CN102745830A - 一种可移动式煤层气产出水处理组合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可移动式煤层气产出水处理组合装置，涉及水处理设备技术，主要包括水处理系统、设备保护和移动系统、动力供应系统。本组合装置能够有效去除煤层气产出水中悬浮物、可溶离子、重金属等，降低水中COD、总溶解性固体(TDS)；在一定程度上避免外界天气变化而带来的干扰，便于移动，安全运行；设备能够自主供电，减少对外界条件的依赖，尤其适用于产气井多及偏远地区产出水的处理。本组合装置具有结构合理、占地面积小、移动方便、处理效果显著、实用性强等优点。

Description

一种可移动式煤层气产出水处理组合装置

技术领域

本发明涉及水处理设备的技术领域，主要是一种能去除煤层气产出水中悬浮物、可溶离子、重金属等，降低水中COD、总溶解性固体(TDS)含量的水处理组合装置，可用于单口煤层气井产出水的处理，运行成本低，方便移动。处理效果好，实用性强。

背景技术

随着世界煤层气资源的规模性开采，产出水的处理也成为煤层气环保技术的重要组成部分。煤层气产出水水质水量变化大，其主要特征是水质呈弱碱性(pH为7.5-8.4)，含大量悬浮物，含盐量高(TDS在4000-5000之间)，部分重金属、氟离子超标。目前，国际上煤层气产出水处理处置的方法主要是直接排放、地表蒸发、回注地下，这可能会污染土壤、河流、湖泊甚至地下水，从而破坏整个生态系统；国内还没有系统的煤层气产出水处理方案。因此，开发适合煤层气产出水处理的专用技术具有十分重要的意义。

发明内容

本发明提供一种适用于单口煤层气井产出水处理的组合装置，可实现产出水的达标排放，并回用于灌溉绿化、工业用水以及生活杂用水。

为了实现上述目标，本发明装置的主要实施方案描述如下。

一种可移动式煤层气产出水处理组合装置，其包括水处理系统、设备保护和移动系统、动力供应系统；其中，水处理系统包括三部分：

A)预处理单元，

B)核心处理单元，

C)深度处理单元，各部分由水管相连接；

动力供应系统为发电机，发电机与水处理系统电连接，为设备自主供电；

设备保护和移动系统，包括集装箱、牵引机；集装箱内设保温层，箱体底部安装多个轮子，水处理系统、动力供应系统的设备固装于箱体内底面和侧面上；集装箱由牵引机拖带移动。

所述的水处理组合装置，其所述的预处理单元，为絮凝-沉淀单元，包括两个体积为1500L(升)的PE水箱和絮凝剂加药系统；其中，两个水箱由中部的连通水管沟通，在第一个水箱中实现污水与絮凝剂的充分混合，在第二个水箱中实现固液分离沉淀；加药系统包括一个100L的PE加药箱和一个计量泵。

所述的水处理组合装置，其所述计量泵的型号：X003/007，加药箱和计量泵由美国PULSAFEEDER提供，所使用的絮凝剂为聚合氯化铝。

所述的水处理组合装置，其所述的核心处理单元，为吸附-过滤单元，包括活性氧化铝吸附柱和滤料再生系统；其中，吸附柱为内部填充活性氧化铝的过滤罐，由不同的阀门组合来控制吸附柱的正洗、反洗和再生，其尺寸为Φ600mm×H1900mm，滤料的有效填充高度为1200mm；活性氧化铝滤料堆密度为1100kg/m³，完成一次填充需要400kg，产水32t(吨)需要再生一次；再生系统包括一个500L(升)的PE再生药桶和一个耐酸碱的再生泵。

所述的水处理组合装置，其所述吸附柱的正洗、反洗和再生的控制方法如下：

A)反洗，时间约10-20min；

B)再生，打药循环3h(小时)，浸泡5h(小时)以上；

C)正洗直至出水变清，不含药剂残量；

再生药剂初次配比为3％，即每100kg滤料用3kg再生剂，需要12kg再生剂；以后每次重复利用再生时，补加1.5％的再生剂，需用6kg再生剂。

所述的水处理组合装置，其所述耐酸碱的再生泵的型号：X-02。

所述的水处理组合装置，其所述的深度处理单元，为反渗透(RO)系统，包括前处理系统和反渗透主机；前处理系统包括砂滤器、活性碳过滤器、保安过滤器和阻垢剂加药箱，其中：

