一种天然气污水预处理装置及方法与流程

本发明涉及天然气污水预处理领域，特别是涉及一种天然气开采的伴生天然气污水预处理装置及方法。

背景技术：

在中石油和中石化的天然气开采过程中，必然伴生一定的含矿化物的污水，然而，由于环保要求，污水必须进行处理之后再达标排放或在不处理的情况下进行回注。

现有技术中，不论是处理之后达标排放还是在不处理的情况下进行回注，都要将污水用汽车槽车运至集中点或用管道输送至集中点，运输距离取决于天然气井站至集中点的距离，无论是运输还是管道输送的成本都很高。

同时，现有技术中的天然气污水处理项目中，采用预处理→ro膜浓缩→蒸发浓缩→离心分离→流化床干燥的工艺流程，由于预处理是污水原水池内加纯碱在常温下进行预处理，污水精水中的ca²⁺、mg²⁺离子含量较高，对后续ro膜浓缩的使用寿命影响较大，而且需要处理能力较大的污水处理装置，处理能力大的污水处理装置的占地面积也较大，不适宜于小型天然气井站的污水处理。

因此，如何降低天然气污水预处理的成本，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种天然气污水预处理装置及方法，用于降低天然气开采中，天然气污水预处理的成本和天然气污水预处理装置的占地面积。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种天然气污水预处理装置，包括依次联接的水箱、原水泵、精制剂泵、絮凝剂高位槽、预处理器和盐泥泵；所述预处理器包括位于下部的原水缓冲罐和精水储罐，所述原水缓冲罐与所述精水储罐分割后预留有用于布置斜板澄清桶锥底排泥管的通道，所述预处理器还包括位于中上部的斜板澄清桶，位于所述斜板澄清桶顶部外侧圆周的精制折流槽以及位于所述斜板澄清桶中下部外侧圆周的虹吸过滤器本体。

优选的，还包括虹吸过滤器，所述虹吸过滤器包括组合于所述预处理器中的所述虹吸过滤器本体、进水分配箱，位于所述水箱中上部的水封槽以及虹吸系统管道；所述水箱包括1个位于所述水箱中间上部的水封槽和2个位于所述水箱的两侧并可相互倒换的精制剂配制槽。

优选的，所述斜板澄清桶的中部设有凝聚反应室，所述凝聚反应室中设有s管，所述s管上设有供絮凝剂加入所述s管的絮凝剂进口，所述s管上还设有供精制反应后的污水粗水流入所述s管，并与所述絮凝剂混合的污水粗水进口。

优选的，位于所述斜板澄清桶中上部的凝聚反应室的外部还设有供盐泥沉降的斜板，所述斜板的下面设有锥底，所述斜板澄清桶的上部设有供清液自流至所述进水分配箱的溢流圈。

优选的，所述虹吸过滤器本体包括粗水腔和精水腔，并且所述虹吸过滤器本体包括供污水粗水流入所述粗水腔的虹吸上升管接口，用于连通所述粗水腔和所述精水腔并过滤污水粗水的微孔陶瓷过滤管，用于连通所述精水腔与所述精水储罐的精水下降管。

优选的，所述虹吸过滤器本体上还设有虹吸破坏管接口和排气口，所述虹吸过滤器本体的精水腔中还设有供污水精水流入原水缓冲罐的溢流下降管。

一种天然气污水预处理方法，包括以下步骤：

步骤s1：将污水原水在精制折流槽内与精制剂充分混合并发生精制反应，同时对所述污水原水进行加热；

步骤s2：将精制后的污水粗水在斜板澄清桶内与絮凝剂进行凝聚反应，形成的盐泥在所述斜板澄清桶内进行沉降；

步骤s3：将澄清后的所述污水粗水自流进入虹吸过滤器进行机械过滤后得到预处理后的污水精水。

优选的，所述步骤s1中，所述精制剂中na2co3与naoh的混合物浓度为9％-11％。

优选的，所述步骤s1中，对所述污水原水的加热温度为50～60℃。

优选的，所述步骤s2中，所述絮凝剂为高分子聚丙稀酸钠或fecl3，并且所述絮凝剂的浓度为4％-6％。

本发明所提供的天然气污水预处理装置，包括依次联接的水箱、原水泵、精制剂泵、絮凝剂高位槽、预处理器和盐泥泵；所述预处理器包括位于下部的原水缓冲罐和精水储罐，所述原水缓冲罐与所述精水储罐分割后预留有用于布置斜板澄清桶锥底排泥管的通道，所述预处理器还包括位于中上部的斜板澄清桶，位于所述斜板澄清桶顶部外侧圆周的精制折流槽以及位于所述斜板澄清桶中下部外侧圆周的虹吸过滤器本体。

