改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器處理含油污水的工業(yè)性試驗(yàn)研究

1、改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器處理含油污水的工業(yè)性試驗(yàn)研究夏福軍(大慶油田工程有限公司,黑龍江大慶163712摘要根據(jù)改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾技術(shù)處理油田含油污水的前期試驗(yàn),進(jìn)行工業(yè)性放大試驗(yàn),驗(yàn)證了其處理含油污水的可行性,確定了過(guò)濾器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)。結(jié)果表明,作為油田含油污水處理工藝中的二級(jí)過(guò)濾設(shè)備,改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器處理后的水質(zhì)能夠達(dá)到大慶油田低滲透率油層回注水水質(zhì)控制指標(biāo),實(shí)現(xiàn)了膜濾技術(shù)在油田含油污水處理上的應(yīng)用,提高了處理后的水質(zhì),也為污水處理站出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)提供一種有效技術(shù)措施。關(guān)鍵詞改性聚四氟乙烯膜;精細(xì)過(guò)濾器;含油污水;污水處理中圖分類號(hào)X703.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)100

2、5-829X(201101-0048-03Study on the industrial experiments of the treatment of oil-bearingwastewater with modified PTFE membraneXia Fujun(Daqing Oilfield Engineering Co.,Ltd.,Daqing163712,ChinaAbstract:An amplification work is carried out in accordance with the pre-modified PTFE membrane fine filtrati

3、on technology for treating oil-bearing water in oilfields,to verify its feasibility,and at the same time,to determine the design and operation parameters.The results show that after the oil-bearing water is treated by the modified PTFE fine filtration equipment,which is used as a second grade equipm

4、ent for treating oil-bearing wastewater,the quality can reach the water quality control index of low permeability oil-layer reinjection in Daqing Oil-field,carrying out the application of membrane technology to the oil-bearing wastewater treatment.The treated water quality not only has been improved

5、,but also ensured the wastewater treatment station to provide an effective measure.Key words:modified PTFE membrane;fine filters;oil-bearing water;wastewater treatment油田開采后期的含油污水在水質(zhì)上發(fā)生了很大變化,尤其是水中懸浮固體增多,懸浮固體顆粒變得更加細(xì)小,使得目前使用的雙層濾料過(guò)濾器很難適應(yīng)水質(zhì)變化,過(guò)濾后的水質(zhì)難以達(dá)到油田低滲透油層回注水水質(zhì)控制指標(biāo)(含油量8.0mg/L、懸浮固體含量3.0mg/L、顆粒粒徑中值2.0m

6、。根據(jù)前期的探索性試驗(yàn)結(jié)果,認(rèn)為改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾技術(shù)適應(yīng)油田開發(fā)后期的含油污水水質(zhì)變化,適于處理大慶油田高含水后期含油污水,不僅改善了回注水水質(zhì),也為油田外圍低滲透率油層的開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)保證。筆者對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了工業(yè)性放大試驗(yàn),并確定該精細(xì)膜過(guò)濾器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù),為今后的工業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。1工業(yè)性放大試驗(yàn)選擇在“杏十二聯(lián)含油污水新型高效處理現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工程”項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,進(jìn)行放大試驗(yàn)。1.1處理規(guī)模改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器1-2的處理量為5m3/h,選用的膜濾芯孔徑為0.8m單根過(guò)濾通量為0.231m3/(m2·h,過(guò)濾壓力0.30MPa,反沖洗壓力0.30MP

7、a。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置在濾罐內(nèi)對(duì)稱布置12根膜濾芯。1.2處理水質(zhì)改性聚四氟乙烯膜濾裝置進(jìn)出水水質(zhì)要求:原水:含油量10mg/L,SS10mg/L,SS粒徑中值5.0m。出水:含油量8.0mg/L,SS3.0mg/L,SS粒徑中值2.0m。1.3工業(yè)放大試驗(yàn)工藝流程改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的工藝第31卷第1期2011年1月工業(yè)水處理Industrial Water TreatmentVol.31No.1Jan.,2011流程見圖1。圖1改性聚四氟乙烯膜濾器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的工藝流程流程中改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器的來(lái)水來(lái)自海綠石-磁鐵礦雙層濾料過(guò)濾器出水。2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1處理量和過(guò)濾周期

