專利名稱：鐵碳微電解—反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤層氣伴生水的處理方法。
背景技術(shù)：
煤層氣是一種高效、清潔能源，在我國儲量豐富，煤層氣開發(fā)過程一般分為勘探、 試生產(chǎn)和開采三個(gè)階段，每個(gè)階段均會有伴生水產(chǎn)生，一般要從井中抽取煤層氣伴生水長達(dá)6個(gè)月，甚至更長。煤層氣伴生水中一般含有大量一價(jià)金屬離子，鹽度很高，其中溶解性總固體(TDS)—般在1000mg/L以上，如果任意排放會造成土壤鹽堿化、板結(jié)、沙漠化。煤層氣伴生水屬于礦井廢水，是一種有行業(yè)特點(diǎn)的污染源也是一種寶貴的水資源，絕大部分煤層氣田地處干旱缺水地區(qū)，若能將伴生水進(jìn)行處理后回用則可以緩解當(dāng)?shù)厮Y源短缺。煤層氣伴生水一般處理方法有地面排放、地面蒸發(fā)、回注地下等，但以上方法都有缺點(diǎn)。在美國地面排放只適用于TDS低于2000mg/L的部分，可排入附近河流或用于農(nóng)田灌溉，且排放時(shí)要進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，保證污染物不超過排放標(biāo)準(zhǔn)。地面蒸發(fā)存在滲透和硫化氫蒸發(fā)污染環(huán)境的問題?；刈⒌叵率艿貙訔l件限制，而且處理費(fèi)用昂貴。低污染的高礦化度水常用處理方法有蒸餾法、電滲析法和反滲透法。但膜蒸餾法耗能巨大，熱交換器表面易結(jié)垢。電滲析法電耗大，運(yùn)行不穩(wěn)定。文獻(xiàn)1:王琬，陶文亮，林銘等.反滲透技術(shù)在廢水處理中應(yīng)用的研究進(jìn)展 [J].貴州化工.2010，35(2): 37 - 39，反滲透技術(shù)在水處理中有廣泛應(yīng)用，例如處理垃圾滲濾液、礦區(qū)污水、鋼鐵工業(yè)廢水、電廠廢水處理等。反滲透技術(shù)可以去除水中所有雜質(zhì)——各種離子、分子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等。目前，世界公認(rèn)反滲透技術(shù)特別適用于含鹽量大于4000mg/L的水的處理，具有高效、低耗、無污染的特點(diǎn)。反滲透出水水質(zhì)好且不受進(jìn)水水質(zhì)波動影響，但對進(jìn)水要求高，預(yù)處理單元復(fù)雜，一般要經(jīng)過絮凝、錳砂過濾、多介質(zhì)過濾甚至超濾等預(yù)處理后再進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)。復(fù)雜的預(yù)處理過程使得規(guī)?；幚碓O(shè)備投資增大。文獻(xiàn)2:黃瑾，胡翔，李毅，魏杰.鐵碳微電解法處理高鹽有機(jī)廢水[J].化工環(huán)保.2007，27(3): 250 - 252，鐵碳微電解一般用于處理高COD、高鹽度、可生化性差的廢水。鐵碳微電解技術(shù)利用活性炭和鐵屑接觸形成無數(shù)小的原電池，通過電解過程去除鹽類，同時(shí)還具有混凝、沉淀以及活性炭吸附等作用，不僅可以降解一部分TDS，緩解反滲透膜的處理壓力，并且鐵碳微電解出水的污染指數(shù)(SDI)也滿足反滲透膜系統(tǒng)的進(jìn)水要求，這使得鐵碳微電解技術(shù)可作為反滲透的預(yù)處理工藝。但將鐵碳微電解工藝單獨(dú)或作為反滲透預(yù)處理工藝用于處理高鹽度煤層氣伴生水未見文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種更簡捷、更經(jīng)濟(jì)的高鹽度煤層氣伴生水的處理方法，即鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法。該方法是先采用鐵碳微電解法預(yù)處理高鹽度煤層氣伴生水，降低其TDS和濁度后，將出水進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)進(jìn)行再處理，膜出水可以根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行回用。鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，具體步驟如下
