CN108083567A - 一种含硫天然气开采污水处理方法 - Google Patents

一种含硫天然气开采污水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含硫天然气开采污水处理方法，包括以下步骤：将来自原水罐的含硫天然气开采污水进行预处理后，进入高压膜浓缩单元进行膜浓缩，得浓缩液和透过液，对所得浓缩液进行蒸发浓缩，得冷凝水、母液、盐浆，将所得盐浆离心脱水后，烘干即得盐产品；所得的冷凝水在MBR中除去有机物和氨氮，再与所得的透过液一起进入低压膜浓缩单元进行膜浓缩，得浓水和淡水；所述浓水返回高压膜浓缩单元进一步处理，淡水回用作为天然气开采生产用水；所得的母液进行微电解催化氧化，然后返回原水罐。本发明低压浓缩后所得的淡水中氨氮含量小于10mg/L，可作为天然气净化或生产过程中的补充水，实现了天然气开采污水的零排放。

Description

一种含硫天然气开采污水处理方法
技术领域
本发明涉及环保技术中的污水处理领域，尤其是一种天然气开采污水处理技术。
背景技术
天然气是一种清洁、高效、廉价的气态能源和化工原料，其用途十分广泛，在很多领域能够代替石油和煤炭资源。天然气的地下储量相当丰富，是未来可长期依赖的战略能源之一。目前，全球天然气勘探开发技术、大规模储运技术和下游应用技术的发展很快，加之石油、煤炭资源的有限性与需求高增长性相矛盾，自然环境的高标准要求与使用石油煤炭资源的高污染性相矛盾，使得天然气的战略地位和作用越来越显著。
天然气开采污水即气田水是采气过程中随天然气从气井带出的地层水以及在集、采气过程中原料气因压力变化由分离器产生的凝析水，主要含有无机盐、有机物、氨氮等。由于与地下油气藏及岩层长期共存，天然气气田水一般都溶入或混入了大量石油类、可溶性盐、悬浮物等组分。此外，在采气及集输过程中常需要加入泡排剂、缓蚀剂、阻垢剂等化学助剂，使得天然气田采出水组成更加复杂和变化多端，并表现出石油类含量高、挥发性有机物含量高、悬浮物含量高和矿化度高等特点。对于含硫气田来说，气田水中还含有硫化氢、挥发性有机硫化物、一氧化碳等有毒有害气体，属于高浓度难降解含硫含盐废水。
现有技术中，对于天然气开采污水的处理主要为“预处理+多效蒸发”的含硫气田除盐工艺，但是此技术成本高，在处理过程中产生的固体废物如污泥、母液等未作处理；且对开采污水中泡排剂、缓蚀剂、阻垢剂等难降解化学助剂未做处理，排放后将污染环境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种废物资源利用、实现零排放的含硫天然气开采污水的处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含硫天然气开采污水处理方法，包括以下步骤：
(1)将来自原水罐的含硫天然气开采污水进行预处理后，进入高压膜浓缩单元进行膜浓缩，得浓缩液和透过液，所述高压膜浓缩单元的压力为5.5-6.5MPa；
(2)对所得浓缩液进入蒸发单元进行蒸发浓缩，得冷凝水、母液、盐浆，将所得盐浆离心脱水后，烘干即得盐产品；
(3)将步骤(2)所得的冷凝水在MBR中除去有机物和氨氮，再与步骤(1)所得的透过液一起进入低压膜浓缩单元进行膜浓缩，得浓水和淡水，所述低压膜浓缩单元的压力为0.2-0.3MPa；所述浓水返回高压膜浓缩单元进一步处理，淡水回用作为天然气开采生产用水；
(4)将步骤(2)所得的母液进行微电解催化氧化2-3h，然后返回原水罐。
进一步的，所述高压膜浓缩单元可选用DTRO膜或RO膜。
