污水零排放技術(shù)在天然氣凈化廠的首次運(yùn)用

瞿 楊 蔣吉強(qiáng) 曹 杰 賈 勇 鐘 琴 楊 帆

中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠, 重慶 400021

0 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)環(huán)保工作的重視,污水零排放技術(shù)的研究和運(yùn)用越來(lái)越受到關(guān)注。國(guó)內(nèi)某大型天然氣凈化廠原料天然氣處理能力為3 000×104m3/d,污水處理裝置采用生化+電滲析+蒸發(fā)結(jié)晶污水處理技術(shù),首次實(shí)現(xiàn)了天然氣凈化廠污水零排放,將污水分質(zhì)處理,處理后淡水回用,用作循環(huán)水、地面沖洗用水、景觀綠化用水等,減少新鮮水的消耗并提高淡水的回用率,以此循環(huán)使用,達(dá)到水體的重復(fù)利用。污水零排放不僅實(shí)現(xiàn)無(wú)污水外排的目標(biāo),減輕了工廠生產(chǎn)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響,而且具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保效益。

1 污水零排放處理技術(shù)

污水處理裝置由污水生化處理單元、電滲析處理單元和蒸發(fā)結(jié)晶處理單元三部分組成。污水處理裝置流程見(jiàn)圖1。

圖1 污水處理裝置流程圖Fig.1 Flowchart of the sewage treatment plant process

污水生化處理單元采用“預(yù)曝氣—?dú)飧　馑峄毖酢醚酢恋怼鄙锾幚砉に?主要處理正常生產(chǎn)污水、生活污水、初期雨水、事故廢液及檢修污水。污水生化處理單元工藝流程如下:正常生產(chǎn)污水、生活污水由廠區(qū)相應(yīng)排水管系匯集后,自流進(jìn)入污水處理裝置的曝氣調(diào)節(jié)池,同時(shí),檢修污水、事故廢液通過(guò)厭氧反應(yīng)池(UASB)也進(jìn)入曝氣調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì),合并后的水再加壓送入氣浮設(shè)備,氣浮設(shè)備出水依次自流進(jìn)入生物預(yù)處理池(進(jìn)行水解酸化)、生化池(缺氧段、好氧段)、沉淀池,最后進(jìn)入清水池,經(jīng)消毒殺菌檢驗(yàn)合格后部分回用。

電滲析處理單元分為預(yù)處理、倒換電極法(EDR)電滲析脫鹽兩部分。預(yù)處理包括電絮凝反應(yīng)池、斜板沉淀池和多介質(zhì)過(guò)濾池。經(jīng)預(yù)處理后的出水進(jìn)入濾后水池,經(jīng)殺菌消毒后,增壓進(jìn)入精密過(guò)濾器過(guò)濾,進(jìn)一步滿足后續(xù)EDR電滲析脫鹽設(shè)備進(jìn)水水質(zhì)的濁度和懸浮物的要求。精密過(guò)濾器出水進(jìn)入EDR電滲析脫鹽設(shè)備進(jìn)行脫鹽,淡水經(jīng)增壓回用于廠內(nèi)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水,濃鹽水進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶單元深度處理。

蒸發(fā)結(jié)晶單元用于處理電滲析濃鹽水,處理工藝采用四效真空蒸發(fā)結(jié)晶除鹽生產(chǎn)工藝,分離回收的冷凝水(產(chǎn)品水)指標(biāo)符合GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(以下簡(jiǎn)稱GB/T 19923—2005)要求,全部回用作為廠內(nèi)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水，剩下的鹽類等物質(zhì)結(jié)晶析出后委托專業(yè)環(huán)保公司進(jìn)行處理,最終實(shí)現(xiàn)污水零排放。

2 污水來(lái)源及特點(diǎn)

廠內(nèi)污水包括正常生產(chǎn)污水、生產(chǎn)廢水、初期雨水、檢修污水、生活污水和事故廢液。正常生產(chǎn)污水主要來(lái)自脫硫、脫水、硫黃回收、火炬及放空、分析化驗(yàn)室等工藝裝置及輔助生產(chǎn)裝置排出的污水和設(shè)備及場(chǎng)地沖洗水等[1-3];生產(chǎn)廢水主要來(lái)自循環(huán)冷卻水、鍋爐房等裝置的排污,污染物主要是機(jī)械雜質(zhì)、鹽類及微量烴類等;檢修污水主要來(lái)自脫硫裝置和脫水裝置等檢修時(shí)排出的含甲基二乙醇胺(MDEA)、三甘醇(TEG)、硫化亞鐵(FeS)、固體雜質(zhì)等污染物的污水;生活污水主要來(lái)自生產(chǎn)及檢修基地及廠區(qū)內(nèi)公廁等處排出的污水。天然氣處理廠內(nèi)污水來(lái)源和特征污染物見(jiàn)表1。