该天然气污水预处理装置中，所述预处理器既用于天然气污水预处理的精制反应，也用于天然气污水预处理的絮凝反应，同时还具备了虹吸过滤、污水原水缓冲及污水精水储存的功能，具有单台设备数量少，设备布置紧凑，并实现了单台设备的多功能。

本发明所提供的天然气污水预处理方法，包括以下步骤：将污水原水在精制折流槽内与精制剂充分混合并发生精制反应，同时对所述污水原水进行加热；将精制后的污水粗水在斜板澄清桶内，使caco3和mg(oh)2与絮凝剂发生凝聚反应，以加快其沉降速度；同时，澄清后的污水粗水自流进入虹吸过滤器进行机械过滤后得到预处理后的污水精水，污水处理效率高，精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施个例或现有技术中的技术方案，下面将对实施个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个例，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为本发明所提供的天然气污水预处理装置中预处理器一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的天然气污水预处理方法的流程图；

图3为本发明所提供的天然气污水预处理方法的原理图；

其中：1—原水缓冲罐，1-1—原水出口，1-2—第一原水进口，2—虹吸过滤器本体，2-1—虹吸上升管接口(粗水进口)，2-2—粗水腔，2-3—溢流下降管，2-4—虹吸破坏管接口，2-5—精水腔，2-6—排气口，2-7—精水下降管，2-8—微孔陶瓷过滤管，3—进水分配箱，4—精制折流槽，4-1—第二原水进口，4-2—精制剂进口，4-3—折流板，5—斜板澄清桶，5-1—絮凝剂进口，5-2—观察孔，5-3—溢流圈，5-4—s管，5-5—凝聚反应室，5-6—斜板，5-7—锥底，6—精水储罐，6-1—精水回流口，6-2—精水出口，7—通道。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种天然气污水预处理装置及方法，用于实现单台设备的多功能，节约占地面积。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的天然气污水预处理装置中预处理器一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的天然气污水预处理方法的流程图；图3为本发明所提供的天然气污水预处理方法的原理图。

在该实施方式中，天然气污水预处理装置包括依次联接的水箱、原水泵、精制剂泵、絮凝剂高位槽、预处理器和盐泥泵；预处理器包括位于下部的原水缓冲罐1和精水储罐6，原水缓冲罐1与精水储罐6分割后预留有供斜板澄清桶5锥底5-7排泥操作的通道7，原水缓冲罐1与精水储罐6之间具体可以用隔板分隔，预处理器还包括位于中上部的斜板澄清桶5，位于斜板澄清桶5顶部外侧圆周的精制折流槽4以及位于斜板澄清桶5中下部外侧圆周的虹吸过滤器本体2。

具体的，原水缓冲罐1用于原水的缓冲，其控制液位在30％左右，其余空间是预留给虹吸过滤器反洗时的反洗水储存使用。

该天然气污水预处理装置中，预处理器既用于天然气污水预处理的精制反应，也用于天然气污水预处理的絮凝反应，同时还具备了虹吸过滤、污水原水缓冲及污水精水储存的功能，具有单台设备数量少，设备布置紧凑，并实现了单台设备的多功能。

其中，絮凝剂高位槽用于配制和储存絮凝剂，絮凝剂高位槽没有特殊限定；原水泵用于输送污水原水至预处理器的精制折流槽4内，原水泵没有特殊限定；精制剂泵用于输送精制剂至预处理器的精制折流槽4内，精制剂泵没有特殊限定；盐泥泵用于输送盐泥至干燥工序，盐泥泵没有特殊限定。

