CN113277664B

CN113277664B - 一种煤层气采出水近零排放处理工艺

Info

Publication number: CN113277664B
Application number: CN202110614861.9A
Authority: CN
Inventors: 李玲玲; 张艳; 冯浩; 葛敬; 孙国周
Original assignee: Beijing Kejingyuan Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Kejingyuan Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2041-06-02
Also published as: CN113277664A

Abstract

本发明涉及一种煤层气采出水近零排放处理工艺，包括污水处理工艺、浓液处理工艺和污泥处理工艺，其中：所述污水处理工艺为：将煤气层采出水依次经多功能处理箱、孢子转移一体机、慢滤罐、电脱盐和活性炭过滤罐处理后排出；所述浓液处理工艺为：将经过电脱盐处理后得到的浓液排入循环池，经泵提升后，通过布液系统均匀分布于帘式材料，使水分子气化；所述污泥处理工艺为：将经多功能处理箱和孢子转移一体机处理后产生的排泥、浮渣处理至60％含水率后外运处置。所述工艺对于COD、NH₃‑N、TN、TDS、Fe、Mn、F^‑、石油类和SS指标均具有较好的去除效果，出水水质可达到地表水III类，具有回用价值。

Description

一种煤层气采出水近零排放处理工艺

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种煤层气采出水近零排放处理工艺。

背景技术

煤层气是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的气体，又被称为煤矿瓦斯。开采煤层气过程中，只有排出足够的水使煤层压力降至煤的解吸压力以下，煤层气才能解吸出来，因此开采过程产生煤层气采出水。

煤层气采出水具有高矿化度、高盐分、含大量悬浮物的特点，而且具有不稳定性、多变性、复杂性和分散性等特点，如果不及时处理势必对生态环境造成严重污染，还会造成水资源的浪费。因此，在煤层气开采过程中，采出水的处理是一个非常重要的环节，也是影响开采进程、采气量以及整体实施的关键因素。

目前煤层气采出水处理的方法如下：

(1)外运至附近的污水处理厂，这样做无需投资建设处理设施，操作简单，但具有运输成本高、易泄露、不便于管理的缺点；

(2)经混凝、沉淀、过滤等常规处理后直接排放至附近河流，该方法对水质要求较高，只适用于全盐量≤1000ppm的情况下，同时需执行一定的排放标准，排放时需连续监测；

(3)地下回注，通过泵将水增压回注到目标地层，该方法地面设施少，装备简单，然而寻找合适的地层较为困难，对目标地层的构造稳定性、隔水性、孔隙结构、渗透性、容纳能力、回注压力、回注水质均有要求，条件较为苛刻且会扰乱自然状态下的地下水分布，费用较高；

(4)自然蒸发塘，该方法运行简单，适用于较差水质，缺点是占地面积大、对地形要求高、存在渗漏等环保问题，已不推荐使用。

故基于此，提出本发明技术方案。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种煤层气采出水近零排放处理工艺。所述煤层气采出水近零排放处理工艺，通过污水处理工艺、浓液处理工艺和污泥处理工艺，对于COD、NH₃-N、TN、TDS、Fe、Mn、F^-、石油类和SS指标均具有较好的去除效果，出水水质可达到地表水III类，具有回用价值。

本发明的方案是，提供一种煤层气采出水近零排放处理工艺，包括污水处理工艺、浓液处理工艺和污泥处理工艺；其中：

所述污水处理工艺为：将煤气层采出水依次经多功能处理箱、孢子转移一体机、慢滤罐、电脱盐和活性炭过滤罐处理后排出；

所述浓液处理工艺为：将经过电脱盐处理后得到的浓液排入循环池，经泵提升后，通过布液系统均匀分布于帘式材料，使水分子气化；

所述污泥处理工艺为：将经多功能处理箱和孢子转移一体机处理后产生的排泥、浮渣处理至60％含水率后外运处置。

煤层气采出水首先进入所述多功能处理箱，所述多功能处理箱的主要功能是调节和沉淀，在特定的流道中根据需要投加功能药剂，功能药剂的种类包括混凝剂、絮凝剂、氧化剂和除氟剂等，混合均匀后，经过较长时间的沉淀，煤层气采出水中的COD、Fe、Mn、F^-、石油类和SS都能得到一定程度的去除。

