油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告

1、油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告專題報告油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告目目 錄錄1 1 油氣田高含鹽廢水水質(zhì)特點油氣田高含鹽廢水水質(zhì)特點.1 12 2 廢水脫鹽處理工藝技術簡介廢水脫鹽處理工藝技術簡介.1 12.12.1 多級閃蒸技術多級閃蒸技術(MSF)(MSF).1 12.22.2 多效蒸餾技術多效蒸餾技術(MED)(MED).3 32.32.3 電滲析技術電滲析技術(ED)(ED).4 42.42.4 反滲透技術（反滲透技術（RORO）.8 83 3 油氣田高含鹽廢水脫鹽技術優(yōu)選油氣田高含鹽廢水脫鹽技術優(yōu)選.9 9

2、3.13.1 能耗能耗.9 93.23.2 制水成本制水成本.9 93.33.3 預處理預處理.10103.43.4 技術參數(shù)的比較技術參數(shù)的比較.10104 4 結(jié)論及建議結(jié)論及建議 .11114.14.1 結(jié)論結(jié)論.11114.24.2 建議建議.1111油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 1 頁 1 油氣田高含鹽廢水水質(zhì)特點油氣田高含鹽廢水水質(zhì)特點含鹽廢水來源廣泛，如蒸汽鍋爐、礦石企業(yè)、鹽化工、油氣田行業(yè)等均產(chǎn)生大量的高含鹽廢水。我國不少油氣田廢水的含鹽量高達 80-140g/L，而在川東北地區(qū)高含鹽廢水主要存在于采輸過程中，氯離子含量一般為 10g/L，總鹽含量為 20-30g/L

3、。高含鹽廢水由于礦化度高、電導率高，故能加速電化學反應，使設備腐蝕速度加快，尤其是氯離子；如高含鹽廢水排入周圍農(nóng)田，超過農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準，可能造成土地鹽漬化、土壤板結(jié)、農(nóng)作物爛根、死苗等。因此，在水資源及環(huán)保壓力日益緊張的條件下，尋求經(jīng)濟有效的高含鹽廢水處理技術成為當前重要的研究課題。2 廢水脫鹽處理工藝技術簡介廢水脫鹽處理工藝技術簡介廢水脫鹽技術經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，出現(xiàn)的種類繁多，各有特色，在不同的應用領域和使用條件下發(fā)揮各自的優(yōu)勢和特長。目前達到工業(yè)化規(guī)模應用的技術主要有“蒸餾法”和“膜分離法”。蒸餾淡化技術又分成多級閃蒸(MSF)、多效蒸餾(MED)兩種。膜分離法主要包括反滲透法（RO）和電

4、滲析法(ED)兩種。2.1 多級閃蒸技術多級閃蒸技術(MSF)2.1.1 基本原理基本原理多級閃蒸是將高含鹽廢水加熱到一定溫度后，引入到一個閃蒸室，其室內(nèi)的壓力低于高含鹽廢水所對應的飽和蒸汽壓，油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 2 頁 部分高含鹽廢水迅速汽化，冷凝后即為所需淡水；另一部分高含鹽廢水溫度降低，流入另一個壓力較低的閃蒸室，又重復蒸發(fā)和降溫的過程。將多個閃蒸室串聯(lián)起來，室內(nèi)壓力逐級降低，高含鹽廢水逐級降溫，連續(xù)產(chǎn)出淡化水。2.1.2 工藝流程工藝流程圖圖 1：多級閃蒸技術工藝流程圖：多級閃蒸技術工藝流程圖2.1.3 主要特點主要特點多級閃蒸除鹽主要技術特點有：（1）單機容量大，

5、處理規(guī)模最大的可達到 5 萬噸/天；（2）動力消耗大；（3）當其傳熱管腐蝕穿孔將污染水質(zhì)。（4）產(chǎn)出水鹽度一般為 510 毫克/升。但是，其工程投資高，為反滲透法的 2 倍；（5）設備的操作彈性小，是設計值的 80110，不適應于產(chǎn)水量要求可變的場合；2.1.4 適用范圍適用范圍油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 3 頁 可用于以火電廠或核電廠等具有低壓蒸汽為熱源的大型高含鹽廢水脫鹽工程，為高中壓鍋爐提供優(yōu)質(zhì)脫鹽水和生活用淡水。2.2 多效蒸餾技術多效蒸餾技術(MED)2.2.1 基本原理基本原理多效蒸餾是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來，用一定量的蒸汽輸入讓加熱后的鹽水在多個串聯(lián)的

