管式超濾膜處理油田污水試驗(yàn)

王強(qiáng)（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所）

低滲透油層油田開發(fā)需要注入“5、1、1”水質(zhì)（含油小于或等于5mg/L，懸浮固體含量小于或等于1mg/L，顆粒中值小于或等于1μm）。目前常規(guī)污水處理工藝只能達(dá)到“8、3、2”水質(zhì)指標(biāo)，為達(dá)到“5、1、1”水質(zhì)指標(biāo)，采油二廠結(jié)合降低含油污水礦化度項(xiàng)目，開展了含油污水膜處理試驗(yàn)研究。

膜處理技術(shù)原理：在常溫下以膜兩側(cè)的壓力差為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)一定分子量的溶質(zhì)和溶劑的分離、濃縮。膜處理技術(shù)可以通過選用不同孔徑膜對污水中的乳化油及溶解油進(jìn)行分離，同時(shí)膜分離技術(shù)具有占地面積小、不產(chǎn)生新的污泥、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

1 工藝篩選

2004年對三種膜——中空纖維超濾膜[1]、微濾膜[2]以及管式超濾膜[3，4]，進(jìn)行了對比研究，所使用的污水為兩級過濾的濾后水。現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明：三種膜處理濾后水的性能和效果差異很大。

中空纖維超濾膜運(yùn)行15min后，通量就開始明顯降低，運(yùn)行25min，清水通量就降低到初始值的2%，在運(yùn)行10天之后失去截留懸浮物的功能，說明該種膜的抗污染性差，故本研究沒有選擇中空纖維膜。

在對1μm微濾膜的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)其通量衰減依然很快，運(yùn)行30min后就需要進(jìn)行反沖洗，并且運(yùn)行3個(gè)周期后，即使采用化學(xué)清洗，其通量也很難再恢復(fù)，此時(shí)，微濾膜基本喪失了處理水的能力。用3μm微濾膜進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這種膜對油及懸浮物的去除效果很差，處理后的水質(zhì)與處理前水質(zhì)基本相同，因此也不適用于含油污水深度處理。

使用的管式超濾膜的材質(zhì)為聚偏氟乙烯，操作壓力0.18MPa。管式超濾膜相對傳統(tǒng)的中空纖維膜采取了有效的防止膜污染措施，諸如：加大錯(cuò)流流速、膜徑增大、膜壁厚度減小等，這樣油、懸浮粒子等不容易對其產(chǎn)生污染。另外，管式超濾膜的材質(zhì)為聚偏氟乙烯，此材料耐高溫，在70℃條件下可以長時(shí)間工作，耐酸堿，抗氧化性強(qiáng)，各種化學(xué)清洗對其損傷小，適合用于含油污水的處理。管式超濾膜連續(xù)運(yùn)行了一年，試驗(yàn)結(jié)果表明，出水含油、懸浮物均小于或等于1mg/L，粒徑中值不能檢出，因此選擇管式超濾膜作為含油污水深度處理的工藝。

2 膜材質(zhì)選擇

2004—2009年，分別采用聚偏氟乙烯膜（PVDF）、氧化鋯膜、聚偏氟乙烯膜改性膜開展試驗(yàn)研究，通過對比膜過濾性能、抗污染性能及污染恢復(fù)性能、膜的分離效果、投資和運(yùn)行費(fèi)用，推薦采用聚偏氟乙烯膜改性膜，該膜具有以下主要特點(diǎn)：

◇親水性好，耐污染能力強(qiáng)，比非改性膜吸附的污染物（烴類污染物）減少30%；

◇水通量增加了1.5～2倍；

◇能從滲透液端進(jìn)行反沖洗，可有效去除膜內(nèi)部的污染物，反沖洗后運(yùn)行周期增加了十余個(gè)小時(shí)，膜通量增加了約40%；

◇電耗是氧化鋯膜的60%；

◇膜每個(gè)周期運(yùn)行結(jié)束后，采用化學(xué)清洗，其恢復(fù)率可達(dá)到99%以上。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1 方案

聚南2-2含油污水降礦化度處理站主要承擔(dān)該區(qū)域部分含油污水降礦化度處理任務(wù)，原水來自聚南2-2污水站，采用管式超濾膜除油、懸浮物，離子分離器降礦化度等工藝，其中超濾膜設(shè)計(jì)產(chǎn)水能力為7481m3/d，離子分離器設(shè)計(jì)產(chǎn)水能力為5000 m3/d，降礦化度后污水代替清水作為聚合物配聚水源回注油層（圖1），并開展相關(guān)現(xiàn)場試驗(yàn)。

聚南2-2聯(lián)合站提供的凈化水罐來水9351m3/d，經(jīng)管式超濾膜設(shè)備進(jìn)行處理，管式超濾膜設(shè)計(jì)總產(chǎn)水量為7481m3/d，工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行情況

2012年9月22日開始試運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行相對穩(wěn)定后，高峰期平均處理水量10022m3/d，超濾出水7993m3/d。其中原水為聚南2-2污水站深度處理污水，經(jīng)監(jiān)測水質(zhì)指標(biāo)為：溫度24～30℃，pH值9.12，電導(dǎo)率6600～6750μs/cm左右，礦化度4000mg/L左右；含油小于或等于5mg/L，懸浮物小于或等于5mg/L，懸浮物粒徑中值小于或等于2μm。系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)工藝運(yùn)行，管式超濾膜系統(tǒng)總產(chǎn)水率為80%左右（包括系統(tǒng)自用水）。