进一步的，所述低压膜浓缩单元选用RO膜。
进一步的，步骤(2)所得盐产品中氯化钠含量≥98％，镁离子、钙离子含量≤1.2％。
进一步的，步骤(4)微电解催化氧化时母液的pH值为3-4。
进一步的，步骤(4)微电解催化氧化选用ZY—101铁碳一体化微电解材料。
进一步的，所述预处理为在含硫天然气开采污水中加入氢氧化钠和碳酸钠，反应后过滤除杂。
母液，俗称苦卤，是在化学沉淀或结晶过程中分离出沉淀或晶体后残余的饱和溶液。
MBR又称膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor)，是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术。
DTRO膜(碟管式反渗透膜)是反渗透的一种形式，是专门用来处理高浓度污水的膜组件，其核心技术是碟管式膜片膜柱。把反渗透膜片和水力导流盘叠放在一起，用中心拉杆和端板进行固定，然后置入耐压套管中，就形成一个膜柱。
RO膜，反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压，就可以使用大于渗透压的反渗透压力，即反渗透法，达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
本发明的有益效果是：本发明的一种含硫天然气开采污水的处理方法，通过高压浓缩、蒸发、膜处理、低压浓缩以及微电解催化氧化的协同作用，有效的回收了污水中的盐产品，其中氯化钠含量达98％以上；在蒸发浓缩过程污水中的易挥发有机物随冷凝水进入膜生物反应器进一步处理，而不易挥发有机物则停留在蒸发母液中，对蒸发母液进行微电解催化氧化，使蒸发母液中COD去除率达60％以上，再返回原水罐同硫天然气开采污水一起处理；低压浓缩后所得的淡水中氨氮含量小于10mg/L，可作为天然气净化或生产过程中的补充水，实现了天然气开采污水的零排放；本发明具有适用范围广、处理效果好且稳定、操作简便、污水回用率高，与多效蒸发处理***相比运行成本节约了50％以上。
附图说明
图1是本发明一种含硫天然气开采污水处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明所进行的实验：
1、含硫天然气污水浓缩：
取预处理后的含硫天然气污水，经高压泵加压后进入DTRO***，控制***压力6MPa，将浓缩液和透过液分别收集，送样分析检测。将透过液进入低压RO***进一步脱盐，将RO淡水和浓水分别收集，送样分析检测。结果如表1所示:
表1膜浓缩实验数据
Cl-(g/l) COD(g/ml) 氨氮(g/ml)
预处理污水 16.89 66 36.35
透过液 0.614 12 6.6
浓缩液 36.78 132 72.7
RO淡水 0.016 2 1
RO浓水 2.408 43 23.8
从表1可以看出，含硫天然气污水经过DTRO浓缩处理后，氨氮、COD和盐富集于浓缩液中，透过液中COD和氨氮可以达到回用水标准，但氯离子超标，DTRO浓缩液再经低压RO脱盐后，淡水可以达到回用水标准。经过两级膜处理后，可将污水中COD、氨氮和盐的有效分离，绝大部分的COD、氨氮和盐截留在浓水中，从而实现污水的浓缩。
2、蒸发析盐：
收集DTRO浓缩后的浓缩液，泵入蒸发装置中进行浓缩析盐，边蒸发边进料，取出蒸发冷凝水、母液、盐浆，分别计量，取样检测。将盐浆离心脱水后，烘干即得盐产品，将干燥后的盐产品送检分析。结果如表2所示:
表2盐产品实验数据
由表2可以看出，蒸发所得盐产品氯化钠含量为98.26％，达到了精制工业盐二级标准要求。
