陶瓷微濾膜處理油田采出水試驗(yàn)
行業(yè)動(dòng)態(tài)
我國油田水處理技術(shù)水平有了長足進(jìn)步，油田水處理設(shè)備產(chǎn)業(yè)已初步形成，但常規(guī)處理設(shè)備又滿足不了低滲透油田對(duì)注入水質(zhì)的較高要求（SY5329-94標(biāo)準(zhǔn)）。我國油田主力開發(fā)區(qū)低滲透油田所占比例逐年增大，各油田都加強(qiáng)了對(duì)油田注水水質(zhì)處理工藝及設(shè)備的研究，也引進(jìn)了國外的一些 技術(shù)和設(shè)備，其中較引人注目的便是陶瓷微濾膜過濾器，陶瓷膜是一種高新技術(shù)材料，它具有耐強(qiáng)腐蝕、耐磨損和耐高溫等優(yōu)良特性。
江蘇石油勘探局石油工程技術(shù)研究院的有關(guān)人員選用南京化工大學(xué)和U.S.Filter陶瓷微濾膜做了大量試驗(yàn)，探討了陶瓷微濾膜在處理油田采出水過程中的基本特征，并初步估算了其運(yùn)行成本，認(rèn)為具有工業(yè)放大試驗(yàn)的技術(shù)基礎(chǔ)。
江漢石油機(jī)械廠聯(lián)合撫順石化研究院共同利用U.S.Filter公司的陶瓷膜過濾器對(duì)油田采出水進(jìn)行了處理試驗(yàn)研究，提出應(yīng)用陶瓷微濾膜處理油田采出水所應(yīng)解決的一些問題。
1 試驗(yàn)情況
試驗(yàn)研究所用污水為遼河油田茨榆沱采油廠注水站砂濾罐的出口水，懸浮物含量為20～50mg/L，含油量為20～50mg/L，裝置進(jìn)口流量為20gpm，出口流量為5gpm。試驗(yàn)于1999年4月1日在撫順石化研究院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間為30d。
1.1 液流基本參數(shù)
研究系統(tǒng)的液流基本參數(shù)如下：
系統(tǒng)壓力 | 482.6kPa |
溫度 | 150F |
污水懸浮物 | ＜5% |
濃縮水懸浮物 | 20% |
污水pH值 | 2～12 |
原水流量 | 20gpm |
循環(huán)水流量 | 120gpm |
濃縮水流量 | 5gpm |
滲透水流量 | 5gpm |
1.2 陶瓷膜技術(shù)參數(shù)
陶瓷膜單根的技術(shù)參數(shù)：膜材料為Al2O3，商業(yè)標(biāo)稱孔徑為0.8μm，結(jié)構(gòu)為2.8ft，膜面積為5ft2。
1.3 試驗(yàn)結(jié)果
經(jīng)0.8μm陶瓷膜過濾器過濾后，水中懸浮物固體含量基本上小于1mg/L，顆粒直徑小于1μm，含油量小于3mg/L，可滿足特低滲透油田注水水質(zhì)要求。
2 試驗(yàn)中的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)
（1）關(guān)于陶瓷膜的化學(xué)清洗。膜的有效再生是實(shí)現(xiàn)膜長期操作的基礎(chǔ)，在實(shí)際運(yùn)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)油田采出水對(duì)膜的污染特征，分別采用不同的清洗劑。本次試驗(yàn)中，用2%的NaOH溶液和0.5%～2%的HNO3溶液，在60～80℃下清洗陶瓷膜過濾器20～30min，清洗效果很好。
（2）關(guān)于脈動(dòng)反沖洗。陶瓷膜是一種高強(qiáng)度無機(jī)膜，因此可以承受高壓脈動(dòng)反沖洗，即用氣缸產(chǎn)生瞬時(shí)逆向流，使膜面的動(dòng)態(tài)層或膜內(nèi)顆粒與膜脫離，由高速切向流帶走，不至于在膜面或膜內(nèi)積累，堵塞膜孔，降低過濾速率。脈動(dòng)反沖洗一定要貫徹設(shè)備運(yùn)行始終，膜壓降越大，反沖洗壓力越高。一般來說，反沖洗作用只是使污染物與膜分離，由水流帶走，所以反沖時(shí)間只需0.5～1s。實(shí)際操作中反沖頻率的初始值要大，當(dāng)過濾速率降低時(shí)，再降低頻率，以維持滲透水流量。
