油气田环境保护

膜分离技术在油田含油污水处理中的应用学院：石油学院班级：10级1班姓名：肖寿恒学号：1140110014023膜分离技术在油田含油污水处理中的应用研究进展摘要：介绍了膜分离技术及其优点，有机膜、无机膜和复合膜在油田含油污水处理中的应用研究进展；分析了膜处理含油污水过程中的破乳机理、影响含油污水处理效果的各种因素、产生膜污染的原因及其控制措施；探讨了膜分离技术的研究方向和发展前景。最后指出，深入研究分离膜的分离过程和机理，探索合适的清洗周期，研究合适的清洗剂和清洗工艺，明确分离膜的预处理指标要求，合理安排工艺流程，开发新型膜及膜组件是膜分离技术在油田含油污水处理中应重点解决的问题。关键词：膜；膜分离；破乳；膜污染目前全国大多数油田基本采用注水开发方式，随着油田进入高含水后期，采出水量大幅增长；而油田采出水中不可避免地产生一些含油污水，出于环境保护和节约资源考虑，如何经济、有效地处理含油污水是目前油田可持续发展的关键（1）。近年来，随着膜科学技术的发展，国内外都开展了利用膜分离技术处理油田含油污水的研究。但由于含油污水成分复杂，影响因素较多，再加上理论基础不足，所以利用膜分离技术处理油田含油污水的研究目前仍停留在实验研究阶段，还没有投入大规模的工业应用。一、膜分离技术处理油田含油污水研究现状近20年来，国内外都进行了膜分离技术处理油田含油污水的研究，并取得了一些成绩。目前，用于油田含油污水处理的膜分离技术主要有微滤和超滤，它们的作用主要是截留污水中的微米级悬浮固体、乳化油和溶解油（2）。国内，膜分离技术处理油田含油污水的研究主要是实验研究，还没有大规模工业应用的相关报道。李发永等采用自制的外压管式聚飒超滤膜处理胜利油田东辛采油厂预处理过的污水，研究表明：超滤膜能有效去除含油污水中的石油类、机械杂质及腐生菌，截留率均大于97%，处理后水质的含油量、悬浮固体含量和腐生菌个数均达到了SY/T5329-1994中规定的A1标准（3）。王生春等用聚丙烯中空纤维微滤膜处理油田含油污水，中型实验研究表明：在不考虑细菌影响的前提下，处理后的水悬浮固体小于等于1mg/L，悬浮固体颗粒粒径小于等于1um，油质量浓度小于等于1mg/L，能满足低渗透、特低渗透油层注水的要求，但膜易污染，清洗周期较短（4）。王怀林等分别采用南京化工大学和美国Filter公司生产的陶瓷微滤膜对江苏油田真二站三相分离器出水进行了实验研究，处理后的水油质量浓度小于4mg/L，悬浮固体含量小于3mg/L，探讨了不同温度、压差、膜面流速、孔径等参数对过滤特性的影响，并针对膜处理中最为关键的清洗问题，设计了脉冲及预处理工艺，有效地延长了过滤周期（5）。樊栓狮等采用自制膜分离器研究了自制陶瓷膜的乳化油分离特性，考察了膜内外压差、料液流速和料液浓度等因素对乳化油渗透通量和膜截留率的影响。结果表明，陶瓷膜具有较佳的分离效率，截留率达95%以上（6）。李发永等用自制的磺化聚飒超滤膜进行了油田含油污水处理实验研究，研究发现：在相同的条件下，磺化后的聚飒膜的通量比聚飒膜的通量高，截留率相当（7）这表明在满足含油污水处理效果的前提下，要提高膜通量最好选择亲水性的膜。张裕卿等用自制的聚飒/三氧化二铝复合膜超滤处理含油废水，滤后水中油质量浓度小于0.5mg/L，油的截留率皆在99%以上，且复合膜清洗后水通量恢复率较高（8）。郭晓等在用管式磺化聚飒超滤膜处理辽河油田曙光采油厂低渗油层处理站的含油污水时发现：经超滤膜处理过的水质中含油量、悬浮固体浓度用7230G分光光度计已检不出，颗粒直径小于等于0.45um，满足低渗油层回注水质相关标准，但也存在膜通量低、膜易污染等问题(9)国外，膜分离技术处理油田含油污水的研究也主要是实验研究。