A)砂滤器，罐体尺寸为Φ400mm×H1650mm，材质为FRP的高强度玻璃钢缠绕式，控制器、上下布水器和中心管型号为56FA，石英砂为4-6目，本装置一次性填充完成需要150kg；

B)活性炭过滤器，罐体尺寸为Φ400mm×H1650mm，材质为FRP的高强度玻璃钢缠绕式，控制器、上下布水器和中心管型号为56FA，活性炭为10-24目，本装置一次性填充完成需要75kg；

C)保安过滤器，材质为SUS304，过滤芯过滤精度为5-10μm，使用1.6MPa的充油防震式压力表；

D)阻垢剂加药箱，为100L的PE加药桶，配置型号为X003/007的计量泵，均由美国PULSAFEEDER提供；

反渗透主机包括高压水泵、膜组件；反渗透设备处理水量为2m³/h，压力维持在1.5M Pa时，产水浓水比为1∶1；

E)立式多级高压泵功率为220V/1.5KW/50Hz，材质为SUS304，型号CDL2-130，所使用的低压保护开关型号为HS-206，高压保护开关型号为HS-206，入水电磁阀材质为黄铜阀体，型号为DN25；压力表为冲油防震式，型号3.0MPa。

所述的水处理组合装置，其所述水处理系统，在每个处理单元后设置污水排放口，实现在三种不同组合工艺“预处理”、“预处理+核心处理”、“预处理+核心处理+深度处理”之间变换，根据废水水质水量和出水资源化方式灵活选择，很好地降低污水处理设备的运行费用。

所述的水处理组合装置，其所述水处理系统由可编程控制器(PLC)电路进行控制，自动化程度高；使用的水管为内径8cm的PVC管。

所述的水处理组合装置，其所述集装箱，箱体尺寸为7m×2.4m×2.4m(米)，设有门窗，内部设有金属支架，以固定设备，能支持和保护设备，避免装置受天气变化的干扰，便于移动，安全运行。

所述的水处理组合装置，其所述发电机，为柴油或汽油发电机，功率5KW。

所述的水处理组合装置，其操作流程如下：通过卡车牵引，将本装置运输至煤层气井附近，并固定。在处理煤层气产出水时，对本装置的操作顺序如下：

1)连接电源。发动柴油发电机，将总电源开关连通至柴油机上。

2)打开原水水泵，通过提升泵，将原水抽取至混合水箱，这时，絮凝剂加药装置的药剂泵开关自动打开，在输水管道中实现原水和药剂的混合。污水充满混合水箱后，通过中部连接管，静置后的清水流至沉淀水箱。当“预处理单元”的两个水箱充满水时，原水满指示灯亮起，原水水泵自动关闭。

