特種膜油氣田廢水處理工藝
來源：成都美富特膜科技有限公司 閱讀：12829 更新時間：2015-01-08 17:00摘要：油氣田廢水治理工藝主要有回注、資源化回用及處理達標外排三種。隨著全球對環保重視程度的提高，以及淡水資源的短缺，未來的發展方向為不外排、不浪費，盡量資源化回用。油氣田廢水資源化回用，理論上蒸發法可以從根本上解決問題，但是單純的蒸餾法存在自身和外在條件的限制。本文就特種膜技術在油氣田廢水處理中的應用與各傳統工藝進行比較，做也最優化的處理方案。
關鍵詞：油氣田廢水；處理工藝；反滲透膜技術；碟管式反滲透
第1章 油氣田概述
1.1油氣田定義
油氣田是天然油氣田的簡稱，是富含的地域。通常埋藏在1千至
1.2油氣田分類
依據經濟、技術和政治等許多綜合性因素，油氣田可分為商業性油氣田、非商業性油氣田和邊際性油氣田三大類。
依據成因油氣田可分為凝析油氣田、煤型油氣田、裂解油氣田等。依據成分屬性還可分為高含硫酸性油氣田、不含硫油氣田和中低含硫油氣田等。
1.3油氣田成因
—指（階段）早期，在淺層生物化學作用帶內，沉積有機質經微生物的群體發酵和合成作用形成的天然氣。其中有時混有早期低溫降解形成的氣體。生物成因氣出現在埋藏淺、時代演化程度低的巖層中，以含甲烷氣為主。
包括濕氣（石油伴生氣）、和。它們是沉積有機質特別是腐泥型有機質在成油過程中，與一起形成的，或者是在后成作用階段由有機質和早期形成的石油熱裂解形成的。
煤型氣是指煤系有機質（包括煤層和煤系地層中的分散有機質）熱演化生成的天然氣。
無機成因氣或非生物成因氣包含地球深部、和分布的，以及無機鹽類分解產生的氣體。它屬于，以為主，有時含CO2、N2、He及H2S、Hg等，甚至以它們的某一種為主，形成具有工業意義的非烴氣藏。
第2章 油氣田廢水來源及特點
2.1油氣田廢水組成
1、集氣站分離污水；
2、凈化廠生產污水；
3、殘酸廢液。
2.2油氣田廢水特征
1、集氣站分離污水；
集氣站主要功能是收集氣源，進行凈化處理、壓縮傳輸。集氣站將各個氣井的不同壓力不同成分的天然氣進行匯集、平壓，再集中輸送到凈化廠進行處理，并在匯集的過程中進行初步的脫硫脫水處理，同時還要添加消泡劑等藥劑。大部分原料氣中的油氣田水在集氣站分排出。
油氣田水具有同地下巖層及天然氣長期接觸，所以除含石油類外，還溶進了可溶性鹽類、懸浮物、有害氣體、有機物等，此外采氣過程中還可能人為地添加各類添加劑，所以油氣田水(以下稱油氣田廢水)表現出以下4個特點：
1） 石油類含量高 油氣田廢水中石油類含量100～500 mg／L，石油類以懸浮態存在為主，部分為乳化態，乳化油分布穩定不易分離。
2） 有機物含量較高 川西地區油氣田廢水COD基本在800~3000 mg／L之間，廢水中可能存在一定量環狀芳烴類衍生物，性質穩定，不易被氧化去除。
3）SS含量高 懸浮顆粒微小，粒徑一般為1～100μm，廢水總SS為300～2000 mg／L。
4） 礦化度高 含多種鹽類，每升廢水氯離子濃度達到幾萬甚至十幾萬毫克。這些特點決定了油氣田廢水不能直接排放到環境中，必須妥善處理。
2、凈化廠生產污水；
天然氣凈化廠廢水主要包括脫硫、脫水、硫磺回收、尾氣處理等工藝裝置排水;脫硫、脫水等裝置的檢修廢水；辦公和食堂排出的生活污水；此外,還有化驗室廢水、酸水汽提塔事故排水,部分凈化廠還有原料氣帶入的油氣田水。
廢水水質、水量波動大且含有大量難降解物質，如乙二醇、環丁砜、MDEA、TEG等特征污染物，難生物降解，經處理難以穩定達標排放。
含硫原料天然氣經集氣干線末站進入工廠的原料氣過濾分離設施，經重力沉降和過濾分離除去原料中挾帶的雜質和部分游離水后，進入脫硫裝置，用甲基二乙醇胺(MDEA)溶劑選擇性脫除天然氣中的H2S和CO2，濕凈化氣進入三甘醇(TEG)脫水裝置，脫水后得到合格的產品氣通過輸氣管線外供。
3、殘酸廢液。
油氣田酸壓施工過程中產生的廢液即為殘酸廢液，主要包括酸化作業的剩余酸液和酸化后的返排液。由于酸化時添加了酸液和添加劑，廢液中主要有殘酸、多種添加劑、殘渣、石油類等。酸化廢液的普遍特點是污染源點多面廣，成分復雜，酸度大，氯根含量高達幾萬甚至十幾萬、粘度大，并含有H2S，直接排放會引起環境污染。
殘酸廢液常規的處理手段包括中和、絮凝沉降、氧化、Fe/C微電解、H2O2/Fe2+催化氧化、吸附、多種處理技術聯合使用。
