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1、油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告油气田高含油气田高含盐废盐废水脱水脱盐处盐处理技理技术术专题报专题报告告油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告目目 录录1 油气田高含油气田高含盐废盐废水水水水质质特点特点.12 废废水脱水脱盐处盐处理工理工艺艺技技术简术简介介.12.1 多多级闪级闪蒸技蒸技术术(MSF).12.2 多效蒸多效蒸馏馏技技术术(MED).32.3 电电渗析技渗析技术术(ED).42.4 反渗透技反渗透技术术（ （RO） ）.83 油气田高含油气田高含盐废盐废水脱水脱盐盐技技术优选术优选.93.1 能耗能耗.93.2 制水成本制水成本.93.3 预处预处理理.103.4 技技术术
2、参数的比参数的比较较.104 结论结论及建及建议议 .114.1 结论结论.114.2 建建议议.11油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 1 页 1 油气田高含油气田高含盐废盐废水水水水质质特点特点含盐废水来源广泛，如蒸汽锅炉、矿石企业、盐化工、油气田行业等均产生大量的高含盐废水。我国不少油气田废水的含盐量高达 80-140g/L，而在川东北地区高含盐废水主要存在于采输过程中，氯离子含量一般为 10g/L，总盐含量为 20-30g/L。高含盐废水由于矿化度高、电导率高，故能加速电化学反应，使设备腐蚀速度加快，尤其是氯离子；如高含盐废水排入周围农田，超过农田灌溉水质标准，可能造成土地盐渍化、
3、土壤板结、农作物烂根、死苗等。因此，在水资源及环保压力日益紧张的条件下，寻求经济有效的高含盐废水处理技术成为当前重要的研究课题。2 废废水脱水脱盐处盐处理工理工艺艺技技术简术简介介废水脱盐技术经过数十年发展，出现的种类繁多，各有特色，在不同的应用领域和使用条件下发挥各自的优势和特长。目前达到工业化规模应用的技术主要有“蒸馏法”和“膜分离法”。蒸馏淡化技术又分成多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)两种。膜分离法主要包括反渗透法（RO）和电渗析法(ED)两种。2.1 多多级闪级闪蒸技蒸技术术(MSF)2.1.1 基本原理基本原理多级闪蒸是将高含盐废水加热到一定温度后，引入到一个闪蒸室，其室内的压
4、力低于高含盐废水所对应的饱和蒸汽压，部分油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 2 页 高含盐废水迅速汽化，冷凝后即为所需淡水；另一部分高含盐废水温度降低，流入另一个压力较低的闪蒸室，又重复蒸发和降温的过程。将多个闪蒸室串联起来，室内压力逐级降低，高含盐废水逐级降温，连续产出淡化水。2.1.2 工工艺艺流程流程图图 1：多：多级闪级闪蒸技蒸技术术工工艺艺流程流程图图2.1.3 主要特点主要特点多级闪蒸除盐主要技术特点有：（1）单机容量大，处理规模最大的可达到 5 万吨/天；（2）动力消耗大；（3）当其传热管腐蚀穿孔将污染水质。（4）产出水盐度一般为 510 毫克/升。但是，其工程投资高，为反渗
5、透法的 2 倍；（5）设备的操作弹性小，是设计值的 80110，不适应于产水量要求可变的场合；2.1.4 适用范适用范围围油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 3 页 可用于以火电厂或核电厂等具有低压蒸汽为热源的大型高含盐废水脱盐工程，为高中压锅炉提供优质脱盐水和生活用淡水。2.2 多效蒸多效蒸馏馏技技术术(MED)2.2.1 基本原理基本原理多效蒸馏是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入让加热后的盐水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。由于后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。2
6、.2.2 工工艺艺流程流程图图 2：多效蒸：多效蒸馏馏工工艺艺流程流程图图2.2.3 主要主要优优缺点缺点多效蒸馏主要有以下特点：（1）热效率比多级闪蒸高，30 余度的温差可达到 10 左右的产水比；油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 4 页 （2）操作负荷可在 40到 110变化，产水比不会下降，弹性较大；（3）能耗较低；（4）前处理较简单，化学药剂消耗较低；系统的操作安全可靠，即便发生传热管泄漏，仅仅降低产量而不会影响水质；（5）但低温多效蒸馏设备体积较大，装置费用较高；2.2.4 适用范适用范围围多效蒸馏与多级闪蒸的适应条件基本相同，均可用于以火电厂或核电厂等具有低压蒸汽为热源的大型
