張永紅 連 偉 何 化

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司， 四川 成都 610041

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天然氣行業(yè)污水零排放新型工藝

張永紅 連 偉 何 化

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司， 四川 成都 610041

為減輕天然氣行業(yè)污水最終處置造成的環(huán)境壓力，設(shè)計(jì)實(shí)施了一套針對天然氣行業(yè)的污水零排放新型工藝，通過污水分質(zhì)處理原則，達(dá)到分質(zhì)回用要求。該工藝由生化處理和提濃處理對全廠各種廢水進(jìn)行回用處理，處理后回用水CODcr、BOD5和電導(dǎo)率明顯下降，平均值分別達(dá)到 50 mg/L、14 mg/L和388 μs/cm，達(dá)到回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由生化處理和提濃處理產(chǎn)生的殘液最終進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶裝置，做最后處置，將水與固體徹底分離，生成的產(chǎn)品水電導(dǎo)率平均值只有35.25 μs/cm，達(dá)到循環(huán)水補(bǔ)水要求。采用該污水零排放新型工藝最終實(shí)現(xiàn)了無污水外排。

零排放；生化處理；電滲析；蒸發(fā)結(jié)晶；廢水處理

0 前言

天然氣地面工程建設(shè)過程中長期存在較多環(huán)保處置難題，其中污水處理方面存在來源復(fù)雜多樣、水質(zhì)水量變化頻繁、有毒有害等特點(diǎn)[1-4]。

在國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域廣泛使用的工業(yè)廢水回用處理技術(shù)主要包括RO技術(shù)(反滲透膜雙膜法)和EDR技術(shù)。這兩種技術(shù)的主要材料是納米級(jí)的膜，處理對象是離子(重金屬離子)和分子量在幾百以上的有機(jī)物[5-7]。但使用上述兩種技術(shù)只能得到約60 % 的純水，而剩余的含高濃度有害物質(zhì)的廢水最終難免會(huì)被排放到環(huán)境載體中[8-11]，無論是回注還是排海，這些高濃度的重金屬離子和有機(jī)物均會(huì)對環(huán)境安全造成極大威脅。目前國內(nèi)也有部分行業(yè)采用了廢液蒸發(fā)處理技術(shù)，但這些處理技術(shù)的應(yīng)用碎片化嚴(yán)重，沒有形成整套解決方案[12-15]。

在國外，污水零排放技術(shù)在石油、礦石冶煉、化工等行業(yè)有零星使用，主要是將多效蒸發(fā)和熱壓技術(shù)作為殘液的最終處理手段[16-18]。但這些技術(shù)主要作為污水處理的補(bǔ)充手段，殘液處置還是以回注為主，多效蒸發(fā)和熱壓技術(shù)與前端水處理工藝的耦合不夠完善，尚未出現(xiàn)針對某一工業(yè)的完善的污水零排放處理技術(shù)[19-20]。

為徹底解決地表、地下水體污染等問題，必須使用先進(jìn)的、成套的污水零排放處理技術(shù)。

在川渝地區(qū)某天然氣凈化廠工程中，設(shè)計(jì)采用了污水零排放理念，將污水分質(zhì)處理，處理后達(dá)標(biāo)污水回用，不達(dá)標(biāo)及高鹽度污水提濃后，進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶裝置，做到徹底的固液分離，實(shí)現(xiàn)無污水外排的目標(biāo)。

1 污水種類及水量

按照污水排放特點(diǎn)和水質(zhì)，污水分為正常生產(chǎn)、生活污水，檢修污水，初期雨水，生產(chǎn)廢水、含鹽廢水。污水種類及水量見表1。

表1 污水種類及水量

污水種類水量污染物正常生產(chǎn)、生活污水392.26m3/d含MDEA、TEG、油、N、P等污染物檢修污水6493.9m3/a含MDEA、TEG、鐵、油和固體雜質(zhì)等污染物初期雨水-含無機(jī)雜質(zhì)、少量浮油生產(chǎn)廢水、含鹽廢水1636.8m3/d含磷酸鹽、無機(jī)鹽類、機(jī)械雜質(zhì)等污染物

