改性聚四氟乙烯膜精細過濾器處理含油污水的工業(yè)性試驗研究

1、改性聚四氟乙烯膜精細過濾器處理含油污水的工業(yè)性試驗研究夏福軍(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過濾技術處理油田含油污水的前期試驗,進行工業(yè)性放大試驗,驗證了其處理含油污水的可行性,確定了過濾器的設計和運行參數(shù)。結(jié)果表明,作為油田含油污水處理工藝中的二級過濾設備,改性聚四氟乙烯膜精細過濾器處理后的水質(zhì)能夠達到大慶油田低滲透率油層回注水水質(zhì)控制指標,實現(xiàn)了膜濾技術在油田含油污水處理上的應用,提高了處理后的水質(zhì),也為污水處理站出水水質(zhì)達標提供一種有效技術措施。關鍵詞改性聚四氟乙烯膜;精細過濾器;含油污水;污水處理中圖分類號X703.1文獻標識碼A文章編號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小,使得目前使用的雙層濾料過濾器很難適應水質(zhì)變化,過濾后的水質(zhì)難以達到油田低滲透油層回注水水質(zhì)控制指標(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)前期的探索性試驗結(jié)果,認為改性聚四氟乙烯膜精細過濾技術適應油田開發(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)展提供了技術保證。筆者對該項技術進行了工業(yè)性放大試驗,并確定該精細膜過濾器的設計和運行參數(shù),為今后的工業(yè)生產(chǎn)提供技術依據(jù)。1工業(yè)性放大試驗選擇在“杏十二聯(lián)含油污水新型高效處理現(xiàn)場試驗工程”項目設計中,進行放大試驗。1.1處理規(guī)模改性聚四氟乙烯膜精細過濾器1-2的處理量為5m3/h,選用的膜濾芯孔徑為0.8m單根過濾通量為0.231m3/(m2·h,過濾壓力0.30MPa,反沖洗壓力0.30MP

7、a。現(xiàn)場試驗裝置在濾罐內(nèi)對稱布置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)放大試驗工藝流程改性聚四氟乙烯膜精細過濾器現(xiàn)場試驗的工藝第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)場試驗的工藝流程流程中改性聚四氟乙烯膜精細過濾器的來水來自海綠石-磁鐵礦雙層濾料過濾器出水。2現(xiàn)場試驗結(jié)果與討論2.1處理量和過濾周期

8、的優(yōu)化選擇處理量為96m3/d、過濾周期為12h,以及處理量為120m3/d(滿負荷、過濾周期為12h和24h,進行改性聚四氟乙烯膜精細過濾器過濾試驗,過濾壓力為0.05MPa。試驗中取海綠石-磁鐵礦組成的雙層濾料過濾器出水、改性聚四氟乙烯膜精細過濾器出水,測定含油量、SS含量和SS粒徑中值并進行對比,其試驗結(jié)果見表1。表1不同處理量和過濾周期下的改性聚四氟乙烯膜過濾試驗結(jié)果處理量/ (m3·d-1含油量/(mg ·L-1SS/(mg·L-1SS粒徑中值/m運行周期/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(小于設計負荷或120m3/d(滿負荷運行,進水含油量<5mg/L、SS<5mg/L,過濾周期為12h 或24h的條件下,經(jīng)改性聚四氟乙烯膜精細過濾器處理后出水的含油量、SS和SS粒徑中值均達到低滲透率油層回注水水質(zhì)控制指標,其含油量達到了特低滲透率油層回注水水質(zhì)控制指標(1.0mg/L。2.2穩(wěn)定考核運行試驗試驗選擇改性聚四氟乙烯膜過濾裝置滿負荷處理量為120m3/d

10、進行穩(wěn)定考核試驗,試驗結(jié)果見圖2。(a含油量變化(bSS變化圖2進、出水的含油量和SS變化由圖2可以看出:處理量為120m3/d(滿負荷運行時,在進水含油量平均為3.98mg/L和SS平均為5.34mg/L,過濾周期為24h的條件下,經(jīng)改性聚四氟乙烯膜精細過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,均達到了油田低滲透率油層回注水水質(zhì)控制指標。2.3反沖洗再生試驗膜精細過濾器能否保證出水穩(wěn)定達標,關鍵在于濾膜的再生效果,而且膜精細過濾器在油田含油污水處理中進行推廣應用時面臨的最大問題就是濾膜難以再生3-4,使用壽命短,更換濾膜費用較高。針

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

12、MPa,沖洗時間10min。采用“先氣后水”反沖洗方式時,在水反沖洗階段,每隔1min取反沖洗排水測定含油量、SS含量,其隨時間的變化情況見圖3。從圖3可以看出:經(jīng)過5min的氣洗,再進行10min的水洗后,反沖洗排水中的含油量降為試驗研究工業(yè)水處理2011-01,31(10,SS降為2.0mg/L以下(反沖洗時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“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行反沖,關閉反沖洗排水閥,當濾罐內(nèi)壓力達到0.3MPa時打開