6、蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。由于后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。2.2.2 工藝流程工藝流程圖圖 2：多效蒸餾工藝流程圖：多效蒸餾工藝流程圖2.2.3 主要優(yōu)缺點主要優(yōu)缺點多效蒸餾主要有以下特點：（1）熱效率比多級閃蒸高，30 余度的溫差可達到 10 左右的產(chǎn)水比；油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 4 頁 （2）操作負荷可在 40到 110變化，產(chǎn)水比不會下降，彈性較大；（3）能耗較低；（4）前處理較簡單，化學藥劑消耗較低；系統(tǒng)的操作安全可靠，即便發(fā)生傳熱管泄漏，僅僅降低產(chǎn)量而不會影響水質(zhì)；（5）

7、但低溫多效蒸餾設備體積較大，裝置費用較高；2.2.4 適用范圍適用范圍多效蒸餾與多級閃蒸的適應條件基本相同，均可用于以火電廠或核電廠等具有低壓蒸汽為熱源的大型高含鹽廢水脫鹽工程，為高中壓鍋爐提供優(yōu)質(zhì)脫鹽水和生活用淡水。2.3 電滲析技術電滲析技術(ED)電滲析技術最先用于苦咸水處理，隨著反滲透技術的發(fā)展和應用，電滲析技術已逐步被取代。電滲析技術用于脫鹽處理時，在含鹽量在 500-3000mg/L 時，其經(jīng)濟成本優(yōu)于其他幾種脫鹽技術；若用于高含鹽廢水的處理則不具經(jīng)濟性，不建議推廣。電驅(qū)動膜處理裝置是電滲析技術的一種改進，常作為預脫鹽設備，可應用于含鹽量 500-4000mg/L 的原水，但作為除

8、鹽終端，則其進水應在 500mg/L 以下，脫鹽率可達到 75-97%。 （以上數(shù)據(jù)資料源于電驅(qū)動膜的發(fā)明單位：浙江千秋環(huán)保水處理有限公司）2.3.1 基本原理基本原理油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 5 頁 電滲析技術是在外加直流電場的作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，使離子從一部分水中遷移到另一部分水中，是一個以電位差為推動力的膜分離過程。在電滲析器內(nèi)設置多組交替排列的陰、陽離子交換膜，在直流電場作用下，陽離子穿過陽膜向負極方向運動；陰離子穿過陰膜向正極方向運動。這樣就形成了去除水中離子的淡水室和濃縮離子的濃水室，將濃水排放，得到的淡水即為去鹽水。在外加直流電場的作用下，電滲析陰、

9、陽極發(fā)生氧化還原反應，形成電子轉(zhuǎn)移，陰、陽極電離及電子轉(zhuǎn)移過程如下。,圖圖 3:電滲析原理圖電滲析原理圖電滲析裝置是由許多只允許陽離子通過的陽離子交換膜和 只允許陰離子通過的陰離子交換膜組成，這兩種交換膜交替地平行排列在兩正負電極板之間。最初在所有隔室內(nèi),陽離子與陰離子濃度都均勻一致，且成電的平衡狀態(tài)，當加上電壓后，在直流 電場的作用下，淡室中的全部陽離子趨向陰極，在通過的全部陽膜后，被濃室的陰膜所阻擋留在濃室，而淡室中的全部陰離子趨 向陽極，在通過陰膜后,被濃室的陽膜所阻擋也留在油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 6 頁 濃室中，于是淡室中的電接質(zhì)濃度逐漸下降，而濃室中的電解質(zhì)濃度則逐漸

10、上升，達到分離。2.3.2 工藝流程工藝流程電滲析除鹽工藝流程，可分為電滲析本體除鹽方式，組合形式和其它除鹽、凈化技術的聯(lián)合除鹽系統(tǒng)。圖圖 4：電滲析脫鹽技術流程圖：電滲析脫鹽技術流程圖2.3.3 進水要求進水要求根據(jù)電滲析裝置的工藝要求和工作特點，對進水水質(zhì)有一定要求，應符合一定標準，以保證電滲析裝置的正常運行。根據(jù)“電滲析除鹽工藝”國家標準要求，規(guī)定了以下 7 項水質(zhì)指標：水溫、耗氧量、游離氯、含鐵量、含錳量、濁度、污染指數(shù)。（數(shù)據(jù)來自工業(yè)純水制備技術、設備及應用康勇著 2007）表表 1：電滲析技術進水指標需求：電滲析技術進水指標需求進水指標水溫()耗氧量(mg/l）游離氯(mg/l）錳

