油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告概要.docx
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油气田高含盐废水脱盐处理技术专题报告概要
油气田高含盐废水脱盐处理技术
专题报告
目录
1油气田高含盐废水水质特点1
2废水脱盐处理工艺技术简介1
2.1多级闪蒸技术（MSF）1
2.2多效蒸馏技术（MED）3
2.3电渗析技术（ED）4
2.4反渗透技术（RO）8
3油气田高含盐废水脱盐技术优选9
3.1能耗9
3.2制水成本9
3.3预处理10
3.4技术参数的比较10
4结论及建议11
4.1结论11
4.2建议11
1油气田高含盐废水水质特点
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、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废水脱盐处理工艺技术简介
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多级闪蒸技术（MSF）
2.1.1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，其室内的压力低于高含盐废水所对应的饱和蒸汽压，部分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工艺流程
图1：
多级闪蒸技术工艺流程图
2.1.3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5－10毫克/升。
但是，其工程投资高，为反渗透法的2倍；
（5）设备的操作弹性小，是设计值的80％～110％，不适应于产水量要求可变的场合；
2.1.4适用范围
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多效蒸馏技术（MED）
2.2.1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。
2.2.2工艺流程
图2：
多效蒸馏工艺流程图
2.2.3主要优缺点
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；
（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电渗析技术（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3:
电渗析原理图
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升，达到分离。
2.3.2工艺流程
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4：
电渗析脱盐技术流程图
2.3.3进水要求
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1：
电渗析技术进水指标需求
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
5-40
＜3
＜0.1
＜0.1
＜0.3
＜0.3
＜10
2.3.4工艺特点
电渗析为无相变过程。
所耗电能主要用于迁移溶液中的电解质离子，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1000～3000mg/L的苦咸水脱盐至500mg/L以下的饮用水是经济可行的（
2.3.5电力消耗
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2：
处理水质与耗电量的关系
处理水质
脱盐范围（mg/L）
产水耗电（KW·h/t）
原水
脱盐水
直流
动力
合计
海水
35000
500
12-16
4
16-20
苦咸水
1000—10000
300
1-5
0.2-1.5
1.2-6.5
自来水
500
20—50
0.5-0.8
0.5-1.5
1-2.3
2.3.6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，造成淡水室中的水大量电离成H+和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安全环保隐患
（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
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。
2.4.2工艺流程
图5：
反渗透工艺流程图
2.4.3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、CO32-和HCO3-、以及绝大多数悬浮物颗粒和细菌等有机体。
2.4.4使用范围
适合大、中、小型高含盐废水脱盐处理及苦咸水、海水淡化。
3油气田高含盐废水脱盐技术优选
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
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
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。
3.4技术参数的比较
表3：
高含盐废水脱盐技术参数的比较
比较项目
反渗透
电渗析
低温多效
多级闪蒸
最佳进水盐含量（mg/L）
<35000
500—3000
基本无要求
基本无要求
产出水盐含量（mg/L）
50-500
50—500
5-10
5-10
脱盐率%
﹥95
70—80
﹥99
﹥99
操作温度（℃）
5-40
5-40
<70
≈110
装置总能耗KWh/m3
5.0-6.0
2-3
5.0
8.0
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%
<40
45-70
——
——
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结论及建议
4.1结论
（1）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。
参考资料：
1、环境保护技术产品技术要求-电渗析装置
2、浙江千秋网站-千秋环保-产品展示-电驱动膜分离器
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