超濾-反滲透工藝深度處理勝利油田含聚采油廢水試驗研究_

1、國內(nèi)圖書分類號:X703.1 學(xué)校代碼:10213國際圖書分類號:628.3 密級:公開工程碩士學(xué)位論文超濾 -反滲透工藝深度處理勝利油田含聚采油廢水試驗研究碩 士 研 究 生:封象水導(dǎo) 師:高金良 副教授副 導(dǎo) 師 : 付 林 高 級 工 程 師申 請 學(xué) 位 :工程碩士學(xué) 科 領(lǐng) 域 :環(huán)境工程所 在 單 位:勝利油田森諾勝利工程公司 答 辯 日 期 :2009年 3月授予學(xué)位單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)Classified Index: X703.1Dissertation for the Master Degree in EngineeringEXPERIMENTAL STUDY ON ULT

2、RAFILTRATION + REVERSE OSMOSIS PROCESS USED IN DVANCED TREATMENT OF POLYMER-BEARING PRODUCED WATER IN SHENGLI OILFIELDCandidate: Feng XiangshuiSupervisor: Associate Prof. Gao Jinliang Assisting Supervisor: Senior Engineer FU LinAcademic Degree Applied for: Master of EngineeringSpeciality: Environmen

3、tal EngineeringAffiliation: Shengli Oilfield Sennuo Shengli Engineering CompanyDate of Defence: March, 2009Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘 要隨著水資源短缺和水污染的日益嚴(yán)重,水已成為采油工業(yè)發(fā)展的制約因 素。聚合物驅(qū)采油廢水中含油量高,聚合物含量高,油水分離的難度大。傳統(tǒng) 含油污水處理工藝己經(jīng)不能滿足油田回注水水質(zhì)要求。試驗采用超濾反滲透系 統(tǒng)處理聚合物驅(qū)采油廢水,然

4、后將反滲透產(chǎn)水作為油田回注水,從而使循環(huán)回 注水滿足配制聚合物要求,實現(xiàn)水資源循環(huán)利用,減輕環(huán)境污染。超濾 -反滲 透技術(shù)已在勝利孤島采油廠孤四污水站現(xiàn)場進(jìn)行試驗研究。試驗以國產(chǎn)超濾膜和反滲透膜為基本單元。試驗首先采用超濾反滲透工藝 處理聚合物驅(qū)采油廢水,通過試驗來驗證超濾系統(tǒng)對于聚合物驅(qū)采油廢水的耐 受性,超濾與反滲透聯(lián)合工藝的可行性,并確定超濾與反滲透系統(tǒng)的最佳工 況。試驗分別對超濾系統(tǒng)中懸浮物、濁度的、石油類、有機(jī)物、聚合物、離子 及細(xì)菌的去除效果,反滲透系統(tǒng)中脫鹽效果及對不同離子去除效率, pH值、 電導(dǎo)率指標(biāo)對反滲透系統(tǒng)進(jìn)出水性質(zhì)的影響,反滲透含聚采油廢水出水中礦化 度與聚合物粘度趨

5、勢關(guān)系以及反滲透出水粘度與同實驗條件黃河水稀釋聚合物 粘度隨時間變化規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)性研究。結(jié)果表明,超濾可有效去采油廢水水中 的懸浮物、降低石油類物質(zhì)含量,產(chǎn)水的水質(zhì)、水量完全滿足反滲透膜進(jìn)水要 求。在反滲透水處理工藝中,給水 pH 控制在 6.37.6之間,預(yù)處理系統(tǒng)是反 滲透系統(tǒng)正常運行的保障。通過超濾 -反滲透技術(shù)處理聚驅(qū)采油廢水回用試驗,證明超濾 -反滲透工藝 流程對有機(jī)污染物、含鹽量等具有明顯的去除效果。采用超濾 -反滲透技術(shù)處 理裝置可以使聚驅(qū)采油廢水達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn),并且運行穩(wěn)定、出水水質(zhì)安全可 靠。該工藝的研究為含聚采油污水配制聚合物回注原地層提供了科學(xué)依據(jù)和技 術(shù)保障。關(guān)鍵詞:含聚

6、采油廢水;超濾;反滲透;脫鹽;膜污染哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文AbstractWith the shortage of water resource and water pollution, water has become a constraint for oil industry development. The polymer-bearing produced wastewater has a high content of oil and polymer, and it is difficult for oil-water separator. The tradition wast

7、ewater treatment technology has been unable to meet the quality requirements of injection water. The research uses ultrafiltration - reverse osmosis treatment process to treat the oily wastewater, and the effluent of the reverse osmosis system is used as injection wate.As a result, the water quality

8、 can meet the requirements of configuration of polymer.At the same time,it realizes the reuse of water resource, and also reduces environmental pollution. The ultrafiltration - reverse osmosis technology has been used in the experimental study at Gusi Station of Gudao oil production plant.The experi

9、ment is made up by ultrafiltration membrane and reverse osmosis membrane which are made in China. Firstly polymer-bearing produced wastewater is treated by UF and RO. Ultrafiltration systemss tolerance for polymer flooding produced water and the feasibility and UF-RO technology are tested through a

10、series of experiments.The test of polymer flooding produced water reuse with ultrafiltration - reverse哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文osmosis treatment technology proves that this process has significant removal efficiency on organic pollutants and salinity. It can make polymer flooding produced water to reach the r

11、einjection standard, and run stably. The effluent quality is also reliable. The research of the process provides scientific basis and technical support for the injection, polymer-bearing produced wastewater, into the original stratigraphy of polymers.Keywords :polymer-bearing produced wastewater, ul

12、trafiltration, reverse osmosis, desalination, membrane fouling哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文目 錄摘 要 . I Abstract.II哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第 1章 緒論1.1課題研究背景目前,勝利油田大部分油田已進(jìn)入中后開發(fā)期, “ 三高一低 ” (即高含水、 高采出程度、高采油速度,低儲采比形勢嚴(yán)峻。為保持原油產(chǎn)量,油田強(qiáng)化 了注水、蒸汽吞吐、注聚等多種措施,加之邊底水活躍、油藏影響及邊緣區(qū)塊 注水難度較大等因素影響,一方面加劇了注采不平衡的矛盾,剩余污水現(xiàn)象

