中石化胜利油田分公司纯梁采油厂 山东滨州 256504
摘要：无机陶瓷膜过滤技术是近些年应用较为成功的无机膜过滤技术之一，在食品加工、医药、精细化工等反面具有广泛的应用，陶瓷膜具有孔径分布窄、分离效率高、过滤效果稳定，化学性能好、耐酸、耐碱、耐强氧化剂、耐有机溶剂，抗有机物及微生物污染能力强，机械强度大，可高压反冲、再生能力强，无溶出物产生、不产生二次污染，分离过程简单、操作简便及膜的使用寿命长等优点。
关键词：无机陶瓷膜；分离
1技术原理
在本实验中，选用陶瓷膜进行研究。首先采用无机陶瓷膜装置对油田采出水进行过滤实验，探讨陶瓷膜的过滤特性，之后对油田回注水进行处理，探讨陶瓷膜处理油田采出水时的最佳操作参数、处理效果、膜污染以及膜的清洗方式等内容。
2 陶瓷膜实验装置与实验流程
2.1陶瓷膜组件
本文所用陶瓷膜组件为国内某公司生产，膜组件具有较好的亲水疏油性能。初步选用50 nm，200 nm，500 nm三种，分别实验三种膜组件能否使出水水质满足回注Ⅰ级要求。
2.2 陶瓷膜实验装置
本文根据研究的目的和内容，以陶瓷膜为过滤组件，参考《膜技术手册》及相关产品使用说明书，设计建造了陶瓷膜过滤含油污水实验装置，装置主要由循环泵、膜组件和计量设备（压力表、流量计）构成。实验中严格控制膜面流速、压力及温度。
2.3 实验流程
膜过滤操作：开始实验时，将料液加入原水箱，打开阀门V1、V2、使整个循环形成通路。启动进料泵，调节阀门V1和V2到实验所需流量和压力。打开出水阀门V3，V4或者V5，同时开始计时，根据流量计计算膜渗透通量。
膜清洗操作
水力清洗：反应装置运行一段时间后，停止电源，打开放空阀门V6、V7，待管路当中的残留料液排空后，关闭放空阀门V6、V7。在原水箱中加入清洗水，打开阀门V1、V2，打开电源，对膜进行水力清洗，之后测定膜通量恢复率。
化学清洗：反应装置运行一段时间后，停止电源，打开放空阀门V6、V7，待管路当中的残留料液排空后，关闭放空阀门V6、V7，测定此时的纯水通量（Jfw），再进行膜的清洗实验研究。按照研究方案配置一定浓度的清洗液，倒入原水箱中，打开阀门V1、V2，在低压高流速条件下循环清洗一段时间后，放出清洗液，并用纯水将系统中残留清洗液漂洗干净，再次测定纯水通量（Jw）。
清洗效果评价：本研究采用通量恢复率评价清洗效果，首先采用纯水测定膜的纯水通量（Jiw），接着膜组件在相同条件下处理油田采出水一段时间，停止反应装置，再次测定膜的纯水通量（Jfw），然后对膜进行清洗，清洗结束后，再次测定膜的纯水通量（Jw），通过式（3-1）表示清洗的膜通量恢复率（WFR）：
（3-1）
3 陶瓷膜的优选以及最佳操作参数的优化
3.1 实验水质
实验用水取自胜利油田纯梁采油厂樊家污水站，油田采出水经过水站一次除油罐、悬浮污泥床过滤处理后进入陶瓷膜实验装置。
3.2 膜孔径的优选
3种不同孔径的陶瓷膜油田采出水中的含油量和悬浮固体都有较好的去除效果，出水含油量指标都能够达到Ⅰ级标准，但悬浮物并不是都能够达标，其中200nm孔径的膜组件出水悬浮物含量均＞1.0mg/L，100nm的膜组件出水悬浮物含量大多数低于1.0 mg/L，个别检测数据高于1.0mg/L，通过以上综合分析，选定的膜组件为50nm膜组件。
3.3 跨膜压差的选择
当跨膜压差在0.08Mpa至0.16Mpa之间，膜通量和跨膜压差近似为线性关系，当跨膜压差大于0.16Mpa时，膜通量增加幅度较小。分析因为根据凝胶层阻力模型，当膜表面凝胶层形成后，增加跨膜压差凝胶层厚度会随之增加，从而导致膜通量下降。