2.3油氣田廢水水質指標
某氣礦油氣田水中主要污染物濃度范圍 （單位：mg/L， pH除外）
|
污染物 |
油 |
COD |
S2- |
SS |
pH |
Mn |
Fe |
Cl- |
|
濃度范圍 |
0.2-1310 |
20-22600 |
0.004-508 |
60-84100 |
4.5-8.5 |
0-16 |
0-88 |
20000以上 |
第3章 油氣田廢水常規處理技術
3.1油氣田廢水處理現狀
油氣田廢水治理工藝主要有回注、資源化回用及處理達標外排三種。目前油氣田廢水的最終處置方法仍以回注地層為主。但目前全球重視環境程度的提高，以及淡水資源越來越短缺，未來的發展方向為不外排、不浪費，盡量資源化回用。針對資源化回用，國外（像美國和加拿大）在電費低，對能耗要求不嚴格的情況下，大部分油氣田廢水都采用資源化回用工藝；國內中原油田富余污水經深度處理后用于配母液，克拉瑪依和遼河油田富余污水經深度處理后回用注氣鍋爐。
同時回注工藝存在以下幾個缺點：
1、一次性工程投資較高；
2、無法實現污水資源化利用；
3、可能對周邊油田產生影響；
4、可能對周邊段油藏產生影響。
隨著越來越嚴苛的環境治理要求和水資源的短缺，資源化回用工藝勢必取代回注治理工藝。
3.2油氣田廢水推薦處理工藝
油氣田流出水水
或其他廢水
混凝器
氣浮選器
斜管沉淀罐
過濾器
儲水罐
回注泵
回注井
絮凝劑
穩定劑
反沖洗
3.3含硫污水預處理技術
目前國內外對含硫廢水采用的處理方法主要有氧化法、汽提法、堿吸收法和沉淀法等。采用氧化法和汽提法處理含硫廢水，硫去除率大于90%。在采用強氧化劑條件下，如使用臭氧、氯氣、高錳酸鉀等強氧化劑工藝，氧化法反應效率也很高。國內采用堿吸收法處理含硫廢水時多用氫氧化鈉作為吸收劑，國外則常采用稀碳酸鈉除去。沉淀法處理效果直觀，在廢水中需投加鐵鹽，是硫化物生成沉淀而除去。
1) 空氣氧化法
煉油廠廢水處理工藝所采用的空氣氧化法包括一段空氣氧化法、一段催化空氣氧化法和兩段催化空氣氧化法等。
2) 濕式空氣氧化法
濕式空氣氧化法(WAO)是一種有效去除有毒有害工業污染物的處理技術。在溫度175~
3) 超臨界水氧化法
超臨界水氧化法(SCWO)是一種新興高效的廢物處理方法，SCWO法具有不使用催化劑，在均相下反應速度快，氧化分解徹底，處理效率高，過程封閉性好等特點。采用SCWO法處理廢水對設備材質要求較高(尤其高溫耐腐蝕方面的要求)。另外，因為鹽在超臨界水中的低溶解性，含鹽廢水在處理中易發生鹽析出沉淀，導致反應器堵塞。目前由于缺乏反應的基礎實驗數據，SCWO法仍處于研究階段。
4)其它氧化法
除以上介紹的幾種氧化法，已應用于工程實際的還有臭氧氧化法。臭氧是很強的氧化劑，可以很快將硫化物轉化為單質硫或硫酸鹽。臭氧在水溶液中不穩定，必須現場制備，而且其成本很高，目前加拿大等國已有工程實踐應用的報道。
NaClO也是常用的氧化劑，
次氯酸鈉做氧化劑的化學反應方程式：
H2S+NaClO=S+H2O+NaCl，
去除1ppm H2S投加2.2ppm NaClO。
采用化學藥品與硫化物反應，生成沉淀物、氣體物質或其它產物，從而達到除硫的目的。該方法很直觀，也是使用較早的方法之一。常用的有堿液吸收法和沉淀法，堿液吸收法是利用氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液等吸收H2S生成硫化鈉回收，由于NaOH具有脫硫迅速、反應徹底、效果好、價格低廉、易于控制投加量（可在出水設pH在線監測儀，以確保pH=8-9），且投加量少等優點，一般國內采用堿吸收法處理含硫廢水時多用氫氧化鈉作為吸收劑。
氫氧化鈉做吸收劑的化學反應方程式：H2S+2NaOH=Na2S+2H2O，去除1ppm H2S需要2.35 ppm NaOH，考慮油田采出水中存在Ca2+、 Mg2+離子，需要消耗NaOH，建議去除1ppm H2S投加3 ppm NaOH。生成的硫化鈉俗名臭堿，危害已明顯降低，如生成量較低時，臭味可以忽略。
碳酸鈉做吸收劑的化學反應方程式：H2S+Na2CO3=Na2S+H2O+CO2↑，去除1ppm H2S投加4 ppm Na2CO3。