13、突 出 , 勝利油田采出污水量約為 73×104m 3/d,其中剩余污水約為 14×104m 3/d,目 前污水出路主要靠回注、回灌及處理后達(dá)標(biāo)外排來解決,但由于受注水量、回 灌區(qū)塊及 COD 外排總量的限制,無法完全消化現(xiàn)有的含油污水,環(huán)保壓力巨 大;另一方面,產(chǎn)出污水水質(zhì)變差,含油、含聚增加,處理難度加大;再則, 注聚開采造成了清水資源的極大消耗,而且還增加了剩余污水的量,剩余污水 問題更加突出。為解決剩余污水的出路問題,同時減少清水用量,降低采油成本,保障 油田的可持續(xù)發(fā)展,勝利油田開始了采油污水資源化利用工藝的研究和探索, 并在孤島采油廠孤四污水站針對含聚采油污水開

14、展了深度處理后用于替代清水 配聚的小試試驗,并將以此基礎(chǔ)開展擴(kuò)大性工業(yè)試驗。自從 1859年美國在賓西法尼亞洲發(fā)現(xiàn)了油田并生產(chǎn)出油氣開始 1,現(xiàn)代 石油工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了近 150年的歷史。在此期間,石油開采技術(shù)的發(fā)展大概經(jīng) 歷了一次采油、二次采油和三次采油三個階段。20世紀(jì) 40年代以前,油田開發(fā)主要是依靠天然能量消耗開采,一般采收 率僅 5%10% 2,我們稱為一次采油,也有些專家稱這種采油方式為 “ 衰竭式 開采 ” 。它是利用油層原有的能量進(jìn)行采油,以不注入任何流體為特征。由于 早期的油田開發(fā)技術(shù)水平比較低,使得 90%左右的探明石油儲量被留在地下 而廢棄 3。隨著滲流理論的發(fā)展,人們認(rèn)識

15、到油井產(chǎn)量與壓力梯度成正比,所以為 了提高地層壓力,提出了人工注水(氣的二次開采方式。這種采油方法一般 可以使采收率達(dá)到 30%40%4,是目前世界上各油田的主要開發(fā)方式,也是 油田開發(fā)技術(shù)上一次質(zhì)的飛躍。哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文隨著油田二次采油的持續(xù)發(fā)展,所需注水量也隨著不斷增加,采油井的 含水率隨之迅速地上升。為了解決上述問題和進(jìn)一步提高采收率,國內(nèi)外石油 工作者進(jìn)行了大量研究工作 5,6,在水中加入各種化學(xué)劑,這樣通過改變驅(qū)替 劑的物理化學(xué)性質(zhì),可以把剩余石油進(jìn)一步開采出來,這種新的方法就稱作三 次采油,國外稱之為 “ 強(qiáng)化石油開采技術(shù) ” 。三次采油是以注入特殊流體(如聚 合物溶

16、液、堿溶液、表面活性劑溶液或體系、二氧化碳、水蒸氣等為特征的 采油。這種采油方式遠(yuǎn)不同于二次采油,二次采油是依靠人工補充油層能量的 物理作用提高采收率,而三次采油方法是在注水保持油層壓力基礎(chǔ)上,又依靠 注入大量新的驅(qū)油劑,改變流體粘度、組分和相態(tài),具有物理化學(xué)的雙重作 用,不僅進(jìn)一步擴(kuò)大了注入水波及范圍,而且使分散的、束縛在毛細(xì)管中的殘 余油重新聚集而被采出。目前勝利油田已開始大面積的聚合物驅(qū)采油。隨著油田開采時間的延長,油層的壓力不斷下降,為了保持油層壓力, 提高采收率,常采用人工注水的方法向油層補充能量,因而原油的含水率將不 斷上升,這種從地層中隨原油一起開采出來的含有原油的廢水稱為采油廢

17、水。 這些采油廢水隨原油集輸系統(tǒng)進(jìn)入脫水轉(zhuǎn)油站進(jìn)行脫水、脫鹽處理,之后這些 被 “ 脫出來 ” 的廢水進(jìn)入廢水處理站,形成油田特有的含油廢水,又稱 “ 采出水 ” 或 “ 產(chǎn)出水 ” 7。(1 油 油類在采油廢水中的存在狀態(tài)可以分為浮油、分散油、乳化油 和溶解油,水中浮油形成油膜后阻礙大氣復(fù)氧,斷絕水體氧的來源。乳化油和 溶解油由于好氧微生物的作用,在分解過程中消耗水中溶解氧,使水體形成缺 氧狀態(tài),導(dǎo)致水體中 CO 2濃度增高, pH 值下降,使魚類和水生生物不能生 長。(2 有機(jī)物 采油廢水中含有的有機(jī)化合物如酚、氰、胺、醇和有機(jī)酸 等,一般毒性大,危害也較嚴(yán)重,且在水中的溶解度大,一般難以

18、去除。此 外,在生產(chǎn)過程中加入的破乳劑、水質(zhì)穩(wěn)定劑、浮選劑、阻垢劑等,都造成水 質(zhì)成分的復(fù)雜化,增加了廢水治理的難度。目前許多廢水治理合格率低,都是 由于這些污染物所造成。(3 富 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 采 油 廢 水 所 含 部 分 有 機(jī) 物 及 無 機(jī) 物 , 如 脂 肪 、 蛋 白 質(zhì)、氨、磷等,本身雖無多大毒性,但可作為水中某些好氧微生物的養(yǎng)分而被哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文生物氧化分解。在緩慢流動的湖泊,水庫、內(nèi)海等水域,由于生物營養(yǎng)元素的 增加,促進(jìn)了藻類等浮游生物的繁殖,會在水中形成密集的 “ 水華 ” 或 “ 紅潮 ” , 藻類死亡或腐化后又會引起水中氧的大量減少,使水質(zhì)惡化,變

19、黑發(fā)臭,魚類 死亡。(4 重金屬 采油廢水中所含重金屬濃度通常都較自然存在于海水中的 要多。重金屬在水體中不能被微生物降解,只能在各種形態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化、分 散和富集。重金屬進(jìn)入人體后,能夠和生理高分子物質(zhì),如蛋白質(zhì)和酶等發(fā)生 作用而使這些生理高分子物質(zhì)失去活性,也可能在人體的某些器官中積累,造 成慢性中毒。1.2勝利油田采油廢水現(xiàn)狀及存在的問題勝利油田采油廢水的產(chǎn)生量約為 73×104m 3/d,針對采油廢水的主要處理 途徑為處理達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后用作注水開采的回注水,除回注消耗掉一部分采油 廢水外,另外仍有約 14×104m 3/d出現(xiàn)剩余,對于剩余污水,勝利油田主要采 取了

