攻关水处理技术精心呵护绿水青山

　　习在全国生态环境保护大会上强调，坚持把绿色低碳发展作为解决生态环境问题的治本之策，加快形成绿色生产方式和生活方式，厚植高水平发展的绿色底色。石油石化企业一定坚持贯彻绿色环保理念，积极采取更加环保的生产方式和生产技术，实现经济发展和环境保护“两手抓，两手都要硬”。

　　2023年12月，中国石化以“绿色发展 融创未来”为主题举办“2023水处理技术与装备展览会”，多项研究成果在展会上亮相。同年7月，中国石化召开第十八届水处理技术研讨会，探讨用水管理、节水减排、废污水处理等技术，助力石化行业减污降碳协同增效，推动绿色发展转型。

　　近年来，中国石化围绕水处理技术进行了一系列的研究和探索，促进水资源的有效、清洁、循环利用，在发展经济的同时，为保护绿水青山作出了贡献。

　　“十四五”期间，我国生态文明建设进入以降碳为重点战略方向、减污降碳协同增效的关键时期。2022年6月，生态环境部、国家发展改革委、工业与信息化部、住房城乡建设部、交通运输部、农业农村部、国家能源局等7部门联合印发《减污降碳协同增效实施方案》，为2030年前协同推进减污降碳提供了行动指南和工作方针。中国石化作为国有重要骨干企业，积极承担社会责任，发挥引领作用，率先启动国内顶级规模的绿色企业行动计划，实施2030年前碳达峰“八大行动”，持续深入打好污染防治攻坚战，推进降碳、减污、扩绿、增长齐头并进，在保障能源安全的同时推动行业绿色低碳发展。

　　新形势下，数字化、网络化、智能化发展势头迅猛。中国石化持续推进数字化转型，推动信息技术在环保工作中的应用，实行“大系统”管理模式，形成了“取水→制水→供水→用水→排水→处理回用”的系统循环，提升了水资源循环利用水平，推动自身水务管理迈入全新发展阶段。

　　2018年，中国石化发布标准化水场建设要求，按照“管理标准化、运行自动化、数据信息化、环境友好化、决策智能化”原则，以运行自动化和数据信息化为基础，分步打造标准化水场，实现了现场少（无）人值守的智慧化运行。2021年，中国石化完成水务管理信息系统企业端推广建设，实现了水务装置信息化全覆盖。2022年，中国石化启动智慧水务试点建设工作，实现运行自动分析、自动预警和问题诊断，形成水处理、机泵运行等方面的优化建议，指导企业深入开展运行优化，实现运行管理的决策智能化。

　　中国石化安全工程研究院、北京交通大学分别从污水产排智能管控、水网低碳运行两个角度为未来石化行业智慧水务建设提供了可能的路径。安工院基于多参数水质快速监测传感器和关键水质参数的机器学习模型，建立基于石化装置生产的基本工艺数据的排水水质软测量模型，可实时掌握石化生产装置排水水量及污染物浓度；研发了污水处理过程水质参数智能建模、操作变量多目标优化调控和出水污染物超标预警等方法，形成了石化污水处理智能预测与控制成套技术。北京交通大学与石科院合作，建立了水网络智慧碳管控平台，针对水系统运行过程中的碳排放进行核查与管理，实现工业水网络系统的智慧化碳管控，同时可实现不同情景的碳排放预测分析，为决策者提供减排路径建议。

　　石化行业属于五大高耗水行业之一。“十三五”以来，在习生态文明思想的指引下，节水减排已成为各行业的共识。2021年，全国万元工业增加值用水量从2015年的58.3立方米降至28.2立方米，规模以上工业用水重复利用率从89%提高至92.9%，石化行业节水也取得一定成效，单位产品取水量呈显而易见地下降趋势。2022年，工业与信息化部、国家发展改革委等六部门联合发布《工业水效提升行动计划》，明白准确地提出到2025年，全国万元工业增加值用水量较2020年下降16%，石化行业基本的产品单位取水量下降5%。

　　中国石化秉持绿色低碳发展理念，以“清污分流、污污分治、分级控制、分类利用、达标排放、总量控制全过程管理”为原则，依托所属科研院所和生产企业不断研发投用自主创新技术，从前期研究到后期生产操作积累了丰富经验。通过优化过程控制、提升管理上的水准、实施精细化操作等，在减少废水产生量的同时，有效实现废水资源化再利用，节水减排取得明显成效。