表1 天然氣處理廠內(nèi)污水來(lái)源和特征污染物統(tǒng)計(jì)表

天然氣凈化廠污水特點(diǎn)是來(lái)源點(diǎn)多、污染物濃度波動(dòng)大,既有有機(jī)物的污染,又有無(wú)機(jī)物的污染,污染物的毒性大,生物降解慢,未經(jīng)處理不能排入天然水體中[4]。

3 污水處理工藝運(yùn)行要點(diǎn)

3.1 分類收集,減少污水產(chǎn)生

1)做好裝置檢修期間的高濃度污水與中低濃度污水分開(kāi)收集，記錄各類檢修污水的水質(zhì)、水量,根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)將高濃度污水與中低濃度污水進(jìn)行調(diào)配處理,有利于污水處理裝置的高效運(yùn)行。

2)做好日常運(yùn)行過(guò)程中雨污分流措施,雨水直接排放,降低大量雨水對(duì)污水處理裝置的沖擊及生化處理單元的運(yùn)行負(fù)荷。

3)鍋爐房排污、循環(huán)冷卻水排污由天然氣處理廠區(qū)相應(yīng)獨(dú)立排水管道匯集后,自流進(jìn)入污水處理裝置循環(huán)水排污池,經(jīng)電滲析處理單元、蒸發(fā)結(jié)晶處理單元層層脫鹽處理后的淡水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

4)在天然氣脫硫裝置和脫水裝置開(kāi)停車過(guò)程中采用加壓排放的方式盡量回收有機(jī)溶劑,有機(jī)溶劑系統(tǒng)停產(chǎn)清洗時(shí),第一次系統(tǒng)水洗采用凝結(jié)水清洗并進(jìn)行回收，在第二次有機(jī)溶劑系統(tǒng)水洗時(shí)盡量保持低液位水洗,減少污水排放量。

5)清洗設(shè)備時(shí)先對(duì)固體雜質(zhì)進(jìn)行清除,再用高壓水槍等高效清洗工具進(jìn)行清洗,減少清洗設(shè)備時(shí)產(chǎn)生的污水量,在收集清洗污水時(shí)采用籮筐過(guò)濾,防止固體雜質(zhì)進(jìn)入污水處理裝置[5-7]。

3.2 分質(zhì)處理,達(dá)到分質(zhì)回用效果

1)正常生產(chǎn)污水、生活污水、檢修污水及事故廢液,利用污水生化處理單元處理。

2)對(duì)于反滲透裝置產(chǎn)生的濃鹽水、鍋爐房排污、循環(huán)冷卻水排污等廢水和污水生化處理后未經(jīng)中水回用部分,利用電滲析處理單元進(jìn)行處理。

3)電滲析處理單元產(chǎn)生的濃鹽水由蒸發(fā)結(jié)晶處理單元進(jìn)行處理,采用四效真空蒸發(fā)結(jié)晶除鹽生產(chǎn)工藝,蒸發(fā)產(chǎn)出冷凝水回用至循環(huán)水單元作為補(bǔ)充水,固相物質(zhì)則以結(jié)晶鹽形式析出,實(shí)現(xiàn)全廠污水零排放。

3.3 分級(jí)回收,實(shí)現(xiàn)污水零排放

1)生化處理單元處理后的出水水質(zhì)控制指標(biāo)應(yīng)符合GB/T 18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(以下簡(jiǎn)稱GB/T 18920—2002)中綠化和場(chǎng)地沖洗水質(zhì)的要求,一部分作為中水回用于整個(gè)廠區(qū)綠化和場(chǎng)地沖洗,另一部分進(jìn)入電滲析處理單元或蒸發(fā)結(jié)晶處理單元做進(jìn)一步處理。

2)電滲析處理單元處理后的淡水進(jìn)入成品水池,經(jīng)增壓回用于天然氣處理廠內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水。

3)蒸發(fā)結(jié)晶處理單元產(chǎn)生的冷凝回水(產(chǎn)品水)，水質(zhì)符合GB/T 19923—2005要求,全部回用做天然氣處理廠內(nèi)循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水[8-12]。

