膜蒸馏淡化处理油田高含盐废水的实验研究_王车礼

文章编号:1007-8924(2004)01-0046-04膜蒸馏淡化处理油田高含盐废水的实验研究王车礼钟王军(江苏工业学院化学工程系,常州213016)摘要:采用减压膜蒸馏技术处理油田高含盐废水,研究了真空度、废水温度、流量以及废水含盐量对膜通量与截留率的影响.实验结果表明:随着膜下游真空度增加,膜通量先缓慢增大,当真空度超过某一临界值后,膜通量急剧增加;废水温度增加,膜通量增大,且真空度越高,膜通量随温度变化的曲线越陡;提高废水流量可增大膜通量;随着废水含盐量增加,膜通量减小,当废水含盐量大于220g/L时,馏出液电导率明显增加,但各次实验的截留率仍然接近100%,表明实验用聚丙烯中空纤维膜具有很好的疏水性.关键词:减压膜蒸馏;油田废水;脱盐中图分类号:TQ028.8文献标识码:A目前,我国绝大多数油田采用注水方式开采石油,油田废水量很大,其中不少油田废水的含盐量很高,矿化度高达每升几万毫克以上,如中原油田采出水总矿化度高达8×104～14×104mg/L,最高可达30×104mg/L,胜利和长庆油田在5×104mg/L左右[1].由于矿化度高的水导电率高,能加速电化学反应,使设备腐蚀速度加快;废水排入周围农田,会影响农作物生长.潘红磊等[2]在对全国19个油气田调查之后,特别提出要大力研究并推广含盐采油污水处理技术.然而,现行的淡化技术多是针对海水、苦咸水,直接应用于油气田废水尚不多见.而且与国外相比,我国油气田对地下苦咸水和含盐废水进行处理的水平还很低.近年来膜蒸馏过程的研究引起了国内外的高度重视[3-7].将膜蒸馏技术用于油田废水脱盐,与海水淡化相比,在耗能上更具优势.众所周知,含水原油在电化学脱水之前,一般都要将其升至较高温度,故排出的废水温度也比较高,多数油田废水温度为40～50℃,有的甚至更高,如华北油田废水温度为60～70℃[8].而膜蒸馏的突出优点是操作温度低,热侧水溶液一般在40～50℃,甚至可以在40℃以下操作[9].由此可见,膜蒸馏淡化油田废水基本上无需额外加热即可满足工艺要求.本文采用聚丙烯中空纤维膜,在较低真空度下采取减压膜蒸馏技术浓缩油田高含盐废水,着重考察了膜下游真空度、废水温度、废水流量以及废水含盐量等因素对膜通量与截留率的影响.1实验部分1.1仪器和材料油田废水:由江苏油田提供,减压膜蒸馏实验前,油田废水经除油、除杂及电解杀菌等预处理,再经过滤后储存备用.JY-Ⅱ内压式实验膜组件:杭州浙大华滤膜工程有限公司生产,膜组件外型尺寸70×305mm,内含膜丝数量4000根/支,有效膜面积0.8m2.膜主要性能参数为:内径300μm,壁厚50μm,微孔平均孔径0.02～0.2μm,平均孔隙率≥45%,破裂强度≥1.0MPa.DDS-11型电导率仪:天津第二分析仪器厂.1.2实验装置与运行减压膜蒸馏装置包括真空系统、废水循环系统、膜分离组件及冷凝收集系统.收稿日期:2002-08-26;修改稿收到日期:2002-11-10基金项目:江苏省教委自然科学研究基金资助项目(00KJB530004)作者简介:王车礼(1963-),男,江苏东海人,博士,副教授,研究方向为传质与分离过程.第24卷第1期膜科学与技术Vo1.24No.12004年2月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYFeb.2004DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2004.01.011实验时热的油田含盐废水流经中空纤维管内,以内压式运行,渗透过膜的水蒸汽被抽真空带离膜表面,到冷阱冷凝为淡水,冷阱温度为20℃.在实验的真空度范围内,水蒸气冷凝情况良好.用电导率仪测定原废水、馏出液的电导率,图1为20℃下实验测得的油田废水含盐量与电导率的关系曲线.图1油田废水含盐量(C)与电导率(ρ)的关系1.3数据处理膜通量J计算:J=mS·t式中,m为馏出液质量,g;S为膜的有效面积,m2;t为膜蒸馏运行时间,h.截留率R计算:R=Ch-CcCh式中,Cc为馏出液含盐量,g/L;Ch为原废水含盐量,g/L.各含盐量根据电导率-浓度工作曲线,由测得的电导率查得.实验时对于浓度超出工作曲线的浓缩液,先稀释一定倍数后再测电导率.2结果与讨论2.1真空度对膜通量与截留率的影响图2为油田废水含盐量在21.5g/L时,不同废水温度下膜通量随真空度变化曲线.真空度即大气压与绝对压的压差,其值越大真空度越高.可以看出,当真空度较小时,膜通量随真空度增加而缓慢增加.但是,当真空度超过某一临界值后,膜通量随真空度增加急剧增加,与刘茂林等[6]的研究结果相类似.这可能是由于膜孔内的绝压很小,使水蒸气在膜孔内的扩散阻力降低所致.表1给出了上述实验馏出液电导率及截留率数图2膜通量随真空度(ν)变化曲线■—40℃;○—50℃;★—6