油田采出水“微生物+超濾膜”處理工藝運行保障措施分析

大慶油田設計院有限公司

杏五二含油污水精細處理站投產于2009 年10月，采用“微生物+超濾膜”處理工藝，設計處理規模1.2×104m3/d，實際處理量0.8×104m3/d。主要工藝流程為“緩沖隔油池+高效氣浮+微生物+沉淀池+BAF 曝氣濾池+超濾膜過濾”。該站集成了專性微生物對有機物的強化處理及膜分離技術對懸浮物的截留性能[1]，出站水質達到“5.1.1”標準。

該站自投產以來，水質達標情況較好，能夠滿足注入水質“5.1.1”的指標要求。但在2010 年11月，由于含聚污水進入系統，對超濾膜造成了傷害，膜通量無法通過反洗恢復，短期處理量降至30%左右。通過調整來水、強化膜組的循環清洗，膜通量逐漸恢復。在這段期間內，摸索并制定了適合超濾膜的清洗維護方案，完善了“微生物+超濾膜”處理工藝的運行保障措施。2012 年至今，該站水處理量一直在0.8×104m3/d 左右，既保證了油田開發注水需求，又減輕了超濾系統處理負荷，使整個系統的運行保持穩定。

1 超濾膜清洗方案

為保證超濾膜的通量和處理效果，摸索出一套適合的反沖洗和化學沖洗方法是超濾膜運行管理工作的核心。超濾膜投產后，先后采用過恒通量變壓力、恒壓力變通量兩種方式運行，綜合考慮全廠污水平衡狀況以及超濾膜的運行管理情況，確定在不超額定壓力的情況下，保持恒通量變壓力方式運行。

1.1 水反沖洗

采用超濾產水對超濾膜進行反沖洗，通過反向水流去除過濾時積累在膜表面的污染物。反沖洗采用正沖+反沖的方式進行，正沖是對反洗的補充，防止膜絲斷裂、變形的同時，有效減少反洗時間，從而減少反洗水量。實際運行過程中底正沖效果不理想，因此僅采用頂正沖+反沖，時間分別是20 s和40 s，同樣能夠達到反沖洗的目的和效果。

1.2 化學加強反沖洗（CEB）

化學加強反沖洗是在水反沖洗的基礎上，將化學藥劑加入到超濾膜中，通過浸泡使化學藥劑與膜表面的污染物充分反應，再通過水反沖洗，把剩余的化學藥劑及污染物沖掉，去除水反沖洗不能去除的污染物。化學加強反沖洗周期為8 h，采用NaClO 作為清洗藥劑，加藥質量濃度40～50 mg/L，浸泡時間為10～15 min，采取化學加強反沖洗可保證超濾膜長期正常穩定運行。

1.3 化學清洗

當超濾膜運行一段時間后，化學加強反沖洗效果不明顯或跨膜壓差明顯增加時，需要采取化學藥劑清洗，恢復膜通量[2]。

（1）藥劑種類。在清洗過程中，無論酸洗還是堿洗，各種清洗劑都能使膜通量得到不同程度的恢復，說明采出水中的有機物和無機物對膜都有一定程度的污染，只是污染的程度不同[3]。對于單一的清洗劑，酸洗的膜通量恢復率稍差，但也在80%以上；堿洗的膜通量恢復最大，短期內基本能使膜通量完全恢復。因此，為了解決單一藥劑的清洗弊端，酸洗采用“HCL+檸檬酸”組合，堿洗采用“NAOH+專性清洗劑”組合，以提高清洗效果。

（2）化學清洗效果。酸洗后，運行壓力下降10 個百分點，反洗瞬時水量增加40 m3；堿洗后，運行壓力下降13個百分點，反洗瞬時水量增加50 m3，說明堿洗效果要好于酸洗。但多頻率重復性清洗后，膜通量呈下降趨勢[4]，并在下降到一定程度后趨于穩定。因酸洗和堿洗去除的污染物不同，所以不能相互代替，綜合使用才能達到最佳清洗效果[5]。

