CN105060609A - 一种煤层气产出水深度处理的方法及装置 - Google Patents

一种煤层气产出水深度处理的方法及装置 Download PDF

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梁威
柴培宏
王飞华
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Abstract

本发明公开了一种煤层气产出水深度处理的方法,工艺步骤:A、通过格栅,对煤层气产出水内的大颗粒污染物和漂浮杂物进行截留;B、产出水在调节池内对水质水量进行调节,然后由提升泵提升至物化池;C、物化池通过填料对悬浮物、矿物质、盐类、低重度油类等污染物进行吸附沉淀过滤;D、物化池出水进入人工湿地,进一步深度处理后达标排放或回用。还公开了一种煤层气产出水深度处理的装置,包括格栅、调节池、物化池和人工湿地四大部分。系统具有投资低、运行稳定、出水效果好,在实现水资源回用的同时,具有较好的景观效果。

Description

一种煤层气产出水深度处理的方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及煤层气开采技术领域,具体涉及一种煤层气产出水深度处理的方法, 同时涉及一种煤层气产出水深度处理的装置。
背景技术
[0002] 我国拥有丰富的煤层气资源,煤层气在开发过程中,会排出大量伴生水。随着煤层 气开发规模逐渐扩大,煤层开采过程中产出水对生态环境影响已引起广泛关注。
[0003] 由于煤层气产出水具有高钠度和高矿化度的特征,含有大量的污染物(悬浮物、矿 物质、盐类、低重度油类等),如果排出水不做任何处理直接排入地表水体或用来浇灌农田, 必然会对其产生污染,对地下水环境也将产生巨大影响。
[0004] 国内外虽已提出了很多煤层气产出水的处理技术,如反渗透、纳滤、离子交换、电 容去离子、吸附过滤、电渗析和蒸馏等,但大多数仍处于实验研究阶段,还未能大规模地应 用于生产。尤其是在国内,由于对煤层气勘探起步比较晚,还没有建立起完善的煤层气产出 水处理系统。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对煤层气开采过程中水处理的现状,提供了一种煤层气产出水 深度处理的方法,并首次将投资费用低、管理方便的人工湿地技术运用到煤层气产出水的 处理中来,以便有效避免煤层气开采过程当中出现产出水排放导致的环境问题,从而促进 煤层气的绿色环保开发利用。
[0006] 本分明的另一个目的在于提供一种煤层气产出水深度处理的装置,具有建设费用 低、运行稳定、处理效果好等特点。
[0007] 实现上述目的,本发明采用如下技术方案: 本发明对煤层气产出水进行深度处理的系统构思是: 煤层气产出水一格栅一调节池一物化池一人工湿地一达标排放或回用。
[0008] -种煤层气产出水深度处理的方法,其步骤如下: (1) 大颗粒污染物(粒径大于格栅间隙的颗粒)和漂浮杂物的拦截:煤层气产出水首先 通过格栅进行预处理,对大颗粒污染物和漂浮杂物进行截留; (2) 产出水水质水量调节:进入调节池水力停留4_12h,絮凝沉淀的沉积物排出调节 池; (3) 污染物吸附去除:经步骤(2)处理后的产出水提升至物化池进行二级处理,物化池 内置吸附填料,吸附反应时间〇. 5h_2h,物化池内根据进水水质特点进行填料合理搭配,通 过物理过滤及化学吸附等作用对悬浮物、矿物质、盐类、低重度油类等污染物进行吸附沉淀 过滤,并及时对吸附饱和后的填料进行更换; 所述的吸附填料为活性氧化铝、沸石、活性炭、砾石、煤渣及吸附树脂中的一种或多种 (二至六种的任意组合)。
[0009] (4)人工湿地深度处理:为了保证出水质量,物化池出水进入人工湿地,经水力停 留6-24h处理后,达标排放或回用。
