低渗油层石油废水的回用技术
郭 晓1， 王艺2， 张敬琳3， 李相峰2?
( 1.中国市政工程东北设计研究院，吉林长春130021；2.吉林大学环境与资源学院，吉林长春130021；
3.深圳水务〈集团〉有限公司，广东深圳518046)
摘 要： 以辽河油田曙光采油厂低渗油层的石油废水为研究对象，对该废水回用技术的可行性进行了研究。结果表明，处理水质能够满足回注水质标准，超滤工艺作为低渗油层石油废水净化回用流程的核心工艺在技术性能和操作运行方面是可行的。?
关键词：低渗油层；石油废水；超滤； 回用
中图分类号：TU991.64
文献标识码：C
文章编号：1000-4602(2002)04-0080-03
1 试验流程
1?1 废水水质
以辽河油田曙光采油厂低渗油层处理站的石油废水为原水，试验装置的处理能力为6m3/h 。原水水质及回注水质标准见表1。?
由表1可见，低渗油层回注水质标准十分严格，原水中含油量、悬浮物、滤膜系数、颗粒直径等指标均不能满足低渗油层回注水质标准，必须加以处理。?
1.2 工艺流程
为防止水中杂质堵塞地层，低渗油层注水水质标准对滤膜系数与颗粒直径的要求尤为严格，而这二者在某种程度上是基本一致的，即当水中杂质颗粒直径＜0.45μm时，滤膜系数就基本满足大于25的要求，因此对低渗油层石油废水进行回用处理的关键就在于如何去除水中直径＞0.45μm的杂质颗粒。通过技术、性能比较，选择超滤作为低渗油层废水深度净化处理的核心工艺，因超滤对其进水水质的要求极为严格，故为保证超滤的正常运转，需对石油废水进行预处理，试验流程如下：
原水→混凝沉淀→果壳过滤→活性炭过滤→精细过滤→超滤→注水站
该流程可分为预处理和深度净化两部分。预处理工艺选用压力式电絮凝过滤装置，其优点主要有：①操作简单，不需溶药、投药等过程；②由于没有投药系统，所以设备简单、节省空间；③可使石油废水处理工艺在密闭压力状态下进行，能够充分利用原水的压力水头，并利于后续的除氧。果壳滤料除油效果较好，活性炭吸附工艺去除COD来提高出水的滤膜系数，再增设精细过滤装置来确保超滤正常运转。原水经电絮凝、沉淀、过滤工艺处 理后，其含油量、悬浮固体浓度等指标均降至回注水质标准以下，同时水中的部分有机物、色度、嗅味等也得以去除。
2 结果与讨论
2.1 预处理
① 混凝沉淀
由于原水的含油量以及悬浮固体浓度均较低，因此通过混凝沉淀即可将其去除至回注水质标准以下(见表2)。试验结果表明，当电絮凝装置的工作电压为25V、滤速为10m/h时，其出水中的含油量可降至5mg/L以下，除油率＞90%；悬浮固体浓度＜1.0mg/L，去除率达95%以上。同时还发现原水中的有机物、细菌总数也得到部分去除，出水中杂质颗粒的直径也降至10μm左右。
② 活性炭吸附?
活性炭吸附试验的结果见表2。
在滤膜系数和污染指数的测定过程中，活性炭出水无法在0.2MPa压力下保持15min的连续过水而不完全堵塞滤膜，说明此时水中的污染指数仍然很高，还不满足直接进行超滤处理的 要求。
③ 精细过滤?
能够滤除98%以上的直径≤2μm固体颗粒的装置称为精细过滤器。根据低渗油层采出水的水质情况及处理要求，选用一种双层精细过滤器并加以改造，形成了双层聚丙烯滤芯过滤器。 内装两种不同过滤等级的滤芯，一级滤芯可滤除滤芯绝对孔径等级以下的全部杂质颗粒，运行过程中随着滤饼的形成，一级滤芯还可截获更小的颗粒，从而进一步提高其过滤效率。二级滤芯以同样方式起着进一步精滤的作用，从而确保过滤器的过滤效果。
精细过滤的操作压力为0.5MPa，流量为6m3/h，其运行结果见表2。
2.2 超滤工艺
① 超滤膜的选择?
