一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式设备。处理效果好，方法操作简单，占地面积小，运行成本低，可移动性强，适用于那些数量多而产水量小的煤层气产气井以及偏远地区的煤层气产出水末端处理。
【背景技术】
[0002]中国煤层气资源储量丰富，当前正处于一个快速发展时期。但是，伴生采气产生的废水成为一个亟待解决的环境问题。煤层气产出水的水质水量在不同开采阶段变化很大。其水质呈现弱碱性，悬浮物含量高，含盐量高，且氟离子(F)超标。煤层气产出废水如不经处理直接排入水体，会危害水生生物，还会破坏土壤结构，减少农作物产量，甚至危及地下水的安全。
[0003]常用处理煤层气产出废水的方法有离子交换法、纳滤、电容法和反渗透膜法等。反渗透膜法是最常用的一种处理技术，具有去除效率高，操作简单等优点。当前，主流的是集中处理法，即通过管道连接将区域内各个井田产出的废水收集到一起，然后再用反渗透膜法集中进行处理，去除废水中的污染物。但是，有些地区的煤层气产出废水水量小，且地理位置不便于管道铺设，如山西省柳林县杨家峪矿区类似的山区里存在着修建管道难，且投入费用高的问题。之前有人发明了一种煤层气采出水深度处理设备(专利号:CN101786755A)，但是这种可移动式的设备主要用于处理反渗透法或电渗析膜法处理后剩余的浓水。而研发一种针对这种单井产水量小且能有效处理高悬浮物、高盐和高F废水的新装置非常必要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式设备，可有效去除煤层气产出水中的悬浮物、无机盐和F等污染物，使得出水可达标回用，实现水资源的重复利用，并避免废水直接排放对当地土壤水体的污染。
[0005]为了实现上述目标，本发明采用低压反渗透技术(图1A)，具体由絮凝-沉淀-过滤工艺组成的预处理部分和反渗透膜两部分组成。将低压反渗透技术的所有设备安装固定于一个可移动集装箱内，包括絮凝剂桶(b)、静态混合器(c)、反应池(d)、沉淀池(e)、活性氧化铝罐(f)、石英砂罐(g)、活性炭罐(h)、阻垢剂桶(i)、保安过滤器(j)、低压反渗透膜系统(k)和纯水收集箱(1)。
[0006]其中，所述(b)中的聚合氯化铝，其絮凝沉淀作用，将悬浮物、胶体及沉淀物快速与水分离并沉淀，降低废水的浊度。
[0007]其中，所述(f)中的活性氧化铝可有效吸附去除废水中的F。
[0008]其中，所述(g)中的石英砂可进一步过滤去除水中的悬浮物和胶体。
[0009]其中，所述(h)中所述D步中的活性炭可有效去除废水中的色、异味和部分有机物。
[0010]其中，所述(i)中的阻垢剂可防止水中的无机物质钙、镁、钡在设备中沉积结垢。
[0011]其中，所述(j)中的保安过滤器，去除浊度1度以上的细小微粒，进一步脱除水中残留的颗粒性物质，防止预处理中未能完全去除或新产生的悬浮颗粒进入反渗透系统。
[0012]其中，所述(k)中的低压反渗透膜(型号:ESPA2_4040)可去除95%以上的无机盐离子，出水流入纯水收集箱中。
[0013]出水的TDS和F均低于《农田灌溉水质标准(GB 5084-2005)》和《畜禽饮用水水质标准(NY 5027-2008)》，可作为农业灌溉水和畜禽饮用水。
[0014]本发明装置具有如下优点:
[0015]1本装置对煤层气产出废水中的TDS和F去除效果好，针对性强，适用于处理高盐高F的煤层气产出水。
[0016]2本装置操作简单，占地面积小，成本低，可移动性强，适用于量多而产水量小的煤层气产气井以及偏远地区的煤层气产出水末端处理，且可提高该装置的使用效率。
[0017]3本装置采用的是低压反渗透膜，操作压力小(1.05MPa)，耗能低。
[0018]4本装置处理出水达到《农田灌溉水质标准(GB 5084-2005)》和《畜禽饮用水水质标准(NY 5027-2008)》，可作为农业灌溉水和畜禽饮用水，实现了水资源的循环利用。