20、回灌和外排的方式進(jìn)行處理,并進(jìn)行了小規(guī)模的資源化利用的探索。 (1 回注 目前勝利油田針對采油廢水的主要處理途徑為處理達(dá)到一定標(biāo) 準(zhǔn)后用作注水開采的回注水,約占采油廢水的產(chǎn)生總量的 80%。根據(jù)國內(nèi)外 的研究和實踐發(fā)現(xiàn),注入水的水質(zhì)優(yōu)劣對地層的影響很大。由于各油田具體地 理情況不同,相應(yīng)的滲透率也不同,因此注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也不相同。目前全國主 要油田都制定了本油田的注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),但都要達(dá)到國家對含油污水回注的指 標(biāo)要求標(biāo)準(zhǔn)碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法(SY/T 5329-1994 才能回注 8,其主要控制指標(biāo)為含油量、懸浮物含量和粒徑中值。(2 回灌 目前勝利油田對大部分剩余污水加強(qiáng)回灌,

21、平均回灌量約為 6.7×104m 3/d,約占總剩余污水量的 48%,由于受地層條件限制、套管破損等 因素限制難以實現(xiàn)全部回灌,再則回灌成本高且屬無效注水,因此對部分回灌 難度大的區(qū)塊,需要采取達(dá)標(biāo)處理后排放的措施或進(jìn)行處理后回用。(3 外排 目前勝利油田外排采油污水共建有三個采油污水處理廠,分別 是電廠粉煤灰采油污水處理廠、孤東外排污水處理廠、樁西長堤采油污水處理 廠,設(shè)計總處理能力 8.4×104m 3/d,均已接近滿負(fù)荷運行,均采取以氧化塘為 主的生化處理工藝,投產(chǎn)以來,運行都比較正常,污水處理效果較好,能夠穩(wěn) 定達(dá)到現(xiàn)有國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) (GB8978-1996

22、二級標(biāo)準(zhǔn)要求。但是隨哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文著山東省新的污水排放標(biāo)準(zhǔn)的實施,達(dá)標(biāo)外排的難度加大,國家的節(jié)能減排政 策和 “ 十一五 ” 期間污染物外排總量的大量削減也給勝利油田采油污水的外排帶 來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于受總量限制,外排水量已無擴(kuò)大可能。(4 資源化利用 勝利油田高度重視采油污水的資源化利用,并專門召 開了勝利油田采油污水資源化利用技術(shù)研討會,研討會聚集了國內(nèi)外數(shù)十家有 著采油污水處置經(jīng)驗和研究的企業(yè)和科研院所,對采油污水的回用途徑和技術(shù) 進(jìn)行了探討。并且在中石化總部的支持下,勝利油田開始了采油污水資源化利 用工藝的研究和探索,并在孤島、孤東等采油廠針對含聚采油污水開展了深度

23、處理用于替代清水配聚的小試試驗,一方面,這種工程的實現(xiàn)可以減少采油污 水的外排量,從而減少 COD 等污染物的外排量,符合 “ 十一五 ” 期間的環(huán)保目 標(biāo)要求,也符合國家污染物減排的總體趨勢;另一方面,這種工程的實現(xiàn),可 以替代清水這種緊缺資源,降低生產(chǎn)成本,并且能從源頭上減少剩余采油污水 的產(chǎn)生量,符合國家的節(jié)約能源的要求。但目前采油污水深度處理后資源化利 用工程尚無較大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用 9,10。表 1-1 聚合物驅(qū)采油出水的性質(zhì)及危害Table 1-1 Polymer flooding produced water characteristics and harm指 標(biāo) 性 質(zhì) 危 害

24、聚合物 濃度為 300-500mg/L,分子量 150-600萬 增加采出水的粘度,油水分離 難度加大含油量 濃度為 1500-7500mg/L 回注時堵塞地層,外排時造成污 染懸浮物 濃度為 30-100mg/L 造成地層堵塞 礦化度 濃度為 4000-5000mg/L 加速管道腐蝕微生物 常見有鐵細(xì)菌、腐生菌、硫酸鹽還原菌等造成管道腐蝕,堵塞地層聚合物驅(qū)采油廢水是從地層隨原油的開采過程一同攜帶出來的,該水經(jīng) 過了原油收集及初加工的整個過程,因此污水中雜質(zhì)種類及性質(zhì)都與原油地質(zhì) 條件、注入水性質(zhì)、原油集輸條件以及脫水工藝等因素有關(guān)。聚合物驅(qū)采油廢 水的主要污染物包括石油類、固體懸浮物、礦化度

25、、微生物和聚合物。同注水 驅(qū)采油廢水的水質(zhì)相比,聚合物驅(qū)采油廢水的成分更加復(fù)雜,處理難度更大, 它不能用于配制聚合物母液用水的最主要原因是這些雜質(zhì)會對配聚過程中所配 制的聚合物溶液帶來不良的影響,嚴(yán)重影響現(xiàn)場聚合物驅(qū)油效果。哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文根據(jù)實際調(diào)研,勝利油田處理采油廢水的技術(shù)有很多種,常用的處理方 法主要可分為以下幾種:(1 重力沉降 其機(jī)理是根據(jù)油水兩相存在密度差,在重力作用下,經(jīng) 過一段時間,油水混合物會自動分離。合理的水力設(shè)計和污水的停留時間是影 響除油效率的兩個重要因素,停留時間越長,處理效果越好 11,12。該工藝在國內(nèi)首先于 1969年應(yīng)用在大慶油田東油庫含油污水