先用酸調(diào)節(jié)煤層氣伴生水使其PH為5. 0-6. 5，再注入鐵碳微電解處理槽中，同時(shí)加入鐵屑與活性炭，攪拌使鐵屑和活性炭混合均勻，在常溫下進(jìn)行微電解反應(yīng)60— 90分鐘，過濾，處理后的水先經(jīng)過活性炭濾芯和纖維濾芯過濾后進(jìn)入反滲透膜裝置進(jìn)行再次處理； 調(diào)節(jié)PH值所用的酸是質(zhì)量百分含量為3-15%鹽酸、硫酸或硝酸，較佳的是硫酸。在鐵碳微電解處理槽中鐵屑與活性炭的質(zhì)量比為1-2:1，煤層氣伴生水的加入量按每SO-IOOg鐵屑加入1升煤層氣伴生水。所述的鐵屑選自機(jī)械加工廠生產(chǎn)中產(chǎn)生的鐵屑、鐵渣或還原鐵粉中的一種，優(yōu)選還原鐵粉；若選用機(jī)械加工廠生產(chǎn)中產(chǎn)生的鐵屑，則需用10%堿液于80°C下浸泡去除表面油漬，再用濃度為10%鹽酸溶液浸泡去除表面氧化物，再用去離子水沖凈。所述活性炭為市售活性炭，活性炭顆粒粒徑為1一2mm。所述的反滲透裝置可以是板框式反滲透裝置、卷式反滲透裝置或中空纖維式反滲透裝置。優(yōu)選卷式反滲透裝置，卷式反滲透膜裝置外有圓筒形耐壓容器保護(hù)膜組件，且單位體積內(nèi)膜的裝載面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)。所用的反滲透膜是乙酸纖維膜(CA膜)、聚酰胺膜(PA膜)或復(fù)合膜，復(fù)合膜由很薄的致密層和多孔支撐層復(fù)合而成，致密層的材料為醋酸纖維素、線型聚酰胺或芳香聚酰胺， 多孔支撐層的材料為聚砜、聚丙烯或聚丙烯腈。結(jié)合圖1介紹鐵碳微電解一反滲透組合工藝流程如下
層氣伴生水(簡稱原水)用酸調(diào)節(jié)使其PH為5. 0-6. 5，再注入鐵碳微電解處理槽(1 )， 攪拌使鐵屑和活性炭混合均勻，在常溫下進(jìn)行微電解反應(yīng)60—90分鐘，過濾，將處理后的水注入儲罐(2);由自吸泵(3)使儲水罐(2)中的水流入活性炭濾芯(4)和纖維濾芯(5)，再進(jìn)入反滲透膜裝置(6 )；經(jīng)反滲透膜裝置(6 )處理后的水進(jìn)入出水儲罐(7 )。經(jīng)過鐵碳微電解后廢水中TDS由4000-4500 mg/L降低至3000 mg/L左右，減少 20%—30%,出水中的SDI ^ 5. 0，已達(dá)到反滲透膜系統(tǒng)的進(jìn)水要求，同時(shí)經(jīng)過鐵碳微電解后廢水中的鹽分降低，可緩解膜系統(tǒng)的濃差極化，延長膜系統(tǒng)使用壽命，在同等膜設(shè)備脫鹽率的情況下系統(tǒng)出水水質(zhì)更好。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
1、相對于地面蒸發(fā)處理方法，鐵碳微電解一反滲透工藝不會造成滲透和硫化氫污染。2、相對于不使用鐵碳微電解作為預(yù)處理的反滲透工藝，達(dá)到相同的反滲透進(jìn)水要求需要錳砂過濾、多介質(zhì)過濾甚至超濾系統(tǒng)聯(lián)合作為反滲透的預(yù)處理系統(tǒng)，預(yù)處理單元多， 調(diào)控復(fù)雜，設(shè)備成本高。3、相對于電滲析法和蒸發(fā)法，鐵碳微電解一反滲透工藝運(yùn)行穩(wěn)定，耗能較低，不容易結(jié)垢導(dǎo)致設(shè)備老化和處理效果降低。


圖1為鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水工藝流程示意圖，其中各序號代表(1)鐵碳微電解處理槽；(2)儲罐；(3)自吸泵；(4)活性炭濾芯；(5)纖維濾芯； (6)反滲透膜裝置；(7)儲罐。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
所用的煤層氣伴生水(原水)的各項(xiàng)指標(biāo)分析結(jié)果見表1。先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硫酸調(diào)節(jié)原水使其pH為6. 0，在25L水樣中加入2000g還原鐵粉和IOOOg粒徑為l_2mm的活性炭，攪拌均勻后在室溫下反應(yīng)60min后，過濾，將處理過的水進(jìn)入儲罐(2);
