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低滲透油田在油氣田開發(fā)中的地位越來越重要，正在成為開發(fā)的主體。目前油田多實(shí)行早期注水，精細(xì)注水是低滲透油田開采的主要手段之一。而迫于水資源的短缺和環(huán)境保護(hù)的壓力，以采油污水做為精細(xì)注水水源，是實(shí)現(xiàn)采油污水資源化利用的必然趨勢。精細(xì)注水要求水質(zhì)達(dá)到《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》（SY/T5329—1994）推薦的A1級指標(biāo)。
然而由于采油污水水質(zhì)相對復(fù)雜，常規(guī)技術(shù)對精細(xì)注水水質(zhì)和運(yùn)行穩(wěn)定性無保障，因此國內(nèi)自20世紀(jì)80年代末就開始研究將膜技術(shù)用于采油污水的處理，并已證明膜分離技術(shù)在確保A1級水質(zhì)方面具有明顯優(yōu)勢。但由于膜污染的問題未能有效解決，膜技術(shù)用于采油污水處理的工程應(yīng)用受到嚴(yán)重制約。
近年來，以有機(jī)膜分離技術(shù)為核心的低滲透油田精細(xì)注水水處理技術(shù)取得了較大的突破，并于2005年成功用于工程實(shí)踐，然而這些技術(shù)為了最大程度地緩解膜污染，預(yù)處理流程都比較長。因此開發(fā)耐油污染的膜分離過程，以簡化低滲透油田精細(xì)注水水處理流程，是目前的研究重點(diǎn)。
陶瓷膜表現(xiàn)出了比有機(jī)膜更好的耐油性能和膜通量，為此筆者選擇了碳化硅陶瓷膜對采油污水進(jìn)行中試試驗(yàn)，以全面考察其出水水質(zhì)、耐污染性能和強(qiáng)化混凝過濾對膜通量的影響。
1試驗(yàn)部分
1.1陶瓷膜組件
試驗(yàn)采用加拿大愛德摩環(huán)保集團(tuán)提供的多通道結(jié)構(gòu)的非對稱碳化硅陶瓷膜組件，組件尺寸D165mm×1100mm，過濾面積6.44m2，過流通道尺寸2mm×2mm，分離膜孔徑0.02μm，膜表面鍍有同等過濾精度的耐油涂層。
1.2試驗(yàn)裝置及材料
試驗(yàn)工藝流程見圖1，其中濃水仍然排回來水水箱，來水水箱每天向系統(tǒng)外排水1次。
過程切換閥門采用自控開關(guān)閥或調(diào)節(jié)閥，各點(diǎn)設(shè)有壓力、流量以及溫度傳感器，采用PLC自動控制系統(tǒng)，試驗(yàn)裝置的運(yùn)行控制參數(shù)可以通過電腦設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)每10s采集1組運(yùn)行數(shù)據(jù)并自動存儲。PLC分別自動調(diào)整循環(huán)泵和進(jìn)水泵頻率，維持恒定的循環(huán)水量，控制膜表面切向流速為3m/s。
1.3試驗(yàn)方法
以污水處理站的氣浮出水和氣浮進(jìn)水作為處理對象來進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)裝置在PLC裝置設(shè)定的試驗(yàn)參數(shù)下24h連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的跨膜壓差或完成1組試驗(yàn)后進(jìn)行化學(xué)清洗，每次化學(xué)清洗后測定1次清水（自來水）通量。定時(shí)采集各點(diǎn)水樣進(jìn)行水質(zhì)檢測，主要檢測指標(biāo)為SS、含油量、懸浮物粒徑中值，根據(jù)《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》（SY/T5329—1994）中規(guī)定的方法檢測。
1.4試驗(yàn)用水
試驗(yàn)用水來自遼河油田歡喜嶺采油廠污水處理站中氣浮裝置的出水和進(jìn)水，水溫25～30℃，其中氣浮出水油≤5mg/L，SS≤20mg/L，氣浮進(jìn)水油≤100mg/L，SS≤300mg/L。
1.5膜污染控制
在控制膜表面流速一致的情況下，分別在進(jìn)水投加PAC、周期性脈沖反洗、脈沖排濃水3種方式下，對膜面的狀態(tài)進(jìn)行干擾，考察這3種方式對膜污染的控制情況。
1.6數(shù)據(jù)處理
膜通量（LMH）均折算為25℃和0.1MPa條件下單位膜面積的出水水量，以消除溫度變化帶來的誤差，使不同跨膜壓差下的產(chǎn)水量具有更加直觀的可比性。
2結(jié)果與討論
2.1進(jìn)水與出水水質(zhì)
試驗(yàn)先后采用氣浮出水和氣浮進(jìn)水作為來水，在跨膜壓差為30～70kPa的狀態(tài)下運(yùn)行，運(yùn)行過程中長期的檢測數(shù)據(jù)表明：
（1）膜出水懸浮物含量與進(jìn)水無關(guān)，90%以上的出水懸浮物質(zhì)量濃度小于1.0mg/L，平均0.58mg/L，最大1.6mg/L。取樣不規(guī)范或二次污染容易導(dǎo)致分析數(shù)據(jù)大于1.0mg/L。