26、處理站獲得 成功,并先后在國內(nèi)各油田推廣使用,國外許多油田也在采用類似流程 13。 該工藝流程處理效果好,對原水含油量變化適應(yīng)性強(qiáng),缺點是當(dāng)設(shè)計規(guī)模超過 1.0×104m3·d-1時,壓力濾罐數(shù)量多,流程相對復(fù)雜一些。(2 旋流分離 其機(jī)理是借助于離心力將密度較小的油滴從水中分離出 去 14,15。旋流分離技術(shù)作為一種高新分離技術(shù)用于油水分離的研究起源于英 國 South-Hampton 大學(xué)。目前該脫油技術(shù)在發(fā)達(dá)國家產(chǎn)油污水處理設(shè)備中特別 是在海上石油開采平臺上已成為不可替代的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備 16。與常規(guī)設(shè)備相比,利用水力旋流器處理油田含油廢水可節(jié)省投資 50%左 右,具有良好

27、的價格性能比,因此水力旋流器將在含油廢水處理方面得到越來 越廣泛的應(yīng)用。(3 氣 浮 技 術(shù) 氣 浮 就 是 在 含 油 廢 水 中 通 入 空 氣 或 設(shè) 法 使 水 中 產(chǎn) 生 氣 體,使廢水中顆粒粒徑為 0.2525m 的乳化油、分散油和懸浮顆粒粘附在氣 泡上,隨氣泡一起上浮到水面并加以回收,從而達(dá)到含油廢水除油、除懸浮物 的目的。大慶油田于 2000年 8月竣工投產(chǎn)了 3.0×104m3/d規(guī)模的含油廢水處 理試驗站,該站首次在大規(guī)模的含油廢水站中應(yīng)用了氣浮除油技術(shù),從目前的 運行情況來看效果良好 17。(4 化學(xué)處理法和電解法 化學(xué)處理法主要用于去除乳化油,一般是直 接用化

28、學(xué)藥劑來削弱分散態(tài)油珠的穩(wěn)定性,通常投加無機(jī)混凝劑如鋁鹽和鐵 鹽,然后通過沉降或氣浮法將分離的油去除。投加混凝劑后,氣浮除油的效率 可提高 10%25%。電解法去除乳化油效果良好,且沒有二次污染。電解法主要有電解氣浮 法和電解絮凝法。前者利用電解水產(chǎn)生的氧氣和氫氣形成微氣泡,進(jìn)行氣浮。 由于氣泡微小,能夠去除較小的油珠和懸浮粒子,廢水處理后可用于回注。后 者則采用消耗性電極,外加電壓使電極氧化而釋放出金屬離子,釋放出的金屬哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文離子的水解產(chǎn)物具有混凝作用。這種技術(shù)要求被處理的廢水有足夠的導(dǎo)電性, 以使電解池能進(jìn)行正常工作,并防止電極鈍化。(5 生物處理技術(shù) 采油廢水經(jīng)隔

29、油池和氣浮處理后,可采用活性污泥 法、滴濾法、曝氣法或接觸氧化法等生化方法處理。一種代表性的工藝流程如 下所示。中科院植物研究所和江蘇省植物研究所利用鳳眼蓮生態(tài)工程凈化處理 采油廢水 18,結(jié)果表明,在控制好條件的情況下,處理效果較好。(6 吸附法 吸附法是利用親油性材料來吸附水中的油。活性炭是常用的 吸附材料。此外,煤炭、吸油氈、陶粒、微孔陶瓷、微孔塑料、石英砂、木屑 和硼泥等也可作為吸附劑?；钚蕴课椒ㄓ捎谔幚沓杀靖摺⒃偕y,使用上受 到一定的限制。近年來國外已逐漸用它來對含油廢水進(jìn)行深度處理,以滿足日 益嚴(yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)也開展了使用粒狀活性炭處理采油廢水這方面的 研究與實踐。從試

30、驗效果來看,在很低的含油量條件下,活性炭除油效果非常 顯著,可高達(dá) 95%以上。目 前 國 內(nèi) 各 油 田 多 數(shù) 采 用 的 傳 統(tǒng) 采 油 廢 水 處 理 工 藝 , 雖 然 有 一 定 的 效 果,但是處理后都存在許多問題,如隔油池只能去除大粒徑的油珠,不能去除 水中乳化油和溶解油;離心分離處理分散油和乳化油效果均較好,但能耗較 高,對操作條件要求苛刻;氣浮法分離油水乳化液時需投加大量藥劑,且產(chǎn)生 大量浮渣,需要進(jìn)行后續(xù)處理;活性炭吸附法成本高,不易再生利用等等問 題。此外,由于強(qiáng)化采油技術(shù)的應(yīng)用,使得石油開采廢水的水質(zhì)情況變得越來 越復(fù)雜,原來的廢水處理設(shè)施已難以使之達(dá)到回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

31、,直接影響到二 次采油、三次采油的采油率。采油廢水傳統(tǒng)處理技術(shù)普遍存在的不足和缺陷, 所以適應(yīng)性更強(qiáng)、性能更加穩(wěn)定的膜分離技術(shù)逐漸引起了人們的重視。1.3膜分離技術(shù)油田采油廢水中,由于乳化油等穩(wěn)定狀態(tài)物質(zhì)的存在,用一般的物理法 或化學(xué)方法很難將其分離。隨著膜科學(xué)的飛速發(fā)展,利用膜法處理乳化油污水 已逐步被人們接受并在工業(yè)中應(yīng)用。膜(Membrane 從廣義上可定義為兩相之間的一個不連續(xù)空間,這個區(qū) 間的三維量度中的一度和其余兩度相比要小的多。如果在一個流體相內(nèi)或兩個哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文液體相之間,有一薄層凝聚相物質(zhì)把流體分隔開來成為兩部分,則這一薄層物 質(zhì)就是膜。膜本身可以是均勻的一

32、相,也可以是由兩相以上的凝聚態(tài)物質(zhì)所構(gòu) 成的復(fù)合體。膜一般很薄,厚度從幾微米、幾十微米至幾百微米之間。大多數(shù) 的分離原都是固體膜。目前無論從產(chǎn)量、產(chǎn)值、品種、功能或應(yīng)用對象來講, 固體膜都占 99%以上,其中尤以有機(jī)高分子聚合物材料制成的膜為主。利用 膜的選擇透過性進(jìn)行分離或濃縮的方法就叫膜分離技術(shù)。膜分離技術(shù)是利用膜對混合物各組成選擇性滲透的差異來實現(xiàn)分離、提 純、或濃縮的新型分離技術(shù)。溶液中各組分通過膜的滲透能力取決于分子本身 的大小和形狀,分子的物理化學(xué)性質(zhì),分離膜的物理化學(xué)性質(zhì)及滲透組成與分 離膜的相互作用。與其它物理化學(xué)處理方法相比,膜技術(shù)應(yīng)用于含油廢水處理 上有其一系列的特點和優(yōu)勢

