鄭秋生 邵天澤 霍志堅(jiān) 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(jiān) 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(duì)于不同廢水狀況采取不同的處理技術(shù)，本著實(shí)現(xiàn)廢水處理既要達(dá)到國家環(huán)保要求、又要實(shí)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(gè)層次的生產(chǎn)廢水處理階段。并對(duì)四層技術(shù)進(jìn)行研究分析，以期實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)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(jì)，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(xiàng)目也在不斷拓展，在這些項(xiàng)目中將會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。針對(duì)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(huì)對(duì)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(shí)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(duì)水的需求量。

但是，實(shí)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(huì)越高，如何實(shí)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(gè)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(duì)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?yàn)榈玫捷^高要求的回用水可進(jìn)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(duì)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(duì)常規(guī)污水處理流程出水進(jìn)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(duì)于精細(xì)化工過程中產(chǎn)生的含有大量無機(jī)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(duì)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(jī)械壓縮蒸餾等技術(shù)，通過對(duì)剩余的約50%的濃廢水進(jìn)一步通過強(qiáng)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(jìn)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(jī)械壓縮蒸餾原理

機(jī)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(shí)現(xiàn)含油生產(chǎn)廢水的近零排放?；驹硎菍?duì)蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的一次蒸汽進(jìn)行機(jī)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(jī)械壓縮蒸餾系統(tǒng)熱流圖

2.3.2 機(jī)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(jìn)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(jìn)入壓縮機(jī)。壓縮蒸汽進(jìn)入濃縮器(換熱管)；壓縮蒸汽的潛熱傳過換熱管壁，對(duì)管外濃水膜加熱，使部分濃水蒸發(fā)。壓縮蒸汽釋放潛熱時(shí)，在換熱管內(nèi)冷凝成產(chǎn)品水，用于對(duì)新進(jìn)原水進(jìn)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(duì)流程出水進(jìn)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(jī)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(duì)于含有大量無機(jī)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(jì)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(shí)現(xiàn)“零排放”的為神華鄂爾多斯煤制油項(xiàng)目和億利化學(xué)PVC項(xiàng)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(jī)理

零排放的核心技術(shù)是“降膜式機(jī)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(shí)，蒸發(fā)每千克水需消耗熱能554千卡。采用機(jī)械壓縮蒸發(fā)技術(shù)時(shí)，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(jī)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(jī)械蒸汽壓縮再循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)”基本原理同機(jī)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(huì)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(shí)現(xiàn)分離、結(jié)晶，是最終實(shí)現(xiàn)零排放的關(guān)鍵技術(shù)，其通過循環(huán)壓縮蒸汽實(shí)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(jí)處理剩余50%的水，通過降膜式機(jī)械蒸汽壓縮再循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)45%的去除，剩余的5%為超濃水，通過結(jié)晶工藝處理實(shí)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(shí)現(xiàn)物盡其用的零排放。

結(jié)語

針對(duì)于中海油業(yè)務(wù)板塊上、下游，對(duì)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(duì)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(duì)于下游精細(xì)化工產(chǎn)生的高含鹽、高COD、高TDS，同時(shí)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(duì)于零排放技術(shù)，因其費(fèi)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)