3、蒸发冷凝水处理：
将蒸发冷凝水采用MBR(膜生物反应器)来去除有机物和氨氮，采用污水处理厂的污泥进行驯化，逐渐增加蒸发冷凝水的比例，使微生物逐渐适应新的环境条件，微生物驯化完成后，连续加入蒸发冷凝水，定期取样检测MBR***出水，并将MBR出水收集。将MBR出水进入低压RO单元(控制压力0.25MPa)进一步净化，主要分离氨氮，将RO淡水和浓水分别收集，送样分析检测。结果如表3所示，
表3蒸发冷凝水深度处理实验数据
蒸发冷凝水经MBR处理后COD和氨氮大幅度降低，COD能达到回用水和排放要求，但氨氮受去除率的影响，未能达到标准要求。MBR再经低压RO净化后，淡水中COD和氨氮进一步降低，淡水中氨氮含量为3.1mg/l，可用作天然气净化或生产过程中的补充水。
一种含硫天然气开采污水处理方法，包括以下步骤：
(1)将来自原水罐的含硫天然气开采污水进行预处理后，进入高压膜浓缩单元进行膜浓缩，得浓缩液和透过液，所述高压膜浓缩单元的压力为5.5-6.5MPa；所述高压膜浓缩单元可选用DTRO膜或RO膜。
(2)对所得浓缩液进入蒸发单元进行蒸发浓缩，得冷凝水、母液、盐浆，将所得盐浆离心脱水后，烘干即得盐产品；步骤(2)所得盐产品中氯化钠含量≥98％，镁离子、钙离子含量≤1.2％。经饱和盐水洗涤浮选后的盐产品满足精制工业盐优级品标准要求。
(3)将步骤(2)所得的冷凝水在MBR中除去有机物和氨氮，再与步骤(1)所得的透过液一起进入低压膜浓缩单元进行膜浓缩，得含有高浓度氨氮和有机物的浓水和除去有机物和氨氮的淡水，所述低压膜浓缩单元的压力为0.2-0.3MPa；所述浓水返回高压膜浓缩单元进一步处理，淡水回用作为天然气开采生产用水；
(4)将步骤(2)所得的母液进行微电解催化氧化2-3h，然后返回原水罐。微电解催化氧化时母液的pH值为3-4。母液在经pH值为3-4的条件下反应2-3h后，COD去除率达到60％以上，处理后母液COD接近天然气开采污水的COD，因此返回原水罐将不会破坏***的处理平衡，即不会引起***波动而影响处理效果，若对母液中的泡排剂、缓蚀剂、阻垢剂等难降解化学助剂不进行处理直接排放将会严重污染环境，若蒸发母液直接引入原水罐进行后续处理，使得***中难降解的有机物富集，严重影响处理***的处理效果，进而影响回用水的品质。
表4实施例1-3含硫天然气开采污水的水质指标
实施例1：
如图1所示，以主要成分如表4所示的含硫天然气开采污水作为原料水，加入NaOH和Na2CO3去除钙、镁等固废，调节pH至11.23，用高压泵控制压力6MPa加压进入DTRO***，DTRO透过液再进入低压RO***进一步脱盐，DTRO浓缩液收集备用，向500L蒸发装置泵入400L的DTRO浓缩液，真空蒸发浓缩，控制沸点45℃以上，收集冷凝水，当浓缩料液体积浓缩为90L时，将90L浓缩料液转入100L蒸发装置继续真空蒸发浓缩，控制沸点45℃以上，浓缩直至析出盐结晶，将盐浆脱水干燥得盐产品。蒸发母液调节pH值为3，采用微电解催化氧化反应2h以上，去除大部分有机物后，返回污水原水罐。蒸发冷凝水进入MBR去除COD和氨氮。MBR出水进低压RO浓缩单元，控制压力为0.2MPa，进一步去除COD和氨氮，低压RO浓缩单元的淡水水质参数及盐产品参数如表5所示，浓水返回进入高压DTRO浓缩单元进一步处理。
实施例2：