3)打开活性氧化铝吸附柱的正洗阀门，正洗3-5min，关闭阀门。

4)打开砂滤器和活性炭过滤器的正洗阀门，正洗3-5min，关闭阀门。

5)确认水处理系统各个阀门处于连通状态，打开高压水泵开关，设备各部分连通，装置运行，进行“预处理+核心处理+深度处理”程序处理产出水。

6)若要进行“预处理”程序，则将“预处理单元”和“核心处理单元”之间的阀门关闭，连接排水管，运行设备。

7)若要进行“预处理+核心处理”，则将“核心处理单元”和“深度处理单元”之间的阀门关闭，连接排水管，运行设备。

本发明的有益效果有如下几点：

1、本组合装置可用于单口煤层气井的产出水处理，省去了集中处理的管线建设费用。

2、所有设备安装在具有保温功能的保护箱内，方便移动，可根据需要对不同井的产出水进行处理，并能保证设备一年各个季节的正常运行。

3、本组合装置结构合理，处理效果良好，不同水处理单元之间的灵活组合，既保证了水净化效果，又有效降低了处理费用。

4、本组合装置占地面积小，操作简单，受外界条件限制小，尤其适用于产气井多及偏远地区的煤层气产出水的处理。

附图说明

图1为本发明的一种可移动式煤层气产出水处理装置及工艺流程示意图；

图2为本发明的可移动式煤层气产出水处理装置在集装箱内平面布置图；

附图3为本发明装置的絮凝-沉淀区原理示意图。

标号说明：

1-混合水箱                2-沉淀水箱

3-絮凝剂加药桶            4-活性氧化铝过滤罐

5-再生水箱                6-砂滤罐

7-活性炭过滤罐            8-保安过滤器

9-阻垢剂加药桶            10-反渗透主机

11-窗户                   12-门

13-混合水箱               14-沉淀水箱

15-进水口(原水与絮凝剂的混合在管道中完成)

16-中部连接管             17-沉淀水箱出水口

具体实施方式

将本发明的可移动式煤层气产出废水处理装置，应用于山西省吕梁市柳林县杨家峪煤层气开采区。该煤矿区现由中联煤层气开采公司进行煤层气的开发，现属于试生产阶段。单井的占地面积为50m×30m(米)，迄今为止，已在杨家峪村开发了近二十口井。单井产出水经抽油机抽取出地面，由管道输送到一个附近的一个4m×3m×3m(体积为36m³)的沉淀池或是垫有一层塑料的土坑中，经过自然沉淀、蒸发以及渗漏，剩余的废水需雇车外运任意排放，运输费用为30元/吨。我们选择的8号井的日均产出废水约为8吨，则四五天就需雇车外运排放，对煤层气开采公司也是一个不小的经济负担。

下表1为组合装置所用到的设备类型和型号数据。

表1

按照图1，对表1的设备进行连接，并根据图2，将设备安装在设备保护箱(带保温层的集装箱)体内。

在中联煤层气公司8号井(CLY-08)进行了水处理组合装置的现场运行。如下表2，对原水和出水的现场检测结果表明，系统处理煤层气产出水效果显著，出水达到排放标准和农田灌溉水标准。表2中TDS为总溶解性固体。

表2

Claims (12)

1.一种可移动式煤层气产出水处理组合装置，其特征在于，包括水处理系统、设备保护和移动系统、动力供应系统；其中，水处理系统包括三部分：

A)预处理单元，

B)核心处理单元，

C)深度处理单元，各部分由水管相连接；

动力供应系统为发电机，发电机与水处理系统电连接，为设备自主供电；

设备保护和移动系统，包括集装箱、牵引机；集装箱内设保温层，箱体底部安装多个轮子，水处理系统、动力供应系统的设备固装于箱体内底面和侧面上；集装箱由牵引机拖带移动。

2.根据权利要求1所述的水处理组合装置，其特征在于，所述的预处理单元，为絮凝-沉淀单元，包括两个体积为1500L的PE水箱和絮凝剂加药系统；其中，两个水箱由中部的连通水管沟通，在第一个水箱中实现污水与絮凝剂的充分混合及沉淀，在第二个水箱中实现固液分离；加药系统包括一个100L的PE加药箱和一个计量泵。

3.根据权利要求2所述的水处理组合装置，其特征在于，所述计量泵的型号：X003/007，加药箱和计量泵由美国PULSAFEEDER提供，所使用的絮凝剂为聚合氯化铝。

4.根据权利要求1所述的水处理组合装置，其特征在于，所述的核心处理单元，为吸附-过滤单元，包括活性氧化铝吸附柱和滤料再生系统；其中，吸附柱为内部填充活性氧化铝的过滤罐，由不同的阀门组合来控制吸附柱的正洗、反洗和再生，其尺寸为Φ600mm×H1900mm，滤料的有效填充高度为1200mm；活性氧化铝滤料堆密度为1100kg/m³，完成一次填充需要400kg，产水32t需要再生一次；再生系统包括一个500L的PE再生药桶和一个耐酸碱的再生泵。