[0010] 一种煤层气产出水深度处理的装置,包括格栅、调节池、物化池、人工湿地,其连接 关系为:所述的格栅设置在污水进水段,格栅后设置调节池,调节池内设置提升栗和排泥 栗,调节池底部沿着排泥栗方向做1-3%。坡降,排泥栗低于调节池底部40-60cm,提升栗通 过管道连接物化池上部,物化池内铺设吸附填料,吸附填料将以框式整体装填,物化池下部 管道连接人工湿地。
[0011] 所述的格栅安装在污水进水段,可根据现场情况,单独构建格栅槽安装,也可安装 在调节池内,格栅采用中细格栅,其中中格栅净间隙10-40_,细格栅净间隙1. 5-10_。
[0012] 所述的调节池内部安装的提升栗通过液位计控制其启闭,高开低关,提升栗通过 动力电缆与PLC配电箱动力控制模块连接,液位计通过信号电缆与PLC配电箱的信号控制 模块连接,PLC通过液位计反馈的信息,按照编程设计向提升栗发送启闭指令。
[0013] 所述的物化池内的吸附填料为活性氧化铝、沸石、活性炭、砾石、煤渣及吸附树脂 的一种或多种(二至六种的任意组合),粒径为5-80mm,填充后孔隙率不小于30%。吸附反应 时间0. 5h-2h,所有填料将以框式整体装填,以便于填料吸附饱和后及时进行更换。
[0014] 所述的人工湿地采用下行流湿地技术,从下到上包括底部收水管、湿地填料、上部 布水管及湿地植物。
[0015] 所述的下行流人工湿地采用穿孔管进行布水和收水,分收水管和分布水管沿管轴 斜向45°交错穿孔(管轴与孔轴夹角45° ),孔径8-12mm,开孔间距100-200mm〇
[0016] 所述的湿地填料分为三层,按照从上到下粒径逐渐增大的方式进行安装,粒径分 别为 5-10mm、10-30mm 和 30_50mm,每层粒径厚度为 300-500_。
[0017] 所述的湿地填料为钢渣、陶粒、煤渣、蛭石、沸石、碎石、砾石和粗砂中的一种或多 种(二至八种的任意组合)。
[0018] 所述的湿地植物选择生长速度快、管理方便、适应性强和景观效果好的品种,可选 择美人蕉、香蒲、芦苇、菖蒲、风车草、梭鱼草和鸢尾中的一种或者多种(二至七种的任意组 合),种植密度9-25株/m2。
[0019] 本发明与现有技术比较,具有如下显著特点: 1. 将人工湿地运用到煤层气产出水进行深度处理,建设费用较常规处理技术节约 1/3-1/2 ; 2. 运行费用大大降低,不到常规生化处理运行费用的50% ; 3. 系统出水达到农业灌溉水质要求,对周边环境不造成污染; 4. 在去除产出水污染物、实现水资源回用的同时,具有较好的景观效果。
附图说明
[0020] 图1为煤层气产出水深度处理系统工艺流程图; 图2为水位控制开关的结构示意图。
[0021] 图中1、格栅槽,1-1、格栅,2、调节池,2-1、排泥栗,2-2、提升栗,3、物化池,3-1、吸 附填料,4、人工湿地,4-1、湿地植物,4-2、布水管,4-3、湿地填料,4-4、收水管,5、PLC配电 箱;5-1、动力控制模块,5-2、PLC,5-3、信号控制模块,5-4、液位计。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图对本发明进行进一步说明。
[0023] 实施例1 : 一种煤层气产出水深度处理的装置,包括格栅1-1、调节池2、物化池3、人工湿地4,其 连接关系为:所述的格栅1-1设置在污水进水段,格栅1-1后设置调节池2,调节池2内设 置提升栗2-2和排泥栗2-1,调节池2底部沿着排泥栗2-1方向做1%。或2%。或3%。坡降,排 泥栗2-1低于调节池2底部40cm或50cm或60cm,提升栗2-2通过管道连接物化池3上部, 物化池3内铺设吸附填料3-1,吸附填料3-1以框式整体装填,物化池3下部管道连接人工 湿地4上部,人工湿地4为下行流湿地技术,由上至下依次设置湿地植物4-1、布水管4-2、 湿地填料4-3及收水管4-4。
[0024] 所述的格栅1-1安装在污水进水段,可根据现场情况,单独构建格栅槽1安装,也 可安装在调节池2内,格栅1-1采用中格栅(净间隙10 mm或20 mm或30 mm或40mm)或细 格概(净间隙I. 5 mm或3 mm或5 mm或7 mm或8. 5 mm或10mm)〇
