專利名稱：一種地熱尾水處理工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種尾水的處理工藝，特別是一種地熱尾水的處理工藝。
背景技術：
地熱水是取自地下深層斷裂帶，溫度較高的地熱資源，它不僅是一種水資源，更是一種清潔能源，其作為“熱能”可以替代造成空氣嚴重污染的傳統化石能源，如煤和石油。我國的地熱水資源十分豐富，去合理地開發利用地熱水資源以增加能源供應與優化能源結構，這對我國構建資源節約型與環境友好型社會具有重大實際意義。地熱水形成于地下巖層，并附有熱源，其水質雖依地域分布、地質構造及開采深度等有所不同，但地熱水的成因決定了其水質都具有多種無機鹽組分及較高的礦化度。地熱水中含有鉀、鈉、鈣、鎂、硅、氯化物、氟化物、硫酸鹽、碳酸鹽，及過量的鐵、錳離子等多種成 份。現有的地質調查也表明，目前開采的相當一部分地熱水中的一些微量元素與重金屬元素也有不同程度的超標，如砷、硼、鎘、汞等，而且某些地熱水中還存在微量放射性元素，如氡，這又可能存在著總放射性超標的問題。目前大部分地區對開采的地熱水進行熱能利用之后余下了尾水，由于地熱尾水中含有一些較為復雜的有害成份與污染物，比較困難對地熱尾水進行集成處理加以利用，而不得不將地熱尾水不經處理就廢棄排放，由于地熱尾水中存在的一些污染物與有害成份，這不僅對地表水、地下水、土壤及農作物構成了危害，也對人類的健康安全產生了較大的潛在威脅。對地熱尾水進行深度開發以作為一種補充性水資源，使其處理后滿足工農業用水要求，乃至使其達到滿足人體健康安全要求的生活飲用水衛生標準，這可能是以后的一種實際需求與發展趨勢。在對地熱尾水的處理過程中，往往會遇到鐵錳含量超標、氟氯離子濃度過高、硼的去除、放射性元素氡的脫除等幾個關鍵難點問題。本發明就是針對這種實際狀況，提出了一種對地熱尾水進行開發利用的新工藝方法，以作為一種解決實際問題的可行途徑來實現對地熱尾水的開發與利用。
發明內容
為了解決現有技術的不足，本發明提出了一種對地熱尾水進行開發處理的集成工藝，該工藝方法能較系統較徹底地解決地熱尾水中鐵錳含量超標、硼含量過高，具有重金屬元素、微量元素與放射性元素等復雜成份等問題，可作為對地熱尾水實現開發利用的一種系統性解決方案。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種地熱尾水處理工藝，包括以下步驟( I)將地熱水在熱能梯級利用之后的尾水溫度控制在45°C以下；(2)對地熱尾水采用曝氣塔曝氣將步驟(I)中排放的地熱尾水通入到曝氣塔，曝氣塔內裝有空心球或瓷環填料，通過曝氣塔能迅速驅散溶解在地熱尾水中的C02、H2S, Rn(氡)雜質氣體，并使低價鐵錳離子氧化成沉淀物；(3)將曝氣后的地熱尾水流經錳砂過濾器過濾錳砂過濾器中裝有的錳砂能對低價鐵錳離子產生催化氧化作用，從而形成膠體沉淀物后利用濾料的機械過濾原理去除鐵錳；(4)利用雙膜法工藝對過濾后的地熱尾水進行膜集成處理雙膜法包括超濾和反滲透，其中超濾為反滲透的前置保安過程，反滲透為對地熱尾水的深度處理過程。在雙膜法工藝過程中，反滲透膜因其過濾特性可實現對重金屬離子、氟離子和氯離子于完全程度的去除。反滲透處理后，得到反滲透產水，并將富含雜質離子和微量元素的反滲透濃水作為回灌水送至地熱回灌井用作回灌；(5)將反滲透產水經過硼選擇性樹脂吸附處理將反滲透產水通入到硼樹脂柱中，硼樹脂柱中包含有硼選擇性樹脂，反滲透產水中的硼與硼選擇性樹脂中的鄰二羥基官能團絡合形成1:1的配合物，再進一步絡合形成1:2的配合物，實現了用樹脂對硼的吸附分 離，得到除硼后的出水；(6)將除硼后的出水經過活性炭過濾器過濾后輸送至用點活性炭對硼和氡元素以及小分子有機物均有吸附作用。作為上述方案的優選，所述熱能梯級利用包含有三個梯級，第一梯級是將開采出來的85°C 100°C的地熱水，經過換熱器提取熱能供管網系統供熱，之后進入二級換熱器；第二梯級是將經過一級換熱后的50°C 55°C的地熱水進行再次換熱，提取熱能供地面輻射式采暖系統供熱；第三梯級是將由第二梯級系統排出的35 V 40°C的地熱水，進入熱泵機組對地熱水進行溫度的提升，地熱水的溫度提升至55°C 60°C，再將地熱水供應給用戶采暖；熱泵機組排出的15°C 25°C的地熱水為排放的地熱尾水。