在上述各实施方式的基础上，原水缓冲罐1的下部设有原水出口1-1，原水从原水缓冲罐1进入原水泵的入口；精水储罐6的下部设有精水出口6-2，精水出口6-2用于供精水从精水储罐6进入膜浓缩装置加料泵，精水储罐6的上部设有精水回流口6-1，精水回流口6-1用于收集燃气蒸发装置排出的精水；同时，精制折流槽4的一侧设有精制剂进口4-2，具体的，精制剂进口4-2与第二原水进口4-1可以为同一进口；原水出口1-1是原水从原水缓冲罐1进入原水泵的入口。

在上述各实施方式的基础上，精制折流槽4作为原水的加热、混合和精制反应的设备，设有多块折流板4-3能使污水原水与精制剂(即na2co3+naoh溶液)进行充分混合，并在其中发生精制反应ca²⁺+co3^2-→caco3↓和mg²⁺+2oh^-→mg(oh)2↓。

在上述各实施方式的基础上，该天然气污水预处理装置还包括虹吸过滤器，虹吸过滤器包括组合于预处理器中的虹吸过滤器本体2、进水分配箱3，位于水箱中上部的水封槽以及虹吸系统管道，虹吸过滤器本体2是虹吸过滤器的机械过滤部分；水箱包括1个位于水箱中间上部的水封槽和2个位于水箱的两侧并可相互倒换的精制剂配制槽。其中，水封槽在虹吸过滤器中起水封的作用，精制剂配制槽用于配制和储存精制剂，需要说明的是，精制剂没有特殊限定。

具体的，进水分配箱3置于斜板澄清桶5的一侧，位于精制折流槽4的下部及虹吸过滤器本体2的上部，进水分配箱3是粗水进入虹吸过滤器本体2的缓存空间。

在上述各实施方式的基础上，斜板澄清桶5的中上部设有凝聚反应室5-5，凝聚反应室5-5中设有s管5-4，s管5-4上设有供絮凝剂加入s管5-4的絮凝剂进口5-1，s管5-4上还设有供精制反应后的污水粗水流入s管5-4并与絮凝剂混合的污水粗水进口。具体的，斜板澄清桶5是将精制后的粗水加入絮凝剂后与沉淀物在凝聚反应室5-5发生凝聚反应，再在斜板5-6上进行表面沉降，絮凝剂进口5-1用于将絮凝剂加入后进入s管5-4，与精制后的粗水进行充分混合。

在上述各实施方式的基础上，凝聚反应室5-5的外部还设有供盐泥沉降的斜板5-6，斜板5-6的下面设有锥底5-7，斜板澄清桶5的上部设有供清液自流至进水分配箱3的溢流圈5-3。

在上述各实施方式的基础上，虹吸过滤器本体2包括粗水腔2-2和精水腔2-5，并且虹吸过滤器本体2包括供污水粗水流入粗水腔2-2的虹吸上升管接口2-1，用于连通粗水腔2-2和精水腔2-5并过滤污水粗水的微孔陶瓷过滤管2-8，用于连通精水腔2-5与精水储罐6的精水下降管2-7。

具体的，虹吸上升管接口2-1(即粗水进口)用于供粗水进入虹吸过滤器本体2和过滤器本体2反洗微孔陶瓷过滤管2-8的反洗水流出进入虹吸上升管；粗水腔2-2是粗水进入虹吸过滤器本体2的缓存空间。

在上述各实施方式的基础上，虹吸过滤器本体2上还设有虹吸破坏管接口2-4和排气口2-6，虹吸过滤器本体2的精水腔2-5中还设有供污水精水流入原水缓冲罐1的溢流下降管2-3。其中，溢流下降管2-3是精水液位超出设定位置时自流进入原水缓冲罐1的通道；虹吸破坏管接口2-4是虹吸过滤器反洗时，精水腔2-5的液位下降至虹吸破坏管接口2-4时，空气会自动进入虹吸管内使已经形成虹吸破坏；精水腔2-5是精水的缓存空间和反洗水的储存空间；排气口2-6是使精水腔2-5处于常压状态下。

具体的，s管5-4用于将精制后的粗水与絮凝剂进行充分的混合，絮凝剂从絮凝剂进口5-1加入s管5-4中与精制反应后的污水粗水在s管5-4中进行混合，并在凝聚反应室5-5中发生凝聚反应，具体的，凝聚反应室5-5能够使充分混合后的粗水与絮凝剂发生凝聚反应，能使沉淀物(俗称盐泥)的下降速度加快。