[0025] 所述的提升栗2-2通过液位计5-4控制其启闭,高开低关。提升栗2-2通过动力 电缆与PLC配电箱5的动力控制模块5-1连接,液位计5-4通过信号电缆与PLC配电箱5 的信号控制模块5-3连接,PLC5-2通过液位计5-4反馈的信息,按照编程设计向提升栗2-2 发送启闭指令。当水位离池底< 0. 5m时,提升栗2-2关闭,为避免水栗频繁启闭,当水位离 池底多1.0 m时,开启,与水力停留时间无关。另外调节池除井盖位置外,池顶低于地面30cm 左右,池顶上面种植草坪。
[0026] 所述的下行流人工湿地采用穿孔管进行布水和收水(主布水管采用PVC排水管, 管径为DN100,不穿孔;分布水管采用PVC排水管,管径为DN75 ;湿地底部铺设IOcm的保护 层后,沿垂直出水方向铺设主收水管,分收水管垂直于主收水管布置,布置间距为lm,主管 与支管利用接头和胶水进行管底平接,分收水管和分布水管沿管轴斜向45°交错穿孔(管 轴与孔轴夹角45° ),孔径8-12mm,开孔间距100-200mm。
[0027] 实施例2 : 采用实施例1的装置深度处理煤层气产出水的方法,其步骤如下: a、 大颗粒污染物和漂浮杂物的拦截:山西沁水盆地南部三煤层产出水,水量较大,且含 有大量悬浮物、矿物质、盐类及低重度油类等,经设有格栅1-1的格栅槽1对其内的大颗粒 污染物和漂浮杂物进行拦截处理,防止提升栗堵塞和提高污水的可生化性; b、 产出水水质水量调节:步骤(a)拦截处理后的产出水进入调节池2,调节池2内水力 停留6h,絮凝沉淀的沉积物通过排泥栗2-1排出调节池2 ; c、 污染物吸附去除:经步骤b调节后的产出水提升至物化池3进行二级处理,物化池3 内置吸附填料3-1,吸附填料3-1为活性氧化铝(粒径为5 mm)和沸石(粒径为10 mm)按照 体积比为1:3混合,填充后孔隙率不小于30%,总吸附反应时间lh,并及时对吸附饱和后的 填料进行更换; d、 人工湿地深度处理:经过物化池预处理后,产出水中的污染物大大降低,在下行流人 工湿地内通过植物吸收、微生物分解和填料吸附等综合作用,对产出水中的污染物进行深 度处理,人工湿地水力停留6h后,检测出水质量,水质达标则排放,不达标则延长水力停留 时间,一般停留时间不长于24h。本实施例中水力停留12h出水可直接回用或达标排放。
[0028] 所述的湿地填料分为三层,按照从上到下粒径逐渐增大的方式进行安装,上层为 粒径5mm的陶粒,厚度为300mm,中层为粒径IOmm的輕石,厚度为400mm,下层为粒径30mm 的粗砂,厚度为500mm。
[0029] 所述的湿地植物选择生长速度快、管理方便、适应性强和景观效果好的品种,选取 美人蕉、菖蒲、风车草、梭鱼草和鸢尾,种植密度16株/ m2,或者种植密度为9株/ m2。
[0030] 实施例3 : 山西沁水盆地南部十五煤层产出水,水量较大,且含有大量悬浮物、矿物质、盐类及低 重度油类等。
[0031] 调节池2内水力停留4h后进入物化池3内,物化池3中的吸附填料3-1组成由下 至上依次为活性炭(粒径为55 mm)、烁石(粒径为65 mm)、煤渣(粒径为75 mm)及吸附树脂 (粒径为80 mm)按照体积比为(1: 1: 1:1)组合,填充后孔隙率不小于30%,总吸附反应时间 0. 5h,并及时对吸附饱和后的填料进行更换; 湿地填料分为三层,按照从上到下粒径逐渐增大的方式进行安装,上层为粒径8mm的 钢渣,厚度为350mm,中层为粒径20mm的煤渣,厚度为410mm,下层为粒径50mm的沸石,厚度 为 450mm。
[0032] 所述的湿地植物选择生长速度快、管理方便、适应性强和景观效果好的品种,选取 芦苇和菖蒲,种植密度25株/ m2。
[0033] 其他处理装置与方法同实施例1和2。
[0034] 煤层气产出水经人工湿地水力停留6h后出水达到《农田灌溉水质标准》(GB 5084-2005)旱作物种类项目标准值。
[0035] 出水水质主要指标监测结果如下:
Figure CN105060609AD00061