33、:分離機(jī)理簡單,無相變和溫度變化;對被處理物 無形態(tài)和化學(xué)影響,無二次污染,可以在常溫下進(jìn)行連續(xù)操作。同時可以直接 實現(xiàn)水循環(huán)利用,污染物(如原油可在無化學(xué)或物理變化的情況下被脫水和 濃縮,而處理后的水可直接回用到生產(chǎn)工藝中去,濃縮的油類可以直接回收。膜分離法的分類很多,一般有以下幾種:(1按膜的形態(tài)分有固體膜、液體膜和氣體膜三類。目前大規(guī)模工業(yè)應(yīng) 用多為固體膜;液體膜己有中試規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用,主要用于廢水處理中;氣膜 分離尚處于實驗室研究中;(2按分離機(jī)理進(jìn)行分類有反應(yīng)膜、離子交換膜、滲透膜等;(3按膜的性質(zhì)分類,主要有天然膜 (生物膜 和合成膜 (有機(jī)膜 和無機(jī) 膜 ;(4按膜的結(jié)構(gòu)型式分類

34、,主要有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型 等。目前常見的幾種膜分離法是:微濾 (MF、超濾 (UF、反滲透 (RO、納濾 (NF、電滲析 (ED、氣體分離 (GS、滲透蒸發(fā) (PV及液膜 (LM等。表 1-2給出 了膜分離技術(shù)的分類及其基本特征。膜分離現(xiàn)象在大自然中 , 特別是在生物體中是廣泛存在的,但是人們對它 的認(rèn)識和研究則較晚。 1784年法國學(xué)者 Abbe Nollet19首次揭示膜分離現(xiàn)象并 創(chuàng)造了 osmosis, 由此開始了對膜過程的研究?；仡櫮し蛛x技術(shù)發(fā)展的歷史,首哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文表 1-2 膜分離的分類及其基本特征Table 1-2 Basic characte

35、ristics and classification of membrane separation膜 功能 分離驅(qū)動力透過物質(zhì) 被截留物質(zhì)微濾 多孔膜、溶液的微濾、脫微粒子壓力差 水、溶劑和溶解物懸浮物、細(xì)菌類、大 分子有機(jī)物超濾脫除溶液中膠體、各類大分子壓力差 溶劑、離子和小分子細(xì)菌、膠體、微粒子 無機(jī)鹽、糖類納濾和 反滲透 脫除溶液中鹽類及低分子物質(zhì)壓力差水和溶劑粒離子、酸、堿、低分子物質(zhì)無機(jī)鹽、糖類、氨基 酸、有機(jī)物等透析 脫除溶液中鹽類及低分子物質(zhì)濃度差離子、酸、堿、低分子物離子、無機(jī)鹽、糖 類、氨基酸、有機(jī)物 等滲透氣 化 溶液中的低分子及溶劑間的分離壓力差和濃度差蒸汽液體、無機(jī)鹽、

36、乙醇 溶液電滲析 脫除溶液中的離子電位差 離子 無機(jī)、有機(jī)離子氣體分離氣體與蒸汽分離 濃度差 易透過氣體 不易透過液體 我國膜技術(shù)的發(fā)展開始于 1958年進(jìn)行的離子交換膜的研究,迄今為止已 有 40多年的歷史。 1966年我國又開展了反滲透半透膜的研究, 1975年后又進(jìn) 行超濾膜的研究,其后在國家 “ 六五 ” 、 “ 七五 ” 和 “ 八五 ” 計劃中,膜技術(shù)均被列 為重點項目進(jìn)行開發(fā)研究?，F(xiàn)在生產(chǎn)的電滲析、反滲透和超濾裝置己在海水淡 化、苦咸水淡化、純水制備、給水處理、廢水處理、食品工業(yè)以及某些特殊化 工過程中得到廣泛的應(yīng)用,正向大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用階段發(fā)展。 1976年后,我哈爾濱工業(yè)大學(xué)

37、工程碩士學(xué)位論文國的一些大學(xué)和研究單位相繼開展了液膜技術(shù)的研究,目前乳化型液膜技術(shù)在 工業(yè)廢水處理、濕法冶金以及化工分離方面已取得了可喜的進(jìn)展。以膜為基礎(chǔ)的其他分離過程,如膜蒸餾、氣體分離膜技術(shù)、膜萃取、膜 反應(yīng)器、控制釋放膜,以及將不同膜分離技術(shù)或膜分離過程與其它分離過程相 結(jié)合的集成膜過程,也正日益得到重視和發(fā)展。近半個世紀(jì)以來,膜分離技術(shù) 先后在含油廢水、脫脂廢水、纖維工業(yè)廢水、造紙工業(yè)廢水、放射性廢水和高 層建筑廢水等各類污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。在 膜 分 離 出 現(xiàn) 之 前 , 已 經(jīng) 有 許 多 的 分 離 技 術(shù) 在 生 產(chǎn) 中 得 到 應(yīng) 用 。 如 蒸 餾、萃取、深冷分離

38、等。膜分離與這些傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比,具有以下特點 21:(1膜分離過程的能耗通常比較低。大多數(shù)膜分離過程都不發(fā)生 “ 相 ” 的 變化;對比之下,蒸發(fā)、蒸餾、萃取、吸收、吸附等分離過程,都伴隨著從液 相或吸附相至氣相的變化,而相變化的潛熱是很大的。(2多數(shù)膜分離過程在室溫附近,特別適用于對熱過敏物質(zhì)的處理。(3膜分離設(shè)備本身沒有運動部件,工作溫度又在室溫附近,所以很少 需要維護(hù),可靠度很高。(4膜分離工藝適應(yīng)性強(qiáng),處理規(guī)?？纱罂尚?操作及維護(hù)方便,易于 實現(xiàn)自動化控制。國內(nèi)外很多機(jī)構(gòu)對油田注水的膜法深度處理進(jìn)行了研究。目前的研究主要 集中在超濾處理采油廢水上。1987年 Farnand 等 2