凝聚反应后的污水粗水从凝聚反应室5-5下部的喇叭口出来后会上升至凝聚反应室5-5外部的斜板5-6，并在斜板5-6上产生表面沉降，斜板5-6可以增加表面沉降面积，盐泥从斜板5-6的表面滑落至锥底5-7，具体的，锥底5-7的设置可以便于盐泥从斜板澄清桶5内排出，当盐泥沉降到一定高度时，具体可以从观察孔5-2中观察到的清液层高度来确定，将盐泥从锥底5-7排出。清液上升至溢流圈5-3自流至进水分配箱3，溢流圈5-3用于将澄清后的清液的汇集。

虹吸过滤器本体2，设有虹吸上升管接口2-1、粗水腔2-2、溢流下降管2-3、虹吸破坏管接口2-4、精水腔2-5、排气口2-6、精水下降管2-7、微孔陶瓷过滤管2-8；虹吸过滤器包括虹吸过滤器本体2、进水分配箱3、水封槽及虹吸系统；污水粗水从斜板澄清桶5的溢流圈5-3自流进入进水分配箱3，再从进水分配箱3经虹吸系统的虹吸上升管自流经虹吸上升管接口2-1(即粗水进口)进入虹吸过滤器本体2的粗水腔2-2，经微孔陶瓷过滤管2-8过滤后进入精水腔2-5，当污水精水液位上升至精水下降管2-7的顶部时，过滤后的污水精水经精水下降管2-7自流进入精水储罐6。

其中，精水下降管2-7是精水自流进入精水储罐6的通道。设置的微孔陶瓷过滤管2-8是机械过滤粗水中的机械杂质和沉淀物，从而得到精水。

精水储罐6用于精水的储存，当精水储罐6盛满之后，精水腔2-5的液位继续上升至溢流下降管2-3的顶部，经溢流下降管2-3自流进入原水缓冲罐1。随着微孔陶瓷过滤管2-8截留的杂质的增加，微孔陶瓷过滤管2-8的过滤速度不断减慢，虹吸上升管的液位也不断上升，当上升到一定的液位时，虹吸上升管内的液体从辅助扩大管内流出，虹吸系统内的空气随着被带出，当空气全部带出后即形成了虹吸现象。此时精水腔2-5的水会大量流出反洗微孔陶瓷过滤管2-8，并将吸附在微孔陶瓷过滤管2-8表面上的杂质逐步清洗干净，反洗水经虹吸上升管至虹吸下降管进入水封槽，再自流经第一原水进口1-2进入原水缓冲罐1，第一原水进口1-2是供原水和虹吸过滤器反洗时的反洗水流入原水缓冲罐1使用。当精水腔2-5的液位下降至虹吸破坏管接口2-4位置时，空气从虹吸破坏管接口2-4进入虹吸破坏管，从而使虹吸系统的虹吸现象破坏。虹吸破坏之后则恢复正常的生产工艺流程，精水腔2-5的液位继续上升至精水下降管2-7的顶部，并从精水下降管2-7进入精水储罐6。

本实施个例所提供的天然气污水预处理装置和方法的工作原理如下：

1、来自污水池的污水原水经水封槽进入原水缓冲罐1，再用原水泵将污水原水送入精制折流槽4，同时用精制剂泵将精制剂送入精制折流槽4，来自蒸发浓缩或干燥尾部的余热在精制折流槽4加热污水原水至50～60℃。

2、污水原水在加热的同时与精制剂在精制折流槽4内进行充分的混合并发生精制反应。

3、精制反应后的污水粗水自流进入斜板澄清桶5的凝聚反应室5-5，同时向凝聚反应室5-5加入絮凝剂，以加速盐泥的沉降。凝聚反应后的污水粗水从凝聚反应室5-5下部的喇叭口出来后会上升至凝聚反应室5-5外部的斜板5-6，并在斜板5-6上产生表面沉降，盐泥从斜板5-6的表面滑落至锥底5-7，当盐泥沉降到一定高度时，将盐泥从锥底5-7排出。清液上升至溢流圈5-3自流至进水分配箱3。

