過濾與分離技術用于含油污水處理*

內蒙古化工職業學院

過濾與分離技術用于含油污水處理*

楊志杰內蒙古化工職業學院

過濾與分離技術在油田含油污水的處理中應用十分廣泛，其處理效果的好壞和油田含油污水排放是否達標有直接關系。過濾與分離技術主要涵蓋以下兩個方面的內容，即各種高效油水分離設備和新型高效過濾分離設備的開發與設計。在未來對過濾分離技術進行研究時，應重點放在過濾材料以及過濾器方面。

過濾與分離；膜分離；含油污水；超濾膜

過濾與分離技術在油田含油污水的處理中應用十分廣泛，其處理效果的好壞和油田含油污水排放是否達標有直接關系。過濾與分離技術主要涵蓋以下兩個方面的內容，即各種高效油水分離設備和新型高效過濾分離設備的開發與設計。液—液旋流分離器、超精細過濾器、橫向流過濾技術的研發和推廣在我國油田含油污水的處理方面作用極為明顯。

1 液—液旋流分離技術

（1）技術優勢。旋流分離技術作為一種高效節能的分離技術，在油水分離中可用于油污水去油和含水油脫水。旋流器是旋流分離中的重要設備，旋流器分離效率與普通的分離技術相比，停留時間短、體積小、效率高，它能夠將水中的浮油、分散油有效地處理掉，減輕對環境產生的污染。在我國的過濾與分離技術應用中，已有9%的油田采出水用水力旋流器進行處理。旋流器擁有以下幾個優勢：①設備構造簡單、所需購置成本不高、能耗相對較低，而且在進行分離時不需要任何幫助分離的介質；②由于旋流器的體積較小，所以設備在安裝方面難度系數小，一旦調試好，就能持續、穩定地工作；③分離效率高、適應力強，受外界影響較小，工作的溫度及壓力只受旋流器結構材料的影響。盡管如此，旋流分離技術也存在一定的缺陷：首先，在液體流動時，會產生剪切作用，如果設計的參數有誤，容易導致含油污水中的油滴被打碎乳化的情況出現，進而使分離達不到預期的效果；其次，由于物料的性質存在差異，所以在旋流器的結構大小和操作條件等方面，不同的油田需求也不相同，這就造成了旋流器大多不能通用；最后，在乳化油的處理上，旋流分離技術仍有待提高。

（2）國內應用研究現狀。經國內外專家多年的努力，在旋流分離數值模擬分析、旋流管外特性研究等方面，旋流分離技術取得了重大進展，對這項技術的研究也正趨于規范和完善，目前正準備將初步的研究成果轉向產品化。從總體上來說，我國在含油污水的處理問題上，其技術相對較為落后、發展條件不足、人員管理較為松散、組織管理水平低。基于上述情況，對靜態液—液旋流分離技術的研究還需要深入探討。

（3）未來研究發展趨勢。要想使液—液旋流分離技術得到更好的應用，不僅需要改進它的一些特性，如設備特性、介質特性及操作特性，而且需要對系統進行全盤設計，以提高系統的工作效率。其中，液—液旋流技術研究的主要方向是開發新設備，以低阻高效為設備的開發標準。此外，新型旋流管的研發也十分重要。經過多年的研究與創新，旋流管在結構上有較大改進，其參數也得到優化。除了了解該項技術的基本特性外，未來研究的一個重要領域是動態液—液旋流分離技術。根據國外研究的相關數據表明，動態水力旋流器的除油效果相比靜態水力旋流器除油效果更佳，尤其是對于那些細微的油滴。此外，應用這項分離技術耗能相對較小。

2 膜分離技術處理采油污水

膜分離技術是超精細過濾器技術中常見的一種采油污水處理技術。膜分離技術能夠有效地處理采油污水，它主要是利用膜的選擇透過性來開展工作的。如果油粒子的粒徑為微米量級，用機械方法進行前處理。

現階段，膜分離技術的產生使得傳統的分離技術被淘汰。根據ACHEMA展覽會的記錄可以發現，目前發展速度最快的過濾與分離技術即為膜分離。膜分離技術的發展主要表現在以下兩個方面：首先，國外利用自身先進的科技條件，開發出多種膜制造技術，金屬材倒膜、空心纖維膜和液膜等結構都是其重要的研究成果。其次，在膜分離技術的發展方面，已對有機聚合材料進行了開發，像聚乙烯、聚丙烯、聚礬等。膜分離技術的發展除了表現在以上兩個方面，還有一種復合膜。這種復合膜是將有機聚合材料與膜制造技術相結合的。