5.根据权利要求4所述的水处理组合装置，其特征在于，所述吸附柱的正洗、反洗和再生的控制方法如下：

A)反洗，时间约10-20min；

B)再生，打药循环3h，浸泡5h以上；

C)正洗直至出水变清，不含药剂残量；

再生药剂初次配比为3％，即每100kg滤料用3kg再生剂，需要12kg再生剂；以后每次重复利用再生时，补加1.5％的再生剂，需用6kg再生剂。

6.根据权利要求4所述的水处理组合装置，其特征在于，所述耐酸碱的再生泵的型号：X-02。

7.根据权利要求1所述的水处理组合装置，其特征在于，所述的深度处理单元，为反渗透系统，包括前处理系统和反渗透主机；前处理系统包括砂滤器、活性碳过滤器、保安过滤器和阻垢剂加药箱，其中：

A)砂滤器，罐体尺寸为Φ400mm×H1650mm，材质为FRP的高强度玻璃钢缠绕式，控制器、上下布水器和中心管型号为56FA，石英砂为4-6目，本装置一次性填充完成需要150kg；

B)活性炭过滤器，罐体尺寸为Φ400mm×H1650mm，材质为FRP的高强度玻璃钢缠绕式，控制器、上下布水器和中心管型号为56FA，活性炭为10-24目，本装置一次性填充完成需要75kg；

C)保安过滤器，材质为SUS304，过滤芯过滤精度为5-10μm，使用1.6MPa的充油防震式压力表；

D)阻垢剂加药箱，为100L的PE加药桶，配置型号为X003/007的计量泵，均由美国PULSAFEEDER提供；

反渗透主机包括高压水泵、膜组件；反渗透设备处理水量为2m³/h，压力维持在1.5M Pa时，产水浓水比为1∶1；

E)立式多级高压泵功率为220V/1.5KW/50Hz，材质为SUS304，型号CDL2-130，所使用的低压保护开关型号为HS-206，高压保护开关型号为HS-206，入水电磁阀材质为黄铜阀体，型号为DN25；压力表为冲油防震式，型号3.0MPa。

8.根据权利要求1所述的水处理组合装置，其特征在于，所述水处理系统，在每个处理单元后设置污水排放口，实现在三种不同组合工艺“预处理”、“预处理+核心处理”、“预处理+核心处理+深度处理”之间变换，根据废水水质水量和出水资源化方式灵活选择，很好地降低污水处理设备的运行费用。

9.根据权利要求1或8所述的水处理组合装置，其特征在于，所述水处理系统由可编程控制器电路进行控制，自动化程度高；使用的水管为内径8cm的PVC管。

10.根据权利要求1所述的水处理组合装置，其特征在于，所述集装箱，箱体尺寸为7m×2.4m×2.4m，设有门窗，内部设有金属支架，以固定设备，能支持和保护设备，避免装置受天气变化的干扰，便于移动，安全运行。

11.根据权利要求1所述的水处理组合装置，其特征在于，所述发电机，为柴油或汽油发电机，功率5KW。

12.根据权利要求1所述的水处理组合装置，其特征在于，操作流程如下：通过卡车牵引，将本装置运输至煤层气井附近，并固定；在处理煤层气产出水时，操作顺序如下：

1)连接电源。发动柴油发电机，将总电源开关连通至柴油机上；

2)打开原水水泵，通过提升泵，将原水抽取至混合水箱，这时，絮凝剂加药装置的药剂泵开关自动打开，在输水管道中实现原水和药剂的混合；污水充满混合水箱后，通过中部连接管，静置后的清水流至沉淀水箱；当“预处理单元”的两个水箱充满水时，原水满指示灯亮起，原水水泵自动关闭；

3)打开活性氧化铝吸附柱的正洗阀门，正洗3-5min，关闭阀门；

4)打开砂滤器和活性炭过滤器的正洗阀门，正洗3-5min，关闭阀门；

5)确认水处理系统各个阀门处于连通状态，打开高压水泵开关，设备各部分连通，装置运行，进行“预处理+核心处理+深度处理”程序处理产出水；

6)若要进行“预处理”程序，则将“预处理单元”和“核心处理单元”之间的阀门关闭，连接排水管，运行设备；

7)若要进行“预处理+核心处理”，则将“核心处理单元”和“深度处理单元”之间的阀门关闭，连接排水管，运行设备。

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