39、2采用超濾膜對稠油污水進(jìn)行了處理。對不同采出水 水樣,在不同操作條件下,對超濾管狀膜的滲透率、油含量、過水率以及其它 結(jié)果進(jìn)行了檢測。結(jié)果表明,采出水越穩(wěn)定,超濾膜處理程度就越高。同時還 對其它因素,如油對膜的污染以及高溫下膜的運行進(jìn)行了研究。1994年 Santos 23采用管狀橫向超濾膜對不同的采出水進(jìn)行了實驗研究。 結(jié)果表明,處理后水中油脂濃度低于 14 mg·L-1。采出水和典型的乳化油的超 濾膜實驗結(jié)果表明:所有膠狀有機(jī)物、懸浮狀的鐵和懸浮物都可被超濾膜截 留,而對溶解性有機(jī)物去除率非常低。哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文1998年,國家生態(tài)環(huán)境研究中心王靜榮等 24采用不同

40、材料的中空纖維超 濾膜對油田污水做了實驗研究。篩選出適合處理油田含油污水的幾種中空纖維 超濾膜,研究了操作條件對膜透過性能的影響,探討了不同清洗方法對膜透過 性能的恢復(fù)效果。2003年,勝利油田尹賜予等 25采用 HPL 型板框式超濾器對油田含油污水 進(jìn)行處理試驗。在進(jìn)口含油 5006000 mg·L-1,經(jīng)過一次濃縮,可使?jié)饪s后的 污水含油達(dá) 1%3%,而滲透液中的含油在 100 mg·L-1以下,油份截留率達(dá) 99%。陶瓷膜處理采油廢水的研究是 90年代初首先在美國開始的。 Chen 26的試 驗結(jié)果表明,采油廢水經(jīng)預(yù)處理后,再經(jīng)陶瓷膜橫向流微濾,處理效果十分明 顯,濾

41、后水中含油量可降至 28.8 mg·L-1,總懸浮固體含量可降至 1 mg·L-1以 下,大于 2m 的固體顆粒的去除率為 99.27%100%。Simms 等 27分別采用聚合物超濾膜和陶瓷微濾膜對加拿大西部采油廢水 進(jìn) 行 了 實 驗 研 究 , 前 者 在 進(jìn) 口 含 油 為 1251640 mg·L-1, 懸 浮 物 含 量 為 1502290mg·L-1的 條 件 下 , 過 濾 后 的 水 中 含 油 <20 mg·L-1, 懸 浮 物 含 量 <1 mg·L-1,過濾速率在 5090 L·m-2&#

42、183;h-1之間,用陰離子活性劑和堿進(jìn)行清洗,使 污染膜的純水通量恢復(fù)到了初始值;后者采用 0.8m 陶瓷微濾膜,通過預(yù)處 理工藝和脈沖工藝,膜面流速保持在 0.54 m·s-1之間,運轉(zhuǎn)周期為 2473 h, 過濾速率可保持在 200500 L·m-2·h-1,濾過水含油 <20 mg·L-1。90年代后期,國內(nèi)也有陶瓷膜用于處理油田注水的試驗報道。彭德強(qiáng)等 28利用美國進(jìn)口的陶瓷膜過濾試驗裝置,對遼河油田常規(guī)工藝處理后的采出水進(jìn)行了深度處理試驗研究,原水中油含量為 2050 mg·L-1、固體懸浮物含量 80100 mg·

43、L-1、 COD 值 180250 mg·L-1。經(jīng)膜裝置處理后,水中油含量降到 5mg·L-1以下、固體懸浮物含量降到 1 mg·L-1、 COD 值降到 100 mg·L-1,水中 懸浮物粒徑小于 1m 。從試驗情況看,其主要指標(biāo)均達(dá)到碎屑巖油藏注水 水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法 A1級標(biāo)準(zhǔn)要求,試驗取得了滿意的效果。由于以前的膜設(shè)備特別是陶瓷膜設(shè)備制造成本貴,運行費用高以及膜污 染等問題,使得膜處理技術(shù)在采油廢水處理中的推廣應(yīng)用遇到了不少障礙。但哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文是近些年來,膜的生產(chǎn)工藝、抗污染性能以及膜通量都有了很大程度的提高, 而生產(chǎn)成本

44、卻在大幅下降,這使得超濾大規(guī)模應(yīng)用于采油廢水處理成為可能。 同時聚合物驅(qū)采油廢水的出現(xiàn),也為超濾處理油田污水提供了新的研究方向。1.4超濾和反滲透的理論基礎(chǔ)超濾是一種從溶液中分離出大粒子溶質(zhì)的膜分離過程,其分離原理一般 認(rèn)為是機(jī)械篩分。超濾過程如下:在壓力作用下,尺寸比膜孔徑小的溶劑及各 種小的溶質(zhì)從高壓料液側(cè)透過超濾膜到達(dá)低壓側(cè),稱為超濾液;尺寸比膜孔徑 大的溶質(zhì)分子被膜截流成為濃縮液。溶質(zhì)被膜截流的過程有以下幾種作用形 式 :(1在 膜 面 的 機(jī) 械 截 流 ; (2在 膜 表 面 及 微 孔 內(nèi) 的 吸 附 ; (3膜 孔 的 堵 塞 30,31。超濾特點:(1與 RO 、 NF 及

45、MF 相似,屬于壓力驅(qū)動膜分離過程; (2超 濾膜的分離范圍為相對分子質(zhì)量(MWCO 5001 000 000的大分子物質(zhì)和膠 體物質(zhì); (3分離機(jī)理一般認(rèn)為是機(jī)械篩分; (4超濾膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)為不對稱結(jié) 構(gòu); (5過濾方式有全量過濾和錯流過濾兩種; (6操作壓力低,一般不考慮滲 透壓的影響 32,33。膜組件是膜裝置的核心部分,它是用一定面積膜以某些形式組裝成的器 件,一般包括膜、膜的支撐體、膜的密封、外殼以及外接口等。膜組件必須滿 足以下幾個基本要求:流體分布均勻,無死角;具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn) 定性;裝填密度大;制造成本低;易于清洗;更換膜的成本盡可能低;壓力損 失小。常用的膜組件有:

46、管式膜組件、毛細(xì)管膜組件、中空纖維膜組件、板框 式膜組件、卷式膜組件。在超濾分離過程中,料液中溶質(zhì)由于受到膜的截留而在膜面上積累,使 得膜表面溶質(zhì)濃度逐漸高于料液主體濃度,這就是所謂的濃差極化。濃差極化 作用的主要表現(xiàn)為減少膜的滲透通量,影響膜的截留率。對于大分子溶質(zhì)混合 物體系,濃差極化對選擇性有顯著影響,由于高相對分子質(zhì)量溶質(zhì)被截留造成 小相對分子質(zhì)量溶質(zhì)的截留率升高,加劇了膜的污染。哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文理想情況下,膜上分布著大小均勻的膜孔。當(dāng)膜面與膜孔沒有沉積污染 物質(zhì)時,通過超濾膜的通量可由 Darcy 定律描述,透膜通量正比于所施加靜壓 力:J=P/uRm (1-1 式中:

47、P 為半透膜壓力;u 為絕對粘滯系數(shù);Rm 膜自身阻力 Rm 與膜的空隙率、孔徑等結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。 對于直管型膜,可用 Hagen-Poiseuille 方程表述 :J=r /8X (1-2 式中: 空隙率;r 孔 半徑;P 靜 壓力;n 動力粘度;X 膜 厚度, 彎曲因子,直管型膜 =l。由 公 式 (1-2 可 以 看 出 膜 通 量 與 膜 厚 度 成 反 比 , 通 常 在 膜 的 制 造 過 程 中,使濾膜的物理結(jié)構(gòu)具有不對稱性,過濾層極其超薄,以增加膜的透水通 量,而支撐的孔徑要足夠大,以減少其可能產(chǎn)生的膜阻力 34。早期的超濾多采用死端過濾 (Dead-end方式,現(xiàn)在某些場合還繼

48、續(xù)沿用, 尤其是在被分離的物質(zhì)濃度很低時,為了降低能耗,很多工藝仍采用這種操作 的方式。死端過濾類似于砂濾,料液垂直流過膜面,所有被截留的物質(zhì)都沉積 在膜表面,溶劑及小分子物質(zhì)透過膜。由于被截留的物質(zhì)在膜面不斷積累,膜 的過濾總阻力持續(xù)增大,導(dǎo)致膜通量逐漸降低。為了維持膜通量,需要對膜組 件進(jìn)行定期的反沖洗。對于死端過濾來說,頻繁的反沖洗降低了膜的生產(chǎn)能力。當(dāng)料液中能被 膜 截 留 的 物 質(zhì) 濃 度 很 高 時 , 膜 的 過 濾 阻 力 增 長 很 快 , 此 時 多 采 用 錯 流 過 濾 (Cross-flow的方式。錯流過濾時,料液分成兩股,料液主體平行于膜表面流動,透過液垂直 透過

49、膜,高速流動的料液能將沉積在膜面的物質(zhì)帶走,從而減慢過濾阻力的增哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文膜污染是指當(dāng)被處理水通過膜時,水中的一些物質(zhì)吸附或沉降在膜的表 面及膜孔中,導(dǎo)致過濾時膜阻力增加,嚴(yán)重時可使膜完全堵塞,即處理物料中 的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子 , 由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用 而一起在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞,使膜產(chǎn)生透過流 量與分離特性的不可逆變化。膜分離過程是一個壓力驅(qū)動膜過程,膜的性能因 膜污染隨時間會發(fā)生很大變化。此外,其污染程度還與膜材料、粒子或溶質(zhì)的 尺寸大小,膜與溶質(zhì),溶質(zhì)與溶劑,溶劑與膜之間相互作用力大小,膜的單皮 層或雙皮層結(jié)構(gòu),膜

50、的孔隙率,粗糙度等特性,保留液中溶液以及大分子溶質(zhì) 的濃度、性質(zhì)、溶液的,離子強(qiáng)度、電荷組成、溫度和操作條件等有關(guān)。 一旦料液與膜接觸,膜污染即開始由于溶質(zhì)與超濾膜之間相互作用而產(chǎn) 生吸附,開始改變膜特性。在膜分離過程中,料液中的溶劑在壓力驅(qū)動下透過 膜,溶質(zhì)離子或不同分子量的溶質(zhì)與顆粒物被截留,由于水的通量不斷把溶質(zhì) 帶到濾膜表面,使得溶質(zhì)在濾膜表面處的濃度高于溶質(zhì)在水溶液主體中的濃 度,在濃度梯度的作用下,溶質(zhì)由膜面向本體溶液擴(kuò)散,形成邊界層,使流體 阻力與局部滲透壓增大,導(dǎo)致膜通量下降,當(dāng)溶劑向膜面流動,溶質(zhì)向膜面流 動的速度與濃度梯度是溶質(zhì)向本體溶液擴(kuò)散的速度時,達(dá)到動態(tài)平衡,在膜面

51、形成一個穩(wěn)定的相應(yīng)于濃度差的邊界層,稱為濃度極化邊界層,這個現(xiàn)象稱為 濃差極化,而濃差極化的具體表現(xiàn)是膜通量的降低。超濾膜在使用過程中,由 于膜受到污染,致使透過流量隨運行時間的延長而降低。一般認(rèn)為超濾通量的 降低分三個階段:(1 水 純 溶 劑 初 始 通 量 降 低 這 是 由 于 細(xì) 菌 和 微 量 膠 體 堵 塞 膜 孔 造 成 的。當(dāng)使用預(yù)過濾和添加抑菌劑制備超純水時,通量將停止降低,這表明未使 用過的膜對流體條件很敏感。(2超濾的初始通量下降 在極短時間內(nèi),通量降低是由于濃差極化層 的形成。這種通量下降是可逆的,通過減輕或改善濃差極化的現(xiàn)象,使膜的分 離特性得到部分恢復(fù)。(3 超

52、濾 的 長 期 通 量 降 低 這 是 超 濾 膜 運 行 一 定 時 間 后 的 長 期 通 量 降 低。它與孔的堵塞與阻塞,膜表面的濃差極化現(xiàn)象,凝膠層形成及固化等因素哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文有關(guān)。(1 吸附污染 物質(zhì)吸附或沉積于膜孔會使膜的孔隙率 f 或有效半徑 R pore 下降,最終導(dǎo)致膜阻力的增加,這種方式造成的膜阻力的增加很難恢復(fù),有機(jī) 物在膜表面的吸附常常是決定膜性能的重要因素。膜的有機(jī)污染與原水水質(zhì)密 切相關(guān),天然水中含有的膜污染的有機(jī)物可分為四類多糖類,聚梭基芳香類, 蛋白質(zhì)和氨基酸。每種都有不同的滯留特性,當(dāng)一起出現(xiàn)在水中時,其對膜的 綜合性影響將明顯地超過各自的影