沉淀处理后，待处理水进入所述孢子转移一体机，经过微纳米曝气，将Fe²⁺和Mn²⁺氧化成不溶于水的Fe(OH)₃和MnO₂，随后在聚合剂和聚焦剂的作用下，形成密度小于水的气-液-固三相混合物，这种三相混合物依靠物理特性上浮到水面，并通过刮渣去除，进一步降低COD、SS、石油类、Fe和Mn含量。

孢子转移处理后，水中具有较高的溶解氧，进入所述慢滤罐，慢滤是一种表层过滤，主要利用顶部的滤膜截留悬浮固体，同时发挥组合填料对水质的净化作用，除过滤作用外，本发明采用的组合填料还具有接触氧化、催化氧化和吸附的功能。本专利在常规石英砂滤料的基础上，增加铁碳填料、催化剂、锰砂、活性炭、活性氧化铝等组合填料进行处理，进一步促进水中COD、NH₃-N、TN、Fe、Mn、SS的去除，保证后续脱盐环节的进水水质。

所述电脱盐环节，主要目的是去除水中的带电离子，降低TDS含量，产品水的回收率为95％；所述活性炭过滤罐作为最后的保证措施，保证出水水质满足排放标准。

所述污泥处理工艺采用土工管袋和叠螺污泥脱水机相结合的方法，将所述多功能处理箱的排泥和所述孢子转移一体机浮渣处理至60％含水率后外运处置。

所述浓液处理工艺采用自然强化的风帘蒸发器，浓液排入循环池，经泵提升后，通过布液系统均匀分布于帘式材料(即风帘装置)，借助帘材料较大的表面积自然蒸发使水分子气化，未喷淋至帘式材料上的浓液返回循环池。喷淋过程间歇操作，布液完成后停止喷淋，帘材料上浓液蒸干后再启动喷淋。系统蒸发量不能满足需求时，可采取将浓液加热和利用风机向风帘中通入空气的方式，提高蒸发速度。

本发明的有益效果为：

本发明所述煤层气采出水近零排放处理工艺，通过污水处理工艺、浓液处理工艺和污泥处理工艺，对于COD、NH₃-N、TN、TDS、Fe、Mn、F^-、石油类和SS指标均具有较好的去除效果，出水水质可达到地表水III类，具有回用价值，且满足矿井水外排含盐量不得超过1000mg/L的要求；所述煤层气采出水既可实现近零排放处理、无废污水排放效果，还可实现产品水回用，保护水环境的同时又节约水资源；且该工艺路线运行成本较低，直接运行成本仅7.5～8.0元/吨水。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1所述煤层气采出水近零排放处理工艺总流程图。

图2是实施例2所述污泥处理工艺流程图。

图3是实施例3所述浓液处理工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种煤层气采出水近零排放处理工艺，具体如下：

(1)将煤气层采出水引入所述多功能处理箱，所述多功能处理箱的主要功能是调节和沉淀，在特定的流道中根据需要投加功能药剂，功能药剂的种类包括混凝剂、絮凝剂、氧化剂和除氟剂等，混合均匀后，经过较长时间的沉淀，煤层气采出水中的COD、Fe、Mn、F^-、石油类和SS都能得到一定程度的去除。

经多功能处理箱处理前后的水质指标变化如表1所示。

表1

指标	处理前	处理后
			COD(mg/L)	200	120(40％)<sup>a</sup>
NH<sub>3</sub>-N(mg/L)	3	3
			TN(mg/L)	5	5
TDS(mg/L)	3500	3500
			Fe(mg/L)	5	4.5(10％)<sup>a</sup>
Mn(mg/L)	2	1.8(10％)<sup>a</sup>
			F<sup>-</sup>(mg/L)	10	3(70％)<sup>a</sup>
石油类(mg/L)	0.2	0.16(20％)<sup>a</sup>
			SS(mg/L)	200	20(90％)<sup>a</sup>

