CN102417261A - 一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法 - Google Patents

一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法 Download PDF

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邱介山
王刚
董强
钱冰清
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Abstract

一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法，属于水处理技术领域。该方法基于给氧曝气氧化，将煤层气采出水中含有的Fe2+、Mn2+，氧化形成Fe(OH)3、MnO2絮状沉淀，经过滤能够有效地降低原水的铁锰含量，同时为后续处理减轻负荷；然后在直流电压下，将经预氧化的煤层气采出水进行电容去离子技术处理，进一步脱除其它的离子。该技术方法可有效地应用于含高浓度铁锰离子的煤层气采出水，同时还可应用于苦咸水与海水的淡化及重金属离子的脱除等领域。

Description

一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法
技术领域
本发明涉及一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法，属于水处理技术领域。
背景技术
煤层气，又名瓦斯，是一种赋存于煤层中的非常规天然气，是一种新型洁净能源，其开采与利用已日益受到重视。我国是一个以煤炭为主要能源的国家，因此煤层气资源非常丰富，据中联公司2005年完成的全国煤层气资源评价报告，我国埋深浅于2000米的煤层气地质资源量约为36万亿立方米，所以开发和利用煤层气这种新的洁净能源，能够在一定的程度上改善我国的能源结构，减少对进口能源的依赖。但是在煤层气的开发过程中，为使煤层中所吸附储集的甲烷气体释放出来，需要降低煤层气的静压，为此需要采取排水降压措施，将大量煤矿中的地下水排出地表，排出的水量较大，且高矿化度、高盐分、含大量悬浮物，如果将煤层气采出水直接排入地下、河流或灌溉农田，会对水环境、生态环境、大气环境等产生一定的影响。因此对煤层气采出水的处理是十分必要的。
所谓的煤层气采出水处理就是指通过物理的、化学的方法将水中的有害物质去除的过程。目前，主要用于煤层气采出水的方法主要有冻结-蒸发作用、反渗透、紫外光、化学处理(氯气处理、碘处理等)、离子交换、反向电渗析、蒸馏法和电容脱盐作用等。然而，伴随煤层气采出水的水质的变化，选择合理的、经济的处理技术进行采出水处理，从而可调高水质，用于生产和生活中。
部分地区的煤层气采出水中二价铁离子及其锰离子的含量较高，有的地区铁含量高达110mg/L，如果将其排放，不仅对水源有污染，对空气和土壤也有很大的破坏作用，因此将其除掉是必要的。曝气氧化法能够将二价铁转化为三价铁，形成氢氧化铁沉淀，锰离子形成二氧化锰，经过滤能减少水中的铁锰含量，同时也为后续工作降低能耗。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种曝气氧化与电容去离子相结合的技术处理煤层气采出水的方法。该方法应首先利用曝气氧化法对含有高浓度的二价铁锰的煤层气采出水进行处理，然后通过电容去离子的方法对曝气后的采出水进行电化学脱盐，使排放水质符合国家规定的排放标准。
本发明采用的技术方案是：一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法，采用给氧曝气与电容去离子脱盐法相结合的方法，对煤层气采出水进行处理，该技术方法具体步骤如下：
(1)通过一定的曝气方式对煤层气采出水进行预氧曝气处理；
(2)对经过(1)步骤处理过的煤层气采出水进行过滤；
(3)将过滤过的煤层气采出水置于电容去离子模块中，在1.0～5.0V的直流电压下进行进一步脱盐循环处理；直至排放水中的离子浓度符合国家排放标准。
所述的曝气方式包括微孔曝气、射流曝气、中强度跌水曝气、高强度曝气架曝气。
所述给氧曝气的氧来源于空气、氧气、臭氧或者它们之间的混合气。
所述过滤采用石英砂过滤方式或滤膜过滤方式。
所述电容去离子模块是以多孔炭材料为电极，两片电极之间具有一定间隙，并通过直流电压作用使之发生电吸附的组合体。
所述脱盐循环处理包括电容去离子模块的串联、并联或其二者的组合。
上述技术方案的指导思想是：预氧曝气氧化是除去二价铁锰离子的一种有效方法，同时为后续的处理起到减缓负荷的作用；而电容去离子技术是基于双电层电容器原理进行充电脱盐和放电再生的一种全新的电吸附脱盐方法。由于脱盐过程中仅需要使用直流电压，而将电极短路或者反接就可实现电极的循环再生。因此本发明利用预氧曝气氧化与电容去离子相结合的方法能够很好的对高含铁锰量的煤层气采出水进行处理，具有一次性投资小、处理效率高、能耗小等优点。
本发明的有益效果是：利用简单的空气曝气法处理既可以实现煤层气采出水中铁锰离子的沉降，同时降低了后续处理的负荷；利用静电吸附的方式处理高含量离子浓度的煤层气采出水相比传统工艺具有节能、环保、高效等优点。该方法还可广泛用于电子行业的高纯水净化处理，锅炉水水质软化及其重金属离子的脱除等领域。
附图说明
图1为预氧曝气结合电容去离子处理煤层气采出水工艺流程图。
图2为炭电极电镜扫描照片
图3煤层气采出水总电导率流出图。
图中：1、煤矿采出水，2、曝气装置，3、过滤器，4、储氧装置，5、电容去离子脱盐模块。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实例通过单纯盐水进行脱盐处理，盐水浓度为1000mg/L，水样体积为500mL，利用两片面积为300mm×500mm的炭电极进行脱盐处理。电极两端的电压为2.0V，通过30min的电吸附处理，最后盐水浓度为126mg/L。
实施例2
本实例对重金属铜离子进行电吸附试验，铜离子浓度为200mg/L，水样体积为500mL，利用两片面积为300mm×500mm的炭电极进行脱盐处理。电极两端的电压为2.0V，通过30min的电吸附处理，最后盐水浓度为0.1mg/L。
实施例3
本实例通过自制模拟煤层气采出水，水质条件见表1。处理流程图见图1，主要包含三个处理步骤：利用空气对模拟水质进行微孔空气曝气处理，水样体积为110mL，曝气流量为20mL/min，曝气时间为1h；然后经过石英砂介质过滤；最后将过滤的采出水通过电容去离子模块，操作电压为1.6V，循环流速为5mL/min。不同离子的总电导率流出曲线见图2所示。在两个不同处理阶段的水质分析见表2。可见，该工艺可实现高含铁量的煤层气采排水的安全排放。
表1  进水水质(单位：mg/L)
  Fe2+   Mn2+   Cl-   Na+   K+   Ca2+   Mg2+   SO4 2-
  58   82   270   133   17   5   2   10
表2  不同处理阶段处理的各种离子浓度(单位：mg/L)
  处理阶段   Fe2+   Mn2+   Cl-   Na+   K+   Ca2+   Mg2+   SO4 2-
  曝气过滤后出水   46   55   271   129   18   7   2   8
  电容去离子后出水   0.3   0.7   14.2   14.9   2.6   2.7   0.4   2.9

