污水零排放技術在天然氣凈化廠的首次運用

瞿 楊 蔣吉強 曹 杰 賈 勇 鐘 琴 楊 帆

中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠, 重慶 400021

0 前言

隨著社會經濟的發展和國家對環保工作的重視,污水零排放技術的研究和運用越來越受到關注。國內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+蒸發結晶污水處理技術,首次實現了天然氣凈化廠污水零排放,將污水分質處理,處理后淡水回用,用作循環水、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,以此循環使用,達到水體的重復利用。污水零排放不僅實現無污水外排的目標,減輕了工廠生產對周邊生態環境的影響,而且具有較高的經濟價值和環保效益。

1 污水零排放處理技術

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結晶處理單元三部分組成。污水處理裝置流程見圖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“預曝氣—氣浮—水解酸化—缺氧—好氧—沉淀”生物處理工藝,主要處理正常生產污水、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:正常生產污水、生活污水由廠區相應排水管系匯集后,自流進入污水處理裝置的曝氣調節池,同時,檢修污水、事故廢液通過厭氧反應池(UASB)也進入曝氣調節池調節水質,合并后的水再加壓送入氣浮設備,氣浮設備出水依次自流進入生物預處理池(進行水解酸化)、生化池(缺氧段、好氧段)、沉淀池,最后進入清水池,經消毒殺菌檢驗合格后部分回用。

電滲析處理單元分為預處理、倒換電極法(EDR)電滲析脫鹽兩部分。預處理包括電絮凝反應池、斜板沉淀池和多介質過濾池。經預處理后的出水進入濾后水池,經殺菌消毒后,增壓進入精密過濾器過濾,進一步滿足后續EDR電滲析脫鹽設備進水水質的濁度和懸浮物的要求。精密過濾器出水進入EDR電滲析脫鹽設備進行脫鹽,淡水經增壓回用于廠內循環冷卻水系統補充水,濃鹽水進入蒸發結晶單元深度處理。

蒸發結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結晶除鹽生產工藝,分離回收的冷凝水(產品水)指標符合GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業用水水質》(以下簡稱GB/T 19923—2005)要求,全部回用作為廠內循環冷卻水系統補充水，剩下的鹽類等物質結晶析出后委托專業環保公司進行處理,最終實現污水零排放。

2 污水來源及特點

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

表1 天然氣處理廠內污水來源和特征污染物統計表

天然氣凈化廠污水特點是來源點多、污染物濃度波動大,既有有機物的污染,又有無機物的污染,污染物的毒性大,生物降解慢,未經處理不能排入天然水體中[4]。

3 污水處理工藝運行要點

3.1 分類收集,減少污水產生

1)做好裝置檢修期間的高濃度污水與中低濃度污水分開收集，記錄各類檢修污水的水質、水量,根據進水水質指標將高濃度污水與中低濃度污水進行調配處理,有利于污水處理裝置的高效運行。

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

3)鍋爐房排污、循環冷卻水排污由天然氣處理廠區相應獨立排水管道匯集后,自流進入污水處理裝置循環水排污池,經電滲析處理單元、蒸發結晶處理單元層層脫鹽處理后的淡水回用于循環冷卻水系統。

4)在天然氣脫硫裝置和脫水裝置開停車過程中采用加壓排放的方式盡量回收有機溶劑,有機溶劑系統停產清洗時,第一次系統水洗采用凝結水清洗并進行回收，在第二次有機溶劑系統水洗時盡量保持低液位水洗,減少污水排放量。

5)清洗設備時先對固體雜質進行清除,再用高壓水槍等高效清洗工具進行清洗,減少清洗設備時產生的污水量,在收集清洗污水時采用籮筐過濾,防止固體雜質進入污水處理裝置[5-7]。

3.2 分質處理,達到分質回用效果

1)正常生產污水、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)對于反滲透裝置產生的濃鹽水、鍋爐房排污、循環冷卻水排污等廢水和污水生化處理后未經中水回用部分,利用電滲析處理單元進行處理。

3)電滲析處理單元產生的濃鹽水由蒸發結晶處理單元進行處理,采用四效真空蒸發結晶除鹽生產工藝,蒸發產出冷凝水回用至循環水單元作為補充水,固相物質則以結晶鹽形式析出,實現全廠污水零排放。

3.3 分級回收,實現污水零排放

1)生化處理單元處理后的出水水質控制指標應符合GB/T 18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質》(以下簡稱GB/T 18920—2002)中綠化和場地沖洗水質的要求,一部分作為中水回用于整個廠區綠化和場地沖洗,另一部分進入電滲析處理單元或蒸發結晶處理單元做進一步處理。

2)電滲析處理單元處理后的淡水進入成品水池,經增壓回用于天然氣處理廠內循環水系統補充水。

3)蒸發結晶處理單元產生的冷凝回水(產品水)，水質符合GB/T 19923—2005要求,全部回用做天然氣處理廠內循環冷卻水補充水[8-12]。

3.4 廢氣集中處理,解決污水處理異味問題

在污水儲存、處理過程中,污水會揮發出大量有機、無機廢氣,散發出惡臭異味,惡臭氣體不僅對環境造成影響,對員工健康也有危害。

將污水在儲存期間和處理過程產生的廢氣統一收集后,利用引風機引入吸收再生塔,使用復合脫硫劑吸收廢氣中的硫化物,達到脫硫除臭目的,有效解決傳統污水裝置周邊異味問題[13]。脫硫除臭裝置流程見圖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,減小污泥對污水處理裝置的影響

1)生化處理單元在運行過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循環,增加處理負荷,影響出水水質。