7、高含盐废水脱盐工程，为高中压锅炉提供优质脱盐水和生活用淡水。2.3 电电渗析技渗析技术术(ED)电渗析技术最先用于苦咸水处理，随着反渗透技术的发展和应用，电渗析技术已逐步被取代。电渗析技术用于脱盐处理时，在含盐量在 500-3000mg/L 时，其经济成本优于其他几种脱盐技术；若用于高含盐废水的处理则不具经济性，不建议推广。电驱动膜处理装置是电渗析技术的一种改进，常作为预脱盐设备，可应用于含盐量 500-4000mg/L 的原水，但作为除盐终端，则其进水应在 500mg/L 以下，脱盐率可达到 75-97%。 （以上数据资料源于电驱动膜的发明单位：浙江千秋环保水处理有限公司）2.3.1 基本原
8、理基本原理电渗析技术是在外加直流电场的作用下，利用离子交换膜的油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 5 页 选择透过性，使离子从一部分水中迁移到另一部分水中，是一个以电位差为推动力的膜分离过程。在电渗析器内设置多组交替排列的阴、阳离子交换膜，在直流电场作用下，阳离子穿过阳膜向负极方向运动；阴离子穿过阴膜向正极方向运动。这样就形成了去除水中离子的淡水室和浓缩离子的浓水室，将浓水排放，得到的淡水即为去盐水。在外加直流电场的作用下，电渗析阴、阳极发生氧化还原反应，形成电子转移，阴、阳极电离及电子转移过程如下。,图图 3:电电渗析原理渗析原理图图电渗析装置是由许多只允许阳离子通过的阳离子交换膜和 只
9、允许阴离子通过的阴离子交换膜组成，这两种交换膜交替地平行排列在两正负电极板之间。最初在所有隔室内,阳离子与阴离子浓度都均匀一致，且成电的平衡状态，当加上电压后，在直流 电场的作用下，淡室中的全部阳离子趋向阴极，在通过的全部阳膜后，被浓室的阴膜所阻挡留在浓室，而淡室中的全部阴离子趋 向阳极，在通过阴膜后,被浓室的阳膜所阻挡也留在浓室中，于是淡室中的电接质浓度逐渐下降，而浓室中的电解质浓度则逐渐上油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 6 页 升，达到分离。2.3.2 工工艺艺流程流程电渗析除盐工艺流程，可分为电渗析本体除盐方式，组合形式和其它除盐、净化技术的联合除盐系统。图图 4： ：电电渗析脱
10、渗析脱盐盐技技术术流程流程图图2.3.3 进进水要求水要求根据电渗析装置的工艺要求和工作特点，对进水水质有一定要求，应符合一定标准，以保证电渗析装置的正常运行。根据“电渗析除盐工艺”国家标准要求，规定了以下 7 项水质指标：水温、耗氧量、游离氯、含铁量、含锰量、浊度、污染指数。 （数据来自工业纯水制备技术、设备及应用康勇著 2007）表表 1： ：电电渗析技渗析技术进术进水指水指标标需求需求进水指标水温()耗氧量(mg/l）游离氯(mg/l）锰(mg/l）铁(mg/l)浊度(g/l）污染指数SDI(mg/l）数值5-4030.10.10.30.3102.3.4 工工艺艺特点特点电渗析为无相变过
11、程。所耗电能主要用于迁移溶液中的电解油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 7 页 质离子，所耗的电能与溶液浓度成正比，对于不导电的颗粒没有去除能力。电渗析技术用于高含盐废水淡化时能耗大，大规模的高含盐废水淡化工程基本上不采用。但将 10003000mg/L 的苦咸水脱盐至 500mg/L 以下的饮用水是经济可行的（http:/ 电电力消耗力消耗处理水质与耗电量的关系如下表所示（数据来自高纯水的制备及检测技术闻瑞梅著）：表表 2： ：处处理水理水质质与耗与耗电电量的关系量的关系脱盐范围（mg/L）产水耗电（KWh/t）处理水质原水脱盐水直流动力合计海水3500050012-16416-20苦咸
12、水1000100003001-50.2-1.51.2-6.5自来水50020500.5-0.80.5-1.51-2.32.3.6 主要缺点主要缺点（1）设备拆卸麻烦，脱盐效果不如反渗透法，在没有实现浓水回收、极水循环的情况下，水回收率低，不到 50%，而反渗透回收率可达到 75%（数据来自高纯水的制备及检测技术闻瑞梅著）。（2）电渗析设备耗用电能与溶液浓度成正比，对于不导电的颗粒没有去除能力。电渗析技术用于高含盐废水脱盐时能耗较大，大规模的高含盐废水脱盐工程基本上不采用。（3）由于膜表面和膜中离子迁移速度的差异，造成淡水室中油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 8 页 的水大量电离成 H+和
13、 OH-带来负载电流，从而在膜表面形成极化现象。电渗析因浓差极化作用将引起以下后果：加大电能消耗，降低电流效率；当水中有钙镁离子时将很快结垢，增大膜电阻和耗电量，易烧坏发电机，并且降低出水率，缩短膜使用年限；极化严重时，产出的淡水呈酸性。2.3.7 维护维护特点特点（1）必须严格控制进水水质，做好预处理。（2）控制工作电流低于极限电流。（3）定期倒换电极或频繁倒换电极。（4）根据出水率降低情况，定期进行酸洗。（5）对有机污染物进行碱洗或盐碱洗。（6）根据实际水质，控制浓水和极水的排放量。2.3.8 安全安全环环保保隐隐患患（1）电渗析阳极排出的氧气和阴极排出的氢气，积累到一定程度遇明火即发生爆