（3）清洗周期。當運行壓力接近0.12 MPa 或反沖洗壓力接近0.25 MPa 時，需采取化學藥劑清洗。投產初期，循環清洗周期為12 d，其中酸洗周期為6 d、堿洗周期為12 d。隨著投產時間的增加，膜組老化，通量自然衰減，將循環清洗周期調整為5 d，其中酸洗周期為2 d、堿洗周期為5 d。通過縮短清洗周期，保證了膜的進出水壓差，維持了穩定的產水量。但清洗周期的縮短，各種清洗劑使用頻率的增加，對膜的劣化造成了一定影響[6]。

（4）清洗前后水質分析。清洗前后，出水水質沒有大幅度變化，說明膜污染與否，對出水水質影響較小（表1）。清洗后含油基本達標，懸浮物偶有超標，為解決懸浮物超標問題，不能僅從超濾膜上找原因，應加強各個環節的水質管理。

表1 化學清洗前后水質對比分析Tab.1 Comparative analysis of water quality before and after chemical cleaning

2 “微生物+超濾膜”運行保障措施

為了提高進入膜組的水質質量，從原水水質入手，剖析膜前預處理工藝[7]，摸索出了一套行之有效的管理辦法。通過持續優化運行管理，較好地保證了該站的高效運行。

（1）合理控制緩沖隔油池液位。將緩沖隔油池液位由3 m 提高到4.3～4.8 m 之間，使原有剩余空間得到充分的利用；在增加沉降停留時間，提高油水分離效果的同時，避免液位過低引起底部沉積物上浮，含油和懸浮物的有效去除率增加了10%左右。

（2）調整氣浮裝置保證高效運行。對回流比和進氣量進行優化調整，曝氣效果始終呈現為乳白色小氣泡，對于去除30 μm 以下的油顆粒具有特殊功效[8]；對氣浮選刮油機軸承、刮板、鏈條等裝置進行檢修，保證最佳除油效果；2 臺高效氣浮裝置同時運行，延長停留時間，提高處理效果。

（3）維護菌種提高分解能力。堅持水質監測，判斷菌種活性。每月定期補充微生物菌種及營養劑，保持微生物菌種活性及對有機物的分解能力。注重曝氧泵的運行與維護，保證設備運行時率，減少微生物菌種的厭氧死亡數量。

（4）加強沉淀池排泥管理。在沉淀池內新增曝氣管，減少了浮泥的大面積聚集；將排泥周期由8 h 縮短為6 h，減少了底部污泥淤積；每年實施1 次人工清淤，徹底掃除沉淀池內雜物；3～5 年更換1次滑泥板，提高沉淀池排泥能力。

（5）調整反沖洗參數防止板結。曝氣生物濾池（BAF）選用火山巖濾料，其物理特性具有良好的污水處理效果[9]。曝氣生物濾池反沖洗水量需求大，72 h 反沖洗周期內濾料無法洗透、洗好。因此，將反沖洗周期由3 d 延長至6 d，解決了反沖洗水量不足、濾料清洗不徹底的問題。同時堅持每年對濾料進行1 次松動處理，解決了污泥聚集濾料易板結的問題。

（6）杜絕含聚污水進入系統。該站臨近區域已進入聚驅開發階段，鑒于之前低含聚污水進入系統對膜造成的污染和傷害，在日常運行管理過程中，通過合理優化調水工藝，將含聚污水封閉在注聚區塊內回注，避免了水驅見聚對膜系統的影響。

3 結論

（1）采用“微生物+超濾膜”處理工藝能夠滿足注入水質“5.1.1”指標要求[10]。

（2）膜通過化學循環清洗能恢復到最初的運行壓力，但隨著膜使用時間的增加，造成膜的運行時間縮短，反洗頻率加大。因循環清洗本身對膜也是一種傷害，所以在處理水量滿足生產需要的前提下，應該盡量減少清洗次數，以增加膜使用壽命。

（3）在進水水質無大波動的情況下，膜污染對出水水質影響較小。

（4）膜對進水水質的要求比較高，應該嚴格控制前端處理工藝。通過優化運行管理，嚴格執行各項措施，能夠實現膜組的長期、高效、穩定運行。

（5）超濾膜無法處理含聚污水，若應用于含聚污水處理需要尋求新的超濾膜技術。