專利名稱：一種預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合處理煤層氣采出水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合處理煤層氣采出水的方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤層氣，又名瓦斯，是一種賦存于煤層中的非常規(guī)天然氣，是一種新型潔凈能源， 其開(kāi)采與利用已日益受到重視。我國(guó)是一個(gè)以煤炭為主要能源的國(guó)家，因此煤層氣資源非常豐富，據(jù)中聯(lián)公司2005年完成的全國(guó)煤層氣資源評(píng)價(jià)報(bào)告，我國(guó)埋深淺于2000米的煤層氣地質(zhì)資源量約為36萬(wàn)億立方米，所以開(kāi)發(fā)和利用煤層氣這種新的潔凈能源，能夠在一定的程度上改善我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，減少對(duì)進(jìn)口能源的依賴。但是在煤層氣的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為使煤層中所吸附儲(chǔ)集的甲烷氣體釋放出來(lái)，需要降低煤層氣的靜壓，為此需要采取排水降壓措施，將大量煤礦中的地下水排出地表，排出的水量較大，且高礦化度、高鹽分、含大量懸浮物，如果將煤層氣采出水直接排入地下、河流或灌溉農(nóng)田，會(huì)對(duì)水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境等產(chǎn)生一定的影響。因此對(duì)煤層氣采出水的處理是十分必要的。所謂的煤層氣采出水處理就是指通過(guò)物理的、化學(xué)的方法將水中的有害物質(zhì)去除的過(guò)程。目前，主要用于煤層氣采出水的方法主要有凍結(jié)-蒸發(fā)作用、反滲透、紫外光、化學(xué)處理(氯氣處理、碘處理等)、離子交換、反向電滲析、蒸餾法和電容脫鹽作用等。然而，伴隨煤層氣采出水的水質(zhì)的變化，選擇合理的、經(jīng)濟(jì)的處理技術(shù)進(jìn)行采出水處理，從而可調(diào)高水質(zhì)，用于生產(chǎn)和生活中。部分地區(qū)的煤層氣采出水中二價(jià)鐵離子及其錳離子的含量較高，有的地區(qū)鐵含量高達(dá)110mg/L，如果將其排放，不僅對(duì)水源有污染，對(duì)空氣和土壤也有很大的破壞作用，因此將其除掉是必要的。曝氣氧化法能夠?qū)⒍r(jià)鐵轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵，形成氫氧化鐵沉淀，錳離子形成二氧化錳，經(jīng)過(guò)濾能減少水中的鐵錳含量，同時(shí)也為后續(xù)工作降低能耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合的技術(shù)處理煤層氣采出水的方法。該方法應(yīng)首先利用曝氣氧化法對(duì)含有高濃度的二價(jià)鐵錳的煤層氣采出水進(jìn)行處理，然后通過(guò)電容去離子的方法對(duì)曝氣后的采出水進(jìn)行電化學(xué)脫鹽，使排放水質(zhì)符合國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合處理煤層氣采出水的方法，采用給氧曝氣與電容去離子脫鹽法相結(jié)合的方法，對(duì)煤層氣采出水進(jìn)行處理， 該技術(shù)方法具體步驟如下(1)通過(guò)一定的曝氣方式對(duì)煤層氣采出水進(jìn)行預(yù)氧曝氣處理；(2)對(duì)經(jīng)過(guò)(1)步驟處理過(guò)的煤層氣采出水進(jìn)行過(guò)濾；(3)將過(guò)濾過(guò)的煤層氣采出水置于電容去離子模塊中，在1. 0 5. OV的直流電壓下進(jìn)行進(jìn)一步脫鹽循環(huán)處理；直至排放水中的離子濃度符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。所述的曝氣方式包括微孔曝氣、射流曝氣、中強(qiáng)度跌水曝氣、高強(qiáng)度曝氣架曝氣。所述給氧曝氣的氧來(lái)源于空氣、氧氣、臭氧或者它們之間的混合氣。所述過(guò)濾采用石英砂過(guò)濾方式或?yàn)V膜過(guò)濾方式。所述電容去離子模塊是以多孔炭材料為電極，兩片電極之間具有一定間隙，并通過(guò)直流電壓作用使之發(fā)生電吸附的組合體。所述脫鹽循環(huán)處理包括電容去離子模塊的串聯(lián)、并聯(lián)或其二者的組合。上述技術(shù)方案的指導(dǎo)思想是預(yù)氧曝氣氧化是除去二價(jià)鐵錳離子的一種有效方法，同時(shí)為后續(xù)的處理起到減緩負(fù)荷的作用；而電容去離子技術(shù)是基于雙電層電容器原理進(jìn)行充電脫鹽和放電再生的一種全新的電吸附脫鹽方法。由于脫鹽過(guò)程中僅需要使用直流電壓，而將電極短路或者反接就可實(shí)現(xiàn)電極的循環(huán)再生。因此本發(fā)明利用預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合的方法能夠很好的對(duì)高含鐵錳量的煤層氣采出水進(jìn)行處理，具有一次性投資小、處理效率高、能耗小等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果是利用簡(jiǎn)單的空氣曝氣法處理既可以實(shí)現(xiàn)煤層氣采出水中鐵錳離子的沉降，同時(shí)降低了后續(xù)處理的負(fù)荷；利用靜電吸附的方式處理高含量離子濃度的煤層氣采出水相比傳統(tǒng)工藝具有節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn)。該方法還可廣泛用于電子行業(yè)的高純水凈化處理，鍋爐水水質(zhì)軟化及其重金屬離子的脫除等領(lǐng)域。