14、炸。（2）阳极产生的氯气为有害气体，必须保证生产区域通风良好，而且必须安装排气和废气吸收装置。2.4 反渗透技反渗透技术术（ （RO） ）反渗透技术问世 20 年来获得了迅速的发展，不仅在苦咸水除盐、高纯水制备，而且在海水淡化事业中，其发展速度都远远超过了其它各种除盐方法。反渗透装置主要有板框式、管式、卷油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 9 页 式和中空纤维式四种。大中型装置多用卷式和中空纤维式，食品工业用板框式和管式，废水处理多用管式和卷式。2.4.1 基本原理基本原理反渗透是以高于渗透压的压力作为推动力，利用选择性膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从水体中提取淡水的膜分离过程。
15、2.4.2 工工艺艺流程流程图图 5：反渗透工：反渗透工艺艺流程流程图图2.4.3 主要特点主要特点（1）反渗透为无相变过程，能耗低，每吨淡水耗电 3.0-5.5 度；（2）工程投资及造水成本较低；（3）装置紧凑，占地较少，操作简单，维修方便；（4）反渗透的预处理要求严格，反渗透膜需要定期更换，高含盐废水温度不宜高于 35 度；（5）反渗透可去除绝大部分有机物、胶体等非电解质物质、可溶性 SiO2胶体硅等不易去除的物质、CO3 2-和 HCO3 -、以及绝油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 10 页 大多数悬浮物颗粒和细菌等有机体。2.4.4 使用范使用范围围适合大、中、小型高含盐废水脱盐
16、处理及苦咸水、海水淡化。3 油气田高含油气田高含盐废盐废水脱水脱盐盐技技术优选术优选由于高含盐废水脱盐工艺较多，为了体现各种脱盐工艺的优劣，本方案从能耗、制水成本、前期预处理、脱盐技术参数等方面进行比较，优选出最佳方案。3.1 能耗能耗从脱盐的直接能耗来说，膜法明显优于单目的蒸馏法，但不明显优于双目 (热电造水)的蒸馏法。而且由于膜的寿命短（1-3年），膜更换费用高，膜本身就反映了能耗。对蒸馏法来说，过程的直接能耗，不同地区不同行业的差别很大，需要进行技术、经济比较确定。3.2 制水成本制水成本由于膜的寿命和膜装置的限制，使得膜法在大规模处理高含盐废水中仍处于不利地位。因为膜法的制水成本，受膜
17、寿命和装置规模的不利影响超过了低能耗所带来的好处，应根据其处理规模进行经济测算。3.3 预处预处理理进入蒸馏装置的高含盐废水无需或简单进行预处理，仅设置高含盐废水过滤网即可。而进入膜装置的高含盐废水需进行絮凝澄清、过滤氧化和加氯等预处理，工序复杂，投资增大。油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 11 页 3.4 技技术术参数的比参数的比较较表表 3：高含：高含盐废盐废水脱水脱盐盐技技术术参数的比参数的比较较比比较项较项目目反渗透反渗透电电渗析渗析低温多效低温多效多多级闪级闪蒸蒸最佳进水盐含量（mg/L）350005003000基本无要求基本无要求产出水盐含量（mg/L）50-50050500
18、5-105-10脱盐率%9570809999操作温度 ( )5-405-4070110装置总能耗 KWh/m35.0-6.02-35.08.0原水预处理要求及投资高要求及投资高要求低要求低水利用率 %4045-70腐蚀结垢倾向较小较大较小较大，要加酸和脱气维护性复杂复杂简单简单分离动力压差推动电位差推动温差推动温差推动膜材料复合膜离子交换膜脱盐机理溶剂扩散电解质离子的选择传递馏分馏分透过物水、溶剂电解质离子水水截留物溶质、盐、有机物、细菌非电解质大分子物质溶质、盐、有机物、细菌溶质、盐、有机物、细菌4 结论结论及建及建议议油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 12 页 4.1 结论结论（1）
19、从经济可行的角度出发，电渗析技术及其改进设备均以电位差为其推动力，在处理含盐量 500-3000mg/L 废水时优于其余方案。但对于高含盐废水或海水淡化，其能耗和经济成本并不占优。蒸馏法虽然对高含盐废水的含盐量要求不高，但其能耗较大，不适于单纯进行脱盐处理。（2）针对污染物的去除效果而言，电渗析技术对有机物、病毒、非电解质等物质无去除能力，而反渗透恰好有明显的优势。（3）对于安全隐患而言，电渗析技术（反应过程产生氢气）存在易燃易爆等不稳定因素，同时其产生的氯气为二次污染物，将严重影响大气环境质量。4.2 建建议议从经济、稳定、安全、环保的角度出发，对于油气田高含盐废水的脱盐处理方案，有如下建议：（1）当含盐量在 500-3000mg/L 时，建议采用电渗析技术进行预脱盐处理。（2）当含盐量在 3000mg/L-35000mg/L 时，建议采用反渗透技术进行脱盐处理。（3）当现场具备便利的废热资源源时，建议采用蒸馏法进行脱盐处理。参考参考资资料：料：1、环境保护技术产品技术要求-电渗析装置油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告第 13 页 2、浙江千秋网站-千秋环保-产品展示-电驱动膜分离器