8、的優(yōu)化選擇處理量為96m3/d、過(guò)濾周期為12h,以及處理量為120m3/d(滿負(fù)荷、過(guò)濾周期為12h和24h,進(jìn)行改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器過(guò)濾試驗(yàn),過(guò)濾壓力為0.05MPa。試驗(yàn)中取海綠石-磁鐵礦組成的雙層濾料過(guò)濾器出水、改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器出水,測(cè)定含油量、SS含量和SS粒徑中值并進(jìn)行對(duì)比,其試驗(yàn)結(jié)果見表1。表1不同處理量和過(guò)濾周期下的改性聚四氟乙烯膜過(guò)濾試驗(yàn)結(jié)果處理量/ (m3·d-1含油量/(mg ·L-1SS/(mg·L-1SS粒徑中值/m運(yùn)行周期/h雙層濾料出水膜濾出水雙層濾料出水膜濾出水雙層濾料出水膜濾出水96 2.35痕量 4.730.89

9、 2.474 1.54412 120 2.64痕量 5.15 1.09 2.198 1.65112 120 3.31痕量 5.37 1.17 2.216 1.59224分析表1中的數(shù)據(jù)可以看出:在處理量為96m3/d(小于設(shè)計(jì)負(fù)荷或120m3/d(滿負(fù)荷運(yùn)行,進(jìn)水含油量<5mg/L、SS<5mg/L,過(guò)濾周期為12h 或24h的條件下,經(jīng)改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器處理后出水的含油量、SS和SS粒徑中值均達(dá)到低滲透率油層回注水水質(zhì)控制指標(biāo),其含油量達(dá)到了特低滲透率油層回注水水質(zhì)控制指標(biāo)(1.0mg/L。2.2穩(wěn)定考核運(yùn)行試驗(yàn)試驗(yàn)選擇改性聚四氟乙烯膜過(guò)濾裝置滿負(fù)荷處理量為120m3/d

10、進(jìn)行穩(wěn)定考核試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖2。(a含油量變化(bSS變化圖2進(jìn)、出水的含油量和SS變化由圖2可以看出:處理量為120m3/d(滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),在進(jìn)水含油量平均為3.98mg/L和SS平均為5.34mg/L,過(guò)濾周期為24h的條件下,經(jīng)改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器處理后出水的含油量平均為0.40mg/L、SS為 1.20mg/L、SS粒徑中值為1.703m,均達(dá)到了油田低滲透率油層回注水水質(zhì)控制指標(biāo)。2.3反沖洗再生試驗(yàn)?zāi)ぞ?xì)過(guò)濾器能否保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo),關(guān)鍵在于濾膜的再生效果,而且膜精細(xì)過(guò)濾器在油田含油污水處理中進(jìn)行推廣應(yīng)用時(shí)面臨的最大問(wèn)題就是濾膜難以再生3-4,使用壽命短,更換濾膜費(fèi)用較高。針

11、對(duì)濾膜的再生問(wèn)題,根據(jù)前期小型試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾裝置進(jìn)行了“氣水水”以及“氣水”反沖洗再生方式的優(yōu)化試驗(yàn)。2.3.1“氣水”反沖洗再生試驗(yàn)試驗(yàn)中采用的“氣水”反沖洗再生方式是“先氣后水”(運(yùn)行工藝見圖1。該反沖洗方式操作步驟為:首先打開膜精細(xì)過(guò)濾器的排污閥,排出罐內(nèi)的部分水,然后關(guān)閉反沖洗排污閥,隨后由反沖水管進(jìn)空氣,當(dāng)濾罐壓力升至0.3MPa時(shí),再打開反沖洗排污閥快速釋放罐內(nèi)空氣,反復(fù)多次,其中空氣反沖洗流量為1.6m3/min,沖洗時(shí)間5min;第二步停止進(jìn)空氣,使用濾后水進(jìn)行反沖洗,水反沖洗流量為26m3/h,膜過(guò)濾器進(jìn)口壓力為0.2MPa、出口壓力為0.18