注：a所示的百分比表示“去除率”(基于处理前的数据，下同)

(2)沉淀处理后，待处理水进入所述孢子转移一体机，经过微纳米曝气，将Fe²⁺和Mn²⁺氧化成不溶于水的Fe(OH)₃和MnO₂，随后在聚合剂和聚焦剂的作用下，形成密度小于水的气-液-固三相混合物，这种三相混合物依靠物理特性上浮到水面，并通过刮渣去除，进一步降低COD、SS、石油类、Fe和Mn含量。

经孢子转移一体机处理前后的水质指标变化如表2所示。

表2

(3)孢子转移处理后，水中具有较高的溶解氧，进入所述慢滤罐，慢滤是一种表层过滤，主要利用顶部的滤膜截留悬浮固体，同时发挥组合填料对水质的净化作用，除过滤作用外，本发明采用的组合填料还具有接触氧化、催化氧化和吸附的功能。本专利在常规石英砂滤料的基础上，增加铁碳填料、催化剂、锰砂、活性炭、活性氧化铝等组合填料进行处理，进一步促进水中COD、NH₃-N、TN、Fe、Mn、SS的去除，保证后续脱盐环节的进水水质。

经慢滤罐处理前后的水质指标变化如表3所示。

表3

(4)所述电脱盐环节，主要目的是去除水中的带电离子，降低TDS含量，产品水的回收率为95％，剩余5％采用浓液处理工艺进行处理。

经电脱盐处理前后的水质指标变化如表4所示。

表4

指标	处理前	处理后
			COD(mg/L)	30	30
NH<sub>3</sub>-N(mg/L)	2	0.6(70％)
			TN(mg/L)	3.5	1(71％)
TDS(mg/L)	3500	1000(71％)
			Fe(mg/L)	1	0.3(70％)
Mn(mg/L)	0.4	0.1(75％)
			F<sup>-</sup>(mg/L)	3	0.9(70％)
石油类(mg/L)	0.05	0.05
			SS(mg/L)	2	2

(5)继续将待处理水引入活性炭过滤罐，处理后即可排出。

经活性炭过滤罐处理前后的水质指标变化如表5所示。

表5

实施例2

本实施例提供一种污泥处理工艺，具体如下：

将经多功能处理箱和孢子转移一体机处理后产生的排泥、浮渣处理至60％含水率后外运处置即可。

实施例3

本实施例提供一种浓液处理工艺，具体如下：

所述浓液处理工艺采用自然强化的风帘蒸发器，浓液排入循环池，经泵提升后，通过布液系统均匀分布于帘式材料，借助帘材料较大的表面积自然蒸发使水分子气化，未喷淋至帘式材料上的浓液返回循环池。喷淋过程间歇操作，布液完成后停止喷淋，帘材料上浓液蒸干后再启动喷淋。系统蒸发量不能满足需求时，可采取将浓液加热和利用风机向风帘中通入空气的方式，提高蒸发速度。

待处理浓液的水质指标为表6所示。

表6

指标	处理后
		COD(mg/L)	30
NH<sub>3</sub>-N(mg/L)	28.6
		TN(mg/L)	51
TDS(mg/L)	51000
		Fe(mg/L)	14.3
Mn(mg/L)	6.1
		F-(mg/L)	42.9
石油类(mg/L)	0.05
		SS(mg/L)	2

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种煤层气采出水近零排放处理工艺，其特征在于，包括污水处理工艺、浓液处理工艺和污泥处理工艺；其中：

所述污泥处理工艺为：将经多功能处理箱和孢子转移一体机处理后产生的排泥、浮渣处理至60％含水率后外运处置；

其中，所述多功能处理箱处理阶段加入功能药剂；所述功能药剂包括混凝剂、絮凝剂、氧化剂和除氟剂；所述孢子转移一体机处理阶段加入聚合剂和聚焦剂；所述慢滤罐处理阶段加入石英砂、铁碳填料、锰砂、活性炭、活性氧化铝组合填料进行处理；所述电脱盐处理阶段产品水回收率为95％。