沉淀法采用硫酸亞鐵做沉淀劑，使硫離子轉化為難溶的硫化物沉淀而加以去除，該方法生成的細小沉淀物沉淀性能較差，后續泥水分離困難，硫酸亞鐵投加量大，處理費用較高，因此該方法目前使用不多。
含H2S油氣田采出水常用以下兩種汽提工藝：
其一：采用低壓閃蒸后密閉輸送
閃蒸就是高壓的飽和水進入比較低壓的容器中后，由于壓力突然降低使部分飽和水變成容器壓力下的飽和水蒸氣。由于H2S在不同溫度與分壓下，在油氣田水中溶解度不同，含硫油氣田水的閃蒸處理工藝就是利用閃蒸原理，降低液相壓力，使水中H2S迅速地解析而自動放出，形成閃蒸，從而去除掉部分水中溶解的H2S，達到降硫的目的。
適用條件：油氣田水含硫量不高，含硫油氣田水輸送距離短，沒有可利用的蒸汽等公用設施。
該工藝優點為無需凈化氣汽提，節能；尾氣量明顯減少，SO2排放量減少，減排并環保；減少汽提裝置及相關閥件，節省投資。缺點為增加了油氣田水輸送、回注過程中的風險。
其二：采用低壓閃蒸加汽提的處理工藝
汽提法又稱為吹脫法，它是利用H2S在水中溶解度小的特點，用蒸汽或天然氣等與油氣田水直接接觸，降低H2S的氣相分壓，使H2S與水分離，按一定比例擴散到氣相中去，從而達到從油氣田水中分離的H2S目的。汽提法除油氣田水中的硫化氫效率較高，一般可達90%以上，但能耗較大，對設備要求高。
適用條件：油氣田水含硫量高，含硫油氣田水輸送距離長，安全要求性高，有可利用的蒸汽等公用設施。
該工藝的優點為最大限度的降低油氣田水中H2S濃度，管輸、回注過程危險性降低，安全性提高。缺點為尾氣壓力低，管道低點有積液存在；汽提后的尾氣燃燒排入大氣，SO2排放量較多；采用凈化氣做為汽提氣，用氣量大，耗能。
3.4含硫污水處置現狀
目前油氣田含硫污水主要有以下幾種處置方法：
目前采用最多的處置方法為回注地層，廢水經處理后找到合適的層位進行回注，此處置方法安全穩定，運行費用較低。
國內的大油氣田主要有普光油氣田和龍崗油氣田。普光油氣田、龍崗油氣田污水回注地面系統布局都采取污水集中處理、分散注入的布站方式。污水站處理后污水通過非金屬管線低壓密閉輸送至各回注井場。避免了鋼管輸送時含硫污水易對鋼管腐蝕并由此所產生的污水泄露，對環境造成破壞。回注井場設橇裝式回注站，對污水來水進行增壓回注。因回注井回注總量小，回注周期短，考慮到回注井的更換，因此回注站采用橇裝式設備，便于搬移。另考慮低壓外輸管線出現破壞時，影響污水消化，為保證污水正常回注，需配套污水罐車拉水至回注站進行回注。
目前，蒸發脫鹽技術已被工程應用于污處理領域，如德國、荷蘭、加拿大、法國等國家采用機械壓縮蒸發脫鹽處理部分油田采出水回用鍋爐，有效實現了采出水的資源化回收再利用。國內遼河、勝利等油田進行了試驗研究。
十一五以來，我國東部的大慶、勝利、遼河、中原等水驅開發老油田已進入特高含水開發階段，油田開發生產過程中產液量大幅度提升，同時并伴隨著循環注水開發，采出液含水率節節攀升，另外稠油熱采、三次采油規模的不斷擴大, 導致污水大量富余。
目前國內外已實施的油氣田污水資源化處理工程，絕大部分將采出水用作站場循環冷卻水或鍋爐用水。
上世紀九十年代以來，國內外各油田開展了稠油污水回用鍋爐技術的研究和應用，采用“化學沉淀+離子交換軟化技術”對污水進行除硬除硅，國內相繼在勝利、遼河、河南、西北等油田建設多個污水資源化回用注汽鍋爐工程，污水礦化度不超標，硬度超標，采用“化學沉淀--離子交換”為核心的水質軟化工藝，實現了污水的資源化利用。
處理后外排不但處理費用很高，還會造成水資源浪費，而且隨著全球環境意識的增強，處理后油氣田廢水外排指標也被限制的很嚴格，目前此種方法一般不采用。
3.5工程實例
|
油氣處理站（廠）名稱 |
廢水中H2S的濃度（mg/L） |
設計規模
（m3/d） |
處置方法 |
處理工藝 |
處理效果分析 |
|
中石油龍崗天然氣處理廠 |
- |
500 |
回注地層 |
閃蒸 |
達到設計指標 |
|
中石化普光油氣田趙家壩污水站 |
300 |
800 |
回注地層 |
壓力密閉流程加堿中和 |
運行良好 |
|
中石化普光油氣田大灣污水站 |
300 |
150 |
回注地層 |
壓力密閉流程加堿中和 |
運行良好 |
|
河南油田稠聯污水深度處理站 |
- |
4000 |
資源化回用 |
重力+氣浮+過濾
+離子交換 |
運行良好 |
|
遼河油田歡四污水深度處理站 |
- |