【附图说明】
[0019]图1A为本发明的可移动式低压反渗透煤层气产出废水处理技术流程图
[0020]图1B为本发明的可移动式低压反渗透煤层气产出废水处理装置示意图(平面布置图)
【具体实施方式】
:
[0021]煤层气田采出水具有高矿化度、高盐度和高悬浮物等特点。同时，还有一定的有机物、氟离子等。针对有些煤层气井位于山区和产出水流量小的特点，研发出一套去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置。具体废水处理方案如下:
[0022]1将煤层气产出废水经过絮凝剂聚合氯化铝(浓度为10%?15% )的混合进入反应池，絮凝沉淀作用使得悬浮物、胶体及沉淀物快速与水分离并沉淀，降低废水浊度；
[0023]2经装有活性氧化铝(厚度为60cm)的吸附塔，可除去废水中的氟离子；
[0024]3经装有石英砂(厚度为60cm)的砂滤罐，拦截悬浮物以及大颗粒物；
[0025]4经装有活性碳(厚度为60cm)的过滤罐，可进一步拦截悬浮颗粒和胶体。并可吸附废水中的色、异味和部分有机物；
[0026]5经装有阻垢剂的加药装置和保安过滤器，防止水中的无机物质在设备中沉积结垢，并能去除浊度1度以上的细小微粒、铁锈等污染物，防止预处理中未能完全去除或新产生的悬浮颗粒进入反渗透系统，保护高压泵和反渗透膜，保证反渗透系统的正常运行；
[0027]6经低压反渗透膜，可将95%以上的无机盐离子去除。出水达到《农田灌溉水质标准(GB 5084-2005)》和《畜禽饮用水水质标准(NY 5027-2008)》，可作为农业灌溉水和畜禽饮用水。
[0028]本发明装置主要特征为:
[0029]将所有设备按方法流程顺序安置在一个7mX 2.4mX 2.4m的箱体内(见图1B)。集装箱底部安装四个轮胎，设有门窗，可利用引擎方便实现整体设备的移动。具有占地面积小、保暖、抗风防火和可移动性强等优点。可根据现场需要处理不同煤层气井的产出废水，提高设备利用效率。
[0030]结合实例详细说明本装置具体实施方法:
[0031]将本发明处理装置应用于山西省吕梁市柳林县杨家峪煤层气开采区。该煤矿区现由中联煤层气开采公司进行煤层气的开发，现属于试生产阶段。单井的占地面积为50mX30m。单井产出水经抽油机抽取出地面，由管道输送到一个附近的一个4mX3mX3m的沉淀池或是垫有一层塑料的土坑中。经过自然沉淀、蒸发和渗漏作用，剩余的废水需雇车外运任意排放。废水的TDS含量为2743-6227mg/L，F含量为4.4-17.8mg/L。我们选择的8#井的日均产出废水约为6-8吨。
[0032]按照本发明装置对该井产出废水的具体处理过程如下:
[0033]用泵将8#井附近的废水池Μ中的废水抽到可移动箱内的反应池⑷中。进水流速约为2m3/h。在此过程中，将絮凝剂箱(b)中的聚合氯化铝用射流器打入进水管道中，并经静态混合器(c)后进入反应池(d)。用泵将沉淀池(e)中的废水流入活性氧化铝罐(f)、石英砂罐(g)、活性炭罐(h)和保安过滤器(j)，并在废水进入保安过滤器的管道用射流器将阻垢剂桶(i)中的阻垢剂注入。经保安过滤器出水进入低压反渗透膜系统(k)，出水流入贮水罐中(1)。反渗透出水流量为1.2m3/h，可作为农业灌溉水和畜禽饮用水。一次将8#井池中废水全部处理仅需3-4h，可接着将该整套设备运往其它煤层气井处理废水。
[0034]本发明研发的可移动式低压反渗透煤层气产出废水处理方法主要特点如下:
[0035]1处理效果好，对煤层气产出废水中的TDS和F的去除率分别为98.1%和94.7%；
[0036]2操作简单，占地面积小，成本低，可移动性强，可提高设备的利用效率，受天气、气候等外部条件的影响小；
[0037]3采用低压反渗透膜，操作压力小(1.05MPa)，耗能低。
[0038]4出水达到《农田灌溉水质标准(GB 5084-2005)》和《畜禽饮用水水质标准(NY5027-2008)》，可作为农业灌溉水和畜禽饮用水。