12、MPa,沖洗時(shí)間10min。采用“先氣后水”反沖洗方式時(shí),在水反沖洗階段,每隔1min取反沖洗排水測(cè)定含油量、SS含量,其隨時(shí)間的變化情況見圖3。從圖3可以看出:經(jīng)過(guò)5min的氣洗,再進(jìn)行10min的水洗后,反沖洗排水中的含油量降為試驗(yàn)研究工業(yè)水處理2011-01,31(10,SS降為2.0mg/L以下(反沖洗時(shí)排水的含油量最初為14mg/L左右、SS在10mg/L左右。圖3“氣水”反沖洗排水的含油量及SS2.3.2“氣水水”反沖洗再生試驗(yàn)“氣水水”反沖洗再生方式為“先氣水混合反沖洗再用濾后水”,其操作步驟為:第一步用混合有空氣的水進(jìn)行反沖,關(guān)閉反沖洗排水閥,當(dāng)濾罐內(nèi)壓力達(dá)到0.3MPa時(shí)打開

13、反沖洗排水閥,反復(fù)操作多次,其中空氣反沖洗流量為1.6m3/min,水流量為1.38m3/(m2·h,沖洗時(shí)間5min;第二步使用濾后水進(jìn)行反沖洗,其中水反沖洗流量26m3/h,膜過(guò)濾器進(jìn)口壓力0.2MPa、出口壓力0.18MPa,沖洗時(shí)間10min。采用“氣水水”反沖洗方式時(shí),同樣在水反沖洗階段每隔1min取反沖洗排水檢測(cè)其含油量、SS含量,結(jié)果見圖4。圖4“氣水水”反沖洗排水的含油量及SS從圖4可以看出:經(jīng)過(guò)5min的氣水混合反沖洗及10min的水洗,反沖洗排水中的含油量減為0,SS降為2.0mg/L以下,但反沖洗排水的初始含油量為25mg/L左右、SS為58mg/L左右。由此說(shuō)

14、明氣水混合水反沖洗方式要比氣水反沖洗方式的沖洗效果好?！皻馑狈礇_洗再生方式可以有效地將濾膜截留的雜質(zhì)和污油沖洗掉,從而達(dá)到再生的目的,因此改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器的再生應(yīng)選擇“氣水水”的反沖洗再生方式,其運(yùn)行操作參數(shù)也得到確定。3經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)如果采用來(lái)水自然沉降罐混凝沉降罐雙層濾料過(guò)濾罐改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器的凈化水處理工藝,處理后出水能夠達(dá)到低滲透率油層回注水水質(zhì)的控制指標(biāo),其中改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器替代了現(xiàn)有的二級(jí)雙層濾料過(guò)濾罐。1座處理量為1.0×104m3/d的含油污水處理站,需要采用4座處理量為104.2m3/h的改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器過(guò)濾通量按0.278m3

15、/(m2·h計(jì),單根流量按0.5m3/h計(jì),其與雙層濾料過(guò)濾罐的設(shè)備投資對(duì)比見表2。表2雙層濾料過(guò)濾罐與改性聚四氟乙烯膜過(guò)濾器的主要設(shè)施投資對(duì)比由表2可以看出,采用改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器代替二級(jí)雙層濾料過(guò)濾罐,使處理后出水達(dá)到低滲透油層回注水水質(zhì)指標(biāo)時(shí),改造1座處理量為1.0×104m3/d的低滲透含油污水處理站,只需增加主要設(shè)施投資35.2萬(wàn)元,工程投資較少。4結(jié)論(1改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器用于處理油田含油污水時(shí),能夠適應(yīng)現(xiàn)有水質(zhì)特性的變化,并可作為二級(jí)過(guò)濾設(shè)備替代油田目前在用的二級(jí)雙層濾料過(guò)濾罐;該過(guò)濾器選用濾膜孔徑為0.8m、單根過(guò)濾通量為0.231m3/(m