53、響。二價陽離子的存在和低值會促進(jìn)天然有 機(jī)物在膜面的吸附,疏水性和親水性有機(jī)物造成的膜污染分別可使接觸角增加 與降低,親水性原水主要含親水性有機(jī)溶質(zhì)的原水與疏水性原水主要含疏水性 有機(jī)溶質(zhì)的原水所污染的主要污染物質(zhì)分別是親水性有機(jī)物和疏水性有機(jī)物, 而無論親水性原水還是疏水性原水,中性有機(jī)物都是最主要的污染物。腐殖酸和其他天然有機(jī)物質(zhì)對滲透通量的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粘土或其他無機(jī) 物膠體的影響,吸附污染是指可溶性高分子在膜表面或膜孔徑內(nèi)被吸附從而對 膜所造成的污染。高分子有機(jī)物如果在膜的細(xì)孔內(nèi)被吸附則會造成膜的堵塞, 從而導(dǎo)致了膜通量的下降。(2 沉淀污染 當(dāng)鹽在原料水中的濃度超過它們的溶解度時就會在

54、膜的 表面沉淀而形成污垢層。達(dá)到形成污垢層的濃度可能來自于兩種原因: 當(dāng)鹽 溶液中的水通過膜而被脫除時主體濃度上升 濃差極化。進(jìn)水中本來沒有達(dá)到 飽和狀態(tài)的無機(jī)離子,隨著水透過膜后濃度的提高可以變成飽和的,形成晶核 并逐步生長,最終變成可沉淀的。當(dāng)存在濃差極化時,膜表面的鹽濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流體主體的濃度,其中存 在第章膜通量的變化及其污染的研究的無機(jī)離子可以與水中有機(jī)物 ! 顆粒以及 膠體發(fā)生協(xié)同作用從而對膜造成污染。如無機(jī)離子存在可以促進(jìn)腐殖質(zhì)的脫 穩(wěn),正電荷的鈣離子與負(fù)電荷的梭基基團(tuán)相結(jié)合,可降低膠體表面電荷。這種 污染對膜性能的影響更嚴(yán)重。(3 生物污染 膜工藝在飲用水處理過程中有生物污染的

55、出現(xiàn)。生物污 染是指微生物在膜一水界面上積累,從而影響系統(tǒng)性能的現(xiàn)象。膜組件內(nèi)部潮 濕陰暗,是微生物生長的理想環(huán)境,所以原水的生物活性較高時,極易發(fā)生膜 的生物污染。膜的生物污染分為兩個階段粘附和生長。進(jìn)水中粘附力強(qiáng)的微生 物首先附著在膜表面,形成膜生物污染的基礎(chǔ)。粘附細(xì)胞在進(jìn)水營養(yǎng)物質(zhì)的供 養(yǎng)下成長繁殖,大量的不同種類的微生物及其代謝產(chǎn)物在膜表面形成生物膜。 其中在膜表面由生物污染形成的濾餅是可壓縮的,具有較低的孔隙率,可對膜哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文通量造成嚴(yán)重影響。而且膜表面生物膜還可以直接(通過酶作用或間接(通 過局部 pH 或還原電勢作用降解膜材料,使膜壽命縮短,破壞膜結(jié)構(gòu)完整

56、性。影響膜污染的主要因素包括三個方面:膜的性質(zhì)、料液性質(zhì)、膜分離操 作條件。膜的性質(zhì)一般指膜材料、膜孔徑大小、孔隙率、親水性、電荷性質(zhì)、粗 糙度等。研究表明,這些因素對膜污染有很大的影響。親水性膜表面與水形成 氫鍵,膜面不易被污染 38;孔徑大通量高的膜易形成堵塞 39;孔隙率小的 膜易被堵塞。膜污染是膜與溶液相互作用的結(jié)果,溶液的性質(zhì)對膜的影響是巨大的。 即使溶液中蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的濃度較低 (0.0010.019/L,膜面也可形成 足夠的吸附,使通量有明顯下降。溶液中離子強(qiáng)度的變化會改變蛋白質(zhì)的構(gòu)型 和分散性,影響吸附,從而影響膜的通量 40。操作條件與膜污染密切相關(guān)。對膜污染直接產(chǎn)生影

57、響的運行條件包括操 作壓力、膜面流速和運行溫度。對于壓力,一般認(rèn)為存在一臨界壓力值,當(dāng)操作壓力低于臨界壓力時, 膜通量隨壓力的增加而增加,而高于此值時會引起膜表面污染的加劇,通量隨 壓力的變化不大。臨界操作壓力隨膜孔徑的增加而減小。膜面料液的流動狀態(tài),流速的大小都會影響膜污染。料液的流速或剪切 力大,有利于降低濃差極化層和膜表面沉積層,使膜污染降低。溫度對膜污染 的影響比較復(fù)雜。溫度上升,料液的黏度下降,擴(kuò)散系數(shù)增加,減少了濃差極 化的影響;但溫度的上升會使料液中某些組分的溶解度下降,使吸附污染增 加。滲透是自然界中的一種自然現(xiàn)象。反滲透膜的基本原理如圖 1-1所示,當(dāng) 兩種不同的溶液被一種半透膜隔開時,只有溶劑能通過薄膜,溶質(zhì)不能通過, 這種對水或溶質(zhì)具有選擇透過性的膜稱之為 “ 半透膜 ” ,其流動方向是從低濃度 一側(cè)流向高濃度一側(cè)。當(dāng)運動停止時,純水面與鹽液面的高度差或壓差即稱為 鹽液的滲透壓。在以上裝置達(dá)到平衡后,如果在鹽水端液面上施力一定壓力, 此時,水分子就會由鹽水端向純水端遷移。溶劑分子在壓力作用下由濃溶液向哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文稀溶液遷移的過程被稱為反滲透現(xiàn)象。如果將鹽水加入以上設(shè)施的一端,并在 該端施加超過該鹽水滲透壓的壓力,我們就可以在另一端得到純水