3.4 廢氣集中處理,解決污水處理異味問(wèn)題

在污水儲(chǔ)存、處理過(guò)程中,污水會(huì)揮發(fā)出大量有機(jī)、無(wú)機(jī)廢氣,散發(fā)出惡臭異味,惡臭氣體不僅對(duì)環(huán)境造成影響,對(duì)員工健康也有危害。

將污水在儲(chǔ)存期間和處理過(guò)程產(chǎn)生的廢氣統(tǒng)一收集后,利用引風(fēng)機(jī)引入吸收再生塔,使用復(fù)合脫硫劑吸收廢氣中的硫化物,達(dá)到脫硫除臭目的,有效解決傳統(tǒng)污水裝置周邊異味問(wèn)題[13]。脫硫除臭裝置流程見(jiàn)圖2。

圖2 脫硫除臭裝置流程圖Fig.2 Flowchart of the desulfurization deodorant device process

3.5 定期排污,減小污泥對(duì)污水處理裝置的影響

1)生化處理單元在運(yùn)行過(guò)程中需定期排出腐殖污泥,避免大量污泥在生化處理單元內(nèi)循環(huán),增加處理負(fù)荷,影響出水水質(zhì)。

2)電滲析處理單元需及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)污水池內(nèi)沉淀污泥,污泥會(huì)堵塞預(yù)過(guò)濾器,嚴(yán)重影響預(yù)處理效果,加劇電滲析膜片結(jié)垢速度[14]。

3)蒸發(fā)結(jié)晶處理單元各蒸發(fā)器轉(zhuǎn)鹽管道、蒸發(fā)室底部、循環(huán)管、液位計(jì)引壓管、儀表儀器連接管等部位易沉積鹽漿,定期對(duì)以上部位進(jìn)行排鹽及清洗,確保蒸發(fā)結(jié)晶處理單元長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 運(yùn)行效果

污水零排技術(shù)在運(yùn)行過(guò)程中，分別對(duì)生化污水處理出水、電滲析處理出水、蒸發(fā)結(jié)晶處理出水進(jìn)行檢測(cè)[15],處理后的出水水質(zhì)分析結(jié)果見(jiàn)表2～4。

表2 生化污水處理出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果表

表3 電滲析處理出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果表

表4 蒸發(fā)結(jié)晶處理出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果表

從表2～4可看出,生化處理出水、電滲析處理出水和蒸發(fā)結(jié)晶處理出水的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,生化處理出水水質(zhì)控制指標(biāo)應(yīng)達(dá)到GB/T 18920—2002的綠化和場(chǎng)地沖洗水質(zhì)要求。蒸發(fā)結(jié)晶處理產(chǎn)生的冷凝回水(產(chǎn)品水)水質(zhì)符合GB/T 19923—2005的要求[16-18]。

5 運(yùn)行中存在問(wèn)題

5.1 電滲析設(shè)備結(jié)垢嚴(yán)重

電滲析進(jìn)水通常含有碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鹽、氯化物等溶解度很低的鹽分,在運(yùn)行過(guò)程中,鹽分不斷累積附著在電滲析膜片上,引起電滲析膜片變形、結(jié)垢,影響電滲析處理單元處理量和成品水水質(zhì)[19],見(jiàn)圖3。

圖3 電滲析膜片污垢照片F(xiàn)ig.3 Electrodialysis diaphragm dirt

5.2 蒸發(fā)結(jié)晶出鹽效果差

蒸發(fā)結(jié)晶處理單元處理的濃鹽廢水中鈣鎂離子含量較高,鈉離子含量較低,結(jié)晶鹽粒徑小。結(jié)晶鹽顆粒越小,密度越小,需要的分離因數(shù)越大,因此,離心脫水機(jī)的選型對(duì)出鹽效果至關(guān)重要。蒸發(fā)結(jié)晶處理單元現(xiàn)有鹽漿離心分離系統(tǒng)難以有效分離小顆粒鹽,在蒸發(fā)結(jié)晶器運(yùn)行過(guò)程中,產(chǎn)鹽能力不足,出鹽效果較差。同時(shí),蒸發(fā)結(jié)晶處理單元各換熱設(shè)備均有不同程度結(jié)垢現(xiàn)象[20],換熱效果不佳,處理能力降低,見(jiàn)圖4。

圖4 底部排鹽閥結(jié)垢嚴(yán)重照片F(xiàn)ig.4 Serious scale of the bottom drain valve

5.3 回水水質(zhì)及水量對(duì)循環(huán)冷卻水水質(zhì)的影響

電滲析處理單元產(chǎn)生的淡水和蒸發(fā)結(jié)晶處理單元的冷凝回水作為補(bǔ)充水進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng),在運(yùn)行過(guò)程中,淡水和冷凝回水總量大于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)所需補(bǔ)水量,造成污水處理單元回水富裕。電滲析處理單元的淡水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水,造成循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)硬度低、堿度高,水質(zhì)偏于腐蝕性,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備管線腐蝕嚴(yán)重。

