CN103011454A - 一种地热尾水处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地热尾水处理工艺，包括以下步骤：（1）将地热水在热能梯级利用之后的尾水温度控制在45℃以下；（2）对地热尾水采用曝气塔曝气；（3）将曝气后的地热尾水流经锰砂过滤器过滤；（4）利用双膜法工艺对过滤后的地热尾水进行膜集成处理；（5）将反渗透产水经过硼选择性树脂吸附处理；（6）将除硼后的出水经过活性炭过滤器过滤后输送至用点。本发明针对地热尾水中存在的有害成份及污染物类型，整合了多项水处理单元技术，实现了工艺系统的集成与优化，对地热尾水的水质适用范围广，工艺先进、技术可靠，在地热尾水的开发利用中具有实际推广应用价值，能产生明显的社会、经济及环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种尾水的处理工艺，特别是一种地热尾水的处理工艺。
背景技术
地热水是取自地下深层断裂带，温度较高的地热资源，它不仅是一种水资源，更是一种清洁能源，其作为“热能”可以替代造成空气严重污染的传统化石能源，如煤和石油。我国的地热水资源十分丰富，去合理地开发利用地热水资源以增加能源供应与优化能源结构，这对我国构建资源节约型与环境友好型社会具有重大实际意义。
地热水形成于地下岩层，并附有热源，其水质虽依地域分布、地质构造及开采深度等有所不同，但地热水的成因决定了其水质都具有多种无机盐组分及较高的矿化度。地热水中含有钾、钠、钙、镁、硅、氯化物、氟化物、硫酸盐、碳酸盐，及过量的铁、锰离子等多种成份。现有的地质调查也表明，目前开采的相当一部分地热水中的一些微量元素与重金属元素也有不同程度的超标，如砷、硼、镉、汞等，而且某些地热水中还存在微量放射性元素，如氡，这又可能存在着总放射性超标的问题。
目前大部分地区对开采的地热水进行热能利用之后余下了尾水，由于地热尾水中含有一些较为复杂的有害成份与污染物，比较困难对地热尾水进行集成处理加以利用，而不得不将地热尾水不经处理就废弃排放，由于地热尾水中存在的一些污染物与有害成份，这不仅对地表水、地下水、土壤及农作物构成了危害，也对人类的健康安全产生了较大的潜在威胁。
对地热尾水进行深度开发以作为一种补充性水资源，使其处理后满足工农业用水要求，乃至使其达到满足人体健康安全要求的生活饮用水卫生标准，这可能是以后的一种实际需求与发展趋势。在对地热尾水的处理过程中，往往会遇到铁锰含量超标、氟氯离子浓度过高、硼的去除、放射性元素氡的脱除等几个关键难点问题。本发明就是针对这种实际状况，提出了一种对地热尾水进行开发利用的新工艺方法，以作为一种解决实际问题的可行途径来实现对地热尾水的开发与利用。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种对地热尾水进行开发处理的集成工艺，该工艺方法能较系统较彻底地解决地热尾水中铁锰含量超标、硼含量过高，具有重金属元素、微量元素与放射性元素等复杂成份等问题，可作为对地热尾水实现开发利用的一种系统性解决方案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种地热尾水处理工艺，包括以下步骤：
（1）将地热水在热能梯级利用之后的尾水温度控制在45℃以下；
（2）对地热尾水采用曝气塔曝气：将步骤（1）中排放的地热尾水通入到曝气塔，曝气塔内装有空心球或瓷环填料,通过曝气塔能迅速驱散溶解在地热尾水中的CO2、H2S、Rn（氡）杂质气体，并使低价铁锰离子氧化成沉淀物；
（3）将曝气后的地热尾水流经锰砂过滤器过滤：锰砂过滤器中装有的锰砂能对低价铁锰离子产生催化氧化作用，从而形成胶体沉淀物后利用滤料的机械过滤原理去除铁锰；
（4）利用双膜法工艺对过滤后的地热尾水进行膜集成处理：双膜法包括超滤和反渗透，其中超滤为反渗透的前置保安过程，反渗透为对地热尾水的深度处理过程。在双膜法工艺过程中，反渗透膜因其过滤特性可实现对重金属离子、氟离子和氯离子于完全程度的去除。反渗透处理后，得到反渗透产水，并将富含杂质离子和微量元素的反渗透浓水作为回灌水送至地热回灌井用作回灌；
