槽；（2）储罐；（3）自吸泵；（4）活性炭滤芯；（5）纤维滤芯；（6）反渗透膜装置；（7）储罐。

具体实施方式

实施例1

所用的煤层气伴生水（原水）的各项指标分析结果见表1。

先用质量分数为15%的硫酸调节原水使其pH为6.0，在25L水样中加入2000g还原铁粉和1000g粒径为1-2mm的活性炭，搅拌均匀后在室温下反应60min后，过滤，将处理过的水进入储罐（2）；

经自吸泵（3）进入活性炭滤芯（4）吸附其中的的氯及氯的副产物等，之后进入过滤孔径为1μm的纤维滤芯（5）去除活性炭所泄露出的碳粉，进一步去除水中大于1μm的悬浮物后流入反渗透膜装置（6），出水进入储罐（7）回用。

所述活性炭滤芯为爱浦丽牌50A-T33型颗粒活性炭滤芯。

所述的纤维滤芯为爱浦丽牌50A聚丙烯熔喷（PP棉）滤芯，过滤精度为1μm。

所述的反渗透膜装置为爱浦丽牌50型反渗透膜装置。

经过铁碳微电解—反渗透组合工艺处理后，水质分析结果见表1。

表1 经铁碳微电解—反渗透处理前后水质分析结果

项目	原水	处理后出水
			pH	8.64	7.25
色(度)	15	<5
			TDS(mg/L)	4400	112
浑浊度(NTU)	409	<0.5
			K⁺(mg/L)	16.8	N.D
Na⁺(mg/L)	1800	28.1
			Ca²⁺(mg/L)	20.1	N.D
Mg²⁺(mg/L)	26.2	N.D
			F^-(mg/L)	2.25	N.D
Cl^-(mg/L)	1910	57.4
			SO₄ ^2-(mg/L)	61.0	0.28
CO₃ ^2-(mg/L)	50.8	N.D
			HCO₃ ^-(mg/L)	1600	20.8
NH₃-N(mg/L)	1.58	0.23

注：N.D表示低于检测限

由表1可以看出，经过铁碳微电解—反渗透膜处理组合工艺系统出水水质不仅达到我国《煤炭工业污染物排放标准》（GB 20426—2006），而且达到了我国《生活杂用水水质标准》（CJ/T48—1999），可以直接排放或作为当地居民杂用水。

实施例2

所用的原水同实施例1，用质量分数为10%的硫酸调节煤层气伴生水使其pH为5.5，在25L水样中加入2000g还原铁粉和1000g粒径为1-2mm的活性炭并搅拌均匀，其中铁屑采用机械加工厂生产中产生废铁屑，用10％碱液于80℃下浸泡去除表面油渍，再用浓度为10％盐酸溶液浸泡去除表面氧化物，再用去离子水冲净。铁碳微电解系统在室温下反应90min后，出水过滤再进入反渗透系统。其他步骤及所用的反渗透装置同实施例1。经过铁碳微电解—反渗透组合工艺处理后出水水质结果见表2。

表2 经铁碳微电解—反渗透处理前后水质分析结果

项目	原水	RO出水
			pH	8.64	7.28
色(度)	15	<5
			TDS(mg/L)	4400	105
浑浊度(NTU)	409	<0.5
			K⁺(mg/L)	16.8	N.D
Na⁺(mg/L)	1800	20.3
			Ca²⁺(mg/L)	20.1	N.D
Mg²⁺(mg/L)	26.2	N.D
			F^-(mg/L)	2.25	N.D
Cl^-(mg/L)	1910	49.4
			SO₄ ^2-(mg/L)	61.0	0.22
CO₃ ^2-(mg/L)	50.8	N.D
			HCO₃ ^-(mg/L)	1600	24.5
NH₃-N(mg/L)	1.58	0.29

注：N.D表示低于检测限

由表2可以看出，经过铁碳微电解—反渗透膜处理组合工艺系统出水水质达到我国《煤炭工业污染物排放标准》（GB 20426—2006），而且达到了我国《生活杂用水水质标准》（CJ/T48—1999），可以直接排放或作为当地居民杂用水。

Claims

1.一种铁碳微电解—反渗透组合工艺处理煤层气伴生水的方法，具体步骤如下：

先将煤层气伴生水用酸调节使其pH为5.0—6.5，再注入铁碳微电解处理槽中，同时加入铁屑与活性炭，搅拌使铁屑和活性炭混合均匀，在常温下进行微电解反应60—90分钟，过滤，处理后的水先经过活性炭滤芯和纤维滤芯过滤后进入反渗透膜装置进行再次处理；

调节pH所用的酸为质量百分含量为3-15%的盐酸、硫酸或硝酸；

在铁碳微电解处理槽中铁屑与活性炭的质量比为1-2:1，煤层气伴生水的加入量按每80-100g铁屑加入1升煤层气伴生水；

所述的反渗透装置是板框式、卷式或中空纤维式反渗透装置。

2.根据权利要求1所述的铁碳微电解—反渗透组合工艺处理煤层气伴生水的方法，其特征是所述的反渗透装置是卷式反渗透装置，所用的反渗透膜是乙酸纤维膜（CA膜）、聚酰胺膜（PA膜）或复合膜；复合膜由致密层和多孔支撑层复合而成，致密层的材料为醋酸纤维素、线型聚酰胺或芳香聚酰胺，多孔支撑层的材料为聚砜、聚丙烯或聚丙烯腈。

3.根据权利要求1所述的铁碳微电解—反渗透组合工艺处理煤层气伴生水的方法，其特征是所述的铁屑选自机械加工厂生产中产生的铁屑、铁渣或还原铁粉中的一种，若选用机械加工厂生产中产生的铁屑，则需用10％碱液于80℃下浸泡去除表面油渍，再用浓度为10％盐酸溶液浸泡去除表面氧化物，再用去离子水冲净。

4.根据权利要求1所述的铁碳微电解—反渗透组合工艺处理煤层气伴生水的方法，其特征是所述的调节煤层气伴生水pH值所用的酸为硫酸；所述活性炭为市售粒径为1—2mm的活性炭；所述的铁屑为还原铁粉。