11、(mg/l）鐵(mg/l)濁度(g/l）污染指數(shù)SDI(mg/l）數(shù)值5-400.3102.3.4 工藝特點工藝特點電滲析為無相變過程。所耗電能主要用于遷移溶液中的電油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 7 頁 解質(zhì)離子，所耗的電能與溶液濃度成正比，對于不導電的顆粒沒有去除能力。電滲析技術用于高含鹽廢水淡化時能耗大，大規(guī)模的高含鹽廢水淡化工程基本上不采用。但將10003000mg/L 的苦咸水脫鹽至 500mg/L 以下的飲用水是經(jīng)濟可行的（http:/ 。2.3.5 電力消耗電力消耗處理水質(zhì)與耗電量的關系如下表所示（數(shù)據(jù)來自高純水的制備及檢測技術聞瑞梅著）：表表 2：處

12、理水質(zhì)與耗電量的關系：處理水質(zhì)與耗電量的關系脫鹽范圍（mg/L）產(chǎn)水耗電（KWh/t）處理水質(zhì)原水脫鹽水直流動力合計海水3500050012-16416-20苦咸水1000100003001-50.2-1.51.2-6.5自來水50020500.5-0.80.5-1.51- 主要缺點主要缺點（1）設備拆卸麻煩，脫鹽效果不如反滲透法，在沒有實現(xiàn)濃水回收、極水循環(huán)的情況下，水回收率低，不到 50%，而反滲透回收率可達到 75%（數(shù)據(jù)來自高純水的制備及檢測技術聞瑞梅著） 。（2）電滲析設備耗用電能與溶液濃度成正比，對于不導電的顆粒沒有去除能力。電滲析技術用于高含鹽廢水脫鹽時能耗較大，

13、大規(guī)模的高含鹽廢水脫鹽工程基本上不采用。（3）由于膜表面和膜中離子遷移速度的差異，造成淡水室油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 8 頁 中的水大量電離成 H+和 OH-帶來負載電流，從而在膜表面形成極化現(xiàn)象。電滲析因濃差極化作用將引起以下后果：加大電能消耗，降低電流效率；當水中有鈣鎂離子時將很快結(jié)垢，增大膜電阻和耗電量，易燒壞發(fā)電機，并且降低出水率，縮短膜使用年限；極化嚴重時，產(chǎn)出的淡水呈酸性。2.3.7 維護特點維護特點（1）必須嚴格控制進水水質(zhì)，做好預處理。（2）控制工作電流低于極限電流。（3）定期倒換電極或頻繁倒換電極。（4）根據(jù)出水率降低情況，定期進行酸洗。（5）對有機污染物進行堿

14、洗或鹽堿洗。（6）根據(jù)實際水質(zhì)，控制濃水和極水的排放量。2.3.8 安全環(huán)保隱患安全環(huán)保隱患（1）電滲析陽極排出的氧氣和陰極排出的氫氣，積累到一定程度遇明火即發(fā)生爆炸。（2）陽極產(chǎn)生的氯氣為有害氣體，必須保證生產(chǎn)區(qū)域通風良好，而且必須安裝排氣和廢氣吸收裝置。2.4 反滲透技術（反滲透技術（RO）反滲透技術問世 20 年來獲得了迅速的發(fā)展，不僅在苦咸水除鹽、高純水制備，而且在海水淡化事業(yè)中，其發(fā)展速度都遠遠超過了其它各種除鹽方法。反滲透裝置主要有板框式、管式、油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 9 頁 卷式和中空纖維式四種。大中型裝置多用卷式和中空纖維式，食品工業(yè)用板框式和管式，廢水處理多用