（5）将反渗透产水经过硼选择性树脂吸附处理：将反渗透产水通入到硼树脂柱中，硼树脂柱中包含有硼选择性树脂，反渗透产水中的硼与硼选择性树脂中的邻二羟基官能团络合形成 1:1 的配合物，再进一步络合形成 1:2 的配合物，实现了用树脂对硼的吸附分离，得到除硼后的出水；
（6）将除硼后的出水经过活性炭过滤器过滤后输送至用点：活性炭对硼和氡元素以及小分子有机物均有吸附作用。
作为上述方案的优选，所述热能梯级利用包含有三个梯级，第一梯级是将开采出来的85℃~100℃的地热水，经过换热器提取热能供管网系统供热，之后进入二级换热器；第二梯级是将经过一级换热后的50℃~55℃的地热水进行再次换热，提取热能供地面辐射式采暖系统供热；第三梯级是将由第二梯级系统排出的35℃~40℃的地热水，进入热泵机组对地热水进行温度的提升，地热水的温度提升至55℃~60℃，再将地热水供应给用户采暖；热泵机组排出的15℃~25℃的地热水为排放的地热尾水。
所述曝气塔采用机械通风接触式曝气塔。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明提出了一种对地热尾水进行开发处理的工艺方法，针对地热尾水中存在的有害成份及污染物类型，整合了多项水处理单元技术，实现了工艺系统的集成与优化，本发明以地热水利用的现状与实际需求为出发点，以保障环境安全与提高水利用率为主要目的，对地热尾水的水质适用范围广，工艺先进、技术可靠，在地热尾水的开发利用中具有实际推广应用价值，能产生明显的社会、经济及环境效益。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
在本实施例中，参照图1，一种地热尾水处理工艺，包括以下步骤：
（1）将地热水在热能梯级利用之后的尾水温度控制在45℃以下；
热能梯级利用是指将深层地热水取出，经两个以上的梯级换热提取地热水中的热能，而不消耗地热水的过程，本实施例中的热能梯级利用包含有三个梯级，第一梯级是将开采出来的85℃的地热水，经过换热器提取热能供管网系统供热，之后进入二级换热器；第二梯级是将经过一级换热后的55℃的地热水进行再次换热，提取热能供地面辐射式采暖系统供热；第三梯级是将由第二梯级系统排出的35℃的地热水，进入热泵机组对地热水进行温度的提升，地热水的温度提升至55℃，再将地热水供应给用户采暖；热泵机组排出的20℃的地热水为排放的地热尾水；
（2）对地热尾水采用曝气塔曝气：将步骤（1）中排放的地热尾水通入到曝气塔，所述曝气塔采用机械通风接触式曝气塔，曝气塔内装有瓷环填料 ；
所用的瓷环直径为Ф25mm，高度为25mm，厚度为5mm，通过曝气塔能迅速驱散溶解在地热尾水中的CO2、H2S、Rn（氡）杂质气体，并使低价铁锰氧化成沉淀物。
（3）将曝气后的地热尾水流经锰砂过滤器过滤：锰砂过滤器中装有的锰砂能对低价铁锰离子产生催化氧化作用，从而形成胶体沉淀物后利用滤料的机械过滤原理去除铁锰；
锰砂过滤器选用直径D为0.6~1.2mm的天然锰砂，天然锰砂的不均匀系数K为1.4~1.7，锰砂过滤器的孔隙率达60%~65%，锰砂过滤器的运行设计参数控制在如下范围：滤速5~12m/h，冲洗强度12~20L/（s.m2），冲洗时间5~15min。
（4）利用双膜法工艺对过滤后的地热尾水进行膜集成处理：双膜法包括超滤和反渗透，其中超滤为反渗透的前置保安过程，反渗透为对地热尾水的深度处理过程。在双膜法工艺过程中，反渗透膜因其过滤特性可实现对重金属离子、氟离子和氯离子于完全程度的去除。反渗透处理后，得到反渗透产水，并将富含杂质离子和微量元素的反渗透浓水作为回灌水送至地热回灌井用作回灌；