根據(jù)污水種類的不同水質(zhì)，采用不同的回用處理工藝。

2 污水零排放處理工藝簡介

1)將氣田內(nèi)的污水劃分為正常生產(chǎn)、生活污水，檢修污水，初期雨水，生產(chǎn)廢水、含鹽廢水，分別進(jìn)行收集。

2)正常生產(chǎn)、生活污水，檢修污水和初期雨水引入生化處理單元。

3)生產(chǎn)廢水、含鹽廢水預(yù)處理后引入電滲析處理單元。

4)生化處理單元處理后未回用完的達(dá)標(biāo)污水和電滲析處理單元處理后所產(chǎn)生的濃水均進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶單元進(jìn)行深度處理。

5)水質(zhì)達(dá)標(biāo)后回用為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水或氣田內(nèi)其他生產(chǎn)用水，污染物以結(jié)晶鹽的形式從污水中析出，對結(jié)晶鹽進(jìn)行回收利用，最終實(shí)現(xiàn)污水零排放。污水零排放新型工藝流程圖見圖1。

圖1 污水零排放新型工藝流程圖

3 生化處理工藝

正常生產(chǎn)、生活污水，檢修污水及初期雨水采用生化處理工藝處理。進(jìn)入生化污水處理裝置的正常生產(chǎn)污水是各生產(chǎn)裝置、輔助生產(chǎn)裝置所產(chǎn)生生產(chǎn)污水；生活污水是指生產(chǎn)及檢修基地及廠區(qū)內(nèi)公廁等處排出的污水。正常生產(chǎn)、生活污水水量共約392.26 m3/d。生化處理裝置進(jìn)水水質(zhì)見表2。

表2 生化處理裝置進(jìn)水水質(zhì)

水質(zhì)參數(shù)生產(chǎn)污水生活污水CODcr/(mg·L-1)≤2500≤300BOD5/(mg·L-1)≤500<200pH<7.56～9SS/(mg·L-1)≤200≤200

處理后出水水質(zhì)控制指標(biāo)應(yīng)達(dá)到GB/T 18920《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》中綠化和場地沖洗水質(zhì)要求，見表3。

表3 綠化和場地沖洗水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

pHSS/(mg·L-1)CODcr/(mg·L-1)硫化物/(mg·L-1)NH3-N/(mg·L-1)石油類/(mg·L-1)6～9701001.010.05.0

考慮到水量變化及沖擊負(fù)荷，生化污水處理裝置總規(guī)模按570 m3/d(約為24 m3/h)計(jì)算。主工藝即AAO工藝水力停留時(shí)間為10～12 h，好氧區(qū)污泥濃度為3.5 g/L，污泥齡8～12 d，溶解氧4～6 mg/L；缺氧區(qū)污泥濃度為2.7 g/L，溶解氧小于0.5 mg/L。

生化污水處理采用“預(yù)曝氣-氣浮-水解酸化-缺氧-好氧-沉淀”生物處理工藝處理后，再進(jìn)行過濾、除臭、殺菌消毒后回用。污水生化處理流程見圖2。

圖2 污水生化處理流程圖

經(jīng)過近4個(gè)月的連續(xù)運(yùn)行和監(jiān)測，生化處理單元出水完全滿足GB/T 18920《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》規(guī)范要求，主要控制指標(biāo)皆優(yōu)于規(guī)范要求。生化處理進(jìn)出水CODcr、BOD5、氨氮濃度對比分別見圖3、4、5。

從圖3～5可見，出水CODcr始終保持在100 mg/L以下，平均值為50 mg/L；出水BOD5保持在20 mg/L以下，平均值為14 mg/L；出水氨氮保持在0.5 mg/L以下，平均值為0.12 mg/L。

