納濾在稠油采出水處理中的應用研究

楊萍萍

（中油（新疆）石油工程有限公司，新疆 克拉瑪依 834000）

稠油開發過程中需要大量的蒸汽，目前普遍采用過熱蒸汽鍋爐和燃煤流化床鍋爐來生產蒸汽，鍋爐用水采用凈化后的油田采出水，并且對進水水質的礦化度要求較高（過熱蒸汽鍋爐和燃煤流化床鍋爐TDS＜3 000 mg/L）。因此，利用有效的技術處理稠油采出水來滿足回用鍋爐要求非常重要。

相對于其他深度處理技術來說，納濾分離技術是一種低成本、低能耗的廢水深度處理技術，在節能減排、清潔生產、資源回收等方面展現了明顯的技術優勢[1-4]。而在采出水處理后回用鍋爐的過程中，納濾技術的應用是稠油油田的發展方向和必然趨勢[5-6]。本文研究納濾處理技術對于稠油采出水的處理效果，評價其應用前景。

1 水質特性

新疆油田風城稠油采出水水質分析結果如表1所示，采出水具有鈣鎂離子含量高、硅含量高，同時含油、含懸浮物高的特點，具有很好的代表性。

表1 稠油凈化采出水水質全分析

2 試驗條件

2.1 膜材料選型

針對納濾膜產品的產水量、脫鹽率等，初步篩選了7種膜，編號分別為NF1～NF7。筆者通過研究這七種納濾膜的滲透性能及其在稠油采出水處理過程中的適用性，評價處理效果。

2.2 膜材料選擇

本試驗先采用2 000 mg/L的NaCl溶液進行初步篩選。篩選出NF2、NF6、NF7三種納濾膜膜通量大于25（L/h）·MPa，然后進行下一步的試驗研究。

表2 7種膜的初步脫鹽評價

2.3 試驗參數確定

2.3.1 操作壓力

選取NaCl、CaCl2、MgSO4三種無機鹽配制成不同濃度的單鹽體系水溶液，進行納濾試驗，其中NaCl濃度為0.1 mol/L、0.2 mol/L，CaCl2濃度為0.02 mol/L、0.04 mol/L，MgSO4濃度為0.005 mol/L、0.01 mol/L。操作時間為160 min，考察操作壓力對各無機鹽溶液截留率的影響，其試驗結果如表3、表4和表5所示。

表3 操作壓力對NaCl的截留率影響

表4 操作壓力對CaCl2的截留率影響

表5 操作壓力對MgSO4的截留率影響

在本試驗的壓力范圍內，三種膜對三種單鹽的截留率均在0.6 MPa時達到最大值，NF2、NF6、NF7對NaCl截留率最高分別為84.2%、88.4%、92.0%，對CaCl2截留率最高分別為99.3%、100%、100%，對MgSO4截留率均為100%。

2.3.2 操作時間

在0.6 MPa的壓力下，選取NaCl（0.2 mol/L），CaCl2（0.02 mol/L），MgSO4（0.01 mol/L）三種無機鹽配制成不同濃度的單鹽體系水溶液，進行納濾試驗，考察操作時間對各無機鹽溶液截留率的影響，其試驗結果如圖1所示。

由圖1可以看出，操作時間對NaCl和MgSO4溶液的截留率影響較小，截留率的變化率小于5%。NF2、NF6、NF7三種納濾膜對MgSO4的截留率在90 min時均維持在95%以上，對NaCl溶液的截留率分別維持在77.3%、84.1%、85.9%。三種納濾膜對CaCl2溶液截留率隨時間的增加均呈增大的趨勢，變化較明顯，對于NF7，CaCl2截留率從82.9%增加至95.2%，增加了14.8%。

圖1 操作時間對NaCl、CaCl2和MgSO4的截留率

隨著膜裝置運行時間的延長，納濾膜對離子的截留率不斷上升，至一定數值后趨于穩定。造成該情況可能的原因為：隨著時間的推移，納濾膜逐漸被壓實，促使納濾膜產生了密實而緊湊的造構，因此膜的有效孔徑有所減小，這就強化了納濾過程的截留性能，截留了更多孔徑較小的分子。

同時，這種更加密實而緊湊的結構增加了納濾膜表面的電荷密度，由于電荷密度的增加，其對帶同種電荷分子的排斥作用加強，從而提高了納濾膜的截留率。

總之，通過試驗條件篩選，NF6、NF7納濾膜具有較好的處理效果，在操作間壓力0.6 MPa，操作時間為90 min時，鈉離子去除率達到85%，鈣鎂離子去除率達到95%，具有進行下一步試驗的基礎。

3 稠油采出水納濾適應性試驗

對于稠油凈化采出水，經過微濾-超濾去除采出水中大部分的油、懸浮物，采用操作壓力0.6 MPa，操作時間90 min進行一級納濾處理。結果如表6、表7所示，相關水體樣本比較如圖2所示。

表6 納濾工藝處理稠油采出水

通過表6可以看出，納濾膜對于一價陽離子的去除率達到85%，二價陽離子去除率達到95%，處理效果與預期結果一致，同時pH沒有變化，對于水型沒有影響。但是，其對于二氧化硅的去除率只有75%，在實際應用中應予以重視。

圖2 納濾工藝處理稠油采出水的進水和出水樣本比較

本項目以溶解性有機物DOC、UV254作為進水及產水中有機物含量的指標，分別考察了NF6、NF7兩種納濾膜對有機物的去除性能。

表7 操作時間對有機物去除率的影響

如表7所示，NF6、NF7膜對DOC有很好的去除效果，DOC的去除率在89.0%～93.5%，具有很好的處理效果。

4 結語

通過納濾膜在稠油采出水處理中的研究發現，納濾膜對于稠油采出水中鈉離子去除率達到85%、鈣鎂離子去除率達到95%、有機物去處理達到85%，具有很好的效果。同時，納濾膜具有操作壓力低、處理效率高、運行成本低的優點，在稠油采出水處理回用鍋爐方面具有很好的前景。