15000 |
資源化回用 |
重力+氣浮+過濾
+離子交換 |
運行良好 |
|
四川德陽新201高氯廢水處理站 |
- |
360 |
外排 |
采用蒸發脫鹽技術 |
運行良好 |
第4章資源化回用工藝技術比選
4.1油氣田廢水資源化回用工藝
“化學沉淀軟化+離子交換”除硬技術只能去除水中的硬度和二氧化硅，溶解性固體總量基本不去除，對比油田污水資源化需求水質，適于礦化度小于7000mg/L的油田污水軟化，該技術在遼河、河南油田處理較低礦化度（TDS=3000-5000mg/L）油田污水資源化用作注汽鍋爐用水得到廣泛應用，并取得可觀的經濟效益，但是此工藝對于礦化度高達數萬的油氣田廢水不適宜。而且沉淀物屬于更難處置物質，只能作為危固處理；離子交換樹脂存在一個飽和情況，需要藥劑清洗，剩余大量的廢酸廢堿難以處置。
熱法脫鹽工藝處理后的水可達到凈化廠循環冷卻水要求，產水率為70%-80%。對原水礦化度適應范圍廣。同時，在預處理方面較雙膜工藝要求寬松。但對加壓二次蒸汽用的生蒸汽要求較高，需要量較大，因此運行成本居高不下。熱法脫鹽除硬工藝噸水運行高達150元左右。油氣田一般處于偏遠山區地帶，污水處理站交通極不方便，現場建設一個相當規模的蒸汽設備不是很現實。某些油氣田廢水含有低沸點、小分子量物質，在蒸發過程中極易混入冷凝液中，最后導致處理水無法達到循環冷卻水要求，需要進一步的去除。
膜技術是和環境治理的首選技術，特別是排水水質要求高的場合。膜是一種具有特殊選擇性功能的或材料，它能把分隔成不相通的兩個部分，使其中的一種或幾種物質能透過，而將其他物質分離出來。膜分離與傳統過濾的不同在于是一種物理過程，不需發生相的變化和添加助劑。依據其孔徑的不同（或稱為截留分子量），可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜。其中反滲透膜分離等級最高，脫鹽效果非常的好。但是采用膜法脫鹽，膜污染問題是工業化應用的瓶頸。從卷式反滲透法處理采出水現場試驗分析（調研可知不少工程公司做過相當多試驗），盡管反滲透可以得到礦化度非常低的清水，但要求嚴格的化學或生物預處理（SDI<5，還有其他諸如COD的苛刻要求）；膜本身成本高，污染后膜通量降低明顯，即使清洗后通量恢復也較難，同時化學清洗會產生化學清洗廢液，使其在油田污水資源化的工程應用難以突破。
德國MFT位于德國漢堡，是一家專業從事特膜研發生產的高新技術企業。
MFT研發生產的“第三代·碟管式反滲透膜元件”SUPER MODULE擁有多項全球技術專利，被廣泛應用于高難度工業廢水處理和工藝過程處理領域。MFT——第三代·碟管式SUPER RO不同于傳統的卷式反滲透，已完全克服了利用膜法處理油氣田廢水的種種弊端，其優勢如下：
1、專有膜片改性技術
膜分離功能層更厚、電負性更低、膜表面更光滑、親水性更好，特殊改性的膜片具有更強的抗污染性、耐高壓和高通量性能。相比傳統反滲透膜片，具有更長的使用壽命，一般3年以上。
2、出水水質穩定可靠
Super RO對COD、無機鹽的截留率最高可達99.5％以上（兩級過濾），有效保證出水水質，大大簡化了廢水治理的工藝流程廢水只需簡單預處理就可進入膜系統，從而大大降低環保的建設成本和污水處理的運行成本。
3、抗污染的碟片結構設計和獨特流體流動方式
更寬的開放式流體通道，達到
4、抗壓性強，濃縮倍數大，即濃縮液少
除了上述抗污染性好外，SUPER RO可在更高壓力狀態下允許，因此可以取得更高的回收率，克服傳統膜無法應用的局限；
5、膜使用壽命長
SUPER MODULE特殊結構及水力學設計使膜組易于清洗，清洗后通量恢復性非常好；加上膜組件有效避免膜的結垢，膜污染減輕，減少化學清洗的頻率，使反滲透膜的壽命延長。
第5章 特種膜SUPER RO處理油氣田水方案
5.1 蒸餾和SUPER RO組合工藝處理效果對比
油氣田廢水資源化回用，理論上蒸發法可以從根本上解決問題，而且在川西一些工程上也有嘗試使用。但是單純的蒸餾法存在自身和外在條件的限制：
1、 污水處理站現場條件較差，蒸汽供應來源和規模無法保證，而且蒸汽運行費用不菲；
2、 油氣田廢水水中含鹽量高，尤其氯離子含量高，還含有多種有機物。為了抗腐蝕，蒸發設備必須使用