Claims (7)

1. 一种煤层气产出水深度处理的方法,其步骤如下: (1) 大颗粒污染物和漂浮杂物的拦截:煤层气产出水首先通过格栅进行预处理,对大颗 粒污染物和漂浮杂物进行截留; (2) 产出水水质水量调节:进入调节池水力停留4-12h,絮凝沉淀的沉积物排出调节 池; (3) 污染物吸附去除:经步骤(2)调节后的产出水提升至物化池进行二级处理,物化池 内置吸附填料,吸附反应时间〇. 5h-2h,对吸附饱和后的填料进行更换; 所述的吸附填料为活性氧化铝、沸石、活性炭、砾石、煤渣及吸附树脂中的一种或多 种; (4) 人工湿地深度处理:为了保证出水质量,物化池出水进入人工湿地,经水力停留 6-24h处理后,达标排放或回用。
2. 实现权利要求1所述方法的煤层气产出水深度处理的装置,包括格栅(1-1)、调节 池(2)、物化池(3)、人工湿地(4),其特征在于:所述的格栅(1-1)设置在污水进水段,格栅 (1-1)后设置调节池(2),调节池(2)内设置提升栗(2-2)和排泥栗(2-1),调节池(2)底部 沿着排泥栗(2-1)方向做1-3%。坡降,排泥栗(2-1)低于调节池(2)底部40-60cm,所述的提 升栗(2-2 )通过动力电缆与PLC配电箱(5 )的动力控制模块(5-1)连接,液位计(5-4 )通过 信号电缆与PLC配电箱(5)的信号控制模块(5-3)连接,PLC (5-2)通过液位计(5-4)反馈 的信息向提升栗(5-4 )发送启闭指令,提升栗(2-2 )通过管道连接物化池(3 )上部,物化池 (3)内铺设吸附填料(3-1 ),吸附填料(3-1)将以框式整体装填,物化池(3)下部管道连接人 工湿地(4)。
3. 根据权利要求2所述的煤层气产出水深度处理的装置,其特征在于:所述的格栅 (1-1)采用中细格栅,其中中格栅净间隙10_40_,细格栅净间隙1. 5-10_。
4. 根据权利要求2所述的煤层气产出水深度处理的装置,其特征在于:所述的物化池 (3)内的吸附填料(3-1)为活性氧化铝、沸石、活性炭、砾石、煤渣及吸附树脂的一种或多种, 粒径为5-80mm,填充后孔隙率不小于30%。
5. 根据权利要求2所述的煤层气产出水深度处理的装置,其特征在于:所述的人工湿 地(4)采用下行流湿地技术,从下到上包括底部收水管(4-4)、湿地填料(4-1)、上部布水管 (4-2)及湿地植物(4-1); 所述的湿地填料为钢渣、陶粒、煤渣、蛭石、沸石、碎石、砾石和粗砂中的一种或多种; 所述的湿地植物(4-1)为美人蕉、香蒲、芦苇、菖蒲、风车草、梭鱼草和鸢尾中的一种或 者多种,种植密度9-25株/ m2。
6. 根据权利要求5所述的煤层气产出水深度处理的装置,其特征在于:所述的人工湿 地(4)采用穿孔管进行布水和收水,分收水管和分布水管沿管轴斜向45°交错穿孔,孔径 8-12_,开孔间距 100-200_。
7. 根据权利要求5所述的煤层气产出水深度处理的装置,其特征在于:所述的湿地 填料(4-1)分为三层,按照从上到下粒径逐渐增大的方式进行安装,粒径分别为5-10mm、 l〇-30mm 和 30_50mm,每层粒径厚度为 300-500mm。
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