1#管式超濾膜系統(tǒng)共7組，目前開3組，其他組備用，2#管式超濾膜系統(tǒng)共7組，目前開3組，其他組備用，處理水為1#管式超濾膜濃水。由于現(xiàn)場原水水質(zhì)總堿度、PH值較高，溫度較低（25℃左右），對管式超濾膜系統(tǒng)有一定影響。經(jīng)過一系列工藝調(diào)整，從目前運(yùn)行情況來看，每組設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求。選擇1臺(tái)設(shè)備的24h實(shí)時(shí)運(yùn)行趨勢圖為例，來說明設(shè)備的運(yùn)行情況（圖2）。

圖2 管式超濾膜單元24h產(chǎn)水量隨時(shí)間變化趨勢

該設(shè)備為1#管式超濾膜設(shè)備中的第2組設(shè)備，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間（h），縱坐標(biāo)為電磁流量計(jì)記錄的瞬時(shí)流量（m3）。從圖可以看出，在24h內(nèi)產(chǎn)水量一直維持在18m3/h左右（產(chǎn)水量小于14m3/h將使用酸、堿性清洗劑等交替清洗）。設(shè)備每1h反洗一次（反洗時(shí)間30s），累積24h加藥反洗一次（加藥反洗浸泡時(shí)間20～30min可設(shè)定，圖3中缺口部分）。

原水含聚濃度118mg/L、含油3.42mg/L、懸浮物2.71mg/L，出水含油與懸浮物均為痕跡，粒徑中值0.08μm，達(dá)到“5、1、1”標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 維修維護(hù)情況

日常維護(hù)維修主要設(shè)備：泵類、控制系統(tǒng)、閥門、電磁流量計(jì)、液位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、電導(dǎo)率儀等維護(hù)保養(yǎng)。

通用設(shè)備包括差壓過濾機(jī)、空壓機(jī)、冷凍干燥機(jī)，以及恒壓供水設(shè)備和空氣過濾器的維護(hù)保養(yǎng)。

圖3 管式超濾膜水量曲線

圖4 三次加密注水井投產(chǎn)初期平均注水壓力對比曲線

產(chǎn)水設(shè)備：管式超濾膜設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等。

停產(chǎn)檢修內(nèi)容包括：

1）管式超濾膜來水管道中DN250UPVC三通出現(xiàn)裂紋，加藥間3m3PE醋酸儲(chǔ)罐泄露，3#罐、4#罐浮球液位計(jì)滑竿結(jié)垢，液位計(jì)出現(xiàn)誤差，需停機(jī)一并檢修。

2）加藥間、恒壓供水、空氣壓縮機(jī)、主管路維修維護(hù)，控制系統(tǒng)；更換相關(guān)配件。

3）各緩沖罐排污、沖洗，配合站里檢修外輸泵房及各水池。

3.4 成本與投資

超濾膜清洗藥劑包括鹽酸、醋酸等，成本為0.2200元/m3。

日常維修費(fèi)包括泵類、電控、儀表、閥門等易損件更換，折算成本為0.0656元/m3。

循環(huán)超濾膜系統(tǒng)使用壽命6年，更換一次費(fèi)用為648萬元左右，折合每年費(fèi)用為54萬元，噸水成本0.203元。

目前該站的直接運(yùn)行成本為1.676元/m3（表1）。

表1 管式超濾膜單位(m3)運(yùn)行成本

聚南2-2低礦化度站超濾膜部分建設(shè)工程投資約2270萬元（7300m3/d工程）。

3.5 經(jīng)濟(jì)評價(jià)

為分析注入“5、1、1”水質(zhì)與注入“8、3、2”水質(zhì)對三次加密油層的影響，分別對46口轉(zhuǎn)注井（“8、3、2”水質(zhì)）和59口轉(zhuǎn)注井（”5、1、1”水質(zhì)）投產(chǎn)初期的注水情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其投產(chǎn)初始16天的平均注水壓力變化見圖4。

從圖4可以看出，在不同的注入水質(zhì)下，隨著注水時(shí)間的延長，“5、1、1”水質(zhì)轉(zhuǎn)注井的注入壓力（平均9.33MPa）低于“8、3、2”水質(zhì)轉(zhuǎn)注井（平均10.77MPa），平均值低1.44MPa。注入壓力的降低具有一定的節(jié)能效果，按照平均注水壓力降低1.44MPa計(jì)算，按該站設(shè)計(jì)規(guī)模，年可節(jié)電86.7×104kWh。

采用管式超濾膜除油、懸浮物，離子分離器降礦化度后，可代替清水作為聚合物配聚水源回注油層，年可節(jié)約清水約110×104m3。

4 結(jié)論

◇采取管式超濾膜處理工藝處理含油污水，管式超濾膜運(yùn)行正常，反沖洗、化學(xué)清洗后膜通量得到有效恢復(fù)；

◇所采用的聚偏氟乙烯改性有機(jī)超濾膜出水含油、懸浮物、粒徑中值可達(dá)到“5、1、1”標(biāo)準(zhǔn)，為油田含油污水膜深度處理提供新思路；

◇該站建設(shè)投資小（7300m3/d工程投資2270萬元），運(yùn)行費(fèi)用少（包括維護(hù)費(fèi)及膜更換費(fèi)用的直接運(yùn)行成本為1.676元/m3），有利于推廣應(yīng)用。

[1]薛云波,談曉東.中空纖維超濾膜在微污染水中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2011(31):130-131.

[2]黃霞,桂萍.膜生物反應(yīng)器廢水處理工藝的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)研究,1998,11(1):40-44.

[3]鎮(zhèn)祥華,于水利,王北福,等.超濾處理油田采出水的膜污染特征及清洗[J].給水排水,2006(2):56-59.

[4]鎮(zhèn)祥華,于水利,王北福,等.油田采出水中的超濾膜清洗[J].水處理技術(shù),2006,2(2):57-58.