經(jīng)自吸泵(3)進(jìn)入活性炭濾芯(4)吸附其中的的氯及氯的副產(chǎn)物等，之后進(jìn)入過濾孔徑為1 μ m的纖維濾芯(5)去除活性炭所泄露出的碳粉，進(jìn)一步去除水中大于1 μ m的懸浮物后流入反滲透膜裝置(6)，出水進(jìn)入儲罐(7)回用。所述活性炭濾芯為愛浦麗牌50A-T33型顆粒活性炭濾芯。所述的纖維濾芯為愛浦麗牌50A聚丙烯熔噴(PP棉)濾芯，過濾精度為1 μ m。所述的反滲透膜裝置為愛浦麗牌50型反滲透膜裝置。經(jīng)過鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理后，水質(zhì)分析結(jié)果見表1。表1經(jīng)鐵碳微電解一反滲透處理前后水質(zhì)分析結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，具體步驟如下 先將煤層氣伴生水用酸調(diào)節(jié)使其PH為5. 0-6. 5，再注入鐵碳微電解處理槽中，同時(shí)加入鐵屑與活性炭，攪拌使鐵屑和活性炭混合均勻，在常溫下進(jìn)行微電解反應(yīng)60—90分鐘， 過濾，處理后的水先經(jīng)過活性炭濾芯和纖維濾芯過濾后進(jìn)入反滲透膜裝置進(jìn)行再次處理； 調(diào)節(jié)PH所用的酸為質(zhì)量百分含量為3-15%的鹽酸、硫酸或硝酸； 在鐵碳微電解處理槽中鐵屑與活性炭的質(zhì)量比為1-2:1，煤層氣伴生水的加入量按每 SO-IOOg鐵屑加入1升煤層氣伴生水；所述的反滲透裝置是板框式、卷式或中空纖維式反滲透裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，其特征是所述的反滲透裝置是卷式反滲透裝置，所用的反滲透膜是乙酸纖維膜(CA膜)、聚酰胺膜(PA膜)或復(fù)合膜；復(fù)合膜由致密層和多孔支撐層復(fù)合而成，致密層的材料為醋酸纖維素、線型聚酰胺或芳香聚酰胺，多孔支撐層的材料為聚砜、聚丙烯或聚丙烯腈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，其特征是所述的鐵屑選自機(jī)械加工廠生產(chǎn)中產(chǎn)生的鐵屑、鐵渣或還原鐵粉中的一種，若選用機(jī)械加工廠生產(chǎn)中產(chǎn)生的鐵屑，則需用10%堿液于80°C下浸泡去除表面油漬，再用濃度為 10%鹽酸溶液浸泡去除表面氧化物，再用去離子水沖凈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵碳微電解一反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，其特征是所述的調(diào)節(jié)煤層氣伴生水PH值所用的酸為硫酸；所述活性炭為市售粒徑為1一2mm 的活性炭；所述的鐵屑為還原鐵粉。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鐵碳微電解—反滲透組合工藝處理煤層氣伴生水的方法，該方法是先采用鐵碳微電解法預(yù)處理高鹽度煤層氣伴生水，以降低其TDS和濁度后，使其達(dá)到反滲透膜處理系統(tǒng)對進(jìn)水的要求后，再進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)進(jìn)行再次處理，經(jīng)反滲透膜系統(tǒng)處理后的水質(zhì)不僅達(dá)到我國《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB20426—2006)，而且達(dá)到了我國《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ/T48—1999)，可以直接排放或作為當(dāng)?shù)鼐用耠s用水。使得處理工藝流程簡化，投資費(fèi)用降低。該方法具有工藝流程簡便，投資費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C02F1/44GK102503002SQ20111036548
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者劉新春, 劉研萍, 李秀金, 王斌 申請人:北京化工大學(xué)