返排液膜技術處理

尚偉

摘 要：在油氣田的壓裂生產過程中會產生大量返排液。該廢水含有大量成分復雜的有機和無機化合物（主要是鹽，礦物質和油），處理難度大，對環境的污染嚴重，引起了全球范圍的廣泛關注。目前存在多種物理和化方法來處理頁巖氣廢水，但都存在各種缺陷。只有對每個問題全面深入了解才能帶來更好，更高效的解決方案。本文根據最新發現和最近發表的相關文章，對返排液的四種膜技術處理方法進行了研究。此外，對這些治理方法遇到的挑戰和機遇進行了討論分析。最后提出了返排液回用的潛在應用前景。

關鍵詞：返排液；膜技術；廢水回用

1返排液性質

返排液是油氣田水力壓裂生產過程中的產物，主要由含水層中的水和鉆井時向地層注入的水組合。返排液通常與油藏，井或管道中的碳氫化合物接觸，因此它是一種非常復雜的混合物，包括有機組分，陽離子（如鎂、鈣和鐵），陰離子（如碳酸鹽、溴化物和硫酸鹽）和重金屬（如鋇，鈾，鎘，鉻和鉛）[1]。重金屬與一般有機成分相比毒性較低[2]。另外，它還含有在鉆井和生產過程中添加的化學藥劑。返排液的物理化學性質根據油氣田的地理位置，地質構造和生產的碳氫化合物的類型（例如重油，中油，輕油，貧煤氣等）不同而發生很大差異。此外，返排液的水質特征和產水量在油氣田的整個使用壽命期間都會發生變化：油氣開始生產階段，產水量非常小，隨著油層變老，產量增加。返排液通常含有一些固體，包括沙子，淤泥，碳酸鹽和粘土。 此外，返排液含有一些厭氧細菌，這些細菌可能會造成腐蝕。總之返排液成分復雜，產量巨大。

2 膜處理方法

目前存在多種物理和化方法來處理返排液，但高昂的處理成本，使用有毒化學品，設備安裝的空間限制以及產生額外的污染等各種局限促使研究人員開發出用于該廢水處理的膜方法[3]。膜是由有機和無機材料合成的薄膜，在外壓力驅動下將進水中特定組分與水分離。分離的具體組分依賴于所用膜的孔徑 [4]。按照孔徑的由大到小分為微濾（MF），超濾（UF），納濾（NF）和反滲透（RO）。膜工藝便根據應用的膜進行分類[5]。

微濾膜可用于懸浮顆粒的分離，因此它只能用于返排液的預處理。 Cakmakc等人[24]研究了膜工藝在返排液處理中的應用，他們使用了孔徑為0.2微米的乙酸纖維素制成的MF膜，作為NF和RO工藝的預處理。 Ebrahimi等人[6]研究了用不同陶瓷膜（MF膜）處理油田返排液。

超濾膜是處理石油污染廢水的膜技術之一，比其他常規方法（固液分離器、混凝、吸附等）更有效。該方法的優點包括除油效率高，無化學添加劑，低能源成本和安裝空間小。在一項工作研究中，通過利用中試規模工廠比較了MF和UF膜用于油田返排液處理的效果[6]。這項工作的結果表明，與MF膜相比，UF膜出水符合排放標準。還得出結論：對于返排液處理，優選截留分子量為100至200kDa的UF膜。

實驗研究表明，RO/NF膜技術處理返排液效果最好，出水水質可達到灌溉或者回用的標準。但RO/NF之前必須使用適當的預處理以降低膜污染。所有前面提到的常規方法都可以用作RO/NF膜系統的預處理階段。RO/NF系統的資金成本取決于所需廢水的回收率，膜的材料和現場位置。另外，廢水水質（如總溶解固體（TDS）、有機物等）也會影響運營成本。

3 結論

這項工作主要闡述了油氣壓裂返排液的來源和特征。主要針對這種高鹽度、高污染的廢水的不同膜處理方法進行了討論。實際工業中不會存在單一處理返排液工藝，所以開發和改進混合和綜合工藝意義重大。本文對返排液處理的最佳方法的選擇也進行了研究，這些工藝在很大程度上取決于返排液來源，其化學性質和設備安裝的空間限制條件。最后，處理后的返排液將成為某些應用的有效水資源，例如工業和灌溉。

參考文獻：

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