煤层气污水处理方法分析与研究

2020-04-29张景辉张惠南张永琪苗存龙

中国煤层气 2020年1期

关键词：油滴滤料煤层气

张景辉罗雷张惠南王军张永琪苗存龙

(中国石油华北油田山西煤层气勘探开发分公司，山西 048000)

1 煤层气污水系统处理流程及工作原理

1.1 煤层气污水处理系统关键设备及作用

图1 污水处理系统流程框图

新型污水处理系统采用的是先过滤再吸附的工艺流程，设备由5个部分组成：刮油机、快速过滤器、两级油水分离器和活性炭过滤器，如图1所示。原水静置后首先由刮油机将表层浮油刮掉，然后经快速过滤器过滤，再经油水分离器分离油份，最后经过活性炭滤器过滤后排放。快速过滤器每个单体为一个过滤单元，使用了特殊的结构设计配合使用一种新型的过滤材料，运转时需过滤的水流入压紧的滤料，经滤料过滤后，由水收集器流出，完成过滤程序。当滤料截留物质增多，水头损失加大时，需要反冲洗。首先气缸将压板提起，然后反冲水从水收集器流入松散的滤料，清洗滤料后流出。

1.2 污水处理系统工作原理

本系统的油水分离器采用润湿凝结的原理制作。其机制就是将水中细小的油滴在材料的表面聚集长大后从材料表面分离上升到水体表面从而实现分离,这种分离方法可以达到很高的精度。解决了常规油水分离器无法解决的问题。因为油不溶于水，大部分的油在水中是以浮油层的形式存在。但一部分油是以分散油、乳化油和溶解油形式存在(还有部分是以油-固体悬浮物形式存在)。这部分油不易从水中分离出来，采取一般的分离方法分离的能力有限。

该系统运用的是粗粒化原理中的润湿聚结方式。粗粒化原理：根据Stock’s定律

Vt=kD2

其中：Vt—油滴在水中的上升速度；k—常数(与水温、油黏度等因素有关)；D—油滴的直径。

从公式中可以看出，油滴在水中的上升速度是和油滴直径的平方成正比的。根据有关理论，固体材料对液体有着不同的润湿度，两相在接触面体现出不同的润湿角，当液体中的两相在同一表面润湿角之差大于70度时(α-β>70°)，两相可以分离。亲油疏水的材料的表面，油滴被大量吸引，得以粗粒化。

新型滤芯的核心技术是纤维材料的分子改性技术。纤维经过改性之后具有亲油疏水的表面特性。通过光学显微镜(OLYMPUS BX41)观察改性前与改性后纤维在不同进水情况下表面的变化情况，可以说明纤维的吸油性能，如图2所示。改性纤维先捕获油珠，然后油珠在纤维表面聚结，聚结到一定程度，在纤维表面形成一层油膜。

图2 改性前、后纤维原状对比图

2 煤层气污水化验结果分析

通过对污水的送检化验得知污水中各组分的原始含量如表1。

表1 污水组分检验结果

之后，我们又对污水中含有的固体杂质进行了深入的检测。

由红外光谱分析可知，样品中主要为无机物质(图3)。

图3 样品的红外光谱图

图4 样品及灰分的ESD谱图

由ESD分析可知，样品中主要含有C、O、S、Fe等元素(图4)。

由XRD谱图分析可知，样品中含有硫酸铁、铁粉、碳、硫磺等物质，样品灰分中主要含有氧化铁等物质。

由以上分析可知，污水中含有石油类物质、硫酸铁、铁粉、碳、硫磺等物质，组分多样，但要想很好对其进行净化处理，首先要考虑石油类物质，即随压缩机排出的乳化油。为此，我们会同生产厂家一起，考虑增设了一台刮油机，待生产污水静置24小时油水彻底分层以后，使用钢带式刮油机将其表面的浮油刮掉，然后抽出污水进行处理。这样就大大减少了污油对改性纤维的污染，延长使用寿命，提高处理效果，降低更换滤芯滤料的使用成本。

3 结论

3.1 人机交互界面设计

本系统的运行通过PLC进行控制，可以显示各阀门的状态和各传感器数值。通过运行一段时间后，该控制系统能够满足现场的手动和自动控制需求。进入控制界面可以对设备进行模式切换、强制排油、强制排污和强制触发反冲操作。也可以进行参数设定和报警信息查询。系统开机后，默认的运行状态为手动状态，点击“自动”、“手动”进行切换。