　　业内专家觉得，未来石化行业在继续推进节水减排的过程中，绿色高效低碳循环水技术、石化废水除油与脱氮技术、废水零排放与资源化技术三项核心技术必将发挥中流砥柱作用。

　　循环水系统的用水量占企业总用水量的50%~90%，其稳定运行不仅是保证企业节水减排的关键，而且是维护工艺侧长周期运行的核心要素。随着我们国家对水资源保护的日益重视，石化企业循环水系统的污水回用比及浓缩倍数不断的提高，“腐蚀”“结垢”及“微生物”这三项困扰业界多年的污水回用难题日趋凸显，其引发的物料泄漏、黏泥爆发等后果亦对企业循环水系统的安全运行导致非常严重威胁，推广应用绿色高效低碳循环水技术是石化行业实现节水减排的必经之路。

　　“石科院可以为石化企业循环水系统的绿色高效低碳运行提供技术支撑，为炼化企业解决污水回用过程中产生的腐蚀、结垢、微生物爆发、物料泄漏等痛点难点问题。”石科院专家孙飞表示。

　　在减少腐蚀与结垢方面，石科院自主研发出以多功能新结构无磷聚合物为主剂的系列高效低/无磷阻垢缓蚀剂及处理技术，入选工信部、水利部《国家鼓励的工业节水工艺、技术和装备目录》，目前已在中韩（武汉）石化、九江石化、宁夏能化、沧州炼化、中科（广东）炼化东兴分部等地处长江经济带、黄河流域、京津冀、沿海等不一样的区域的20余套循环水系统开展工业应用或工业试验，部分企业污水回用比超90%，腐蚀、黏附速率远优于管理标准，每年创效预计超过3000万元，回用污水700万立方米。未来，该技术还将在燕山石化、九江石化、金陵石化、中天合创等8家企业组织进一步应用，预计每年可回用污水1620万~2310万立方米。

　　此外，在微生物控制方面，石科院自主研发高效生物黏泥剥离降解技术，可有很大成效避免黏泥二次沉积而降低循环水系统的换热效率，已在九江石化、茂名石化、高桥石化等企业应用。在物料泄漏控制方面，石科院自主研发物料泄漏溯源分析系统，基于烃指纹数据库可以在两小时内快速准确识别并精准定位泄漏油品的装置及水冷器。在高效低碳运行方面，石科院可为炼厂循环水系统提供整体能耗优化解决方案，助力循环水系统碳减排。

　　“油”是污水处理的“顽疾”，是影响污水系统运行效率和处理效果的重要的因素之一。原油的开采、输送、储存、炼制过程中均会产生大量含油废水，特别是当生产装置处理重劣质原料油或运行不稳定时，污水常常严重带油并呈乳化状态，导致下游的污水系统受到冲击，处理后的污水无法稳定达标。分离生产装置排水中夹带的油类物质，可以有实际效果的减少企业污水处理场负荷、提升污水处理效率。

　　石科院专家觉得，开发具有高选择性分离能力且可长期循环使用的新型聚结材料及除油装置是有效实现油水分离的关键。石科院通过对典型含油废水的油类污染物的分布特征和分散相油滴润湿聚并机理开展研究，利用仿生集成具有特殊润湿性的聚结材料开发出了高效废水除油装置，可将空塔顶冷凝水的石油类质量浓度从50000毫克/升降至300毫克/升以下，电脱盐切水的石油类质量浓度从30000毫克/升降至50毫克/升以下，回收油中水的质量分数仅为0.1%~0.8%，除油效果显著。

　　中国石油大学（华东）应用化学系教授赵瑞玉提出，可根据油田含油污水的特点，集电絮凝、电气浮、电破乳凝聚、杀菌等多种功能于一体，通过采用电絮凝工艺减少盐的引入和污泥量，实现对含油污水的短流程高效经济处理。

　　污水系统的总氮脱除是当下业界的关注热点。水中氮含量过高会导致富营养化，造成水体发黑发臭、藻类大量繁殖乃至出现水华赤潮等现象，对生态环境能够造成较大危害。近年来，国家对污水中总氮的排放限值逐年严格。2015年7月，生态环境部出台《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571-2015），规定污水总氮的特别排放限值为30毫克/升。为满足国家标准，生产企业一定对高总氮废水进行脱氮处理。

　　南化公司针对硝基氯苯废水（总氮波动范围为300~2000毫克/升）开发并建设了硫自养反硝化脱氮装置，使用的过程中无须投加有机碳源，以无机碳源作为电子供体的硫氧化细菌，在缺氧或厌氧条件下从还原态的硫化物获取能量及电子，以NO3--N作为电子受体，将其还原为N2，实现总氮的脱除，保证了总排口出水的稳定运行，可为企业节省约40%的运行费用。

