陶瓷超濾膜處理油田采出水工藝參數(shù)的優(yōu)化

李海燕臧 芳

（1.大慶高新區(qū)隆迪石化科技有限公司，黑龍江 大慶 163000；2.安潔士石油技術(shù)（上海）有限公司大慶分公司，黑龍江 大慶 163000）

陶瓷超濾膜處理油田采出水工藝參數(shù)的優(yōu)化

李海燕1臧 芳2

（1.大慶高新區(qū)隆迪石化科技有限公司，黑龍江 大慶 163000；2.安潔士石油技術(shù)（上海）有限公司大慶分公司，黑龍江 大慶 163000）

摘 要：通過生產(chǎn)型試驗(yàn)研究，獲得了一組適用于油田采出水陶瓷膜超濾處理的工藝參數(shù)，關(guān)鍵參數(shù)在于膜表面流速與排污比例，此外開發(fā)了非接觸壓縮空氣驅(qū)動反沖洗配套技術(shù)。經(jīng)三年連續(xù)運(yùn)行，驗(yàn)證了相關(guān)工藝參數(shù)與配套技術(shù)的可行性。

關(guān)鍵詞：采出水；陶瓷膜；超濾；參數(shù)

國內(nèi)油田已經(jīng)普遍進(jìn)入二次、三次采油階段，采出水回注標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，已超過常規(guī)方法處理的極限。油田采出水通常高含油、高粘度、高鹽度、高溫度、易結(jié)垢，懸浮物粒徑小、水化嚴(yán)重、分離困難。采用陶瓷超濾膜處理采出水，可滿足目前最嚴(yán)格的“5.1.1”標(biāo)準(zhǔn)（含油量5mg/L、懸浮物1mg/L、懸浮物粒徑中值1μm）。由于采出水性質(zhì)特殊，工業(yè)用水深度處理、發(fā)酵或化工液體提純分離或機(jī)加工廢液濃縮場合選取的常見工藝參數(shù)無法直接運(yùn)用于油田采出水超濾處理。經(jīng)小試，初步獲得工藝參數(shù)范圍后，建成了一座處理能力600m3/d～800m3/d的半生產(chǎn)型陶瓷膜超濾實(shí)驗(yàn)裝置，處理經(jīng)沉降-過濾后達(dá)到8.3.2水平的原水，深入驗(yàn)證工藝可行性并在生產(chǎn)中進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)。

1 流程概述

超濾膜有死端過濾與錯流過濾兩種工作方式。死端過濾適用于低固體含量的水處理，本項(xiàng)目原水固體含量雖然不超過3mg/L，但小試發(fā)現(xiàn)采用死端過濾方式后，膜表面通量下降過快且清洗困難，因此生產(chǎn)型實(shí)驗(yàn)采用了錯流方式運(yùn)行。為降低膜表面濃差極化效應(yīng)，濃水大比例循環(huán)。工藝流程如圖1所示。

如圖1所示，從油田原工藝流程中引出8.3.2原水自流進(jìn)入實(shí)驗(yàn)側(cè)線的來水緩沖罐，經(jīng)供水泵加壓輸入到二氧化鋯陶瓷超濾膜組。超濾出水依靠余壓自流到出水緩沖罐，經(jīng)產(chǎn)水泵升壓后回到生產(chǎn)系統(tǒng)。濃水經(jīng)循環(huán)泵加壓回輸?shù)教沾赡そM；部分濃水排放回到生產(chǎn)主線再次處理。

實(shí)驗(yàn)側(cè)線運(yùn)行能耗主要源于循環(huán)泵，理論能耗相當(dāng)于循環(huán)流量與工作壓力的乘積。對于特定的管道阻力系統(tǒng)，工作壓力與流速或流量相關(guān)。因此工作參數(shù)重點(diǎn)考察循環(huán)流速u、排污比例η。

2 反沖洗方式與工藝參數(shù)優(yōu)化

采用錯流方式運(yùn)行時，膜表面因濃差極化效應(yīng)而形成凝膠層。通過反沖洗破壞凝膠層后可恢復(fù)通量。長期運(yùn)行后，部分污染物在膜表面與膜內(nèi)部孔道中形成垢層，可通過化學(xué)清洗恢復(fù)正常通量。

圖1 陶瓷超濾膜工作流程

圖2 反洗前后流量變化

實(shí)驗(yàn)裝置長期運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，歷經(jīng)多次反沖洗的陶瓷膜有效通量明顯下降，即使實(shí)施化學(xué)清洗也不易得到充分恢復(fù)。分析其原因，壓縮空氣與反沖洗用水在壓力作用下長期直接接觸，形成飽和溶液。反沖洗水注入至陶瓷膜內(nèi)部孔道中，壓力逐漸降低，溶解性氣體處于超飽和狀態(tài)，在膜孔道內(nèi)部釋放，形成“氣栓”堵塞膜內(nèi)孔道，導(dǎo)致通量下降。

膜組反沖洗用水為超濾產(chǎn)出水，反沖洗過程需要大流量注水，但持續(xù)時間通常不超過90秒，為此研制開發(fā)出一種廉價、可靠的脈沖反沖洗方式。經(jīng)改進(jìn)，在反沖洗罐內(nèi)設(shè)置氣動脈沖裝置，反沖洗罐內(nèi)不存在壓縮空氣與反沖洗水的接觸界面。長期實(shí)驗(yàn)運(yùn)行后“氣栓”問題得到充分解決。

反洗前后流量變化曲線如圖2所示。

由圖2可見，反沖洗周期控制到60min，膜通量衰減可控制在10%以內(nèi)；反沖洗后膜通量可恢復(fù)到99%以上。

3 超濾工作參數(shù)優(yōu)化

3.1 循環(huán)流量與流速。超濾膜處理采出水，有機(jī)物垢層生長速度高于無機(jī)物垢層，因此針對有機(jī)物垢層需要通過堿洗清除。提高流速可抑制有機(jī)物垢層生長速度。達(dá)到臨界流速后，有機(jī)物垢層生長速度趨于恒定。按膜通量衰減至起始膜通量的80%為基準(zhǔn)，考察不同循環(huán)流量下對應(yīng)的有效工作周期，流量達(dá)到850m3/h 以上區(qū)間，堿洗周期穩(wěn)定在150h～180h范圍內(nèi)。該循環(huán)流量下對應(yīng)的膜表面流速為4.9m/s。

3.2 排污比例。錯流方式下實(shí)施超濾，排污比例提高可降低對應(yīng)的濃縮倍數(shù)，減少能耗，排出的濃水量越大，對應(yīng)的濃縮倍數(shù)越小，工作壓力越低，能耗越小。但排出濃水量增加，將增加工作主線的處理負(fù)荷。因此實(shí)驗(yàn)側(cè)線測試了多個不同的流量，以反洗后通量與測試初期相比下降5%為基準(zhǔn)，考察最佳排污量。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)排污量為8m3/h以上，工作周期大體穩(wěn)定。此時對應(yīng)的排污比例為20%；原水回收率為80%。

結(jié)語

（1）陶瓷超濾膜用于油田采出水5.1.1標(biāo)準(zhǔn)深度處理工藝路線可行；（2）反沖洗方式宜采用非接觸方式；（3）工藝參數(shù)中，膜表面流速宜控制在4m/s～5m/s；（4）排污比例宜設(shè)定在20%左右。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧述波，等.油田采出水的特性與處理技術(shù)[J].工業(yè)水處理，2000， 20（07）：10-12.

[2]邢瑤，等.陶瓷超濾膜在含油廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2008 （08）： 15-16.

中圖分類號：TQ028

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A