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膜分离技术在油田含油污水处理中的应用分析
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2021-04-08 13:08:32 浏览次数:
作者:李  琦 (大庆油田设计院给排水室,黑龙江 大庆 163000) 

摘  要:现阶段我国油田开发主要采用的是注水开发的方式,该方式当油田进入高含水期之后,采出水量会增长,但是同时含油污水也会增多。所以在油田开采的过程当中,如何用最少的经济成本处理含油污水是现阶段油田开采节约成本的方式之一。膜分离技术是近十几年油田处理含油污水主要的方法之一,专家通过对该方法原理的研究,提高了膜分离技术处理油田含油污水的效率。本文将指出膜分离技术当中膜的种类,说明膜污染的原理以及预防和清洗的方式,最后分析利用膜分离技术在处理油田含油污水时的影响因素。

关键词:膜分离技术;油田;含油污水

在对膜分离技术进行分类的时候,大多数是根据滤过膜孔径的不同而进行的,进而可以将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜以及反渗透膜。首先,微滤膜主要指的是孔径在0.1-1 微米之间,在实际应用当中主要分离直径大的菌体以及悬浮的固体。而超滤膜主要指的是孔径在 0.05-1000um分子量之间的膜,在实际的应用过程当中主要负责分离大分子有机物、胶体以及悬浮的固体。其次,纳滤膜主要指的是截留分子量在 80-1000um 范围之内,而孔径以纳米为单位的膜,在实际的应用过程当中主要用于将小分子有机物、水以及无机盐等进行分离。最后反渗透膜的截留对象是所有的离子,只有水能够透过反渗透膜,在实际的应用当中,可以有效地除去可溶性盐当中的金属盐、有机物等物质,也能够分离出所有的离子。

1  膜污染

当采用膜分离技术进行油田含油污水的处理的时候,膜的透水通量会随着操作时间的推移而下降,这就是膜污染。膜污染是由于膜在处理含油污水的过程当中,自身会受到许多污染,进而导致浓缩溶液层或者胶体层的出现,膜的渗透通量就会大大下降,处理油田含油污水的效率也就会受到影响。在实际的油田含油污水处理当中,膜污染是限制污水处理效率最大的因素,所以在研究过程当中,应当通过控制膜的种类、控制液料的流速以及控制操作环境的温度等降低膜的污染程度。同时还要对已经被污染的膜进行及时清理。为了降低膜污染对油田含油污水处理的影响,在选择膜的种类的时候,要尽量选择耐污染性、强度以及热稳定性和化学稳定性都较好的膜,同时还要注意膜的使用寿命和孔径,在经济条件允许的范围之内选择质量最好的膜。其次在实际的油田含油污水处理过程当中,要保证低水通量进行过滤,同时实施间歇性的操作方式,降低膜污染的速度。最后在清洗被污染的膜的时候,要选用最合适的方式。在实际的清洗过程当中最常用的方式有化学清洗法、空曝气清洗以及水反冲洗等等。

2  影响膜分离效果的因素

2.1  操作压差

在应用膜分离技术进行油田含油污水处理的时候,渗透通量会受到操作压差的影响。由于油滴具有一定的压缩性,所以当压差不断增加的时候,油滴会被挤压变形,进而进入到膜孔当中,导致膜孔堵塞,最终造成膜通量降低的现象。所以说,当利用膜分离技术进行含油污水的处理的时候会由于油滴的压缩性存在一个临界压差,当压力不断靠近临界压差的时候渗透通量和压差的增加成正比,但是当超过临界压差之后,油滴会堵塞膜孔,进而导致渗透通量随着压差的增加而下降。

2.2  膜的种类

膜的种类是膜分离技术处理油田含油污水处理效果的决定性因素。在选择膜的种类的时候,需要根据油田含油污水的存在状态以及膜的孔经进行综合选择。膜的分离效果会随着膜孔经的大小而存在差异。当油田含油污水当中的油是以浮油和分散油为主的时候,选择孔经为 10-100um 之间的微滤膜较多。当油田含油污水中的油以稳定的乳化油和溶解油为主的时候,需要超滤膜的孔径小于 10um,所以需要选用亲水或者亲油的超滤膜进行处理,同时超细的膜孔也更加有利于破乳以及油滴的聚结。

2.3  液料浓度

通过许多专家的实验证明,液料的浓度又具有临界值的特点,也就是说,当液料的浓度在临界值以下的时候,膜的通量会随着压力增加而上升,同时,当液料的浓度超过其临界值之后,膜的渗透通量不会受到操作压力的影响,而主要是由膜面的流速决定的。其次,通过使用膜分离技术处理油田含油污水的时候实际上是一个液料浓缩的过程,所以存在一定的浓缩极限。当液料的浓度较小的时候,膜面没有形成覆盖层,所以当液料的浓度增大的时候,膜面的阻力也会增加,膜的稳定流通量也会随之降低。但是当液料的浓度较大的时候,由于油滴的粒径会变大,所以在膜的表面逐渐形成了覆盖层,使得细小的颗粒不能再进入膜孔当中,使得膜的阻塞被减缓,这时膜的稳定通量也基本不变。

2.4  温度

通过专业的实验研究发现,在运用膜分离技术处理油田含油污水时,施工环境变化的时候,含油污水的处理效果也会发生变化。当温度上升的时候,液料当中组分的溶解度会随着温度的升高而下降,使得吸附污染物的量增多,所以渗透液的黏度会随着温度的升高而下降,同时扩散系数也会增加,使得浓差极化带来的影响降低,有利于膜通量的提高。其次,膜面、膜孔与液料当中引起污染的成分的作用力也会受到温度变化的影响,进而影响到膜的渗透通量。

2.5  液料流动状态

当液料的流动状态发生变化的时候,膜的分离效率也会发生变化,所以在实际的油田含油污水处理过程当中,不仅仅要对膜的种类进行严格的选择,同时还要根据实际情况控制液料的流动状态进而增强膜的抗浓差极化以及抗污染行,调高膜分离技术处理油田含油污水的效率,进而延长膜的使用寿命,降低油田含油污水处理的成本。

2.6  膜的孔径

膜的流通量会受到膜孔径的影响,当膜的孔径分布较窄的时候,膜的过滤性能较好,并且随着孔径的增加,膜的流通量也会大大提高。当膜的孔隙率比较大的时候,膜孔的曲折率就会越小,所以膜的通量就会大大增加。但是当膜的孔径过大的时候,会由于内吸附较强,进而导致高污染的速率增加,这时渗透通量反而会大大下降。

2.7  操作时间

利用膜分离技术进行油田含油污水处理的时候,膜表面的污染率会随着时间的延长而上升,这时膜的表面就会出现浓缩溶液层或者胶体层,进而导致膜的通量越来越小,严重影响到油田含油污水的处理效率。所以在实际的污水处理过程当中,要注意操作时间,并且每隔一段时间对膜上的污染物及时进行清洗,避免影响到油田含油污水的处理效率。

3  结束语

采用膜分离技术进行油田含油污水的处理,相对于传统的处理方法来说,大大提高了油田含油污水的处理效率,提高了油田的开采速率。在实际的处理过程当中,膜的渗透通量和污水处理效率会受到许多因素的影响,想要进一步提高污水处理的效率,就要针对膜的渗透通量进行处理。首先在选择膜的种类的时候,要保证膜的质量,在经济允许的范围之内,提高膜的耐污染性、耐热性以及强度等性质。其次还要加强对工作环境以及操作时间的管理,降低膜污染发生的概率。