　　北京工业大学与石科院针对业界的“老大难”问题——高毒性腈纶废水脱氮合作开展研发技术。一方面通过强化策略，实现氨氧化优势菌种的富集与持留，维持系统氨氧化功能基因，实现微生物氨氧化活性的强化；另一方面采用厌氧氨氧化与短程硝化耦合的自养脱氮技术，“双剑合璧”解决腈纶废水脱氮难题。

　　此外，废水零排放与资源化利用等有关技术受到业内专家关注。煤化工废水的盐分多来源于原水、原料煤及水处理过程中添加的药剂。为此，有明确的目的性地开展源头减盐可降低末端压力。针对蒸发结晶产盐价值较低的问题，可采用氯化钠/硫酸钠制纯碱、制酸碱等技术实现高值化。

　　地下水是战略水资源和绿水青山的保障。国家对土壤地下水环境管理要求日趋严格，石化企业土壤地下水环境管理面临新的挑战。生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心研究员李娟表示，“十四五”期间，国家将强化重点单位土壤和地下水污染源头预防和风险管控，推进在产企业边生产、边管控、边示范。

　　石化企业和油田企业产生的废渣废水在进入污水车间处理后，有害于人体健康的物质会被浓缩到隔油池底泥、浮选池浮渣、原油罐底泥中，俗称“三泥”。其组成复杂，不仅含有大量老化原油、沥青质、蜡质、胶体、细菌、固体悬浮物、盐类、腐蚀性产物、酸性气体等，而且含有在生产的全部过程中所加入的缓蚀剂、凝聚剂、杀菌剂、阻垢剂等水处理剂。此外，废弃钻井油基泥浆、油泥砂、罐底油泥、落地原油等也具备生态危害性。以上油泥全部被列入《国家危险废物名录（2021年版）》，一定要进行绿色无害化处理。

　　集团公司高级专家秦冰团队根据含油污泥的不同特点，对症下药研发相应处理技术。针对浮渣及污油泥，通过专用调质预处理技术，降低物料稳定性，改善油品性质，结合高速离心等组合工艺实现物料有效分离，实现污油泥净化回收与减量。针对剩余污泥，利用热和减量剂协同作用水解有机物，破坏污泥细胞，释放胞内水分，实现污泥的大幅减量，对炼油、化工、乙烯、煤制氢、市政污水生化剩余污泥的减量率均超过97%，具有7年工业化试验和运行经验，获得中国石油和化学工业联合会科学技术进步二等奖。

　　针对落地油泥，该团队研发新型淋洗-微生物耦合技术，以环境友好的双子型生物基淋洗剂处理含油量高、胶质沥青质重组分多的油污土壤及含聚油泥，实现油含量从20%降低到2%以下，去除率高达90%；筛选耐高盐碱的石油烃降解菌剂，大幅度的提高了多环芳烃、重质油等污染物降解效率，目前已在30余个油田退役井场开展油泥处理及油污土壤治理规模化应用，累计完成约4万吨油泥处理。

　　王晓琳：膜产业链包括膜材料/组件、膜装备及其工程应用，其中膜材料/组件是整个产业链的核心。国际市场上主要膜产品供货商为美国杜邦、美国科氏、美国3M、日本东丽、日本旭化成、日本东洋纺、日东电工/美国海德能、法国威立雅（原美国GE）等，几乎垄断了所有的高端膜市场。近20年，我国膜行业伴随经济快速地发展亦取得长足进步，成为全世界膜市场增长最快的地区。2023年，我国反渗透膜和纳滤膜可实现市场销售1亿平方米，约占全球市场的40%；国产反渗透膜在工业水处理领域占有率提高至30%，在家用净水领域占有率约90%，有些国产膜已走出国门，在国际市场上崭露头角。

　　刘 斌：膜分离技术，尤其是纳滤/反渗透膜技术是一项高科技的材料制备技术。近几年，国内一些有名的公司在纳滤/反渗透膜开发与应用方面的投入慢慢的变大，技术水平也慢慢变得高。但总体来看，国内的高端膜产业尚处于发展初期，工业膜产品仍以进口为主。

　　我国是世界上最大的反渗透膜消费国。2022年，我国纳滤/反渗透膜市场规模为56亿元。在国家各项政策的指引下，我国膜技术产业在“十四五”期间仍将保持迅速增加，预计2026年纳滤/反渗透膜市场规模将达到70亿元。