4、从进水分配箱3经虹吸系统的虹吸上升管自流进入虹吸过滤器本体2的粗水腔2-2，经微孔陶瓷过滤管2-8过滤后进入精水腔2-5，当污水精水液位上升至精水下降管2-7的顶部时，过滤后的污水精水经精水下降管2-7自流进入精水储罐6。当精水储罐6盛满之后，精水腔2-5的液位继续上升至溢流下降管2-3的顶部，经溢流下降管2-3自流进入原水缓冲罐1。当微孔陶瓷过滤管2-8吸附的杂质到达一定的程度，虹吸系统会自动形成虹吸，从而对微孔陶瓷过滤管2-8进行反洗，当精水腔2-5的液位下降到一定的位置时，虹吸破坏管接口2-4露出液面，使空气进入虹吸破坏管，从而停止反洗，恢复正常生产。

除上述天然气污水预处理装置外，本发明还提供了一种天然气污水预处理方法，包括以下步骤：

步骤s1：将污水原水在精制折流槽4内与精制剂充分混合并发生精制反应，同时对污水原水进行加热，具体的，可以利用蒸发浓缩或干燥尾部的余热进行加热，实现热量的循环利用，节约能源；

步骤s2：将精制后的污水粗水在斜板澄清桶5内与絮凝剂进行凝聚反应，形成的盐泥在斜板澄清桶5内进行沉降；

步骤s3：将澄清后的污水粗水自流进入虹吸过滤器进行机械过滤后得到预处理后的污水精水。

该天然气污水预处理方法，将精制后的污水粗水在斜板澄清桶5中加入絮凝剂，使caco3和mg(oh)2与絮凝剂发生凝聚反应，以加快其沉降速度，同时，澄清后的污水粗水自流进入虹吸过滤器进行机械过滤后得到预处理后的污水精水，污水处理效率高，精度高。

在上述各实施方式的基础上，步骤s1中，精制剂中na2co3与naoh的混合物浓度为9％-11％，最优选浓度为10％，精制剂是按污水原水中ca²⁺：mg²⁺的比值来确定na2co3：naoh的比值，使污水原水中的ca²⁺、mg²⁺离子与精制剂充分发生精制反应，确保污水精水中ca²⁺、mg²⁺离子含量≤10mg/l。

在上述各实施方式的基础上，步骤s1中，对污水原水的加热温度为50～60℃。

在上述各实施方式的基础上，步骤s2中，絮凝剂为高分子聚丙稀酸钠或fecl3，并且絮凝剂的浓度为4％-6％。

本实施例所提供的天然气污水预处理方法的工艺流程如图3所示，包括三条工艺线路：

1、污水预处理线路

污水原水经水封槽自流进入原水缓冲罐1，再由原水泵输送进入精制折流槽4，利用蒸发浓缩或干燥尾部的余热进行加热，同时加入精制剂进行充分混合并发生精制反应ca²⁺+na2co3→caco3↓+2na⁺，mg²⁺+2naoh→mg(oh)2↓+2na⁺；精制反应后的污水粗水自流进入斜板澄清桶5，在其凝聚反应室5-5加入絮凝剂进行凝聚反应，凝聚反应后粗水经其斜板5-6进行表面沉降，清液自流进入虹吸过滤器，底部排出的盐泥用盐泥泵输送去干燥。经虹吸过滤得到的污水精水自流进入精水储罐6。

2、精制剂配制线路

在精制剂配制槽(一开一备)内加入一定配比和重量的na2co3和naoh，再从虹吸过滤器中放出一定量的污水精水，将其配制成精制剂溶液，用精制剂泵按要求加入精制折流槽4。

3、絮凝剂配制线路

在絮凝剂高位槽内加入絮凝剂高分子聚丙稀酸钠或fecl3等，用膜浓缩加料泵出口的污水精水进行配制，按要求自流加入斜板澄清桶5的s管5-4内。

该污水处理方法，利用蒸发浓缩或干燥的余热将精制折流槽4的污水原水加热至50～60℃，同时在精制折流槽4内加入精制剂(na2co3+naoh)溶液充分混合并发生精制反应，使污水原水中的ca²⁺、mg²⁺离子与精制剂充分发生精制反应，确保污水精水中ca²⁺、mg²⁺离子含量≤10mg/l。

以上对本发明所提供的天然气污水预处理装置及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施个例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。