13、反沖洗排水閥,反復操作多次,其中空氣反沖洗流量為1.6m3/min,水流量為1.38m3/(m2·h,沖洗時間5min;第二步使用濾后水進行反沖洗,其中水反沖洗流量26m3/h,膜過濾器進口壓力0.2MPa、出口壓力0.18MPa,沖洗時間10min。采用“氣水水”反沖洗方式時,同樣在水反沖洗階段每隔1min取反沖洗排水檢測其含油量、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

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,從而達到再生的目的,因此改性聚四氟乙烯膜精細過濾器的再生應選擇“氣水水”的反沖洗再生方式,其運行操作參數(shù)也得到確定。3經(jīng)濟評價如果采用來水自然沉降罐混凝沉降罐雙層濾料過濾罐改性聚四氟乙烯膜精細過濾器的凈化水處理工藝,處理后出水能夠達到低滲透率油層回注水水質(zhì)的控制指標,其中改性聚四氟乙烯膜精細過濾器替代了現(xiàn)有的二級雙層濾料過濾罐。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過濾器過濾通量按0.278m3

15、/(m2·h計,單根流量按0.5m3/h計,其與雙層濾料過濾罐的設備投資對比見表2。表2雙層濾料過濾罐與改性聚四氟乙烯膜過濾器的主要設施投資對比由表2可以看出,采用改性聚四氟乙烯膜精細過濾器代替二級雙層濾料過濾罐,使處理后出水達到低滲透油層回注水水質(zhì)指標時,改造1座處理量為1.0×104m3/d的低滲透含油污水處理站,只需增加主要設施投資35.2萬元,工程投資較少。4結(jié)論(1改性聚四氟乙烯膜精細過濾器用于處理油田含油污水時,能夠適應現(xiàn)有水質(zhì)特性的變化,并可作為二級過濾設備替代油田目前在用的二級雙層濾料過濾罐;該過濾器選用濾膜孔徑為0.8m、單根過濾通量為0.231m3/(m

16、2·h的濾芯,采用下向進水的方式進行過濾。(2作為二級過濾設備,在保證進水的含油量和SS均10mg/L的情況下,改性聚四氟乙烯膜濾后出水水質(zhì)可達到低滲透率油層回注水的水質(zhì)控制指標要求,處理量長期恒定不變,運行周期內(nèi)進出口壓差變化較小。(3改性聚四氟乙烯膜精細過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頁過濾設備濾料膜濾芯罐體規(guī)格濾罐數(shù)量設備投資/萬元雙層濾料過濾罐石英砂、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過濾器處理含油污水的工業(yè)性試驗研究表4硝酸鹽氮標準樣品測定結(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得的數(shù)值基本一致,準確度和精密度都符合要求。結(jié)果表明,用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定水中總氮含量時,可以用電熱恒溫干燥箱代替壓力蒸汽滅菌器進行消解。2.4空白試驗及檢測限用10mL 無氨水進行空白試驗,采用完全相同的試劑和步驟進行平行操作。分別用壓力蒸汽滅菌器和電熱恒溫干燥箱進行消解,連續(xù)操作6d ,每天做2個空白值試驗,結(jié)果如表5所示。表5空白值測定結(jié)果3結(jié)論試驗

18、結(jié)果表明,電熱恒溫干燥箱消解法的測定結(jié)果滿足實驗室質(zhì)量控制的要求,測定結(jié)果準確。采用電熱恒溫干燥箱進行消解時操作簡便、溫度容易控制;干燥箱的空間較滅菌器大,可同時測定多份消解樣品,大大縮短了工作時間;消解時比色管中的試樣不會出現(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1劉珍.化驗員讀本上冊M .3版.北京:化學工業(yè)出版社,1998:212-218.2國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法M .4版.北京:中國環(huán)境科學出版社,2002:254-258.3孫健,雷艷秋,甄宏.過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測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.總氮測定中應注意的幾個問題J .干旱環(huán)境監(jiān)測,2005,19(1:63-64.5衛(wèi)紅.堿性過硫酸鉀消解·紫外分光光度法測定廢水中總氮J .現(xiàn)代科學儀器,1999(5:64-65.作者簡介蔡海霞(1982,2002年畢業(yè)于華北科技學院,助理工程師。電話:0310-*,E -mail :hdwj5512780 。收稿日期2010-12-09(修改稿項目蒸汽滅菌器消解恒溫干燥箱消解測定值/(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準確值/(mg ·L -12.00 2.00相對誤差/%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標準偏差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:紫外分光光度法測定水中總氮的改進消解方法!反洗時濾罐壓力為0.3MPa ,氣