CN104891723A - 一种高含盐、高含氨氮及cod气田水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高含盐、高含氨氮及COD气田水的处理方法，属于污水处理工艺领域，将气田水先脱除钙镁和悬浮物，并调节pH至10以上，然后进行分段蒸发，第一段蒸发采用一次进料间歇操作，浓缩液进行第二段蒸发，第二段蒸发采用真空蒸发，第二段蒸发排出的盐浆增稠后洗涤脱水干燥得盐产品，第二段蒸发排出的母液经电解催化氧化去除COD后与盐浆增稠得到的母液均返回气田水复用，第二段蒸发所得第二段冷凝水为达标水，第一段蒸发所得第一段冷凝水经处理脱除氨氮后与第二段冷凝水混合后得到达标水。本发明能够对现有技术难以解决的高含盐、高含氨氮及COD的含硫天然气田采出水，脱除脱盐、脱除氨氮及脱除COD。
Description
技术领域
本发明属于污水处理工艺领域，尤其涉及高含盐、高含氨氮及COD的含硫天然气田采出水的处理。
背景技术
由于与地下油气藏及岩层长期共存，天然气田采出水一般都溶入或混入了大量石油类、可溶性盐、悬浮物等组分。此外，在采气及集输过程中常需要加入泡排剂、缓蚀剂、阻垢剂等化学助剂，使得天然气田采出水组成更加复杂和变化多端，并表现出石油类含量高、挥发性有机物含量高、悬浮物含量高和矿化度高等特点。对于含硫气田来说，采出水中还含有硫化氢、挥发性有机硫化物、二氧化碳等有毒有害气体，属于高浓度难降解含硫含盐废水。
国外对含硫气田开发较少，已开采的含硫气田采出水也主要是通过回注地层进行处理，所以对含硫气田采出水达标排放或回收利用处理技术的研究及应用均不多，现有的公开报道大多集中在非含硫气田采出水的预处理或脱盐处理方面，所采用的技术主要有膜法、离子交换法等。这与国外气田采出水氯化物和有机物含量相对较低有关，用膜法和离子交换法技术上可行，经济上合理。
一般说来，膜法和离子交换法对于水质相对简单的非含硫气田采出水具有良好的处理效果，但对水质复杂多变，且含有大量有机物和无机盐(氯化物≥30000mg/L)的含硫气田采出水而言，膜容易受污染，离子交换树脂再生困难，而且膜分离浓缩液或离子交换树脂再生液仍需要进一步做无害化处理处置，导致其处理运行成本将会大幅升高，因此在工业化应用上受到一定的局限。
国内对含硫气田采出水的研究重点集中在废水中硫化物的预处理方面，已形成了比较成熟的脱硫技术。对于含硫气田采出水零排放综合处理，则主要借助于盐化工专业的多效蒸发除盐工艺，初步形成了“预处理+多效蒸发”为主体工艺的含硫气田采出水综合处理技术路线：
申请号为CN201310661840.8的专利申请：气田采出水深度处理工艺，公开了：“将清液储罐内的清液通入二效蒸发系统进行蒸发即得蒸发水、盐浆和母液，盐浆经悬浮洗涤装置除去泥垢，再通过离心机脱水干燥即得粗盐”。
申请号为CN201310755452.6的专利申请气田采出水热泵组合除盐装置及除盐方法：公开了：“气田采出水热泵组合除盐的方法，其步骤为：(1)将固物含量约3％-8％，温度20～35℃的原液进入到热泵，经热泵蒸发浓缩，使其盐浓度为20％，然后送至强制循环蒸发系统；(2)强制循环蒸发系统将原液含浓缩至含盐55％时，原液便从强制循环蒸发系统出来进入离心机；(3)离心机脱水，得到固体结晶盐；”。
申请号为CN201310273856.1的专利申请：天然气气田开发污水零排放的新型工艺：公开了：“生化处理单元处理后未回用完的达标污水、电渗析处理单元处理后所产生的浓水以及气田水预处理单元处理后的气田水均进入蒸发结晶单元进行深度处理，水质达标后回用为循环冷却水补充水或气田内其他生产用水，污染物以结晶盐的形式从污水中析出，对结晶盐进行填埋处置或回收利用，最终实现污水零排放。”