A.S.Chen等用0.2〜0.8〃m陶瓷膜处理油田采出水时发现经过适当预处理，可使油质量分数由27X10—6〜583X10—6降低到5X10—6以下，悬浮固体由73X10—6〜350X10-6降低到1X10—6以下，通过反冲和快速冲洗，膜通量能在较长时间内达到3000L/(m*m)(1O)。K.M.Simms等用聚合物超滤膜处理加拿大西部稠油污水，悬浮物由150〜2290mg/L降低到1mg/L以下，油由125〜1640mg/L降低到20mg/L以下(11)。H.H.Hyun的乳化液进行油水分离，油的去除率接近100%(12)。二、 膜分离技术处理含油污水过程中破乳的研究由于用膜分离技术处理含油污水有时会产生良好的破乳效果，研究发现膜破乳与膜的亲和性、润湿性、膜孔径的大小、乳状液的性质以及乳状液和膜之间的相互作用等有关。在膜破乳过程中，由于膜的亲和润湿作用，乳状液中的分散相首先在膜表面润湿，并发生一定程度聚集；由于变形后液滴的表面活性剂膜受到破坏，液滴在碰撞时很容易释放出内相，使得内相容易与膜孔壁接触；由于膜的亲和性，内相被吸附在膜孔壁上，并逐渐聚结成较大的液滴，然后在一定压力作用下通过膜孔，同时连续相也连续地通过膜孔；过孔后的分散相与连续相很容易实现进一步分相，离开原来的分散介质，从而使透过液中油水得到很好的分离。三、 影响膜分离效果的因素1膜的选择膜分离除油，关键在于膜的选择，而含油污水中油的存在状态是选择膜的首要依据。若水体中的油以浮油和分散油为主，则一般选择孔径在10〜100um之间的微滤膜。若水体中的油是稳定的乳化油和溶解油，则须采用亲水或亲油的超滤膜分离，一则是因为超滤膜孔径远小于10um，二则是超细的膜孔有利于破乳或有利于油滴聚结(2)。2操作压差在用膜分离技术处理含油污水的过程中存在一个临界操作压差，在达到临界操作压差之前，渗透通量随压差的增加而增加，超过临界操作压差后渗透通量随压差的增加反而下降。这可能是由于油滴具有可压缩性，当压差增大到一定程度后，油滴被挤压变形进入膜孔，从而引起膜孔堵塞，造成膜通量降低(5)。3操作时间在膜分离过程中，随着运行时间的延长，膜通量逐渐下降，这可以用膜表面受到污染或膜表面出现浓缩溶液层或胶体层来解释。因此，为了保持较高的膜通量，必须定期对膜进行清洗。4料液浓度王兰娟等的实验研究发现当料液浓度较小时，膜通量与压力成正比；当料液浓度超过一定值时，渗透通量只与膜面流速有关，而与操作压力无关。王春梅等认为膜过滤过程是一个料液的浓缩过程，存在着浓缩的极限(10)。当料液浓度较小时，膜面不易形成覆盖层，随浓度的增大，膜面阻力增大，膜的稳定通量显著降低；当料液浓度较大时，油滴粒径变大，在膜表面形成薄层覆盖层，阻挡了细小颗粒进入膜孔，减缓了膜阻塞，膜的稳定通量基本不变。5膜孔径一般来讲，孔径分布窄的膜的过滤性能较好；孔径增加，膜通量会大幅提高；孔隙率越大，膜孔的曲折率越小，膜通量越大。但选用较大孔径时，由于孔径大的膜的内吸附大于孔径小的膜的内吸附，有更高污染速率，反而使渗透通量下降。6温度对某些溶质和膜来说，溶质的截留率在很宽的温度范围内近似维持常数。张国胜等研究发现，温度上升，渗透液的黏度下降，扩散系数增加，减少了浓差极化的影响，有利于提高膜通量。但温度上升会使料液的某些性质改变，如会使料液中某些组分的溶解度下降，使吸附污染增加（7）。此外，温度的改变也会影响膜面及膜孔与料液中可引起污染的成分的作用力，这些都会使膜的渗透通量下降。7膜面流速膜面流速的影响与料液浓度及流体力学性质有关，一般认为增大流速可提高通量，这是因为膜面流速升高有利于减小凝胶极化的影响，使凝胶层变薄，阻力降低；但当流速过高时，通量反而降低，这可能是由操作压差不均匀所致，也可能是料液在膜过滤器内停留时间过短所致。