【主权项】
1.一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置，其特征在于:通过原水泵将废水池(a)中的煤层气产出水抽至可移动箱体内的反应池中。在此过程中，将絮凝剂桶(b)中的聚合氯化铝由射流器注入进水管道，并在静态混合器(c)中完成混合进入反应池(d);出水流入沉淀池(e)中；经提升泵作用将出水泵入活性氧化铝罐(f)中，再经石英砂罐(g)和活性炭罐(h);过滤出水流入保安过滤器(j)，在此过程中，将阻垢剂桶(i)中的阻垢剂由射流器注入进水管道；经保安过滤器(j)后，出水进入低压反渗透膜系统(k)，处理后的水接入纯水收集箱中(1)。2.根据权利要求1所述的一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置，其特征在于，除原废水池(a)外的所有设备与装置均按照处理工艺流程安装于一个可移动集装箱内。3.根据权利要求1所述的一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置，其特征在于，所述(b)中的聚合氯化铝，其絮凝沉淀作用可以将废水中悬浮物、胶体和沉淀物快速与废水分离并沉淀。4.根据权利要求1所述的一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置，其特征在于，所述(f)中的活性氧化铝用于去除废水中的氟离子。5.根据权利要求1所述的一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置，其特征在于，所述(g)中的石英砂，过滤去除水中的悬浮物和胶体。6.根据权利要求1所述的一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置，其特征在于，所述(h)中的活性炭，有效去除废水中的色、异味和部分有机物。7.根据权利要求1所述的一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置，其特征在于，所述(i)和(j)中的阻垢剂和保安过滤器，分别用于防止废水中的钙、镁和钡在设备中沉积结垢和进一步脱除水中残留的颗粒性物质和铁锈，防止预处理中未能完全去除或新产生的悬浮颗粒进入反渗透系统。8.根据权利要求1所述的一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置，其特征在于，所述(k)中的反渗透膜系统，可去除95%以上的无机盐离子，出水流入纯水收集箱(1)中。出水的TDS和F均低于《农田灌溉水质标准(GB 5084-2005)》和《畜禽饮用水水质标准(NY 5027-2008)》，可以回用于灌溉农田和畜禽饮用水。
【专利摘要】本发明涉及一种去除煤层气产出水中污染物的可移动式低压反渗透装置。试运行结果显示，本发明技术对出水中的TDS和F的去除率分别为98.1％和94.7％。出水的TDS和F均低于《农田灌溉水质标准(GB？5084-2005)》和《畜禽饮用水水质标准(NY？5027-2008)》，可以作为农业灌溉水和畜禽饮用水。本发面技术的所有设备可装载于可移动式集装箱内，可用于处理一个地区的不同煤层气井的产出废水。处理效果好，方法操作简单，占地面积小，运行成本低，可移动性强，适用于那些数量多而产水量小的煤层气产气井以及偏远地区的煤层气产出水末端处理。
【IPC分类】C02F1/44, C02F9/04
【公开号】CN105293748
【申请号】CN201410286968
【发明人】胡正义, 刘小宁, 温国期, 琚宜文, 吴建光, 熊德华, 吴翔
【申请人】中国科学院大学, 中联煤层气有限责任公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年6月25日