（3）關(guān)于陶瓷膜的過濾速率。陶瓷膜的過濾速率是單位時(shí)間內(nèi)透過單位面積膜面的水的體積。在滿足水質(zhì)要求的前提下，它是所追求的 目標(biāo)，因?yàn)檫^濾速率決定了設(shè)備應(yīng)用是否經(jīng)濟(jì)可行。
過濾速率受許多因素的制約，在其它條件不變的情況下，過濾速率減小的原因主要有兩點(diǎn)：
①小顆粒污染物堵塞膜孔，引起過濾面積減小，降低了過濾速率，要消除這些堵塞物只能通過過濾器化學(xué)清洗的方法。
②極化作用引起膜表面形成沉積動(dòng)態(tài)層，引起過濾速率降低。極化作用可以通過增加泵的排量來減弱，因?yàn)榕帕吭黾樱っ孢^濾速率提高，對(duì)膜面沖刷作用加劇，可大大削弱沉積動(dòng)態(tài)層。
另外，膜壓降、液體溫度、脈動(dòng)沖洗、頻率等因素都會(huì)對(duì)過濾速率有較大的影響。
（4）關(guān)于膜壓降。膜壓降即膜兩側(cè)的壓力差，在數(shù)值上等于膜進(jìn)出口壓強(qiáng)的平均值減去滲透水的壓強(qiáng)，當(dāng)溫度和流量設(shè)定后，膜壓降即決定了。一般來說，增加膜壓降，過濾速率會(huì)提高，但不是膜壓降越大，過濾速率就會(huì)越高。因?yàn)槟航颠_(dá)到某一值時(shí)在膜表面就會(huì)形成一層膠質(zhì)類污染物或引起膜孔堵塞，從而降低過濾速率。
當(dāng)膜壓降增大時(shí)，有些顆粒就會(huì)透過濾器膜層進(jìn)入滲透水一側(cè)，降低水的質(zhì)量。另外，原水中一般都溶有一定量的氣體，在膜過濾時(shí)應(yīng)保證滲透水一側(cè)的背壓，以防過濾時(shí)產(chǎn)生氣體。
當(dāng)膜壓降太高，滲透水的流量達(dá)不到額定值，設(shè)備就該停止運(yùn)行，進(jìn)行化學(xué)清洗。
3 結(jié)語
（1）從本次試驗(yàn)的分析結(jié)果可以看出，用陶瓷膜處理含油污水效果較好。處理后出水含油＜3mg/L，懸浮物含量＜1mg/L，固體顆粒直徑＜1μm，可滿足低滲透油田的注水水質(zhì)要求。
（2）陶瓷膜處理含油污水雖然效果不錯(cuò)，但制造成本高。本次試驗(yàn)所用全套設(shè)備是1996年從美國U.S.Filter公司引進(jìn)的，價(jià)格超過100萬人民幣。江蘇石油工程技術(shù)研究所測算處理規(guī)模為1000m3/d的陶瓷微膜系統(tǒng)，其成本在80萬元左右，看來陶瓷膜過濾器要投放市場需進(jìn)一步降低制造成本。
（3）陶瓷膜過濾器操作成本高。陶瓷膜過濾器在化學(xué)清洗過程中，除了需要使用堿和酸外，其清洗所用的水也很講究，要求水中的顆粒少，硬度低，含鹽量在100～200mg/L之間，硅酸鹽含量不超過5mg/L，鐵和錳含量不超過0.5mg/L。本次試驗(yàn)用水是RO反滲透水，如果膜清洗不徹底就得更換。另外，在設(shè)備停止運(yùn)行前需要用蒸汽或高壓水對(duì)其消毒，以防微生物生長而堵塞膜孔。江蘇石油工程技術(shù)研究所測算其運(yùn)行成本為1.5元/m3，本次試驗(yàn)運(yùn)行成本為2元/m3，費(fèi)用相當(dāng)高。
（4）陶瓷膜處理含油污水優(yōu)勢明顯，有很廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景，其主要障礙是制造成本，運(yùn)行費(fèi)用以及膜的污染等，在油田推廣使用還有很長的一段路要走，建議陶瓷膜研究和生產(chǎn)者同油田技術(shù)結(jié)合起來，粗濾設(shè)備與膜精濾設(shè)備結(jié)合起來，克服上述障礙，在油田推廣。但也應(yīng)看到，陶瓷膜處理油田污水并非油田工業(yè)中的答案。
