陶瓷超滤膜处理油田采出水工艺参数的优化

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摘 要：通过生产型试验研究，获得了一组适用于油田采出水陶瓷膜超滤处理的工艺参数，关键参数在于膜表面流速与排污比例，此外开发了非接触压缩空气驱动反冲洗配套技术。经三年连续运行，验证了相关工艺参数与配套技术的可行性。

关键词：采出水；陶瓷膜；超滤；参数

中图分类号：TQ028 文献标识码：A

国内油田已经普遍进入二次、三次采油阶段，采出水回注标准日益严格，已超过常规方法处理的极限。油田采出水通常高含油、高粘度、高盐度、高温度、易结垢，悬浮物粒径小、水化严重、分离困难。采用陶瓷超滤膜处理采出水，可满足目前最严格的“5.1.1”标准（含油量5mg/L、悬浮物1mg/L、悬浮物粒径中值1μm）。由于采出水性质特殊，工业用水深度处理、发酵或化工液体提纯分离或机加工废液浓缩场合选取的常见工艺参数无法直接运用于油田采出水超滤处理。经小试，初步获得工艺参数范围后，建成了一座处理能力600m?/d～800m?/d的半生产型陶瓷膜超滤实验装置，处理经沉降-过滤后达到8.3.2水平的原水，深入验证工艺可行性并在生产中进一步优化工艺参数。

1 流程概述

超滤膜有死端过滤与错流过滤两种工作方式。死端过滤适用于低固体含量的水处理，本项目原水固体含量虽然不超过3mg/L，但小试发现采用死端过滤方式后，膜表面通量下降过快且清洗困难，因此生产型实验采用了错流方式运行。为降低膜表面浓差极化效应，浓水大比例循环。工艺流程如图1所示。

如图1所示，从油田原工艺流程中引出8.3.2原水自流进入实验侧线的来水缓冲罐，经供水泵加压输入到二氧化锆陶瓷超滤膜组。超滤出水依靠余压自流到出水缓冲罐，经产水泵升压后回到生产系统。浓水经循环泵加压回输到陶瓷膜组；部分浓水排放回到生产主线再次处理。

实验侧线运行能耗主要源于循环泵，理论能耗相当于循环流量与工作压力的乘积。对于特定的管道阻力系统，工作压力与流速或流量相关。因此工作参数重点考察循环流速u、排污比例η。

2 反冲洗方式与工艺参数优化

采用错流方式运行时，膜表面因浓差极化效应而形成凝胶层。通过反冲洗破坏凝胶层后可恢复通量。长期运行后，部分污染物在膜表面与膜内部孔道中形成垢层，可通过化学清洗恢复正常通量。

实验装置长期运行过程中发现，历经多次反冲洗的陶瓷膜有效通量明显下降，即使实施化学清洗也不易得到充分恢复。分析其原因，压缩空气与反冲洗用水在压力作用下长期直接接触，形成饱和溶液。反冲洗水注入至陶瓷膜内部孔道中，压力逐渐降低，溶解性气体处于超饱和状态，在膜孔道内部释放，形成“气栓”堵塞膜内孔道，导致通量下降。

膜组反冲洗用水为超滤产出水，反冲洗过程需要大流量注水，但持续时间通常不超过90秒，为此研制开发出一种廉价、可靠的脉冲反冲洗方式。经改进，在反冲洗罐内设置气动脉冲装置，反冲洗罐内不存在压缩空气与反冲洗水的接触界面。长期实验运行后“气栓”问题得到充分解决。

反洗前后流量变化曲线如图2所示。

由图2可见，反冲洗周期控制到60min，膜通量衰减可控制在10%以内；反冲洗后膜通量可恢复到99%以上。

3 超滤工作参数优化

3.1 循环流量与流速。超滤膜处理采出水，有机物垢层生长速度高于无机物垢层，因此针对有机物垢层需要通过碱洗清除。提高流速可抑制有机物垢层生长速度。达到临界流速后，有机物垢层生长速度趋于恒定。按膜通量衰减至起始膜通量的80%为基准，考察不同循环流量下对应的有效工作周期，流量达到850m3/h 以上区间，碱洗周期稳定在150h～180h范围内。该循环流量下对应的膜表面流速为4.9m/s。

3.2 排污比例。错流方式下实施超滤，排污比例提高可降低对应的浓缩倍数，减少能耗，排出的浓水量越大，对应的浓缩倍数越小，工作压力越低，能耗越小。但排出浓水量增加，将增加工作主线的处理负荷。因此实验侧线测试了多个不同的流量，以反洗后通量与测试初期相比下降5%为基准，考察最佳排污量。经过多次实验排污量为8m?/h以上，工作周期大体稳定。此时对应的排污比例为20%；原水回收率为80%。

结语

（1）陶瓷超滤膜用于油田采出水5.1.1标准深度处理工艺路线可行；（2）反冲洗方式宜采用非接触方式；（3）工艺参数中，膜表面流速宜控制在4m/s～5m/s；（4）排污比例宜设定在20%左右。

参考文献

[1]邓述波，等.油田采出水的特性与处理技术[J].工业水处理，2000， 20（07）： 10-12.

[2]邢瑶，等.陶瓷超滤膜在含油废水处理中的应用[J].环境保护与循环经济， 2008 （08）： 15-16.