基于不同层次的生产废水处理工艺技术研究

郑秋生 邵天泽 霍志坚 孟迪

（中海石油环保服务有限公司 天津 300452）

基于不同层次的生产废水处理工艺技术研究

郑秋生 邵天泽 霍志坚 孟迪

（中海石油环保服务有限公司 天津 300452）

伴随国家环保要求的不断提高、中海油上、下游业务板块的不断拓展，针对于不同废水状况采取不同的处理技术，本着实现废水处理既要达到国家环保要求、又要实现成本最优化的要求，本文提出了常规生产废水处理、生产废水净化技术、生产废水近零排放技术、生产沸水零排放技术四个层次的生产废水处理阶段。并对四层技术进行研究分析，以期实现经济高效的生产废水处理目的。

生产废水；常规生产废水处理；生产废水净化技术；生产废水近零排放技术；生产废水零排放技术

1 前言

据统计，2010年我国废水排放量达617.3亿吨，2011年达652.1亿吨，能源行业的废水排放量占其中较大部分，以海洋石油生产为例，其2010年产生含油污水量约为1.22亿吨[1]。在中海油上游业务不断发展的前提下，下游炼化、精细化工等项目也在不断拓展，在这些项目中将会产生大量的废水。针对这些废水，尽管国家有相应的排放标准，但即便是合规排放的废水中仍含有一定的污染物含量，长期排放、日积月累，也会对环境造成一定的污染。一方面是产生大量的污水，另一方面是真正需要的净水资源短缺，因此开发和研究新型的废水净化技术，实现排放废水的再利用，既可以避免环境污染，又可以解决生产过程中对水的需求量。

但是，实现生产废水的净化回用，要求所得到的水越纯净净化工艺成本就会越高，如何实现回用水的成本最优化，使得处理后的水质指标既可以满足回用水要求，又不至使得处理成本过高。本文中将生产废水净化回用技术分为四个层次：常规污水处理、污水净化技术、污水近零排放技术、污水零排放技术。生产企业根据自身所需回用水要求选择技术。

2 处理工艺

针对于中海油业务板块发展需求，上游油气开采生产过程中产生的非注聚生产废水可以采用传统的含油废水处理系统；为达到较高的排放要求或为得到较高要求的回用水可进一步采用处理成本较高的净化技术、近零排放技术和零排放技术。

2.1 常规生产废水处理

目前，渤海海域的油气开采过程中产生的非注聚生产废水，经过传统的油田废水处理工艺：除油器→气浮→双滤料过滤器等工艺，一般可以达到目前国家要求的排放标准或是各油田回注水质要求。常规污水处理流程见图1。

图1 常规污水处理流程

2.2 生产废水净化技术

生产废水净化技术是针对于注聚油田生产废水处理、各地不断提高的生产废水外排指标、下游炼化、精细化工高COD、高含盐污水处理回用而提出的。主要采用的是通过对常规污水处理流程出水进行微滤、超滤、纳滤或反渗透等过滤工艺将水中的细菌、悬浮物、乳化油、颜料、胶体、部分盐、金属离子等去除，从而得到部分较高品质的处理水，可用于油田和炼化、精细化工回用水。

图2 过滤示意图

2.3 生产废水近零排放技术

近零排放技术是针对于精细化工过程中产生的含有大量无机盐或TDS(Total Dissolved Solids)的工业废水很难处理而提出的。近零排放主要是针对于难处理的废水采用反渗透、电渗析等净化水技术只能回收约50%左右的废水，剩余的约50%浓缩废水仍无法综合利用而采取的机械压缩蒸馏等技术，通过对剩余的约50%的浓废水进一步通过强制蒸馏，而将浓废水的比例降低至5%左右的技术。并充分采用反渗透膜（RO），电渗析（EDR），超滤（UF）和膜反应器（MBR）工艺等技术将生产废水充分回收利用后，所剩余的高含盐废水采用蒸发工艺进行回收处理。高含盐废水经过蒸发工艺处理后，一般可回收90%-95%的含盐量为5-10mg/L的蒸馏水副产品。