圖1為預(yù)氧曝氣結(jié)合電容去離子處理煤層氣采出水工藝流程圖。圖2為炭電極電鏡掃描照片圖3煤層氣采出水總電導(dǎo)率流出圖。圖中1、煤礦采出水，2、曝氣裝置，3、過(guò)濾器，4、儲(chǔ)氧裝置，5、電容去離子脫鹽模塊。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1本實(shí)例通過(guò)單純鹽水進(jìn)行脫鹽處理，鹽水濃度為1000mg/L，水樣體積為500mL，利用兩片面積為300mmX 500mm的炭電極進(jìn)行脫鹽處理。電極兩端的電壓為2. 0V，通過(guò)30min 的電吸附處理，最后鹽水濃度為126mg/L。實(shí)施例2本實(shí)例對(duì)重金屬銅離子進(jìn)行電吸附試驗(yàn)，銅離子濃度為200mg/L，水樣體積為 500mL，利用兩片面積為300mmX 500mm的炭電極進(jìn)行脫鹽處理。電極兩端的電壓為2. 0V，通過(guò)30min的電吸附處理，最后鹽水濃度為0. lmg/L。實(shí)施例3本實(shí)例通過(guò)自制模擬煤層氣采出水，水質(zhì)條件見(jiàn)表1。處理流程圖見(jiàn)圖1，主要包含三個(gè)處理步驟利用空氣對(duì)模擬水質(zhì)進(jìn)行微孔空氣曝氣處理，水樣體積為IlOmL,曝氣流量為20mL/min，曝氣時(shí)間為Ih ；然后經(jīng)過(guò)石英砂介質(zhì)過(guò)濾；最后將過(guò)濾的采出水通過(guò)電容
4去離子模塊，操作電壓為1.6V，循環(huán)流速為5mL/min。不同離子的總電導(dǎo)率流出曲線見(jiàn)圖2 所示。在兩個(gè)不同處理階段的水質(zhì)分析見(jiàn)表2?？梢?jiàn)，該工藝可實(shí)現(xiàn)高含鐵量的煤層氣采排水的安全排放。表1 進(jìn)水水質(zhì)(單位mg/L)
權(quán)利要求
1.一種預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合處理煤層氣采出水的方法，其特征是采用給氧曝氣與電容去離子脫鹽法相結(jié)合的方法，對(duì)煤層氣采出水進(jìn)行處理，該技術(shù)方法具體步驟如下(1)通過(guò)一定的曝氣方式對(duì)煤層氣采出水進(jìn)行預(yù)氧曝氣處理；(2)對(duì)經(jīng)過(guò)(1)步驟處理過(guò)的煤層氣采出水進(jìn)行過(guò)濾；(3)將過(guò)濾過(guò)的煤層氣采出水置于電容去離子模塊中，在1.0 5. OV的直流電壓下進(jìn)行進(jìn)一步脫鹽循環(huán)處理；直至排放水中的離子濃度符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合處理煤層氣采出水的方法，其特征在于所述的曝氣方式包括微孔曝氣、射流曝氣、中強(qiáng)度跌水曝氣、高強(qiáng)度曝氣架曝氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合處理煤層氣采出水的方法，其特征在于所述給氧曝氣的氧來(lái)源于空氣、氧氣、臭氧或者它們之間的混合氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合處理煤層氣采出水的方法，其特征在于所述過(guò)濾采用石英砂過(guò)濾方式或?yàn)V膜過(guò)濾方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合處理煤層氣采出水的方法，其特征在于所述電容去離子模塊是以多孔炭材料為電極，兩片電極之間具有一定間隙，并通過(guò)直流電壓作用使之發(fā)生電吸附的組合體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合處理煤層氣采出水的方法，其特征在于所述脫鹽循環(huán)處理包括電容去離子模塊的串聯(lián)、并聯(lián)或其二者的組
全文摘要
一種預(yù)氧曝氣氧化與電容去離子相結(jié)合處理煤層氣采出水的方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。該方法基于給氧曝氣氧化，將煤層氣采出水中含有的Fe2+、Mn2+，氧化形成Fe(OH)3、MnO2絮狀沉淀，經(jīng)過(guò)濾能夠有效地降低原水的鐵錳含量，同時(shí)為后續(xù)處理減輕負(fù)荷；然后在直流電壓下，將經(jīng)預(yù)氧化的煤層氣采出水進(jìn)行電容去離子技術(shù)處理，進(jìn)一步脫除其它的離子。該技術(shù)方法可有效地應(yīng)用于含高濃度鐵錳離子的煤層氣采出水，同時(shí)還可應(yīng)用于苦咸水與海水的淡化及重金屬離子的脫除等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C02F1/72GK102417261SQ20111031245
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者王剛, 董強(qiáng), 邱介山, 錢(qián)冰清 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)