[发明专利]一种煤层气废水的处理方法

说明书

技术领域

    本发明涉及污水处理技术，特别涉及一种煤层气废水的处理方法。

背景技术

    我国煤层气资源丰富，煤层气系指存在于煤层中的天然气，由90%~99%的CH₄和少量的其他气体组成。煤层气废水是伴随着煤层气开采过程产生的，煤层气在开采过程中通常采取排水降压的措施降低煤层中的静压，这部分产水量一般很大，如果能够充分利用就是宝贵的水资源，如果将这些废水排至河流、地下或灌溉农田，则会污染地下水同时对当地人民的生活产生影响。所以必须对此类废水进行处理，保证高效经济的进行煤层气资源的开发和利用。

煤层气废水的主要来源有：

（1）钻井液：钻井液是经过特质的泥浆，通常是为了保护井壁而加入化学药剂，钻井液的配方通常为清水、膨润土和氢氧化钠等。

（2）压裂液：压裂液的使用可以提高开采煤层气的产率，通常可以起到稠化、交联和pH调节等作用，其配方主要成分为盐类物质，强碱性物质和表面活性剂等。

（3）采气排水：采气通常采用排水法采气，所以排出的废水成分和地下水成分类似，部分地区会出现某些离子超标问题。

（4）生活污水：由生产作业现场排出的废水。

综上所述，煤层气废水性质可以表现为以下几个方面：

（1）采出水含多种无机离子，其中，阴离子以Cl^-和HCO^-为主，阳离子以Na⁺和K⁺为主。

（2）采出水最明显的特征是高盐度、高矿化度。

（3）由于压裂液的原因，废水会存在有机物超标的现象。

（4）存在重金属离子超标的问题。

针对煤层气废水的性质，目前国内外常用的处理方法可以分为以下几种：

（1）蒸发法：这是利用加热蒸发来处理高盐度废水的一类方法，从蒸发池冷凝出来的液体可以清除几乎全部的溶解性盐类物质。但这种工艺对设备材质要求极高，运行需要消耗大量的热能，所以存在运行费用高的缺点。

（2）混凝沉淀法：这是处理煤层气废水压裂液的常用方法，通过混凝作用可以去除废水中的微小悬浮物和胶体等物质。缺点是单纯的混凝沉淀会由于加入化学药剂而产生二次污染的问题，且对溶解性盐类物质、重金属没有去除效果。

（3）生物处理法：这是指利用微生物处理污染物质的方法，其优势为处理效果好，对周围环境友好。缺点是启动周期长，处理设施占地面大。

发明内容

    本发明的目的在于，克服现有技术难以有效处理煤层气废水的难题，提供一种行之有效的处理煤层气废水的新方法。

    本方法的核心是：采用一体化高级氧化反应器降低废水中的有机物、金属离子和悬浮物等物质，再由机械过滤器进一步吸附残存的金属离子和过滤由一体化高级氧化反应器产生的絮体，最后进入离子特效分离装置除去溶解性盐类物质完成达标排放。    

本发明之煤层气废水处理方法依下述步骤进行：

    第一步：将煤层气废水收集到调节池中进行均化；

    第二步：煤层气废水经上述调节均化后由输送泵送至一体化高级氧化分离装置；

所述的一体化高级氧化分离装置，是由接触区、氧化区、反应区和沉淀区构成。接触区和氧化区所用电极板为钛基二氧化铅电极和不锈钢极板，所用的电源为直流电源。反应区和沉淀区所用的极板为铁板，所用的电源为脉冲电源。

废水流过接触区和氧化区时，会发生电化学作用，在电解过程中，阴极放出电子，使废水中的某些阳离子因得到电子而被还原，阴极起的还原剂作用；阳极得到电子，使废水中的某些阴离子因失去电子而被氧化，阳极起氧化剂作用。进行电解反应时，废水中的各种离子在阳极和阴极分别进行氧化还原反应，使有毒物质或者沉积于电极表面或生成气体从水中逸出从而达到无害化。利用此种方法可以同时去除多种污染物。

废水流经反应区和沉淀区时，首先，通过物理化学、光电原理使水分子重新分解组合成氧化性极强的羟基自由基，这是自然界中仅次于氟的氧化剂，其能够氧化水中的难降解有机物，通常碳水化合物氧化的最终产物是CO₂和H₂O，含氮有机物的氧化产物除了CO₂和H₂O外，还会有硝酸类等产物。其次，由于电化学的作用，会产生多羟基络合物而发生絮凝作用，这样一来会进一步减小废水中的金属离子和悬浮物的含量。其主要的反应方程式如下：