基于不同層次的生產(chǎn)廢水處理工藝技術(shù)研究

鄭秋生 邵天澤 霍志堅 孟迪

（中海石油環(huán)保服務(wù)有限公司 天津 300452）

基于不同層次的生產(chǎn)廢水處理工藝技術(shù)研究

鄭秋生 邵天澤 霍志堅 孟迪

（中海石油環(huán)保服務(wù)有限公司 天津 300452）

伴隨國家環(huán)保要求的不斷提高、中海油上、下游業(yè)務(wù)板塊的不斷拓展，針對于不同廢水狀況采取不同的處理技術(shù)，本著實現(xiàn)廢水處理既要達(dá)到國家環(huán)保要求、又要實現(xiàn)成本最優(yōu)化的要求，本文提出了常規(guī)生產(chǎn)廢水處理、生產(chǎn)廢水凈化技術(shù)、生產(chǎn)廢水近零排放技術(shù)、生產(chǎn)沸水零排放技術(shù)四個層次的生產(chǎn)廢水處理階段。并對四層技術(shù)進行研究分析，以期實現(xiàn)經(jīng)濟高效的生產(chǎn)廢水處理目的。

生產(chǎn)廢水；常規(guī)生產(chǎn)廢水處理；生產(chǎn)廢水凈化技術(shù)；生產(chǎn)廢水近零排放技術(shù)；生產(chǎn)廢水零排放技術(shù)

1 前言

據(jù)統(tǒng)計，2010年我國廢水排放量達(dá)617.3億噸，2011年達(dá)652.1億噸，能源行業(yè)的廢水排放量占其中較大部分，以海洋石油生產(chǎn)為例，其2010年產(chǎn)生含油污水量約為1.22億噸[1]。在中海油上游業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的前提下，下游煉化、精細(xì)化工等項目也在不斷拓展，在這些項目中將會產(chǎn)生大量的廢水。針對這些廢水，盡管國家有相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，但即便是合規(guī)排放的廢水中仍含有一定的污染物含量，長期排放、日積月累，也會對環(huán)境造成一定的污染。一方面是產(chǎn)生大量的污水，另一方面是真正需要的凈水資源短缺，因此開發(fā)和研究新型的廢水凈化技術(shù)，實現(xiàn)排放廢水的再利用，既可以避免環(huán)境污染，又可以解決生產(chǎn)過程中對水的需求量。

但是，實現(xiàn)生產(chǎn)廢水的凈化回用，要求所得到的水越純凈凈化工藝成本就會越高，如何實現(xiàn)回用水的成本最優(yōu)化，使得處理后的水質(zhì)指標(biāo)既可以滿足回用水要求，又不至使得處理成本過高。本文中將生產(chǎn)廢水凈化回用技術(shù)分為四個層次：常規(guī)污水處理、污水凈化技術(shù)、污水近零排放技術(shù)、污水零排放技術(shù)。生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)自身所需回用水要求選擇技術(shù)。

2 處理工藝

針對于中海油業(yè)務(wù)板塊發(fā)展需求，上游油氣開采生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的非注聚生產(chǎn)廢水可以采用傳統(tǒng)的含油廢水處理系統(tǒng)；為達(dá)到較高的排放要求或為得到較高要求的回用水可進一步采用處理成本較高的凈化技術(shù)、近零排放技術(shù)和零排放技術(shù)。

2.1 常規(guī)生產(chǎn)廢水處理

目前，渤海海域的油氣開采過程中產(chǎn)生的非注聚生產(chǎn)廢水，經(jīng)過傳統(tǒng)的油田廢水處理工藝：除油器→氣浮→雙濾料過濾器等工藝，一般可以達(dá)到目前國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)或是各油田回注水質(zhì)要求。常規(guī)污水處理流程見圖1。

圖1 常規(guī)污水處理流程

2.2 生產(chǎn)廢水凈化技術(shù)

生產(chǎn)廢水凈化技術(shù)是針對于注聚油田生產(chǎn)廢水處理、各地不斷提高的生產(chǎn)廢水外排指標(biāo)、下游煉化、精細(xì)化工高COD、高含鹽污水處理回用而提出的。主要采用的是通過對常規(guī)污水處理流程出水進行微濾、超濾、納濾或反滲透等過濾工藝將水中的細(xì)菌、懸浮物、乳化油、顏料、膠體、部分鹽、金屬離子等去除，從而得到部分較高品質(zhì)的處理水，可用于油田和煉化、精細(xì)化工回用水。

圖2 過濾示意圖

2.3 生產(chǎn)廢水近零排放技術(shù)

近零排放技術(shù)是針對于精細(xì)化工過程中產(chǎn)生的含有大量無機鹽或TDS(Total Dissolved Solids)的工業(yè)廢水很難處理而提出的。近零排放主要是針對于難處理的廢水采用反滲透、電滲析等凈化水技術(shù)只能回收約50%左右的廢水，剩余的約50%濃縮廢水仍無法綜合利用而采取的機械壓縮蒸餾等技術(shù)，通過對剩余的約50%的濃廢水進一步通過強制蒸餾，而將濃廢水的比例降低至5%左右的技術(shù)。并充分采用反滲透膜（RO），電滲析（EDR），超濾（UF）和膜反應(yīng)器（MBR）工藝等技術(shù)將生產(chǎn)廢水充分回收利用后，所剩余的高含鹽廢水采用蒸發(fā)工藝進行回收處理。高含鹽廢水經(jīng)過蒸發(fā)工藝處理后，一般可回收90%-95%的含鹽量為5-10mg/L的蒸餾水副產(chǎn)品。