3、 某些油氣田水含有易揮發物質，在前期實驗中發現，即使采用低溫高效蒸餾工藝，蒸餾冷凝液的COD和硫化物含量還是不能達到要求。因此還需要進一步對冷凝液處理。
4、 低溫高效蒸餾可以減少部分低沸點有機物質的揮發，減少高氯對材料的腐蝕影響，但是蒸發效率將大打折扣，從另一方面來說增加了系統的投資成本。
《中國石油化工集團公司企業標準》Q/SH 0104-2007循環冷卻水要求
|
項目 |
水質指標 |
分析方法 |
|
pH值 |
6.5～9.0 |
GB/T 6920-1986 |
|
CODcr/(mg/L) |
≤60.0 |
《冷卻水分析和試驗方法》第一章—131 |
|
BOD5/(mg/L) |
≤10.0 |
GB/T 7488-1987 |
|
氨氮/(mg/L) |
≤10.0 |
GB/T 7478-1987、GB/T 7479-1987、GB/T 7481-1987 |
|
懸浮物/(mg/L) |
≤30.0 |
GB/T 11901-1989 |
|
濁度/NTU |
≤10.0 |
GB/T 13200-1991 |
|
硫化物/(mg/L) |
≤0.1 |
GB/T 16489-1996 |
|
油含量/(mg/L) |
≤2.0 |
GB/T 16488-1996 |
|
揮發酚/(mg/L) |
≤0.5 |
GB/T 7490-1987、GB/T 7491-1987 |
|
鈣硬（以CaCO3計）/(mg/L) |
50.0～300.0 |
GB/T 7476-1987 |
|
總堿（以CaCO3計）/(mg/L) |
50.0～300.0 |
GB/T 15451-2006 |
|
氯離子/(mg/L) |
≤200.0 |
GB/T 11896-1989 |
|
硫酸根離子/(mg/L) |
≤300.0 |
GB/T 11899-1989 |
|
總鐵/(mg/L) |
≤0.5 |
GB/T 11911-1989 |
|
電導率/(μS/cm) |
≤1200.0 |
《冷卻水分析和試驗方法》第一章—102 |
勝利油田勝利勘察設計研究院有限公司對某油氣田污水進行了低溫高效蒸餾中試試驗。在
|
樣品 |
項目 |
pH |
COD |
SS |
硫化物 |
全鹽量 |
SO42- |
Cl- |
濁度 |
|
原水水樣 |
|
8.20 |
5980 |
/ |
3267 |
8352 |
ND |
18192 |
/ |
|
蒸餾裝置冷凝液 |
|
8.85 |
864 |
<10 |
1.57 |
<10 |
ND |
ND |
15 |
|
|
9.37 |
776 |
<10 |
0.78 |
<10 |
ND |
ND |
7.9 |
|
|
|
9.30 |
518 |
<10 |
1.57 |
<10 |
ND |
ND |
0.4 |
從實驗結果數據分析，小試裝置的蒸餾冷凝液水質還無法達到污水回用與循環水水質指標，需要進一步驗證蒸餾工藝可行性，或增加一道深度處理手段。
考慮到反滲透膜優異的鹽分截留效果，如果解決膜污染問題，對COD等去除效果也是非常明顯。因此考慮引入特種膜SUPER RO工藝，先對廢水進行濃縮，剩余的濃縮液交由蒸餾處理，這樣大大降低蒸餾負荷。進膜前的預處理工藝流程和蒸餾預處理一樣，如下：
經過SUPER RO的一級過濾后，產水得到了極大的提升；為了保證產水嚴格達標，再次使用普通卷式RO進行深度處理，整體回收率在70%以上，最終產水滿足《中國石油化工集團公司企業標準》Q/SH 0104-2007循環冷卻水所有指標要求，試驗后各階段水質如下表顯示。
|
檢 測 結 果 |
|||||||||||||||||||
|
監測項目 |
水溫 |
pH |
COD |
BOD |
氯化物 |
石油類 |
六價鉻 |
銅 |
鉛 |
鋅 |
鎘 |
鐵 |
錳 |
砷 |
汞 |
氨氮 |
硫酸根 |
總硬度 |
硫化物 |
|
檢測編號 |
℃ |
無量綱 |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
|
原水水樣 |
25.2 |
8.29 |
1630 |
28.9 |
12600 |
2.99 |
0.017 |
0.08 |
0.45 |
0.06 |
0.11 |
0.40 |
0.86 |
0.0030 |