所述曝氣塔采用機械通風接觸式曝氣塔。本發明與現有技術相比具有的有益效果是本發明提出了一種對地熱尾水進行開發處理的工藝方法，針對地熱尾水中存在的有害成份及污染物類型，整合了多項水處理單元技術，實現了工藝系統的集成與優化，本發明以地熱水利用的現狀與實際需求為出發點，以保障環境安全與提高水利用率為主要目的，對地熱尾水的水質適用范圍廣，工藝先進、技術可靠，在地熱尾水的開發利用中具有實際推廣應用價值，能產生明顯的社會、經濟及環境效益。
圖1是本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。在本實施例中，參照圖1，一種地熱尾水處理工藝，包括以下步驟( I)將地熱水在熱能梯級利用之后的尾水溫度控制在45°C以下；熱能梯級利用是指將深層地熱水取出，經兩個以上的梯級換熱提取地熱水中的熱能，而不消耗地熱水的過程，本實施例中的熱能梯級利用包含有三個梯級，第一梯級是將開采出來的85°C的地熱水，經過換熱器提取熱能供管網系統供熱，之后進入二級換熱器；第二梯級是將經過一級換熱后的55°C的地熱水進行再次換熱，提取熱能供地面輻射式采暖系統供熱；第三梯級是將由第二梯級系統排出的35°C的地熱水，進入熱泵機組對地熱水進行溫度的提升，地熱水的溫度提升至55°C，再將地熱水供應給用戶采暖；熱泵機組排出的20°C的地熱水為排放的地熱尾水；(2)對地熱尾水采用曝氣塔曝氣將步驟(I)中排放的地熱尾水通入到曝氣塔，所述曝氣塔采用機械通風接觸式曝氣塔，曝氣塔內裝有瓷環填料；所用的瓷環直徑為Φ 25mm,高度為25mm,厚度為5mm,通過曝氣塔能迅速驅散溶解在地熱尾水中的C02、H2S, Rn (氡)雜質氣體，并使低價鐵錳氧化成沉淀物。(3)將曝氣后的地熱尾水流經錳砂過濾器過濾錳砂過濾器中裝有的錳砂能對低·價鐵錳離子產生催化氧化作用，從而形成膠體沉淀物后利用濾料的機械過濾原理去除鐵錳；錳砂過濾器選用直徑D為O. 6^1. 2mm的天然錳砂，天然錳砂的不均勻系數K為1.Γ1. 7，錳砂過濾器的孔隙率達60%飛5%，錳砂過濾器的運行設計參數控制在如下范圍濾速5 12m/h，沖洗強度12 20L/ (s. m2)，沖洗時間5 15min。(4)利用雙膜法工藝對過濾后的地熱尾水進行膜集成處理雙膜法包括超濾和反滲透，其中超濾為反滲透的前置保安過程，反滲透為對地熱尾水的深度處理過程。在雙膜法工藝過程中，反滲透膜因其過濾特性可實現對重金屬離子、氟離子和氯離子于完全程度的去除。反滲透處理后，得到反滲透產水，并將富含雜質離子和微量元素的反滲透濃水作為回灌水送至地熱回灌井用作回灌；所選用超濾膜的分離孔徑范圍為O. 02、. 2 μ m，膜結構形式可為中空纖維式、管式、卷式和板式，膜材質可采用高分子聚合物、金屬及無機陶瓷類材料。對超濾的運行設計參數可控制在如下范圍運行壓力為O. 15^0. 50MPa，溫度為15 45°C，設計錯流流速為l-3m/s，超濾水回收率不低于90%。由于進超濾的地熱尾水溫度已有所控制，故超濾膜便可在當前市場上的超濾產品中廣泛選擇，在涉及具體選型時無耐高溫的特別要求。用反滲透膜對超濾膜出水進行深度處理，可截留水中的絕大部分溶解離子及有機物，所選用的反滲透膜宜選用對無機離子有高截留率的反滲透膜產品，特別是當地熱尾水中的硼含量較高時，為了達到對硼更高的去除效率，必須選用高脫硼率的反滲透膜元件類型，單只膜元件的膜面積約30-41m2。對反滲透的運行設計參數可控制在如下范圍運行壓力為1. 5^3. OMPa,溫度為15 45°C，反滲透水回收率為60% 80%，設計膜通量為2(T35Lmh ；(5)將反滲透產水經過硼選擇性樹脂吸附處理將反滲透產水通入到硼樹脂柱中，硼樹脂柱中包含有硼選擇性樹脂，反滲透產水中的硼與硼選擇性樹脂中的鄰二羥基官能團絡合形成1:1的配合物，再進一步絡合形成1:2的配合物，實現了用樹脂對硼的吸附分離，得到除硼后的出水；硼選擇性樹脂對硼酸具有高度的選擇性，對硼酸去除率可達到99. 