含油污水膜滤处理技术新进展

油气田地面工程第24卷第1期(2(X)5.1)含油污水膜滤处理技术新进展蔺爱国(东营福斯特石油技术有限公司)摘要概述了上世纪90年代以来膜材料、膜类型以及膜滤技术的发展现状。在膜滤技术的应用上,国内外对中空纤维膜和陶瓷膜滤除污水中的污油和悬浮固体方面进行了大量的室内及现场试验。结果表明,滤后水可满足低渗透油田的注水水质要求。进入新世纪后,随着外排水水质标准的提高,国外进一步加大了对膜滤处理含油污水技术的研发力度。经预测,全球反渗透、超滤、微滤设备和膜件市场规模将从2(X)3年的59亿美元增长到20()7年的82亿美元。主题词采出水污水处理膜滤微滤超滤纳滤反渗透UF更易受到污染。UF与MF膜由不同种类的有机聚合物或无机材料制作而成,包括醋酸纤维素、纤维素三醋、聚矾、聚丙烯、聚酞亚胺、氧化铝、铝氧化物、不锈钢和玻璃钢等cr另外可提供包括平板i式和管状式等不同类型的膜。(近海石油开采,含油污水经过处理直接排放。〕目前所采用的降低有机物含量的方法主要是活性炭{吸收。虽然反渗透膜技术可以延长活性炭的使用周1.引言膜滤技术由于其处理精度高已成为目前世界上研究的热点,但价格昂贵,因此,它主要用于稠油油田和低渗透率油田的采出水处理。膜技术由于其与常规工艺相比有一定的优越性,而且有实际应用意义,现已成为国内外研究人员普通关注的处理油田含油污水的一种方法。在含油污水处理中,膜滤技术主要有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。膜滤过程都是以压力为驱动力,污水流经膜面时,污水中的污物被截留,而水透过膜,从而实现对污水的处理。对于MF和UF来讲,其孔径较大,可以用常规的过滤过程来描述其过滤机理;而对于NF和RO这些无机膜来讲,其过滤机理一般用溶解一扩散模型和非平衡热力学模型来解释。有些纳滤膜表面带有电荷,它们的过滤机理比较复杂,一般用电荷模型和空间位阻模型来阐明过滤过程。2.膜滤技术的发展现状20世纪90年代以来,随着膜材料技术的发展,采用膜工艺去除油和悬浮物已引起较高的重视。横向流UF和MF最适合滤除油田采出水中油和悬浮物,而NF和RO膜则最适合于滤除水中的低分子量化合物以及各种离子。含油和悬浮物进水沿轴向流人多孔管,清水沿管壁径向流出。MF管壁孔径约为0.1协m,而UF管壁孔径更小,小于0.01林m,它们的出水基本不含悬浮油。MF的膜通量(单位膜面积通过的流量)大于UF,但MF比期,但它同时也脱除了盐份,较高的操作压力限制了它的应用。采用低脱盐率的纳滤膜技术是比较合适的处理方法,它不仅可使污水达标排放,而且通量大,水的收率高。一般所采用的纳滤膜对Nacl的截留率小于20%。3.膜滤技术的最新进展进人新千年以来,随着外排水水质标准的提高,国外进一步加大了对膜滤处理采出水技术的研发力度。目前,美国Argorme国家实验室(A卜goneNationd叻orato叫正在对一种称为电渗析(ED)的新型膜处理气田采出水进行研究。ED是一种电场驱动工艺,利用离子交换膜进行脱盐和浓缩。ED能够生产出极高浓度的浓缩盐水(20%),且不易受结垢问题的影响。ED在美国还没有得到广泛的应用,但在日本却有小规模(如香料提取厂)和大规模(如22.5x104口。精细食用盐厂)装置。A耳笋nne国家实验室现由天然气研究院(GRI)资助并正与天然气开采商一起开发采出水脱盐和处理有机物的ED联合处理系统。20(刃年9月,美国能源部资助120万美元,启动一项为期3年的“改性反渗透系统处理采出水”项目。目前,新墨西哥矿业技术学院石油开采研究中心的滤膜科学家ROBERTLEE教授和密苏里州立大学膜滤科学家MIKEWHITWORTH教授正在研发一种能经济地进行高盐采出水脱盐和达到10%水收率的水处理系统。两位教授的研发思路是将标准的反渗透系统与低成本、低效膜过滤系统相结合,来有效去除高盐水中的盐份。其方法是用斑脱粘土膜替代常规反渗透装置中使用的价格昂贵的合成膜。研发的处理系统将减少最终废液量,形成易处置的固体;同时采用一种方法达到10%的净水收率。WHITWORTH教授已申请了专利。试验证明,斑脱粘土膜可脱除90%的NaC卜此外,通过调节粘土膜的压实度,可获得不同的透膜率。因此,可以用合理的水力压力处理高饱和盐浮、”.、咨,、‘二-下、通-l,‘及j,.、-”r飞‘‘犷.、启”--.、月套、启..、J-,.、且刃:气二忿,、二r.胜二j,t通奋飞盛f,、1三二;jif.14油气田地面工程第24卷第1期(205.1)水。另外,粘土膜对pH不敏感,所以无需对水进行预处理。最后,粘土膜还可作为预过滤器去除水中的细菌,从而节省了氯处理成本。目前,正在进行验证粘土膜横向流和去除溶解固体的实验,并根据实验制订一系列设计标准,以便使研究人员研制改性反渗透系统的样机。研究人员预计,该样