前述的三个专利的蒸发处理工艺主要目的是为了去除水中无机盐，其实质都为一段式蒸发。一段式蒸发仅能将水和盐分离，如蒸发含氨废水时，其出水氨氮会超标，其适用于无氨或超低氨气田水脱盐处理。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术难以解决的高含盐、高含氨氮及COD的含硫天然气田采出水，提出一种脱除盐、氨氮及COD的处理方法，经处理后，水资源达标回用系统。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种高含盐、高含氨氮及COD气田水的处理方法，包括以下步骤：
将气田水先脱除钙镁和悬浮物，并调节pH至10以上，然后进行分段蒸发，第一段蒸发采用一次进料间歇操作，并控制沸点为90℃以上，蒸发10％以上后，浓缩液进行第二段蒸发，第二段蒸发采用真空蒸发，沸点45℃以上，浓缩至罐内固液比至15-20％，第二段蒸发排出的盐浆增稠后洗涤脱水干燥得盐，第二段蒸发排出的母液经电解催化氧化去除COD后与盐浆增稠得到的母液均返回气田水复用，第二段蒸发所得第二段冷凝水为达标水，第一段蒸发所得第一段冷凝水经处理脱除氨氮后与第二段冷凝水混合后得到达标水。
上述方案中，本发明采用两段式的分段蒸发，且第一段蒸发采用一次进料间歇操作，在蒸发过程中，可有效实现水、盐、氨氮的分离，本发明可适用于高含盐、高含氨氮及COD气田水的处理。本发明第一段蒸发时，可将气田水中含有的95％以上的氨氮富集到第一段蒸发冷凝水中(占全部冷凝水的10％-30％)，第二段蒸发时，可回收全部冷凝水的70％-90％的达标水，同时可将99.5％以上的无机盐留于母液，进而制成相关产品或作为固废进行卫生填埋。富含氨氮的一段冷凝水进行氧化脱氨后，水回收利用。
上述方案，如下表1所示：
表1分段蒸发实验结果
| 样品名 | Cl-(g/L) | 氨氮(mg/L) | COD(mg/L) |
| 一段冷凝水 | 0.004 | 171.1 | 143.3 |
| 二段冷凝水 | 0.005 | 4.73 | 16.54 |
| 母液 | 42.53 | 1.58 | 1355 |
从结果中可以看出，预处理后的气田水经两段蒸发，且第一段蒸发采用一次进料间歇操作，氨氮富集于一段冷凝水中，COD、盐富集于母液中，第二段冷凝水可达标。分段蒸发实现了氨氮、水、COD和盐的分离，可以回收约70％的达标回用水，虽然第一段冷凝水仍不达标，但水体中的杂质成分相对原水要更为简单，且体积减小了5倍，易于实现深度处理。
本发明的两段式分段蒸发与现有技术的一段式蒸发比较，如下表2所示：
表2一段式蒸发和两段式分段蒸发脱氨脱盐效果对比
其中，由于事先脱除了钙镁，第二段蒸发排出的母液可直接采用电解催化氧化去除COD(可采用各种现有电解催化氧化去除COD的方法，比如电解絮凝-催化氧化，乃至直接电解等)，而电解催化氧化去除COD的母液又呈氧化性，返回含硫气田水除硫工序，可消耗母液中的过剩氧化性物质，同时减少脱硫剂用量，取得一举多得的效果。
所述第一段蒸发的一次进料间歇操作是指：将经脱硫、除钙镁后的碱性气田水一次性泵入蒸发罐，然后加热蒸发到指定液位，排出浓缩液。其相对于现有技术的连续进料连续操作的主要优势是在蒸发浓缩的过程中，将95％以上的氨氮富集到了10％-30％的冷凝水中，浓缩液继续蒸发时，冷凝水中氨氮能达标。
所述达标水的标准为：Cl-＜200mg/、L氨氮＜10mg/L、COD＜50mg/L。
所述高含盐、高含氨氮及COD气田水是指高含盐、高含氨氮及COD的天然气田采出水，其Cl-≥15000mg/L、氨氮≥50mg/L、COD≥500mg/L。
作为选择，所述将气田水通过加入NaOH和Na2CO3混合沉降脱除钙镁和悬浮物及调节pH，沉降后的清液进行所述分段蒸发，沉降得到的沉淀进行压滤，滤液返回再次混合沉降。
上述方案中，加入NaOH和Na2CO3混合沉降，既脱除钙镁和悬浮物，又调节了pH，一举多得。
作为选择，所述气田水还经过预处理脱硫。
作为选择，所述第一段蒸发所得第一段冷凝水通过加入NaClO经氧化处理脱除氨氮。
作为选择，第二段蒸发排出的盐浆增稠的同时进行饱和盐水洗涤浮选，然后洗涤离心脱水干燥得到盐产品。
上述方案，如下表3所示：
表3蒸发浓缩析盐实验研究结果