　　王晓琳：膜分离技术作为高效节能的共性关键技术，可为“双碳”目标下我国能源体系重构、低碳流程再造、非二氧化碳气体减排、负碳体系构建等领域提供坚实的技术支撑。中国石化作为能源生产加工的特大型能源化工企业，将分离膜产业作为绿色低碳发展的突破口，战略意义重大。

　　水处理膜是当前分离膜行业用量最多、产值最大、与人民群众切身利益最直接相关的领域，我国在生产制造及产品应用等方面距离世界一流水平还有很大的差距，纳滤/反渗透膜规模化制备技术难度高、开发周期长、研发投入大。中国石化从引进先进纳滤/反渗透水处理膜技术及装备着手开展产业化相关工作，对于我国分离膜行业整体推进作用明显。

　　刘 斌：水处理膜分离技术大多数都用在石化、电力、钢铁、市政、纺织、食品等领域污水的深度处理及回用，近年来在海水淡化、饮用水给水、生物医药、半导体行业的应用也慢慢变得广泛。

　　据了解，目前已有150多个国家使用海水淡化技术为约3亿人提供清洁水。在现有的海水淡化工程中，采用反渗透膜技术占比近七成。我国使用反渗透技术进行的海水淡化项目也占总项目的七成左右。随着我们国家对饮用水品质的日益重视，纳滤膜在我国饮用水净化处理领域的应用占比也在逐年增加，目前国内纳滤膜饮用水净化工艺累计装机规模已超过120万吨/日。加速我国水处理膜产业的国产化进程，可推动膜行业的高水平自立自强。

　　王晓琳：膜产品性能与膜材料结构的精准调控紧密关联。目前大范围的应用的水处理膜大多采用高分子材料，其中卷式反渗透/纳滤复合膜材料由无纺布底层PET、中间层PSF和表层（活性分离层）PA组成，中空纤维超滤/微滤膜材料则有PVDF、PSF、PVA、PAN、PP等。制备高性能膜对膜材料和制膜装备要求很高，任何环节出问题对膜产品的最终性能均有较大影响。我国膜产业起步较晚，大多数膜企业规模小、研发能力弱，产业链上的所有的环节技术积累不足，中低端产品同质化严重，应用领域偏窄。近年来，我国膜产业以产学研深度合作为依托，加强产业链上下游企业的协同攻关，无论是上述膜材料还是制膜装备国产化进步都非常显著，高端膜材料和膜产品实现从无到有，市场占有率逐年增长。

　　刘 斌：石化行业是仅次于火电行业的用水大户。污水深度处理回用是石化行业高水平发展的重要内容。石化行业废水污染物种类复杂，深度处理回用难度较大。目前，石化行业已经实现了膜法水处理的广泛应用，但根据废水的水量、水质、净水程度等要求，选择最佳膜品类，组合出最优净水单元，有效提升石化行业废水资源利用率及再生程度，仍然任重道远。

　　随着国家及民众逐渐重视环境、重视绿色、重视安全，膜分离技术在水处理领域的应用慢慢的受到重视。开发纳滤/反渗透膜技术、发展纳滤/反渗透膜产业，不仅仅可以高效解决石化企业自身废水回用问题，且能为提高我国生态环境质量提供成熟的技术和优质的产品。为美好生活加油，是每一名石化员工义不容辞的责任。

　　废水资源化的关键是深度处理技术和回用处理技术，而水处理膜分离技术是实现废水深度处理的关键

　　本版文图除署名外由 赵书萱 孙 薇 祁晓娇 张 元 肖 婧 周雨和 提供

　　中国石化将科学技术创新作为平衡产业高质量发展和环境保护的重要手段，围绕用水管理、节水减排、废污水处理等方面不断突破关键材料与技术。膜分离技术作为高效、节能的分离技术，是现代化工的学科前沿，其中，水处理膜分离技术是石化企业减污降碳，实现绿色低碳、可持续发展的关键技术之一。

　　膜分离技术作为水处理领域的一项重要技术，既可以使水资源得到净化回收，又可以使水资源中的可用物质得到再次利用，因此受到广泛关注。中国石化积极探索工业水处理新技术新工艺新设备的开发，大力推动膜分离技术国产化进程，力求以有限的水资源实现无限的水循环。

　　膜分离技术是在20世纪初出现、20世纪60年代后迅速崛起的一门分离技术，该技术利用膜的选择渗透性，将混合物通过物理分离办法来进行分离、浓缩、纯化等。一般根据孔径大小，分离膜可分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和反渗透膜（RO）等。