所选用超滤膜的分离孔径范围为0.02~0.2μm，膜结构形式可为中空纤维式、管式、卷式和板式，膜材质可采用高分子聚合物、金属及无机陶瓷类材料。对超滤的运行设计参数可控制在如下范围：运行压力为0.15~0.50MPa，温度为15~45℃，设计错流流速为1-3m/s，超滤水回收率不低于90%。由于进超滤的地热尾水温度已有所控制，故超滤膜便可在当前市场上的超滤产品中广泛选择，在涉及具体选型时无耐高温的特别要求。用反渗透膜对超滤膜出水进行深度处理，可截留水中的绝大部分溶解离子及有机物，所选用的反渗透膜宜选用对无机离子有高截留率的反渗透膜产品，特别是当地热尾水中的硼含量较高时，为了达到对硼更高的去除效率，必须选用高脱硼率的反渗透膜元件类型，单只膜元件的膜面积约30-41m2。对反渗透的运行设计参数可控制在如下范围：运行压力为1.5~3.0MPa，温度为15~45℃，反渗透水回收率为60%~80%，设计膜通量为20~35Lmh；
（5）将反渗透产水经过硼选择性树脂吸附处理：将反渗透产水通入到硼树脂柱中，硼树脂柱中包含有硼选择性树脂，反渗透产水中的硼与硼选择性树脂中的邻二羟基官能团络合形成 1:1 的配合物，再进一步络合形成 1:2 的配合物，实现了用树脂对硼的吸附分离，得到除硼后的出水；
硼选择性树脂对硼酸具有高度的选择性，对硼酸去除率可达到99.00%-99.99%，对硼吸附饱和的树脂用酸再生，树脂上吸附硼所形成的配合物在酸的作用下又可以解离，得到原来的硼酸，这就对硼选择性树脂进行了解析再生。
（6）将除硼后的出水经过活性炭过滤器过滤后输送至用点：活性炭对硼和氡元素以及小分子有机物均有吸附作用。
活性炭过滤器的主要设计运行参数有：滤速为10~20m/h，运行压力小于0.6MPa。
在本发明的工艺方法中，经反渗透深度处理后，富含杂质离子及多种微量元素的反渗透浓水作为回灌水送至地热回灌井用作回灌，这种处理方式规避了因此种反渗透处理工艺中存在含有多种重金属及复杂微量元素的反渗透浓水而可能产生的潜在威胁与不利影响，并且也利于保持地下岩层结构的稳定以免因地热水的过度开发而引发地质灾害。
Claims (3)
1.一种地热尾水处理工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）将地热水在热能梯级利用之后的尾水温度控制在45℃以下；
（2）对地热尾水采用曝气塔曝气：将步骤（1）中排放的地热尾水通入到曝气塔，曝气塔内装有空心球或瓷环填料,通过曝气塔能迅速驱散溶解在地热尾水中的CO2、H2S、Rn（氡）杂质气体，并使低价铁锰离子氧化成沉淀物；
（3）将曝气后的地热尾水流经锰砂过滤器过滤：锰砂过滤器中装有的锰砂能对低价铁锰离子产生催化氧化作用，从而形成胶体沉淀物后利用滤料的机械过滤原理去除铁锰；
（4）利用双膜法工艺对过滤后的地热尾水进行膜集成处理：双膜法包括超滤和反渗透，其中超滤为反渗透的前置保安过程，反渗透为对地热尾水的深度处理过程。在双膜法工艺过程中，反渗透膜因其过滤特性可实现对重金属离子、氟离子和氯离子于完全程度的去除。反渗透处理后，得到反渗透产水，并将富含杂质离子和微量元素的反渗透浓水作为回灌水送至地热回灌井用作回灌；
（5）将反渗透产水经过硼选择性树脂吸附处理：将反渗透产水通入到硼树脂柱中，硼树脂柱中包含有硼选择性树脂，反渗透产水中的硼与硼选择性树脂中的邻二羟基官能团络合形成 1:1 的配合物，再进一步络合形成 1:2 的配合物，实现了用树脂对硼的吸附分离，得到除硼后的出水；
（6）将除硼后的出水经过活性炭过滤器过滤后输送至用点：活性炭对硼和氡元素以及小分子有机物均有吸附作用。
2.根据权利要求1所述的地热尾水处理工艺，其特征在于：所述热能梯级利用包含有三个梯级，第一梯级是将开采出来的85℃~100℃的地热水，经过换热器提取热能供管网系统供热，之后进入二级换热器；第二梯级是将经过一级换热后的50℃~55℃的地热水进行再次换热，提取热能供地面辐射式采暖系统供热；第三梯级是将由第二梯级系统排出的35℃~40℃的地热水，进入热泵机组对地热水进行温度的提升，地热水的温度提升至55℃~60℃，再将地热水供应给用户采暖；热泵机组排出的15℃~25℃的地热水为排放的地热尾水。
3.根据权利要求1所述的地热尾水处理工艺，其特征在于：所述曝气塔采用机械通风接触式曝气塔。
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