如图1所示，以主要成分如表4所示的含硫天然气开采污水作为原料水，加入NaOH和Na2CO3去除钙、镁等固废，调节pH至11.35，用高压泵控制压力6MPa加压进入DTRO***，DTRO透过液再进入低压RO***进一步脱盐，DTRO浓缩液收集备用，向500L蒸发装置泵入350LDTRO浓缩液，真空蒸发浓缩，控制沸点85℃以上，收集冷凝水，当浓缩料液体积浓缩为90L时，将90L浓缩料液转入100L蒸发装置继续真空蒸发浓缩，控制沸点85℃以上，浓缩直至析出盐结晶，将盐浆脱水干燥。蒸发母液调节pH值为4，采用微电解催化氧化反应2h以上，去除大部分有机物后，返回污水原水罐。蒸发冷凝水进入MBR去除COD和氨氮。MBR出水进低压RO***，控制压力为0.2MPa，进一步去除COD和氨氮，低压RO浓缩单元的淡水水质参数及盐产品参数如表5所示，浓水返回进入高压DTRO浓缩单元进一步处理。
实施例3：
如图1所示，以主要成分如表4所示的含硫天然气开采污水作为原料水，加入NaOH和Na2CO3去除钙、镁等固废，调节pH至11.23，用高压泵控制压力7MPa加压进入DTRO***，DTRO透过液再进入低压RO***进一步脱盐，DTRO浓缩液收集备用，向500L蒸发装置泵入350LDTRO浓缩液，真空蒸发浓缩，控制沸点45℃以上，收集冷凝水，当浓缩料液体积浓缩为90L时，将90L浓缩料液转入100L蒸发装置继续真空蒸发浓缩，控制沸点45℃以上，浓缩直至析出盐结晶，将盐浆脱水干燥得盐产品。蒸发母液调节pH值为3，采用微电解催化氧化反应2h以上，去除大部分有机物后，返回污水原水罐。蒸发冷凝水进入MBR去除COD和氨氮。MBR出水进低压RO***，控制压力为0.2MPa，进一步去除COD和氨氮，低压RO浓缩单元的淡水水质参数及盐产品参数如表5所示，浓水返回进入高压DTRO浓缩单元进一步处理。
表5实施例1-3含硫天然气开采污水的处理后的成分

Claims (7)

1.一种含硫天然气开采污水处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将来自原水罐的含硫天然气开采污水进行预处理后，进入高压膜浓缩单元进行膜浓缩，得浓缩液和透过液，所述高压膜浓缩单元的压力为5.5-6.5MPa；
(2)对所得浓缩液进入蒸发单元进行蒸发浓缩，得冷凝水、母液、盐浆，将所得盐浆离心脱水后，烘干即得盐产品；
(3)将步骤(2)所得的冷凝水在MBR中除去有机物和氨氮，再与步骤(1)所得的透过液一起进入低压膜浓缩单元进行膜浓缩，得浓水和淡水，所述低压膜浓缩单元的压力为0.2-0.3MPa；所述浓水返回高压膜浓缩单元进一步处理，淡水回用作为天然气开采生产用水；
(4)将步骤(2)所得的母液进行微电解催化氧化2-3h，然后返回原水罐。
2.根据权利要求1所述的一种含硫天然气开采污水处理方法，其特征在于：所述高压膜浓缩单元可选用DTRO膜或RO膜。
3.根据权利要求1所述的一种含硫天然气开采污水处理方法，其特征在于：所述低压膜浓缩单元选用RO膜。
4.根据权利要求1所述的一种含硫天然气开采污水处理方法，其特征在于：步骤(2)所得盐产品中氯化钠含量≥98％，镁离子、钙离子含量≤1.2％。
5.根据权利要求1所述的一种含硫天然气开采污水处理方法，其特征在于：步骤(4)微电解催化氧化时母液的pH值为3-4。
6.根据权利要求1或5所述的一种含硫天然气开采污水处理方法，其特征在于：步骤(4)微电解催化氧化选用ZY—101铁碳一体化微电解材料。
7.根据权利要求1所述的一种含硫天然气开采污水处理方法，其特征在于：所述预处理为在含硫天然气开采污水中加入氢氧化钠和碳酸钠，反应后过滤除杂。
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