　　膜分离技术工艺流程简单，分离过程不涉及化学反应，操作人员通常在室温下工作，操作压力低，膜本身运行过程中不会释放有毒有害物质。

　　●硬度：水中含有的可溶性钙、镁离子总量，是水质的一个重要指标。硬度的大小决定水的“硬”或“软”。

　　●过滤最小物：在膜过滤过程中描述分离膜可以截留并移除的最小尺寸的颗粒或分子。与膜的分离孔径直接相关，此术语定义了分离膜能够有效过滤的污染物的边界。

　　●过滤保留物：此术语在膜过滤过程中描述从膜的一侧透过膜进入另外一侧的物质。过滤保留物的尺寸通常比膜本身的分离孔径要小，要进一步处理以确保水质安全。

　　原理：反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。反渗透是通过施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透方向向相反方向，从而把原水中水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，可有效去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。

　　优势：具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作便捷、运行可靠等优点，已成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术。

　　原理：纳滤膜也称“选择性反渗透膜”或者“疏松反渗透膜”，其分离孔径为纳米级，介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤通常对分子量在200以上的中、小分子及二价和高价离子具有较高的截留率。通过对纳滤膜分离孔径的调控，可实现想截留什么物质就能截留什么物质。

　　优势：具有精准截留能力强、操作压力低、出水效率高、浓缩水排放量小等优点，在浓缩液分盐及高品质饮用水净化方面具有独特优势。纳滤水处理技术可有效控制饮用水的硬度，去除饮用水中对身体有害的无机污染物及典型有机污染物。

　　膜分离现象广泛存在于自然界中，然而人类对膜的认识和研究却经过了漫长而曲折的历程。

　　据悉，膜分离技术的工业应用始于海水淡化。1960年，洛布和索里拉金教授制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤纸素膜，使膜分离技术从实验室走向了工业应用。

　　我国于20世纪50年代着手开展膜分离技术的探索。1967年，国家科委组织全国海水淡化会战，召集国内在水处理和分析化学、材料化学、流体力学等各个学科的精英投身海水淡化科技攻关，推动了膜分离技术的发展。20世纪80年代，膜分离技术在食品加工、海水淡化、纯水超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到较大规模的开发与应用，同期，国家重点科技攻关项目和自然科学基金中也都有了膜的课题。20世纪90年代末，我国为打破国外反渗透膜技术垄断，逐步推动反渗透膜国产化进程。

　　如今，随着能源紧张、资源短缺、生态环境恶化，膜分离技术慢慢的受到业界的重视。我国也把膜分离行业列入亟须突破的战略性新兴产业。

　　为推动我国膜工业在石化行业的发展，打造自主分离膜品牌，中国石化2015年决定在燕山石化引进纳滤/反渗透膜生产线，探索推动石化企业高性能膜的规模化应用。

　　2019年8月，中国石化首套年产4万支纳滤/反渗透膜项目在燕山石化开工建设，该项目被列为北京市“100个高精尖产业项目”之一。

　　2022年4月，4万支纳滤/反渗透膜项目实现全流程贯通，可生产两类8个牌号的产品。产品涵盖苦咸水膜、抗污染膜、高压海水淡化膜及超低压膜等，可按照每个用户需要灵活调整产品尺寸。

　　2023年初，燕山石化4万支纳滤/反渗透膜装置生产的高通量高截留率纳滤膜片，通过自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所权威检验测试认证，产品性能达到国际领先水平。目前，燕山石化生产的纳滤/反渗透膜已在天津石化、沧州炼化、洛阳石化及北京环卫集团成功应用。

　　下一步，燕山石化将加快其他高性能功能膜产品的研发和产业链开发，全力建设高性能膜产业基地，为中国石化打造世界领先洁净能源化工公司作出更大贡献。

　　2021年，天津石化超滤和反渗透装置连续运行两年后，出现了产水量及脱盐率严重下降、清洗频繁等问题，反渗透单元系统脱盐率比设计值下降4%，解决能力比设计值下降40%，回收率比设计值下降近50%，需要对系统来进行优化。

　　天津石化联合燕山石化和北化院开展深度合作，围绕“污水深度处理回用反渗透膜系统优化”项目展开攻关，天津石化协助燕山石化建设首个反渗透膜元件示范工程。燕山石化结合实际膜元件要求，定制化生产了高通量型反渗透膜元件。

　　经过600天的运行监控，反渗透膜元件脱盐率维持在98%以上，产水量实现每小时89立方米，与进口主流产品性能相当，有效突破了污水深度处理的生产瓶颈，助力天津石化污水回用率保持全国领先。