实验研究结果表明，直接离心脱水干燥的盐产品氯化钠含量仅为96.16％，不能达到精制工业盐标准要求。经饱和盐水洗涤浮选后的盐产品，氯化钠含量达到99.10％，满足标准要求。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案：如本发明，各选择即可和其他选择任意组合，本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：能够对现有技术难以解决的高含盐、高含氨氮及COD的含硫天然气田采出水，脱除脱盐、氨氮及COD，使出水水质达到Cl-＜200mg/L、氨氮＜10mg/L、COD＜50mg/L的标准。
附图说明
图1是本发明实施例的流程框图。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
实施例1：
参考图1所示，以主要成分如表4所示的气田水为原料，加入NaOH和Na2CO3去除钙、镁，调节pH至11.53，向500L蒸发装置泵入350L除钙镁清液，控制蒸发料液温度101℃，当冷凝水量达35L时，停止蒸发，排空一段冷凝水后，浓缩液真空蒸发浓缩，控制沸点45℃以上，收集二段冷凝水，当浓缩料液体积浓缩为100L时，将90L浓缩料液转入100L蒸发装置继续浓缩直至析出盐结晶，剩余10L浓缩料液备用。排出盐浆用上述剩余10L浓缩料液洗涤浮选后，母液进入电解催化氧化装置去除COD，浮选增稠盐浆脱水干燥。一段蒸发冷凝水加入NaClO,搅拌1h，排出系统。各段出水水质成分见表5，干燥盐成分见表6。
表4原料水质指标
表5各段出水水质成分
表6干燥盐成分
| 样品名 | CaCO3/％ | MgCO3/％ | NaCl/％ | H2O/％ |
| 干燥盐 | 0.21 | 0.01 | 99.03 | 0.13 |
实施例2：
以主要成分如表7所示的气田水为原料，加入NaOH和Na2CO3去除钙、镁，调节pH至11.21，向500L蒸发装置泵入350L除钙镁清液，控制蒸发料液温度95℃，当冷凝水量达52L时，停止蒸发，排空一段冷凝水后，浓缩液真空蒸发浓缩，控制沸点为45℃以上，收集二段冷凝水，当浓缩料液体积浓缩为100L时，将90L浓缩料液转入100L蒸发装置继续浓缩直至析出盐结晶，剩余10L浓缩料液备用。排出盐浆用上述剩余10L浓缩料液洗涤浮选后，母液进入电解催化氧化装置去除COD，浮选增稠盐浆脱水干燥。一段蒸发冷凝水加入NaClO,搅拌1h，排出系统。各段出水水质成分见表8，干燥盐成分见表9。
表7原料水质指标
表8各段出水水质成分
表9干燥盐成分
| 样品名 | CaCO3/％ | MgCO3/％ | NaCl/％ | H2O/％ |
| 干燥盐 | 0.23 | 0.01 | 98.89 | 0.21 |
实施例3：
以主要成分如表10所示的气田水为原料，加入NaOH和Na2CO3去除钙、镁，调节pH至11.04，向500L蒸发装置泵入350L除钙镁清液，控制蒸发料液温度90℃，当冷凝水量达70L时，停止蒸发，排空一段冷凝水后，浓缩液真空蒸发浓缩，控制沸点为45℃以上，收集二段冷凝水，当浓缩料液体积浓缩为100L时，将90L浓缩料液转入100L蒸发装置继续浓缩直至析出盐结晶，剩余10L浓缩料液备用。排出盐浆用上述剩余10L浓缩料液洗涤浮选后，母液进入电解催化氧化装置去除COD，浮选增稠盐浆脱水干燥。一段蒸发冷凝水加入NaClO,搅拌1h，排出系统。各段出水水质成分见表11，干燥盐成分见表12。
表10原料水质指标
表11各段出水水质成分
表12干燥盐成分
| 样品名 | CaCO3/％ | MgCO3/％ | NaCl/％ | H2O/％ |
| 干燥盐 | 0.24 | 0.02 | 98.94 | 0.15 |
实施例4：