6 解決措施

6.1 電滲析設(shè)備結(jié)垢嚴(yán)重的解決措施

電滲析處理單元預(yù)處理運(yùn)行效果不好會(huì)直接增加電滲析處理單元的除鹽負(fù)荷,加快電滲析膜結(jié)垢速度。預(yù)處理設(shè)備在日常運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)依據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的變化,及時(shí)調(diào)整加堿反應(yīng)池的pH設(shè)定值,以加堿絮凝形成粗大顆粒絮體較明顯為準(zhǔn);同時(shí)加強(qiáng)反應(yīng)池及沉淀池的排污,根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)變化和污水濁度情況及時(shí)調(diào)整排污周期、過(guò)濾池酸洗和反沖洗的頻率。優(yōu)化預(yù)處理設(shè)備運(yùn)行,保證濁度、懸浮物去除率在90%以上,硬度、堿度去除率50%～80%。當(dāng)電滲析處理單元的進(jìn)水壓力升高,使用倒換電極法已不能有效去除鹽分時(shí),應(yīng)采用1%～3%(v)的鹽酸進(jìn)行循環(huán)清洗，當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)變差時(shí)縮短酸洗周期。

6.2 蒸發(fā)結(jié)晶出鹽效果差的解決措施

加強(qiáng)蒸發(fā)器的操作,嚴(yán)格控制固液比。操作過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格將固液比控制在10%～20%,若固液比高于20%,則易造成蒸發(fā)器翻漿現(xiàn)象,導(dǎo)致出水電導(dǎo)超高,影響循環(huán)水質(zhì);若固液比低于10%,鹽水濃度過(guò)低,則無(wú)法提高晶體粒徑,從而降低分離效果。增加蒸發(fā)結(jié)晶處理單元預(yù)處理工藝,使?jié)恹}水中的鈣鎂離子以不溶態(tài)化合物析出,部分結(jié)垢性離子含量被處理降低,有利于設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

6.3 回水水質(zhì)及水量對(duì)循環(huán)冷卻水水質(zhì)影響的解決措施

加強(qiáng)對(duì)電滲析處理單元運(yùn)行效果監(jiān)控,避免出水水質(zhì)不合格對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)造成影響,惡化循環(huán)水水質(zhì),降低循環(huán)水系統(tǒng)防腐蝕措施效果;加強(qiáng)對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶冷凝回水水質(zhì)的監(jiān)控,一旦水質(zhì)電導(dǎo)超出回水指標(biāo),對(duì)冷凝回水進(jìn)行重新處理,不再回收至循環(huán)冷卻水系統(tǒng),避免循環(huán)水冷卻水質(zhì)惡化,影響循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在循環(huán)水冷卻系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)采取預(yù)膜、加硫酸降低pH等措施,降低循環(huán)冷卻水的腐蝕性。通過(guò)增加樹(shù)脂交換等技術(shù)改造,將電滲析處理單元產(chǎn)生的淡水和蒸發(fā)結(jié)晶冷凝回水,再經(jīng)過(guò)離子交換等軟化技術(shù)制備出合格的除鹽水,回用作鍋爐給水。

7 結(jié)論

污水零排放技術(shù)本身具有直接的經(jīng)濟(jì)效益和間接的環(huán)保效益,直接的經(jīng)濟(jì)效益可以為天然氣凈化廠節(jié)省水費(fèi)、排污費(fèi)的支出;間接的環(huán)保效益不僅可以降低天然氣凈化廠對(duì)周邊水域的污染和水生生態(tài)環(huán)境的破壞,而且可以提高水的利用率。污水零排放技術(shù)運(yùn)用以來(lái),通過(guò)按照分類收集、分質(zhì)處理、分級(jí)回收、廢氣集中處理等要點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)行,同時(shí)優(yōu)化電滲析處理單元和蒸發(fā)結(jié)晶處理單元操作運(yùn)行,采取預(yù)膜、加硫酸降低pH等措施減緩循環(huán)水冷卻系統(tǒng)腐蝕,進(jìn)行技術(shù)改造提升水質(zhì)品質(zhì)應(yīng)用等手段,保證了天然氣凈化廠污水零排放技術(shù)的成功應(yīng)用,切實(shí)踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念,為節(jié)能降耗和周邊生態(tài)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。