Claims (6)

1.一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法，其特征是：采用给氧曝气与电容去离子脱盐法相结合的方法，对煤层气采出水进行处理，该技术方法具体步骤如下：
(1)通过一定的曝气方式对煤层气采出水进行预氧曝气处理；
(2)对经过(1)步骤处理过的煤层气采出水进行过滤；
(3)将过滤过的煤层气采出水置于电容去离子模块中，在1.0～5.0V的直流电压下进行进一步脱盐循环处理；直至排放水中的离子浓度符合国家排放标准。
2.根据权利要求1所述的一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法，其特征在于：所述的曝气方式包括微孔曝气、射流曝气、中强度跌水曝气、高强度曝气架曝气。
3.根据权利要求1所述的一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法，其特征在于：所述给氧曝气的氧来源于空气、氧气、臭氧或者它们之间的混合气。
4.根据权利要求1所述的一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法，其特征在于：所述过滤采用石英砂过滤方式或滤膜过滤方式。
5.根据权利要求1所述的一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法，其特征在于：所述电容去离子模块是以多孔炭材料为电极，两片电极之间具有一定间隙，并通过直流电压作用使之发生电吸附的组合体。
6.根据权利要求1所述的一种预氧曝气氧化与电容去离子相结合处理煤层气采出水的方法，其特征在于：所述脱盐循环处理包括电容去离子模块的串联、并联或其二者的组合。
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