基于膜分離的小型氣田污水處理系統

摘要：隨著我國經濟及社會的飛速發展，人們對生活質量的要求越來越高。作為低成本、清潔、高效且污染少的一種能源，天然氣越來越得到人們的青睞。天然氣資源得到大量開采，同時也產生氣田污水這個難題。由于其占地面積小、水量小等，不適合運用傳統的含油污水處理技術。故本文主要介紹了適合處理氣田污水的膜分離-催化氧化技術及基于膜分離的小型氣田污水處理系統。

關鍵詞：膜分離；催化；氣田污水

中圖分類號：U664.9+2 文獻標識碼：A 文件編號：2095-672X（2017）03-0165-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.088

Abstract： With the rapid economic and social development， peoples quality of life requirements are getting higher and higher. As a low-cost， clean， efficient and less polluting energy， natural gas is getting more and more popular. Natural gas resources are a lot of mining， but also produce gas field sewage this problem. Because of its small footprint， small water， etc.， gas field sewage is not suitable for the use of traditional oily wastewater treatment technology. Therefore， this paper mainly introduces the membrane separation - catalytic oxidation technology suitable for treating gas field sewage and small gas field sewage treatment system based on membrane separation.

Key words：membrane separation；catalysis；gas field wastewater

經濟、社會的快速發展，極大的提高了人們的生活質量，人們對生活品質的要求相應的也日益增高，天然氣因其節能環保在人們生產、生活中的使用越來越多，開采產量逐漸增大，同時也產生大量的氣田污水。氣田污水的污染物含量低、種類少，但由于集氣站分散，水量在0.1方～200方左右，一般通過管道或車運收集后，集中處理達標后排放，或者深層回注。相對深層回注，處理達標排放要求對其進行更加高標準的處理，達到排放標準的要求，并具有較好的經濟性?？偨Y發現，氣田污水有以下特性：處理地分散且產水量相對不大；不同氣田、不同層位水質差異較大；水溫一般在40℃到60℃之間波動，相較一般污水，偏高；污水的離子與有機物成分復雜且礦化度一般比較大；COD在幾百到幾萬之間波動[1]；容易結垢；易隨外在條件變化而變化；容易腐蝕與之相接觸的金屬；極少部分污水含有硅及蠟等物質；水中一般含有二氧化碳，可能含有硫化氫等溶解性氣體；可能含有天然氣生產工藝投加物，如緩沖劑、防凍劑[2]等；處理后產品具有資源價值[3]；總得來說，就是高復雜性、高污染性、高波動性及高腐蝕性，故要選擇合適的氣田污水處理工藝，使氣田污水達到相關標準。

1 膜分離-催化氧化技術

常用的含油污水處理方法有氣浮法、水力旋流法、生物法、電絮凝法及絮凝法，一般都有占地面積大、有二次污染、投資費用較高等問題，結合上述介紹的氣田污水的特性，膜分離法是適合處理氣田污水的較好方法之一，但膜分離技術也存在缺點，處理速率慢還易污染分離膜。

本文研究將膜分離法與催化氧化法聯合起來處理氣田污水。具體工藝流程見圖1。

該工藝以氣田污水為處理目標，主要經過初級消毒、一次分離、催化氧化及二次分離幾個步驟后達到回用或排放標準的目的。其中，一次分離與二次分離主要是對污水中的顆粒物進行分離；臭氧在初級消毒及催化氧化中都有使用，這兩個步驟主要去除了石油類的一些有機物。經過上述工藝處理的污水可以達到排放標準。

膜分離是根據濃度、電位或者壓力的不同，將污水中的水與污染物進行分離達到凈水的目的。材質是合成的或天然的具有選擇透過性的高分子膜。分離膜直接影響處理結果，根據氣田污水的特性，選擇分離膜應考慮耐高溫、親水性好、耐腐蝕、穩定性高[4]等方面。另外，分離膜易受污染也是一個研究的難題，目前，我們可以通過清洗分離膜及控制分離膜運行條件的方法減少分離膜的污染。