2)電滲析處理單元需及時轉運污水池內沉淀污泥,污泥會堵塞預過濾器,嚴重影響預處理效果,加劇電滲析膜片結垢速度[14]。

3)蒸發結晶處理單元各蒸發器轉鹽管道、蒸發室底部、循環管、液位計引壓管、儀表儀器連接管等部位易沉積鹽漿,定期對以上部位進行排鹽及清洗,確保蒸發結晶處理單元長期穩定運行。

4 運行效果

污水零排技術在運行過程中，分別對生化污水處理出水、電滲析處理出水、蒸發結晶處理出水進行檢測[15],處理后的出水水質分析結果見表2～4。

表2 生化污水處理出水水質檢測結果表

表3 電滲析處理出水水質檢測結果表

表4 蒸發結晶處理出水水質檢測結果表

從表2～4可看出,生化處理出水、電滲析處理出水和蒸發結晶處理出水的各項指標均達到了設計要求,生化處理出水水質控制指標應達到GB/T 18920—2002的綠化和場地沖洗水質要求。蒸發結晶處理產生的冷凝回水(產品水)水質符合GB/T 19923—2005的要求[16-18]。

5 運行中存在問題

5.1 電滲析設備結垢嚴重

電滲析進水通常含有碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鹽、氯化物等溶解度很低的鹽分,在運行過程中,鹽分不斷累積附著在電滲析膜片上,引起電滲析膜片變形、結垢,影響電滲析處理單元處理量和成品水水質[19],見圖3。

圖3 電滲析膜片污垢照片Fig.3 Electrodialysis diaphragm dirt

5.2 蒸發結晶出鹽效果差

蒸發結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,結晶鹽粒徑小。結晶鹽顆粒越小,密度越小,需要的分離因數越大,因此,離心脫水機的選型對出鹽效果至關重要。蒸發結晶處理單元現有鹽漿離心分離系統難以有效分離小顆粒鹽,在蒸發結晶器運行過程中,產鹽能力不足,出鹽效果較差。同時,蒸發結晶處理單元各換熱設備均有不同程度結垢現象[20],換熱效果不佳,處理能力降低,見圖4。

圖4 底部排鹽閥結垢嚴重照片Fig.4 Serious scale of the bottom drain valve

5.3 回水水質及水量對循環冷卻水水質的影響

電滲析處理單元產生的淡水和蒸發結晶處理單元的冷凝回水作為補充水進入循環冷卻水系統,在運行過程中,淡水和冷凝回水總量大于循環冷卻水系統所需補水量,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冷卻水補充水,造成循環冷卻水系統水質硬度低、堿度高,水質偏于腐蝕性,循環冷卻水系統設備管線腐蝕嚴重。

6 解決措施

6.1 電滲析設備結垢嚴重的解決措施

電滲析處理單元預處理運行效果不好會直接增加電滲析處理單元的除鹽負荷,加快電滲析膜結垢速度。預處理設備在日常運行過程中應依據進水水質的變化,及時調整加堿反應池的pH設定值,以加堿絮凝形成粗大顆粒絮體較明顯為準;同時加強反應池及沉淀池的排污,根據進水水質變化和污水濁度情況及時調整排污周期、過濾池酸洗和反沖洗的頻率。優化預處理設備運行,保證濁度、懸浮物去除率在90%以上,硬度、堿度去除率50%～80%。當電滲析處理單元的進水壓力升高,使用倒換電極法已不能有效去除鹽分時,應采用1%～3%(v)的鹽酸進行循環清洗，當進水水質變差時縮短酸洗周期。

6.2 蒸發結晶出鹽效果差的解決措施

加強蒸發器的操作,嚴格控制固液比。操作過程中應嚴格將固液比控制在10%～20%,若固液比高于20%,則易造成蒸發器翻漿現象,導致出水電導超高,影響循環水質;若固液比低于10%,鹽水濃度過低,則無法提高晶體粒徑,從而降低分離效果。增加蒸發結晶處理單元預處理工藝,使濃鹽水中的鈣鎂離子以不溶態化合物析出,部分結垢性離子含量被處理降低,有利于設備長周期穩定運行。

6.3 回水水質及水量對循環冷卻水水質影響的解決措施

加強對電滲析處理單元運行效果監控,避免出水水質不合格對循環冷卻水系統造成影響,惡化循環水水質,降低循環水系統防腐蝕措施效果;加強對蒸發結晶冷凝回水水質的監控,一旦水質電導超出回水指標,對冷凝回水進行重新處理,不再回收至循環冷卻水系統,避免循環水冷卻水質惡化,影響循環冷卻水系統的正常運行。在循環水冷卻系統運行過程中，應采取預膜、加硫酸降低pH等措施,降低循環冷卻水的腐蝕性。通過增加樹脂交換等技術改造,將電滲析處理單元產生的淡水和蒸發結晶冷凝回水,再經過離子交換等軟化技術制備出合格的除鹽水,回用作鍋爐給水。

7 結論

污水零排放技術本身具有直接的經濟效益和間接的環保效益,直接的經濟效益可以為天然氣凈化廠節省水費、排污費的支出;間接的環保效益不僅可以降低天然氣凈化廠對周邊水域的污染和水生生態環境的破壞,而且可以提高水的利用率。污水零排放技術運用以來,通過按照分類收集、分質處理、分級回收、廢氣集中處理等要點進行運行,同時優化電滲析處理單元和蒸發結晶處理單元操作運行,采取預膜、加硫酸降低pH等措施減緩循環水冷卻系統腐蝕,進行技術改造提升水質品質應用等手段,保證了天然氣凈化廠污水零排放技術的成功應用,切實踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念,為節能降耗和周邊生態發展做出積極貢獻。