16、2·h的濾芯,采用下向進(jìn)水的方式進(jìn)行過(guò)濾。(2作為二級(jí)過(guò)濾設(shè)備,在保證進(jìn)水的含油量和SS均10mg/L的情況下,改性聚四氟乙烯膜濾后出水水質(zhì)可達(dá)到低滲透率油層回注水的水質(zhì)控制指標(biāo)要求,處理量長(zhǎng)期恒定不變,運(yùn)行周期內(nèi)進(jìn)出口壓差變化較小。(3改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器采用先氣水混合沖洗然后再水洗的反沖洗再生方式,可以使膜濾芯得到有效再生,其中第一步氣水混合反沖洗的氣洗流量為1.6m3/min,水洗流量為1.38m3/(m2·h,(下轉(zhuǎn)第73頁(yè)過(guò)濾設(shè)備濾料膜濾芯罐體規(guī)格濾罐數(shù)量設(shè)備投資/萬(wàn)元雙層濾料過(guò)濾罐石英砂、磁鐵礦D4.0m×4.4m4166.8膜濾器孔徑0.8mD

17、3.5m×3.0m4202.0工業(yè)水處理2011-01,31(1夏福軍:改性聚四氟乙烯膜精細(xì)過(guò)濾器處理含油污水的工業(yè)性試驗(yàn)研究表4硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定結(jié)果從表3和表4可見,電熱恒溫干燥箱消解法與壓力蒸汽滅菌器消解法測(cè)得的數(shù)值基本一致,準(zhǔn)確度和精密度都符合要求。結(jié)果表明,用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定水中總氮含量時(shí),可以用電熱恒溫干燥箱代替壓力蒸汽滅菌器進(jìn)行消解。2.4空白試驗(yàn)及檢測(cè)限用10mL 無(wú)氨水進(jìn)行空白試驗(yàn),采用完全相同的試劑和步驟進(jìn)行平行操作。分別用壓力蒸汽滅菌器和電熱恒溫干燥箱進(jìn)行消解,連續(xù)操作6d ,每天做2個(gè)空白值試驗(yàn),結(jié)果如表5所示。表5空白值測(cè)定結(jié)果3結(jié)論試驗(yàn)

18、結(jié)果表明,電熱恒溫干燥箱消解法的測(cè)定結(jié)果滿足實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的要求,測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。采用電熱恒溫干燥箱進(jìn)行消解時(shí)操作簡(jiǎn)便、溫度容易控制;干燥箱的空間較滅菌器大,可同時(shí)測(cè)定多份消解樣品,大大縮短了工作時(shí)間;消解時(shí)比色管中的試樣不會(huì)出現(xiàn)外溢現(xiàn)象,并且節(jié)約大量蒸餾水。因此,此消解方法可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高壓蒸汽滅菌器消解方法。參考文獻(xiàn)1劉珍.化驗(yàn)員讀本上冊(cè)M .3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998:212-218.2國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法M .4版.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002:254-258.3孫健,雷艷秋,甄宏.過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測(cè)定水中總氮的最佳條件J .北方環(huán)境,2002

19、(2:73-74.4王志偉,魏海峰.總氮測(cè)定中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題J .干旱環(huán)境監(jiān)測(cè),2005,19(1:63-64.5衛(wèi)紅.堿性過(guò)硫酸鉀消解·紫外分光光度法測(cè)定廢水中總氮J .現(xiàn)代科學(xué)儀器,1999(5:64-65.作者簡(jiǎn)介蔡海霞(1982,2002年畢業(yè)于華北科技學(xué)院,助理工程師。電話:0310-*,E -mail :hdwj5512780 。收稿日期2010-12-09(修改稿項(xiàng)目蒸汽滅菌器消解恒溫干燥箱消解測(cè)定值/(mg ·L -1 1.98,2.01,1.96,1.99,1.98 1.99,1.98,2.01,1.97,1.98平均值/(mg ·L -1 1

20、.98 1.99準(zhǔn)確值/(mg ·L -12.00 2.00相對(duì)誤差/%1.00.5次數(shù)蒸汽滅菌器消解恒溫干燥箱消解空白1吸光度空白2吸光度空白1吸光度空白2吸光度10.0230.0210.0220.02120.0270.0270.0250.02530.0190.0200.0170.01840.0240.0260.0220.02250.0300.0290.0260.02660.0200.0210.0200.020空白平均值0.0240.022標(biāo)準(zhǔn)偏差0.00190.0016檢出下限/(mg ·L -10.0250.021工業(yè)水處理2011-01,31(1蔡海霞,等:紫外分光光度法測(cè)定水中總氮的改進(jìn)消解方法!反洗時(shí)濾罐壓力為0.3MPa ,氣