通过以上分析，考虑跨膜压差对膜通量的影响，同时根据膜厂家的建议及考虑动力消耗费用等因素，选择跨膜压差为0.16Mpa为宜。
3.4 膜面流速的选择
在较低膜面流速时，膜通量随着膜面流速的增大而增加，但超过5m/s时，随着流量的增大膜通量出现下降，这一现象在其他操作条件下也得到验证。在较高的膜面流速下（>4m/s），膜通量随膜面流速的增加而减小，分析原因是在较高的膜面流速下，污水在膜管内部停留时间过短，此外还可能因为流速较高使得膜管内部压力不均匀，最终导致的膜通量下降。
考虑到高膜面流速带来的高能耗问题，建议膜面流速控制在4~5m/s之间。
3.5 温度的选择
温度对膜通量的影响较为显著。通量与温度近似成线性关系。这是由于污水的粘度随着温度的上升而降低，扩散能力随着温度的上升而增加。另一个方面，温度的提高降低了膜面渗透压，使得通量升高。但油田采出水温度一般在为30~55℃之间，通过提高待处理废水的温度来提高膜通量是不实际的。因此，在实际运行中，不对温度进行控制。
4 陶瓷膜处理含油污水效果研究
4.1 油含量去除效果
陶瓷膜在不同进水水质条件下对含油污水中石油类物质的去除效果，可以看出，出水含油量均能够稳定在1.0mg/L以下，出水平均含油量为0.18mg/L，去除率在95%以上，平均去除率达97.44%，可知无机陶瓷膜对含油污水的处理效果非常理想，完全能够达到SY/T5329-2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》中Ⅰ级标准，即含油量≤5mg/L。
4.2 悬浮物去除效果
在陶瓷膜参数优化试验同时，对不同时间段的陶瓷膜出水含油量和悬浮固体含量进行检测。
经过陶瓷膜处理后污污水中悬浮固体含量指标检测值均小于1.0mg/L，平均去除率大于85%，表明陶瓷膜污水中的对悬浮固体的截留去除效果较好，处理水质能够达到SY/T5329-2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》中Ⅰ级标准，即悬浮物含量≤1mg/L。
5陶瓷膜污染清洗再生技术研究
通过大量的实验研究表明，在膜过滤过程中，随着膜过滤的进行，过滤液中的微粒及胶体等杂质会逐渐吸附、沉积的，在膜表面形成凝胶层，堵塞膜孔道，导致膜污染的发生，通过调整运行参数，比如增大膜面流速、增加反冲洗频次等曹锁在一定程度上能够减缓浓差极化，延缓凝胶层形成，从而延长膜的使用周期，但最终膜污染不可避免，此时，物理方法对膜通量的再生帮助不大，只有采用化学清洗方法才能使陶瓷膜通量得到恢复，实现再生。
6小结
1.选用膜孔径50 nm陶瓷膜处理后污水水质含油量、悬浮固体含量、颗粒直径中值三项指标能够达到SY/T5329-2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》中Ⅰ级标准。
2.跨膜压差、温度、膜面流速都对陶瓷膜通量有影响，试验最佳运行参数为跨膜压差0.16MPa，膜面流速4m/s。
参考文献：
[1]纳滤膜对溶解性有机物的分离及膜通量衰减机制研究[D].晁爱芬.哈尔滨工业大学 2013
[2]超滤法处理油田采出水技术及其膜污染机理研究[D].余剑锋.长安大学 2003
论文作者:郝佳佳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/23
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