2.1超濾膜的應用現狀

根據相關文獻記載，超濾膜法處理乳化油廢水在國外已有幾十年的歷史。在20世紀80年代，西德已有超過250個超濾膜設備投入使用。相關資料顯示，每套設備處理含油乳狀液的能力為l～20m3/d。這個時期，膜組件分為卷式、板框式和管式三種。到80年代末90年代初，膜生產單位的分離技術取得了進步，能提供系列膜設備。現今，上海寶鋼通過使用AbCor公司的管狀膜大型超濾設備，將乳化油廢水進行處理，效果明顯。張玉忠等人曾經做了一個實驗，這個實驗的主要內容為：把自行研制的MTB—I型耐溫中空纖維膜與MTB—V型加拿大的中空纖維膜的處理效果進行對比。根據實驗的結果，可直接得出一個結論：對于未經處理的含油率高的污水，效果欠佳，與國外差距較大；對經過預處理的含油量低的污水進行處理，效果明顯。

2.2膜器的研究進展

由于依靠改變流動狀態或設置流道障礙的傳統靜態十字流膜濾技術已經不適應時代的發展，目前，技術人員已經轉移了工作重點，重點開展新型膜器的研究，主要是對其進行利用膜運動施加離心力和外加場力兩種方式的研究。膜生物反應器污水處理技術就是新型膜器研究下的產物，它使得污水生物處理工程中的生物反應器與膜分離技術中的超濾組件結合在一起，這不僅提高了工作效率，還能降低能耗。由此可見，它的發展前景還是相對較好的。在油田污水中，受技術條件的限制，一些問題的處理不夠徹底，所以研制一種多強化方式的膜濾設備是十分有必要的；同時，需要建立對應的過濾理論模型，并研究其分離機理。

隨著科技的進步，膜分離技術在油田采出水處理中的應用力度不斷增加。其特點主要體現為精度高、易自控化。受我國過濾技術水平的影響，以及經濟條件的限制，其在大型工業化規模中投入使用的條件不夠成熟。筆者認為，膜分離法的核心技術問題體現在高效高滲透性膜和提高處理量兩方面，但實踐起來相對困難。綜上所述，對膜器的研究提出了更高的要求。

3 過濾分離技術的展望

縱觀我國過濾分離技術研究的成果，主要集中在過濾器和過濾裝置方面，其最終目的都是為了使流體系統得到凈化。在一些發達國家，已經深入對這種技術進行了探討，并且耗費了許多時間及精力。在過濾分離技術領域，我國沒有取得突破性成就，甚至沒有一套完整的過濾分離技術的科研生產體系。值得提出的是，我國的過濾材料沒有在研制計劃內。另外，在過濾分離技術方面，還存在一些技術標準、測試設備和質量控制等不完善的情況。在未來對過濾分離技術進行研究時，應重點放在過濾材料及過濾器方面。

（1）過濾材料。過濾是處理含油污水的最后一個環節，也是最為關鍵的一個環節，它決定著水質能否達標。過濾能否發揮應有的作用，主要由過濾材料的性能決定。所以，在過濾分離技術發展應用中，要把濾材研究作為一項重大任務進行。在發達的工業國家，十分重視過濾材料的供應，鼓勵建設更多的濾材生產廠家，用來生產各種濾材。

（2）對過濾器結構設計。三十多年來，我國過濾器結構設計幾乎全部是照搬國外的。能夠按照樣品測繪、仿制，再到之后的自主設計，已經實現了較大的跨越。隨著信息技術更新速度的加快，提高我國過濾分離技術水平迫在眉睫，必須開展預先探究、型號研制，不斷更新過濾分離技術，為用戶提供更多、更優質的新產品。在這個過程中，要嚴格按照有關標準開展工作，使過濾分離工作不斷完善和系統化。新的形勢下，過濾器的技術性能和結構設計既面臨著新的發展機會，也面對著較大的困難。小型化、組合化、集成化、多功能等是過濾器結構設計的必然要求。

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.011