（2）膜出水含油量與進(jìn)水有關(guān)：進(jìn)水中油質(zhì)量濃度≤3mg/L時(shí)，出水＜1.0mg/L；進(jìn)水中油≤100mg/L時(shí)，出水＜5mg/L；進(jìn)水中油＞100mg/L時(shí)，出水為1~10mg/L。試驗(yàn)污水采用氣浮和兩級多介質(zhì)過濾預(yù)處理時(shí)，出水中的油可降至2mg/L以下。污水中溶解油的含量較低，因此推測污水含油量較高時(shí)，其中微小油滴或微乳液滴會變形或破裂后透過膜。
（3）膜出水懸浮物粒徑中值為0.2～1.6μm，平均為0.8μm。由于懸浮物粒徑中值接近檢測儀器的下限，同時(shí)懸浮物顆粒的粒徑小且濃度很低，因此儀器誤差、隨機(jī)誤差及過程疏失誤差等均相對較大，致使檢測數(shù)據(jù)的波動較明顯，采用多做平行樣的方法處理。
2.2跨膜壓差與膜清水通量
第一次化學(xué)清洗結(jié)束后，按一定的梯度先提高后降低跨膜壓差，用清水測試考察膜通量，得到圖2所示曲線。
由圖2可以看出，膜通量隨跨膜壓差的增加而下降，同時(shí)，跨膜壓差下調(diào)時(shí)，膜通量較上調(diào)過程有所降低，在跨膜壓差調(diào)至70kPa以下時(shí)膜通量隨跨膜壓差下降而上升。上述分析表明，跨膜壓差的運(yùn)行控制不宜出現(xiàn)先增加后減小的過程，且該膜組件的跨膜壓差不宜高于70kPa。
2.3膜污水穩(wěn)定通量與周期
在化學(xué)清洗后，且初始的清水通量基本相同的條件下，分別將跨膜壓差恒定為30、70kPa，處理氣浮進(jìn)水，不采取附加的膜污染控制措施，對膜通量的變化進(jìn)行考察，結(jié)果見圖3。
由圖3可以看出，在不同的跨膜壓差下，隨著設(shè)備的運(yùn)行，膜通量都在下降，但跨膜壓差越大，膜通量的下降趨勢越快。
2.4脈沖擾動對膜通量的影響
為考察脈沖擾動對膜通量的影響，處理氣浮進(jìn)水時(shí)，在化學(xué)清洗后投運(yùn)超過4h且不采取附加的膜污染控制措施條件下，先測試了無擾動情況下膜通量的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)膜通量在3h內(nèi)從230L/（m2•h）降到110L/（m2•h）。在初始條件相同的情況下，還進(jìn)行了擾動的試驗(yàn)，即每7min自動進(jìn)行一次脈沖排水，結(jié)果顯示，在周期性擾動條件下運(yùn)行，膜通量經(jīng)歷了從下降到恢復(fù)的周期性變化，在1.5h內(nèi)膜通量基本保持不變。
2.5混凝對膜通量的影響
在化學(xué)清洗后保持基本一致的清水通量前提下，每7min自動進(jìn)行一次脈沖排水，處理氣浮進(jìn)水，控制跨膜壓差約70kPa，向進(jìn)水中投加30mg/L的PAC進(jìn)行混凝，考察膜通量的變化，結(jié)果見圖4
由圖4可以看出，在有擾動的情況下，無混凝時(shí)膜通量的下降趨勢比較快，在20h內(nèi)膜通量從600L/（m2•h）降到60L/（m2•h）左右，而投加30mg/L的PAC混凝劑時(shí)，膜通量下降趨勢減緩，運(yùn)行70h，膜通量仍然維持在100L/（m2•h）左右。
2.6化學(xué)清洗效果
運(yùn)行一段時(shí)間后，膜通量會有所下降，因此需要定時(shí)進(jìn)行化學(xué)清洗。試驗(yàn)選用化學(xué)清洗的藥劑為次氯酸鈉（調(diào)到pH=12）和鹽酸（調(diào)到pH=2），各清洗1h。每次清洗后均采用相同的模式測定膜的清水通量，取跨膜壓差為100kPa時(shí)的通量對清洗的效果進(jìn)行評估。結(jié)果表明：新膜的清水膜通量為1920L/（m2•h），運(yùn)行1個(gè)周期后，膜通量降到100L/（m2•h）左右，經(jīng)化學(xué)清洗后膜通量只能恢復(fù)到750L/（m2•h）。之后再經(jīng)運(yùn)行、清洗，與第1次化學(xué)清洗后的清水通量比較，之后清洗后的膜通量均可恢復(fù)到600～800L/（m2•h）左右，恢復(fù)率為90%～107%，化學(xué)清洗效果仍存在一定的提升空間。
3存在問題
在進(jìn)水懸浮物濃度較高時(shí)維持較大的膜通量，多通道結(jié)構(gòu)的陶瓷膜接近出水腔的通道，有被懸浮物堵塞的跡象，可能存在膜表面透過水量不均衡的現(xiàn)象。
4結(jié)論
（1）陶瓷膜處理氣浮出水時(shí)可將SS和油質(zhì)量濃度降到1.0mg/L以下，出水懸浮物的粒徑平均可達(dá)到0.8μm。處理氣浮進(jìn)水時(shí)，隨著氣浮進(jìn)水的含油量的增加，陶瓷膜處理后出水的含油量也相應(yīng)增加。
（2）PAC混凝過濾可以大大緩解膜通量的衰減速率，但需要控制循環(huán)液的懸浮物含量及適宜的膜通量，或選擇適宜的膜組件，避免通道被懸浮物沉積堵塞的現(xiàn)象，可考慮氣浮或沉降-陶瓷膜組合工藝處理高懸浮物污水。
（3）對膜表面水流進(jìn)行周期性擾動，可以明顯減緩膜污染的速率。
（4）碳化硅陶瓷膜表面在進(jìn)污水前后的外觀基本一致，其耐油涂層耐油效果較好，通過化學(xué)清洗，膜通量可以在線得到較好的恢復(fù)。
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