2.3.1 機械壓縮蒸餾原理

機械壓縮蒸餾技術(shù)通過蒸汽循環(huán)壓縮，可將含油生產(chǎn)廢水轉(zhuǎn)化為少量漿狀含油廢棄物和大量淡水，實現(xiàn)含油生產(chǎn)廢水的近零排放?；驹硎菍φ舭l(fā)過程中產(chǎn)生的一次蒸汽進行機械壓縮，提高蒸汽的熱焓后，重新輸入系統(tǒng)，加熱生產(chǎn)廢水使其蒸發(fā)，通過蒸汽的不斷產(chǎn)生和壓縮，形成熱力循環(huán)，獲得高品質(zhì)蒸餾水。通過相應(yīng)的高效化學(xué)試劑防止油污垢在蒸發(fā)器內(nèi)部的附著，從而提高熱交換蒸發(fā)效率。其熱流簡圖如下所示。

圖3 機械壓縮蒸餾系統(tǒng)熱流圖

2.3.2 機械壓縮蒸餾設(shè)備流程

圖4 的工藝流程圖

原水泵將原水引入系統(tǒng)通過換熱器與壓縮蒸汽進行熱量交換，提高原水溫度；加熱后原水經(jīng)不凝氣去除系統(tǒng)將不凝性氣體去除；被循環(huán)泵泵至換熱器管束頂部水箱；通過濃水分布器將濃水噴出與傳熱管束內(nèi)蒸汽熱交換汽化；經(jīng)氣液分離器分離后進入壓縮機。壓縮蒸汽進入濃縮器(換熱管)；壓縮蒸汽的潛熱傳過換熱管壁，對管外濃水膜加熱，使部分濃水蒸發(fā)。壓縮蒸汽釋放潛熱時，在換熱管內(nèi)冷凝成產(chǎn)品水，用于對新進原水進行預(yù)熱；聚集于換熱器底槽的5%濃縮水被排出。

2.3.3 近零排放工藝流程

通過對流程出水進行過濾預(yù)處理工藝去除其中的懸浮物等較大顆粒物質(zhì)，產(chǎn)生的約50%濃縮水經(jīng)機械壓縮工藝流程處理，處理后的水可以用于鍋爐回用水及循環(huán)用工業(yè)用水。

圖5 近零排放工藝流程

2.4 零排放技術(shù)[2][3][4]

零排放技術(shù)主要是針對于含有大量無機鹽或TDS的工業(yè)廢水處理技術(shù)，20世紀(jì)70年代由美國GE率先設(shè)計了真正能夠達(dá)到工業(yè)廢水“零排放”的設(shè)備。目前，國內(nèi)真正實現(xiàn)“零排放”的為神華鄂爾多斯煤制油項目和億利化學(xué)PVC項目，但投資較大。該技術(shù)主要是在缺水的地方或者水環(huán)境比較脆弱的地方使用，可以充分利用水資源。

2.4.1 技術(shù)機理

零排放的核心技術(shù)是“降膜式機械蒸汽壓縮再循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)”、“晶種技術(shù)”和“結(jié)晶技術(shù)”。利用蒸汽作為熱能時，蒸發(fā)每千克水需消耗熱能554千卡。采用機械壓縮蒸發(fā)技術(shù)時，典型的能耗為處理每噸含鹽廢水需20至30度電，即蒸發(fā)每千克水僅需28千卡或更少的熱能。即單一的機械壓縮蒸發(fā)器的效率，理論上相當(dāng)于20效的多效蒸發(fā)系統(tǒng)。

“降膜式機械蒸汽壓縮再循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)”基本原理同機械壓縮蒸餾技術(shù)基本相同。

“晶種法”是以硫酸鈣首先結(jié)晶作為“種子”，然后濃度飽和的硅鹽等附著在種子上，保持懸浮于水中，不會附著于換熱器表面結(jié)垢。

“結(jié)晶技術(shù)”將最終剩余的5%超濃水實現(xiàn)分離、結(jié)晶，是最終實現(xiàn)零排放的關(guān)鍵技術(shù)，其通過循環(huán)壓縮蒸汽實現(xiàn)超濃水中鹽的結(jié)晶、水的蒸餾。工藝流程示意圖6.

圖6 結(jié)晶工藝流程示意圖

2.4.2 零排放工藝流程

圖7 零排放工藝流程

前期分級處理剩余50%的水，通過降膜式機械蒸汽壓縮再循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)可以實現(xiàn)45%的去除，剩余的5%為超濃水，通過結(jié)晶工藝處理實現(xiàn)鹽的完全結(jié)晶固化，一般晶體約占整體水量的約0.5%。產(chǎn)生的結(jié)晶鹽可以作為化工產(chǎn)品原料，真正實現(xiàn)物盡其用的零排放。

結(jié)語

針對于中海油業(yè)務(wù)板塊上、下游，對水質(zhì)要求、排放要求及回用要求的不同可以考慮采用不同的處理工藝，針對于非注聚生產(chǎn)廢水的處理采用目前的常規(guī)油水分離系統(tǒng)即可達(dá)標(biāo)；而對于下游精細(xì)化工產(chǎn)生的高含鹽、高COD、高TDS，同時又有回用需求的廢水處理需要使用凈化技術(shù)或近零排放技術(shù)；而對于零排放技術(shù)，因其費用高昂，在目前應(yīng)用范圍不是很廣。

[1]MBR膜生物反應(yīng)器技術(shù)介紹

[2]GE零排放技術(shù)介紹

[3]GE工業(yè)廢水零排放技術(shù)簡介

[4]工業(yè)廢水和生活污水零排放新技術(shù)