2.3.1 机械压缩蒸馏原理

机械压缩蒸馏技术通过蒸汽循环压缩，可将含油生产废水转化为少量浆状含油废弃物和大量淡水，实现含油生产废水的近零排放。基本原理是对蒸发过程中产生的一次蒸汽进行机械压缩，提高蒸汽的热焓后，重新输入系统，加热生产废水使其蒸发，通过蒸汽的不断产生和压缩，形成热力循环，获得高品质蒸馏水。通过相应的高效化学试剂防止油污垢在蒸发器内部的附着，从而提高热交换蒸发效率。其热流简图如下所示。

图3 机械压缩蒸馏系统热流图

2.3.2 机械压缩蒸馏设备流程

图4 的工艺流程图

原水泵将原水引入系统通过换热器与压缩蒸汽进行热量交换，提高原水温度；加热后原水经不凝气去除系统将不凝性气体去除；被循环泵泵至换热器管束顶部水箱；通过浓水分布器将浓水喷出与传热管束内蒸汽热交换汽化；经气液分离器分离后进入压缩机。压缩蒸汽进入浓缩器(换热管)；压缩蒸汽的潜热传过换热管壁，对管外浓水膜加热，使部分浓水蒸发。压缩蒸汽释放潜热时，在换热管内冷凝成产品水，用于对新进原水进行预热；聚集于换热器底槽的5%浓缩水被排出。

2.3.3 近零排放工艺流程

通过对流程出水进行过滤预处理工艺去除其中的悬浮物等较大颗粒物质，产生的约50%浓缩水经机械压缩工艺流程处理，处理后的水可以用于锅炉回用水及循环用工业用水。

图5 近零排放工艺流程

2.4 零排放技术[2][3][4]

零排放技术主要是针对于含有大量无机盐或TDS的工业废水处理技术，20世纪70年代由美国GE率先设计了真正能够达到工业废水“零排放”的设备。目前，国内真正实现“零排放”的为神华鄂尔多斯煤制油项目和亿利化学PVC项目，但投资较大。该技术主要是在缺水的地方或者水环境比较脆弱的地方使用，可以充分利用水资源。

2.4.1 技术机理

零排放的核心技术是“降膜式机械蒸汽压缩再循环蒸发技术”、“晶种技术”和“结晶技术”。利用蒸汽作为热能时，蒸发每千克水需消耗热能554千卡。采用机械压缩蒸发技术时，典型的能耗为处理每吨含盐废水需20至30度电，即蒸发每千克水仅需28千卡或更少的热能。即单一的机械压缩蒸发器的效率，理论上相当于20效的多效蒸发系统。

“降膜式机械蒸汽压缩再循环蒸发技术”基本原理同机械压缩蒸馏技术基本相同。

“晶种法”是以硫酸钙首先结晶作为“种子”，然后浓度饱和的硅盐等附着在种子上，保持悬浮于水中，不会附着于换热器表面结垢。

“结晶技术”将最终剩余的5%超浓水实现分离、结晶，是最终实现零排放的关键技术，其通过循环压缩蒸汽实现超浓水中盐的结晶、水的蒸馏。工艺流程示意图6.

图6 结晶工艺流程示意图

2.4.2 零排放工艺流程

图7 零排放工艺流程

前期分级处理剩余50%的水，通过降膜式机械蒸汽压缩再循环蒸发技术可以实现45%的去除，剩余的5%为超浓水，通过结晶工艺处理实现盐的完全结晶固化，一般晶体约占整体水量的约0.5%。产生的结晶盐可以作为化工产品原料，真正实现物尽其用的零排放。

结语

针对于中海油业务板块上、下游，对水质要求、排放要求及回用要求的不同可以考虑采用不同的处理工艺，针对于非注聚生产废水的处理采用目前的常规油水分离系统即可达标；而对于下游精细化工产生的高含盐、高COD、高TDS，同时又有回用需求的废水处理需要使用净化技术或近零排放技术；而对于零排放技术，因其费用高昂，在目前应用范围不是很广。

[1]MBR膜生物反应器技术介绍

[2]GE零排放技术介绍

[3]GE工业废水零排放技术简介

[4]工业废水和生活污水零排放新技术