另外，由于流速增大，剪切力增大，造成油滴变形而被挤入膜孔，也可能引起通量的降低。因此选择膜面流速时，并不是膜面流速越大越好，当膜面流速超过临界值后，将不会对膜分离效果有明显改善。8料液流动状态姚立群等指出改变料液的流动状态有助于改善膜分离的效率，如能根据膜分离体系中进料液的具体状况，在考虑经济性的原则下适当地选择合适的进料液流动状态，将会非常有效地增强膜分离体系的抗浓差极化和抗污染性，提高整个膜分离过程的效率和膜的寿命。四、 膜污染在用膜分离技术处理油田含油污水的过程中，尽管选择了合适的膜和适宜的操作条件，但在长时间运行中，膜的透水通量也必然下降，这就是膜污染。膜污染是膜分离技术处理含油污水所面临的最重要的限制因素，人们对此作了大量研究，认为控制膜污染要注意膜材料、膜孔径和膜组件结构的选择，溶液温度的影响，溶液PH、溶质浓度、料液流速及压力的控制等（11）。具体如下：（1） 选择热稳定性、强度、化学稳定性、耐污染性、产水性均较好且使用寿命长、孔径适度的膜材料，另外还需考虑膜造价等经济性评价指标。（2） 操作条件方面，保持低水通量过滤，合理的间歇操作模式，可使膜污染速率降低，膜表面沉积污染物脱落速度加快，膜表面紊动度增加，从而防止膜污染，延长清洗周期。采用此种方式控制膜污染虽有效且容易实现，但需增加运行费用，使得膜技术不能大规模应用于污水处理。（3） 清洗是处理被污染膜的常规方法，通常包括：空气反吹冲洗、水反冲洗、空曝气清洗、化学清洗及近年来研究较多的超声波清洗。清洗需定期进行，为了操作方便应尽量采用在线清洗的方式，水反冲、空气反冲或超声波清洗等均应采用自动控制方式；必要时还可进行化学清洗，此时应根据不同的污染物类型选用合适的清洗剂；因化学清洗要停止运行，而且较繁琐，所以应尽量减少化学清洗的次数。五、 结束语综上所述，我们可以看到，用膜分离技术处理油田含油污水，结果可以达到油田回注水的各种特殊要求，应用前景十分诱人。但是，我们也应该清醒地认识到该技术还有相当的不足之处，如：膜易污染，清洗再生工作困难。膜通量较低且衰减较快，不能满足大规模工程应用需要。对不同性质含油污水的处理是否保持同样的效果及处理工艺的经济性还需作进一步确认。针对以上问题，目前油田膜分离技术应用研究工作的重点应是：深入研究分离膜的膜面特性与油田含油污水水质特性之间的关系，明确引起膜通量下降的原因和机理，从微观上了解膜的分离过程和机理，从而寻求解决膜通量下降的方法。探索合适的清洗周期，研究合适的清洗剂和合理的清洗工艺。明确分离膜的预处理指标要求，合理选择操作条件，提高膜处理效果。开发新工艺、新型膜组件和高通量、抗污染的新型膜。膜分离技术只有成功解决了以上问题，才能更好地用于油田含油污水的处理。我们相信未来膜分离技术在油田含油污水处理中的应用将日益广泛。参考文献王临江，赵振兴，韩桂华，等.含油污水除油净水技术研究与发展口.工业水处理，2005.25(2)：5-8.谢磊，胡勇有，仲海涛.含油废水处理技术进展[J].工业水处理，2003.23(7)：4-7.李发永，李阳初，孙亮，等.含油污水的超滤法处理[J].水处理技术，2005.21(3)：145-148.王生春，温建志，王海，等.聚丙烯中空纤维微孔滤膜在油田含油污水处理中的应用[J].膜科学与技术，2008，18(2)：26-31.王怀林，王忆川，姜建胜，等.陶瓷微滤膜用于油田采出水处理的研究[J].膜科学与技术，2003，18(2)：59-64.樊栓狮，王金渠.无机膜处理含油废水[J].大连理工大学学报，2003,40(1)：61-63.李发永，徐英，李阳初，等.磺化聚飒超滤膜处理含油污水的实验□.水