15、管式和卷式。2.4.1 基本原理基本原理反滲透是以高于滲透壓的壓力作為推動力，利用選擇性膜只能透過水而不能透過溶質(zhì)的選擇透過性，從水體中提取淡水的膜分離過程。2.4.2 工藝流程工藝流程圖圖 5：反滲透工藝流程圖：反滲透工藝流程圖2.4.3 主要特點主要特點（1）反滲透為無相變過程，能耗低，每噸淡水耗電 3.0-5.5度；（2）工程投資及造水成本較低；（3）裝置緊湊，占地較少，操作簡單，維修方便；（4）反滲透的預處理要求嚴格，反滲透膜需要定期更換，高含鹽廢水溫度不宜高于 35 度；（5）反滲透可去除絕大部分有機物、膠體等非電解質(zhì)物質(zhì)、油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 10 頁 可溶性 S

16、iO2膠體硅等不易去除的物質(zhì)、CO3 2-和 HCO3 -、以及絕大多數(shù)懸浮物顆粒和細菌等有機體。2.4.4 使用范圍使用范圍適合大、中、小型高含鹽廢水脫鹽處理及苦咸水、海水淡化。3 油氣田高含鹽廢水脫鹽技術優(yōu)選油氣田高含鹽廢水脫鹽技術優(yōu)選由于高含鹽廢水脫鹽工藝較多，為了體現(xiàn)各種脫鹽工藝的優(yōu)劣，本方案從能耗、制水成本、前期預處理、脫鹽技術參數(shù)等方面進行比較，優(yōu)選出最佳方案。3.1 能耗能耗從脫鹽的直接能耗來說，膜法明顯優(yōu)于單目的蒸餾法，但不明顯優(yōu)于雙目 (熱電造水)的蒸餾法。而且由于膜的壽命短（1-3 年） ，膜更換費用高，膜本身就反映了能耗。對蒸餾法來說，過程的直接能耗，不同地區(qū)不同行業(yè)的差

17、別很大，需要進行技術、經(jīng)濟比較確定。3.2 制水成本制水成本由于膜的壽命和膜裝置的限制，使得膜法在大規(guī)模處理高含鹽廢水中仍處于不利地位。因為膜法的制水成本，受膜壽命和裝置規(guī)模的不利影響超過了低能耗所帶來的好處，應根據(jù)其處理規(guī)模進行經(jīng)濟測算。3.3 預處理預處理進入蒸餾裝置的高含鹽廢水無需或簡單進行預處理，僅設油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 11 頁 置高含鹽廢水過濾網(wǎng)即可。而進入膜裝置的高含鹽廢水需進行絮凝澄清、過濾氧化和加氯等預處理，工序復雜，投資增大。3.4 技術參數(shù)的比較技術參數(shù)的比較表表 3：高含鹽廢水脫鹽技術參數(shù)的比較：高含鹽廢水脫鹽技術參數(shù)的比較比較項目比較項目反滲透反滲透

18、電滲析電滲析低溫多效低溫多效多級閃蒸多級閃蒸最佳進水鹽含量（mg/L）350005003000基本無要求基本無要求產(chǎn)出水鹽含量（mg/L）50-500505005-105-10脫鹽率%9570809999操作溫度 ( )5-405-4070110裝置總能耗 KWh/m35.0-6.02-35.08.0原水預處理要求及投資高要求及投資高要求低要求低水利用率 %4045-70腐蝕結(jié)垢傾向較小較大較小較大，要加酸和脫氣維護性復雜復雜簡單簡單分離動力壓差推動電位差推動溫差推動溫差推動膜材料復合膜離子交換膜脫鹽機理溶劑擴散電解質(zhì)離子的選擇傳遞餾分餾分透過物水、溶劑電解質(zhì)離子水水截留物溶質(zhì)、鹽、有機物、細菌非電解質(zhì)大分子物質(zhì)溶質(zhì)、鹽、有機物、細菌溶質(zhì)、鹽、有機物、細菌4 結(jié)論及建議結(jié)論及建議4.1 結(jié)論結(jié)論（1）從經(jīng)濟可行的角度出發(fā)，電滲析技術及其改進設備均以電位差為其推動力，在處理含鹽量 500-3000mg/L 廢水時優(yōu)于油氣田高含鹽廢水脫鹽處理技術專題報告第 12 頁 其余方案。但對于高含鹽廢水或海水淡化，其能耗和經(jīng)濟成本并不占優(yōu)。蒸餾法雖然對高含鹽廢水的含鹽量要求不高，但其能耗較大，不適于單純進行脫鹽處理。（2）針對污染物的去除效果而言，電滲析技術對有機物、病毒、非電解質(zhì)等物質(zhì)無去除能力，而反滲透恰好有明