以主要成分如表13所示的气田水为原料，加入NaOH和Na2CO3去除钙、镁，调节pH至10.18，向500L蒸发装置泵入350L除钙镁清液，控制蒸发料液温度92℃，当冷凝水量达105L时，停止蒸发，排空一段冷凝水后，浓缩液真空蒸发浓缩，控制沸点为45℃以上，收集二段冷凝水，当浓缩料液体积浓缩为100L时，将90L浓缩料液转入100L蒸发装置继续浓缩直至析出盐结晶，剩余10L浓缩料液备用。排出盐浆用上述剩余10L浓缩料液洗涤浮选后，母液进入电解催化氧化装置去除COD，浮选增稠盐浆脱水干燥。一段蒸发冷凝水加入NaClO,搅拌1h，排出系统。各段出水水质成分见表14，干燥盐成分见表15。
表13原料水质指标
表14各段出水水质成分
表15干燥盐成分
| 样品名 | CaCO3/％ | MgCO3/％ | NaCl/％ | H2O/％ |
| 干燥盐 | 0.20 | 0.02 | 99.07 | 0.19 |
对比例1：
以主要成分如表16所示的气田水为原料，加入NaOH和Na2CO3去除钙、镁，调节pH至11.21，向500L蒸发装置泵入350L除钙镁清液，控制蒸发料液温95℃，当浓缩料液体积浓缩为100L时，将90L浓缩料液转入100L蒸发装置继续浓缩直至析出盐结晶，剩余10L浓缩料液备用。排出盐浆用上述剩余10L浓缩料液洗涤浮选后，母液进入电解催化氧化装置去除COD，浮选增稠盐浆脱水干燥。收集蒸发冷凝水，冷凝水加入NaClO,搅拌1h后取样分析。各段出水水质成分见表17，干燥盐成分见表18。
表16原料水质指标
表17各段出水水质成分
表18干燥盐成分
| 样品名 | CaCO3/％ | MgCO3/％ | NaCl/％ | H2O/％ |
| 干燥盐 | 0.23 | 0.01 | 98.75 | 0.24 |
对比例2：
以主要成分如表19所示的气田水为原料，加入NaOH和Na2CO3去除钙、镁，调节pH至11.53，向500L蒸发装置泵入350L除钙镁清液，控制蒸发料液温95℃，随着蒸发进行，不断泵入除钙镁清液保持液位，直至总投料量达到500L时，开始从500L蒸发装置内抽排浓缩液，泵入100L蒸发装置，保持500L装置内液位在350L左右，100L装置内液位在60L左右，控制100L装置蒸发温度65℃蒸发，直至析出盐结晶，且当100L装置内固液比达到15％左右时。排出盐浆，盐浆增稠脱水，母液进入电解催化氧化装置去除COD，脱水湿盐进行干燥。收集各蒸发冷凝水，冷凝水加入NaClO,搅拌1h后取样分析。各段出水水质成分见表20，干燥盐成分见表21。
表19原料水质指标
表20各段出水水质成分
表21干燥盐成分
| 样品名 | CaCO3/％ | MgCO3/％ | NaCl/％ | H2O/％ |
| 干燥盐 | 0.19 | 0.01 | 97.84 | 0.24 |
Claims (5)
1.一种高含盐、高含氨氮及COD气田水的处理方法，其特征在于包括以下步骤：
将气田水先脱除钙镁和悬浮物，并调节pH至10以上，然后进行分段蒸发，第一段蒸发采用一次进料间歇操作，并控制沸点为90℃以上，蒸发10％以上后，浓缩液进行第二段蒸发，第二段蒸发采用真空蒸发，沸点45℃以上，浓缩至罐内固液比至15-20％，第二段蒸发排出的盐浆增稠后洗涤脱水干燥得盐，第二段蒸发排出的母液经电解催化氧化去除COD后与盐浆增稠得到的母液均返回气田水复用，第二段蒸发所得第二段冷凝水为达标水，第一段蒸发所得第一段冷凝水经处理脱除氨氮后与第二段冷凝水混合后得到达标水。
2.如权利要求1所述的高含盐、高含氨氮及COD气田水的处理方法，其特征在于：所述将气田水通过加入NaOH和Na2CO3混合沉降脱除钙镁和悬浮物及调节pH，沉降后的清液进行所述分段蒸发，沉降得到的沉淀进行压滤，滤液返回再次混合沉降。
3.如权利要求1所述的高含盐、高含氨氮及COD气田水的处理方法，其特征在于：所述气田水还经过预处理脱硫。
4.如权利要求1所述的高含盐、高含氨氮及COD气田水的处理方法，其特征在于：所述第一段蒸发所得第一段冷凝水通过加入NaClO经氧化处理脱除氨氮。
5.如权利要求1所述的高含盐、高含氨氮及COD气田水的处理方法，其特征在于：第二段蒸发排出的盐浆增稠的同时进行饱和盐水洗涤浮选，然后洗涤离心脱水干燥得到盐产品。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |