河南許昌學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院

不同膜過程處理油田采出水*

孫國(guó)富 徐靜莉 李大鵬 司紅巖 郝宏艷

河南許昌學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院

采用不銹鋼平膜組件在室溫、進(jìn)料液pH值為7的條件下，考察了不同膜過程UF、NF、RO、UF+NF及UF+RO的產(chǎn)水通量隨時(shí)間的變化情況。UF、NF和RO的產(chǎn)水通量在開始的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)急劇下降，然后趨于平穩(wěn)；UF+NF和UF+RO膜組合過程的產(chǎn)水通量比較平穩(wěn)。對(duì)于NF和RO過程對(duì)來水進(jìn)行預(yù)處理是必要的。UF、NF和RO能夠去除來水中的油，NF和RO能夠去除大部分COD和硅。膜技術(shù)的選用應(yīng)該結(jié)合所需水質(zhì)確定。

采出水；膜過程；產(chǎn)水通量；預(yù)處理

在原油開采過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的采出水，這種采出水占石油開采過程廢水產(chǎn)量的約70%。目前，大部分采出水用于回注（包括無(wú)效回灌），小部分外排。無(wú)論是外排還是回注，由于采出水含有大量的鹽類及可能對(duì)環(huán)境造成危害的有機(jī)物，因此必須對(duì)其進(jìn)行處理。常用的工藝基本是除油和過濾兩級(jí)處理。采出水成分比較復(fù)雜，油分含量及油在水中存在形式也不相同，因此單一方法處理效果往往不佳。因各種方法都有其局限性，在實(shí)際應(yīng)用中通常是幾種方法聯(lián)合使用，使出水水質(zhì)達(dá)到回注或排放標(biāo)準(zhǔn)。在這些工藝流程中，常見的一級(jí)處理方法有重力分離、浮選及離心分離。主要除去浮油及油濕固體；二級(jí)處理方法有過濾、粗?；?、化學(xué)處理等，主要是破乳和去除分散油。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，采用STERLITECH公司的實(shí)驗(yàn)室用不銹鋼平膜組件進(jìn)行。室溫下料液通過高壓泵進(jìn)入膜組件，錯(cuò)流流過膜，產(chǎn)水收集在產(chǎn)水罐中。用電子天平稱重，天平和計(jì)算機(jī)相聯(lián)，利用軟件自動(dòng)記錄結(jié)果。濃縮液返回到進(jìn)料槽。

圖1 采出水處理實(shí)驗(yàn)裝置

膜的性能根據(jù)產(chǎn)水通量，鹽拒絕率和膜的入口、出口壓力評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)使用3種商業(yè)膜，膜的具體性質(zhì)見表1。膜面積140 cm2。實(shí)驗(yàn)過程中使用的進(jìn)水是模擬經(jīng)過氣浮處理的采出水（氣浮出水），水質(zhì)情況如表2所示。實(shí)驗(yàn)分別采用超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、超濾+納濾、超濾+反滲透膜，在室溫下進(jìn)行。

表1 膜性質(zhì)

表2 進(jìn)水水質(zhì) mg/L

2 結(jié)果與討論

2.1 不同膜過程的產(chǎn)水通量隨運(yùn)行時(shí)間的變化

在室溫、進(jìn)料液pH值為7的條件下，考察了不同膜過程UF、NF、RO、UF+NF及UF+RO的產(chǎn)水通量隨時(shí)間的變化情況，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，對(duì)于單純的膜過程UF、NF、RO而言，產(chǎn)水通量在初期急劇下降，然后趨于一個(gè)穩(wěn)定的水平。這主要是采出水中的油、懸浮物等物質(zhì)吸附在膜表面導(dǎo)致部分膜孔堵塞引起的通量快速下降；之后由于部分粒子在膜孔內(nèi)被截留使得產(chǎn)水通量逐步下降到一個(gè)穩(wěn)定的水平。對(duì)于UF+NF和UF+RO過程而言，因?yàn)閬硭紫冉?jīng)過了超濾膜處理，來水中的油和懸浮物等容易引起膜孔堵塞的物質(zhì)已經(jīng)被截留，所以大大改善了NF和RO膜過程的進(jìn)水水質(zhì)，從而導(dǎo)致了產(chǎn)水通量的大幅提升，圖中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠很好地說明了這一點(diǎn)。因此對(duì)于RO和NF膜過程，為了得到較高的產(chǎn)水通量對(duì)來水進(jìn)行預(yù)處理是十分必要的。

圖2 不同膜過程的產(chǎn)水通量隨運(yùn)行時(shí)間的變化

2.2 不同膜過程的產(chǎn)水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)在室溫、進(jìn)料液pH值為7的條件下采用不同的膜進(jìn)行，考察了不同膜過程UF、NF、RO、UF+NF及UF+RO的產(chǎn)水水質(zhì)，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，經(jīng)過膜處理后，油能夠完全被除去。油被膜截留，會(huì)導(dǎo)致膜污堵，這也是造成膜通量下降的原因。如果膜的進(jìn)水中油含量比較高，那么必須進(jìn)行預(yù)處理，以降低油含量防止膜污染。

表3 產(chǎn)水水質(zhì) mg/L

UF過程對(duì)于COD的去除效果不是很顯著，RO和NF能夠去除大部分COD，UF和RO及NF的聯(lián)合使用對(duì)于去除COD效果顯著。該方法可以用于對(duì)COD要求嚴(yán)格的水處理，對(duì)于外排水的處理不建議使用該方法，主要是經(jīng)濟(jì)成本高。UF對(duì)于除硅基本不起作用，單純的RO和NF能夠除掉大部分的硅，如果和UF過程聯(lián)用，效果更好。

3 結(jié)論

研究考察了不同膜過程處理氣浮出水的產(chǎn)水通量隨運(yùn)行時(shí)間的變化情況和產(chǎn)水水質(zhì)。不經(jīng)過任何預(yù)處理，UF、NF和RO的產(chǎn)水通量在開始的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)通量急劇下降，然后趨于平穩(wěn)；UF+NF和UF+RO膜組合過程的產(chǎn)水通量比較平穩(wěn)。對(duì)于NF和RO過程對(duì)來水進(jìn)行預(yù)處理是必要的。UF、NF和RO能夠去除來水中的油，NF和RO能夠去除大部分COD和硅。膜技術(shù)的選用應(yīng)該結(jié)合所需水質(zhì)確定。

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.022