0.04024 |
152 |
2831 |
413 |
6.02 |
|
Super RO |
25.1 |
9.05 |
206 |
26.0 |
317 |
0.01 |
ND |
ND |
ND |
ND |
ND |
0.19 |
0.11 |
ND |
0.00965 |
26.5 |
60 |
56 |
1.51 |
|
卷式RO二級 |
25.2 |
7.5 |
55 |
9.2 |
ND |
0.02 |
0.005 |
ND |
0.23 |
ND |
ND |
0.08 |
0.08 |
ND |
0.00134 |
8.8 |
ND |
ND |
0.092 |
5.2蒸餾和SUPER RO組合工藝經濟性對比
下面以處理100噸/天油氣田水為例進行蒸餾工藝和SUPER RO工藝的對比。
|
名稱 |
三效蒸發工藝+RO深度處理 |
Super RO+RO+膜濃縮液蒸發處理 |
|
每噸水投資成本 |
6.667（萬元） |
6.607（萬元） |
|
總投資成本 |
666.7（萬元） |
660.7（萬元） |
|
每噸水運行成本 |
70（元） |
14+17（元） |
|
使用壽命 |
1-3年 |
3-5年 |
|
操作、維護難易程度 |
勞動強度高 |
簡單，自動化程度高 |
|
每年(按365天計)的運行成本 |
255.5（萬元） |
113.15（萬元） |
|
每天SuperRO+RO工藝比三效蒸發工藝運行成本節約費用 |
0.39（萬元） |
|
|
每年SuperRO+RO工藝比三效蒸發工藝運行成本節約費用 |
142.35（萬元） |
|
|
3年后SuperRO+RO工藝比三效蒸發工藝運行成本節約費用 |
427.05（萬元） |
|
從對比表中看出，不管是總投資還是運行費用作比較，SuperRO+RO+膜濃縮液蒸餾工藝比傳統的三效蒸發工藝均有較大的優越。
5.3德國MFT—第三代·蝶管式SUPER RO解決方案
結合實際情況，工藝流程及水量平衡圖見下圖。
系統回收率：71.8%
系統產水水質：達到回用標準
|
項目 |
進水流量 |
產水流量 |
備注 |
|
|
膜預處理部分 |
||||
|
1 |
保安過濾系統 |
|
|
回收率100% |
|
Super RO部分（RO系統濃液循環到進水） |
||||
|
2 |
Super RO系統 |
|
|
回收率75% |
|
RO部分 |
||||
|
3 |
RO系統 |
|
|
回收率85% |
|
SuperRO濃縮液中有效成分回收部分 |
||||
|
5 |
回收處理系統（蒸餾+結晶分離） |
|
客戶自主選擇，可回注或蒸發、結晶、回收 |
|
1） 預處理部分（由客戶建設）
油氣田生產采集廢水和凈化廢水混合后，經過污水站預處理達到回注水標準。預處理工藝流程如下：
2） Super RO系統部分
超級反滲透（SuperRO）也是一種逆滲透，一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。但不同于卷式反滲透，超級反滲透能承受的壓力可達70bar。由于廢水在膜組件中流過膜片的方式和流道寬的特殊性，因此可用于高鹽度，高有機物的物料或者廢水處理、濃縮。
超級反滲透濃縮分離原理：料液通過膜堆與外殼之間的間隙后通過導流通道進入底部流體轉向盤，被處理的液體布水均勻地經過濾膜片兩端面，然后從濾膜的切口和導流盤的投幣式切口面，進入下一個過濾膜片，從而在膜表面形成雷達掃描式的切向錯流過濾。料液高壓高速錯流經過反滲透膜片時，透過液從膜片之間的產水網向中心收集管并不斷排出；而料液經過多層膜片流動路徑，形成渦流式水流方式，最后濃縮液從進料端法蘭處濃縮液管口流出。濃縮液與透過液通過安裝于導流盤上的O型密封圈隔離。水流動模式和過濾方式如下圖：
|
渦流式水力流動模式 |
|
雷達掃描式錯流過濾方式 |
A、SuperRO系統主體部分
本系統平均設計出水
|
表二 SUPER Module產品技術參數 |
|
SUPER Module ( |
|
|
膜片 |
|
|
膜片（片/支） |
119 |
|
膜面積（m2/支） |
9.52 |
|
膜片材料 |
改性聚酰胺復合薄膜NF或RO |
|
膜片形狀 |
圓形+投幣式切口 |
|