圖3 生化處理進(jìn)出水CODcr對比

圖4 生化處理進(jìn)出水BOD5對比

圖5 生化處理進(jìn)出水氨氮濃度對比

4 提濃處理工藝

高含鹽污水采用預(yù)處理+EDR電滲析脫鹽工藝處理。

提濃裝置用于處理循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和鍋爐房排放的生產(chǎn)廢水，以及少量蒸發(fā)結(jié)晶裝置的回收水。

預(yù)處理裝置分為電絮凝反應(yīng)池、斜板沉淀池和多介質(zhì)過濾池三個(gè)部分。

EDR電滲析處理裝置總體規(guī)模按1 920 m3/d(80 m3/h)計(jì)算。用電配置為第一級(jí)150 V、150 A，第二級(jí)200 V、100 A。

提濃裝置進(jìn)水電導(dǎo)率500～2 000 μs/cm。

裝置淡水出水水質(zhì)達(dá)到GB/T 18920《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》中綠化和場地沖洗水質(zhì)要求。提濃處理流程見圖6。

通過連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，EDR電滲析裝置進(jìn)出水電導(dǎo)率對比見圖7。

圖6 提濃處理流程圖

圖7 EDR電滲析裝置進(jìn)出水電導(dǎo)率對比

由圖7可見，通過電滲析處理，完成了對進(jìn)水的提濃，電導(dǎo)率平均提高到3倍水平，淡水側(cè)出水電導(dǎo)率保持在低水平，平均值為388 μs/cm，可滿足城市雜用水淡水要求。

5 殘液零排放處理

采用蒸發(fā)結(jié)晶裝置處理電滲析濃鹽水和未回用完的

經(jīng)生化處理的達(dá)標(biāo)污水。

蒸發(fā)結(jié)晶單元總體處理規(guī)模為600 m3/d。采用四效真空蒸發(fā)結(jié)晶除鹽生產(chǎn)工藝(圖8)，回收冷凝水(產(chǎn)品水)質(zhì)量符合GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》的水質(zhì)要求，全部回用做廠內(nèi)循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水和其它生產(chǎn)用水，污染物結(jié)晶析出，最終實(shí)現(xiàn)零排放。

蒸發(fā)結(jié)晶裝置主要控制參數(shù)見表4。

表4 蒸發(fā)結(jié)晶裝置主要控制參數(shù)

項(xiàng)目介質(zhì)操作溫度/℃操作壓力/MPa(a)操作液位固液比Ⅰ效蒸發(fā)室蒸汽/鹽水123/1400.2255%±5%0～20%Ⅱ效蒸發(fā)室蒸汽/鹽水96/1100.08955%±5%0～20%Ⅲ效蒸發(fā)室蒸汽/鹽水70/840.03155%±5%0～20%Ⅳ效蒸發(fā)室蒸汽/鹽水45/580.0155%±5%0～20%

圖8 四效真空蒸發(fā)結(jié)晶除鹽工藝流程圖

5.1 物料系統(tǒng)

含鹽廢水通過進(jìn)料泵進(jìn)入板式換熱器，與蒸發(fā)結(jié)晶出來的混合冷凝水換熱，升溫后的含鹽廢水平流進(jìn)入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效，各效經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶濃縮生成的鹽漿排出本效后依次順轉(zhuǎn)Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ，Ⅳ效排出的鹽漿經(jīng)過鹽漿泵進(jìn)入增稠器，然后進(jìn)入離心機(jī)脫水分離，固體鹽經(jīng)輸送帶送至廢鹽中轉(zhuǎn)桶外運(yùn)，離心母液自流進(jìn)離心母液桶，經(jīng)離心母液泵返回蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的Ⅳ效。