作為氣田污水的主要指標之一，COD 的去除是所有氣田污水處理工藝的重點，也是難點。難點是由于氣田污水中COD的組成非常復雜，有可溶于水的有機物、油溶性有機物及各種化學添加劑等；重點是去除了COD，就解決了去除污水重要污染物的問題。該工藝中主要運用臭氧催化氧化技術處理污水中的COD，原理是由于臭氧具有強氧化性，能將以碳水化合物為主的COD氧化成水與二氧化碳。另外由于臭氧具有除臭、脫色及殺菌的功能，該技術還可以在其它方面對氣田污水進行處理。為了提高整個系統的處理氣田污水的速度，我們還在其中加入了固體催化劑，使難降解有機物更好更快的轉變為易處理的小分子物質，加快整個工藝的處理速度。

將兩者有機結合，即可對水中的COD、離子、顆粒物等進行有效處理，使氣田污水達到排放或回收的標準。

2 基于膜分離的氣田污水處理系統

圖2是氣田污水處理系統圖。0#污水儲液罐中裝有氣田污水，首先使用臭氧技術對污水進行預處理，除去自由沉降的大顆粒物質及懸浮物質，并將臭氧直接通入氣田污水中除臭的同時有效殺死氣田污水中的微生物，這時要格外注意爆炸的可能，也要杜絕可燃氣體進入后續設備中。經過預處理后的氣田污水隨后進入微濾分離膜[5]，可以分離污水中大小在0.05-10μm之間的顆粒及微生物，微濾膜分離速度快、沒有介質脫落、吸附物少、通過量大且投資低，減少污染物的同時，也為后續處理打好了堅實基礎。經微濾處理后的污水隨后經過超濾膜的處理，超濾膜的膜孔徑為2-20nm，主要除了去除氣田污水中的大分子物質外，還可去除溶解油。經超濾處理的污水隨后又經過臭氧技術處理，這次采用臭氧與固態催化劑相結合的方式，主要去除氣田污水中的COD，使之變成無害的水和二氧化碳。經過臭氧處理后的污水再經過納濾膜處理，納濾膜膜孔徑為1-2nm，主要是進行濃縮除鹽，使氣田污水中的小分子物質分離出來，最后水中僅含有無機鹽及部分小分子有機物，達到直接排放的標準。

整個系統運行一段時間后，要定期進行出油排泥工作，通常是3個月左右一次。并要定期對分離膜進行清洗，防止出現堵塞現象，影響出水水質[6]。處理氣田污水時一定要考慮到安全因素，對整個系統進行防爆處理，采取通風防爆、采用不易燃不易爆儀器設備，設置可燃氣體檢測儀和報警系統等，杜絕爆炸、火災的發生。除此之外，接線盒、燈具等都要進行相關的防爆隔爆措施，這里就不一一闡述了。

3 結論

近些年來，天然氣以其低成本、低污染、能效高等優點，得到越來越多的關注，在一次能源消費占比逐年提高，大量開采天然氣帶給人們生活便利的同時，也帶來氣田污水的污染。本文首先介紹了氣田污水的特性，并比選了常見的氣田污水處理方法，選擇了膜分離技術處理氣田污水，進而介紹了膜分離催化氧化工藝，最后介紹了整個氣田污水處理系統及相關防爆措施。以期為后續氣田污水處理研究人員提供理論和設計指導。

參考文獻

[1]唐善法，劉芬.氣浮技術處理聚合物驅含油污水研究[J].石油天然氣學報，2006，28（4）：131-133.

[2]王勇.用水力旋流器凈化油田采出水[J].油氣田環境保護，1991，4（1）：25-29.

[3]李恒進，田超，謝玉文.油田含油廢水生化處理技術研究及應用[J].生產與環境，2006，6（8）：27-29.

[4]王車禮，裴峻峰等. 電絮凝處理油田廢水初步研究[J].油氣田環境保護，2002，12（3）：19-21.

[5]鄧秀英，油田采出水處理技術綜述[J].工業用水與廢水，1999，30（2）：7-9.

[6]藺愛國，劉培勇，劉剛等.膜分離技術在油田含油污水處理中的應用研究進展[J].工業水處理，2006，26（1）：5-8.

收稿日期：2017-05-03

作者簡介：劉靜（1970-），女，本科，工程師，研究方向為氣田污水、生活污水、飲用水處理等。