導流盤 |
|
|
導流盤（片/支） |
120 |
|
導流盤材料 |
ABS+玻纖增強 |
|
導流盤形狀 |
圓形+投幣式切口 |
|
外殼 |
|
|
外殼材料 |
GFK |
|
外殼直徑（mm） |
254 |
|
外殼高度（mm） |
915 |
|
拉桿高度（mm） |
1110 |
|
拉桿材料 |
不銹鋼 |
|
法蘭 |
不銹鋼 |
|
運輸重量（kg/支） |
80 |
|
操作重量（kg/支） |
120 |
|
操作條件 |
|
|
最大操作壓力（bar） |
70（高壓）
140（超高壓） |
|
操作溫度（℃) |
0－45 |
|
進水流量（m3/h) |
0.75-1.10 |
|
壓力損失（bar） |
2-3 |
|
自由氯容忍度（ppm） |
<0.1 |
B、清洗系統
主要是系統的水沖洗系統，需配備相應罐體，清洗泵，管路和控制閥門等。
3） RO系統部分
RO系統主要包括以下幾個部分：
A、RO系統主體部分
考慮到產水水質要求較高，本系統采用一級兩段設計。本系統平均設計出水
圖4-3原裝進口抗污染低壓RO膜
同時，系統主機配套RO高壓泵，相關配套管路，閥門，各種儀表等。
B、加藥系統
加藥系統主要包括阻垢劑加藥裝置和膜清洗劑加藥裝置等部分組成。其作用和設計思路如下：
阻垢劑加藥裝置：主要是阻止水中有機物在RO膜表面垢化，以免對RO膜產生致命影響。本設計建議采用進口復合阻垢劑，并加強對于阻垢效果的監測。
膜清洗加藥裝置：主要是RO系統CIP裝置，酸、堿清洗劑，含藥劑計量裝置，管路和控制閥門等
C、清洗系統
主要是系統的水沖洗系統，需配備相應罐體，清洗泵，管路和控制閥門等。
注：本設計方案RO和Super RO系統的藥洗系統共用。
4） 蒸餾系統部分
處理Super RO濃縮液，普通的低溫高效蒸餾設備
現有或業主自建。
Super RO系統
功 能：去除絕大部分離子和有機物；
配置設備1：Super RO膜（MFT 70BAR），單支膜元件
配置設備2：Super RO進水泵1臺，Q＝
配置設備3：Super RO柱塞泵1臺，Q＝
配置設備4：Super RO循環泵1臺，Q＝
配置設備5：保安過濾器1套，過濾精度5um；
配置設備6：酸堿、阻垢劑加藥系統2套，含加藥桶、計量泵等；
配置設備7：清洗系統1套，（與RO共用）；
配置設備8：電控系統1套，（與RO共用）。
RO系統
功 能：去除絕大部分離子和有機物，達到回用水的標準；
配置設備1： RO膜（LXRO-1 ）,單支膜元件
配置設備2： RO進水泵1臺，Q＝
配置設備3： RO高壓泵1臺，Q＝
配置設備4： 沖洗泵1臺，Q＝
配置設備5：保安過濾器1套，過濾精度5um；
配置設備6：酸堿、阻垢劑加藥系統2套，含加藥桶、計量泵等；
配置設備7：清洗系統1套，（與SuperRO共用）；
1）電費
|
序號 |
名稱 |
數量（臺/套） |
單機功率（kW） |
裝機容量（kW） |
常用容量（kW） |
工作時間（h/d） |
實際消耗功率（kWh/d） |
備注 |
|
預處理和超級RO部分 |
||||||||
|
1 |
過濾器水泵 |
1 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
20 |
24.00 |
電耗系數：0.8 |
|
2 |
SuperRO增壓泵 |
1 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
20 |
24.00 |
電耗系數：0.8 |
|
3 |
SuperRO高壓泵 |
1 |
15 |
15 |
15 |
20 |
240.00 |
電耗系數：0.8 |
|
4 |
SuperRO段間增壓泵 |
1 |
3 |
3 |
3 |
20 |
48.00 |
電耗系數：0.8 |
|
|
小計 |
21 |
21 |
21 |
|
336.00 |
|
|
|
反滲透部分 |
||||||||
|
1 |
RO增壓泵 |
1 |
0.75 |
0.75 |
0.75 |
20 |
12.00 |
電耗系數：0.8 |
|
2 |
RO高壓泵 |
1 |
4 |
4 |
4 |
20 |
64.00 |
電耗系數：0.65 |
|