5.2 生蒸汽和凝結(jié)水回路

生蒸汽首先被注入去離子水(開車前使用凝結(jié)水系統(tǒng)的軟化除鹽水、開車后使用Ⅰ效冷凝水)消除過熱，然后送入Ⅰ效換熱器殼程，將其潛熱傳給管程內(nèi)的工藝液體(鹵水/鹽水)后冷凝下來。Ⅰ效生蒸汽凝結(jié)水經(jīng)Ⅰ效冷凝水平衡桶→Ⅰ效冷凝水一次閃發(fā)桶→Ⅰ效冷凝水二次閃發(fā)桶兩次閃發(fā)，回收部分熱能后返回鍋爐房作為鍋爐補(bǔ)充用水。

5.3 二次蒸汽及冷凝水回路

Ⅰ效蒸發(fā)室中排出的二次蒸汽送到Ⅱ效換熱器的殼程中，在此冷凝后，冷凝水被送至Ⅱ效平衡桶，再順轉(zhuǎn)閃發(fā)至Ⅲ效平衡桶。

Ⅱ效蒸發(fā)室中排出的二次蒸汽送到Ⅲ效換熱器的殼程中，在此冷凝后，冷凝水被送至Ⅲ效平衡桶，再順轉(zhuǎn)閃發(fā)至Ⅳ效平衡桶。

Ⅲ效蒸發(fā)室中排出的二次蒸汽送到Ⅳ效換熱器的殼程中，在此冷凝后，冷凝水被送至Ⅳ效平衡桶。通過混合冷凝水用泵送至預(yù)熱器，預(yù)熱后冷凝水進(jìn)入混合冷凝水桶，再通過回用冷凝水泵送至循環(huán)冷卻水裝置或鍋爐房回用。

Ⅳ效蒸發(fā)室中排出的二次蒸汽送到表面冷凝器的殼程中，在此冷凝后，冷凝水被送至混合冷凝水桶，再通過回用冷凝水泵送至循環(huán)冷卻水裝置或鍋爐房回用。

5.4 真空系統(tǒng)

Ⅳ效蒸發(fā)室產(chǎn)生的二次蒸汽通過循環(huán)冷卻水冷凝，不可凝性氣體從冷凝器水蒸氣分離出來，通過液環(huán)真空機(jī)組把這些氣體從冷凝器中抽出，排入大氣，這樣有利于提高真空度。蒸汽冷凝后形成真空狀態(tài)而降低物料蒸發(fā)溫度，并在Ⅰ～Ⅳ效間形成溫差梯度，在各效產(chǎn)生一定的傳熱推動(dòng)溫差，使蒸汽熱能得到多次利用。

5.5 結(jié)果分析

在較長時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行中，驗(yàn)證了蒸發(fā)結(jié)晶裝置的處理能力和抗沖擊負(fù)荷能力，蒸發(fā)結(jié)晶裝置進(jìn)出水電導(dǎo)率對比見圖9。

圖9 蒸發(fā)結(jié)晶裝置進(jìn)出水電導(dǎo)率對比

由圖9可見，進(jìn)水電導(dǎo)率變化較大，從3 680 μs/cm到1 557 μs/cm，而出水電導(dǎo)率保持在68 μs/cm以下，平均值只有35.25 μs/cm。由此，可以證明該裝置處理效率較高，運(yùn)行穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。

6 結(jié)論

利用廢水分質(zhì)處理的邏輯，在天然氣行業(yè)氣田廢水處理問題中，通過對生化處理工藝、提濃處理工藝以及蒸發(fā)結(jié)晶工藝關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的控制，使不同工藝處理不同水質(zhì)的廢水。天然氣行業(yè)污水零排放新型工藝高效利用了三種不同類型工藝的特點(diǎn)，產(chǎn)品水水質(zhì)均滿足或優(yōu)于用水水質(zhì)要求，最終將廢水在廠內(nèi)系統(tǒng)全部消化，沒有任何外排污水，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“污水零排放”。

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2015-12-31

中國石油天然氣集團(tuán)公司安岳氣田磨溪區(qū)塊龍王廟組氣藏60×108m3/a開發(fā)地面工程(S 2013-015 E)

張永紅(1969-)，男，四川成都人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事水處理、輸送及消防等設(shè)計(jì)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.01.004