00%-99. 99%，對硼吸附飽和的樹脂用酸再生，樹脂上吸附硼所形成的配合物在酸的作用下又可以解離，得到原來的硼酸，這就對硼選擇性樹脂進行了解析再生。(6)將除硼后的出水經過活性炭過濾器過濾后輸送至用點活性炭對硼和氡元素以及小分子有機物均有吸附作用。活性炭過濾器的主要設計運行參數有濾速為l(T20m/h，運行壓力小于O. 6MPa。
在本發明的工藝方法中，經反滲透深度處理后，富含雜質離子及多種微量元素的反滲透濃水作為回灌水送至地熱回灌井用作回灌，這種處理方式規避了因此種反滲透處理工藝中存在含有多種重金屬及復雜微量元素的反滲透濃水而可能產生的潛在威脅與不利影響，并且也利于保持地下巖 層結構的穩定以免因地熱水的過度開發而引發地質災害。
權利要求
1.一種地熱尾水處理工藝，其特征在于包括以下步驟 (1)將地熱水在熱能梯級利用之后的尾水溫度控制在45°c以下； (2)對地熱尾水采用曝氣塔曝氣將步驟(I)中排放的地熱尾水通入到曝氣塔，曝氣塔內裝有空心球或瓷環填料，通過曝氣塔能迅速驅散溶解在地熱尾水中的C02、H2S, Rn (氡)雜質氣體，并使低價鐵錳離子氧化成沉淀物； (3)將曝氣后的地熱尾水流經錳砂過濾器過濾錳砂過濾器中裝有的錳砂能對低價鐵錳離子產生催化氧化作用，從而形成膠體沉淀物后利用濾料的機械過濾原理去除鐵錳； (4)利用雙膜法工藝對過濾后的地熱尾水進行膜集成處理雙膜法包括超濾和反滲透，其中超濾為反滲透的前置保安過程，反滲透為對地熱尾水的深度處理過程。在雙膜法工藝過程中，反滲透膜因其過濾特性可實現對重金屬離子、氟離子和氯離子于完全程度的去除。反滲透處理后，得到反滲透產水，并將富含雜質離子和微量元素的反滲透濃水作為回灌水送至地熱回灌井用作回灌； (5)將反滲透產水經過硼選擇性樹脂吸附處理將反滲透產水通入到硼樹脂柱中，硼樹脂柱中包含有硼選擇性樹脂，反滲透產水中的硼與硼選擇性樹脂中的鄰二羥基官能團絡合形成1:1的配合物，再進一步絡合形成1:2的配合物，實現了用樹脂對硼的吸附分離，得到除硼后的出水； (6)將除硼后的出水經過活性炭過濾器過濾后輸送至用點活性炭對硼和氡元素以及小分子有機物均有吸附作用。
2.根據權利要求1所述的地熱尾水處理工藝，其特征在于所述熱能梯級利用包含有三個梯級，第一梯級是將開采出來的85°C 10(TC的地熱水，經過換熱器提取熱能供管網系統供熱，之后進入二級換熱器；第二梯級是將經過一級換熱后的50°C 55°C的地熱水進行再次換熱，提取熱能供地面輻射式采暖系統供熱；第三梯級是將由第二梯級系統排出的35 V 40°C的地熱水，進入熱泵機組對地熱水進行溫度的提升，地熱水的溫度提升至550C飛(TC，再將地熱水供應給用戶采暖；熱泵機組排出的15°C 25°C的地熱水為排放的地熱尾水。
3.根據權利要求1所述的地熱尾水處理工藝，其特征在于所述曝氣塔采用機械通風接觸式曝氣塔。
全文摘要
本發明提供了一種地熱尾水處理工藝，包括以下步驟(1)將地熱水在熱能梯級利用之后的尾水溫度控制在45℃以下；(2)對地熱尾水采用曝氣塔曝氣；(3)將曝氣后的地熱尾水流經錳砂過濾器過濾；(4)利用雙膜法工藝對過濾后的地熱尾水進行膜集成處理；(5)將反滲透產水經過硼選擇性樹脂吸附處理；(6)將除硼后的出水經過活性炭過濾器過濾后輸送至用點。本發明針對地熱尾水中存在的有害成份及污染物類型，整合了多項水處理單元技術，實現了工藝系統的集成與優化，對地熱尾水的水質適用范圍廣，工藝先進、技術可靠，在地熱尾水的開發利用中具有實際推廣應用價值，能產生明顯的社會、經濟及環境效益。
文檔編號C02F9/04GK103011454SQ20121053026
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者謝雄, 鮑建國 申請人:中國地質大學(武漢)