3 |
沖洗泵 |
1 |
5.5 |
5.5 |
5.5 |
1 |
4.40 |
每天累計運行1小時 |
|
4 |
阻垢劑計量泵 |
1 |
0.09 |
0.09 |
0.09 |
20 |
1.44 |
|
|
|
小計 |
10.34 |
10.34 |
10.34 |
|
81.84 |
|
|
|
膜系統公用部分 |
||||||||
|
1 |
酸計量泵 |
1 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
1 |
0.52 |
非常規使用，以實際運行情況定 |
|
2 |
液堿計量泵 |
1 |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
1 |
0.52 |
非常規使用，以實際運行情況定 |
|
|
小計 |
1.30 |
1.30 |
1.30 |
|
1.04 |
|
|
|
蒸餾處理部分 |
||||||||
|
1 |
循環泵 |
1 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
20 |
24.00 |
電耗系數：0.8 |
|
2 |
結晶分離設備 |
2 |
0.5 |
1 |
1 |
20 |
16.00 |
電耗系數：0.8 |
|
|
小計 |
2 |
2.5 |
2.5 |
|
40 |
|
|
|
總裝機功率和運行費用 |
||||||||
|
|
合計 |
34.04 |
34.54 |
34.54 |
|
449.28 |
|
|
|
|
系統噸水耗電 ： |
4.49 |
(kWh/t) |
|||||
注：功率因子取0.8，電費單價按0.8（元/kWh）計算；依據以上動力消耗情況，設備耗電費用為：
系統電費：4.49*0.8=3.592元/噸；
2）膜系統藥劑費
約1.5元/噸，根據實際運行情況酌情調整；
3）膜片折舊費
表4-4 膜折舊費計算表
|
名稱 |
更換時間
（年，保守估計） |
每次更換費用
(萬元) |
處理成本
（元/天） |
處理成本
(元/m3回用水) |
|
SuperRO膜 |
3 |
45 |
410.96 |
4.11 |
|
RO膜 |
2 |
2.25 |
30.82 |
0.30 |
|
總膜更換費用 |
|
|
|
4.41 |
注：膜使用壽命按經驗基本都大于3年，SuperRO膜按3年更換一次，保守估計RO膜按2年更換一次，
4）人工費
操作人員4人（3班倒），人員工資按2500元/月計，人工費為3×2500/30/100=0.8328元/m3回用水。
5）蒸汽費用
需要處理28.2噸/天料液，按照蒸發一噸料液消耗0.35噸蒸汽，每噸蒸汽180元來計算，每天費用是1776.6元，平攤到總廢水處理量，噸水費用為17.77元
6）總運行成本
綜上所述：
總運行成本：電氣費＋藥劑費＋膜折舊費＋人工費＋蒸汽費＝2.69+1.5+4.41+0.8328+17.77＝27.20元/噸
注：以上費用包括膜折舊費用，但是不包含設備折舊費用。
|
序號 |
名 稱 |
單價（萬元） |
數量 |
總價（萬元） |
廠家 |
|
|
1 |
Super RO系統 |
387 |
1套 |
387 |
MFT |
|
|
2 |
RO系統 |
30 |
1套 |
30 |
進口 |
|
|
3 |
蒸餾設備 |
125 |
1套 |
125 |
|
|
|
4 |
設備直接費用小計 |
542 |
|
|||
|
5 |
設備安裝費 |
（設備報價小計）×10% |
54.2 |
|
||
|
6 |
土建及預處理 |
深度處理土建池容為 |
|
有業主負責 |
||
|
7 |
技術服務費 |
設計費 |
（設備直接費用小計）× 2% |
10.8 |
|
|
|
8 |
管理指導費 |
（設備直接費用小計）× 1% |
5.4 |
|
||
|
9 |
調試費 |
（設備直接費用小計）× 2% |
10.8 |
|
||
|
10 |
稅收 |
（設備直接費用+設備安裝費+技術服務費）× 6% |
37.4 |
|
||
|
11 |
工程總造價 |
660.7 |
|
|||
201312051659159970.zip 