石油大学环境研究开发中心的研究表明，由于聚砜分子进行磺化后其分子链中引入了带有负电荷的极性固定磺酸基团(-SO?2H)，使得磺化聚砜膜的亲水性得到改善，增加了超滤膜的透水通量。磺化程度合适的聚砜膜与纯聚砜膜比较，其截留率没有明显差异，但磺化聚砜膜的透水流量大，因此对于石油废水而言，磺化聚砜膜是合适的。
② 超滤效果
试验中使用的管式超滤净水器共由6组、每组3个管式超滤膜并联组成。超滤进水流量为6m3/h，产水率为80%，操作压力为0.45 MPa，连续运行效果见表2。从试验数据上看，原水中粒径＞0.45μm的杂质颗粒已被去除，超滤出水中的含油量、悬浮固体浓度用7230G分光光度计已检不出，滤膜系数＞40，完全符合回注水质标准。
③ 超滤性能
a.操作压力与进水温度
根据经验，超滤工艺的操作压力一般在0.1～1.0MPa之间，该流程中精细过滤出水压力为0.4MPa，满足超滤工艺关于操作压力的要求。
提高进水温度可以增加超滤膜的透水通量。试验中超滤工艺的进水水温较高(约为50℃)，利于超滤装置的运行，而且低于磺化聚砜膜的极限使用温度(90℃)，因此从进水温度上讲，利用超滤工艺对低渗油层石油废水进行深度处理是十分有利的。
b.透水通量?
超滤膜透水通量的变化与操作压力、进水温度、进水水质、膜性能等诸多因素有关。对一组超滤膜进行了试验，将进水流量固定为1.0m3/h，操作压力固定为0.4MPa，浓水出流量定为0.2m3/h，进水温度定为50℃，并以此作为初始条件对超滤装置进行连续运行 ，考察了超滤膜透水通量的变化情况(结果见图1)。?
从试验结果看，当连续运行9h后透水通量已降至150L/(m2·h)左右，超滤装置的压力控制室压力也逐渐上升至0.42MPa，浓水流量增加至0.35m3/h左右，超滤装置的回收率仅为50%，此时超滤膜需进行反冲洗。?
c.截留率?
由于超滤出水中含油量、悬浮固体浓度均已检测不出，所以通过测定超滤出水中杂质颗粒粒径的大小间接反映超滤膜截留率的变化情况，试验结果见图2。可见，超滤出水中杂质颗粒粒径减小、出水水质变好恰好是滤膜透水通量开始明显下降的时刻。此时超滤装置的操作压力开始明显上升，浓水流量开始增加，这说明超滤膜截留率的增加、出水水质的变好是以透水通量的下降为代价的，所以当出水截留率开始明显上升时，超滤膜应立刻进行反冲洗。
d.产水率?
产水率又称回收率，图3显示了超滤装置产水率与反冲洗周期之间的对应关系。当产水率过高时，滤膜反冲洗周期较短，不利于超滤装置的运行管理；若产水率过低，又势必增加浓水排放量，并降低超滤工艺的使用效率。为保证超滤装置在运行管理上的方便，并延长滤膜的使用寿命，同时考虑到超滤工艺的使用效率和废水排放量等情况，将超滤产水率定为75%，浓水收集后贮存，并用作预处理工艺中砂滤的反冲洗用水。
④ 超滤膜清洗
造成超滤装置透水通量下降主要是由浓差极化和膜表面形成垢层而引起的。当超滤装置的透水量开始大幅度下降时应立即对超滤膜进行清洗以恢复超滤装置的处理净化功能。清水冲洗、盐酸—清水冲洗、汽油—盐酸清洗等几种方法的对比分析结果见表3。?
表3表明，汽油—盐酸清洗效果最好，对超滤膜透水通量的恢复能力可达60%以上。经分析认为，先用汽油清洗可将凝胶层中的油类物质溶解去除，凝胶层因此失去凝胶作用而变成膨松、多孔结构，无机固定颗粒因失去保护层而暴露出来，只靠非油类有机物和部分被包裹的油类相互连接，此时再用酸洗即可去除大部分无机颗粒，使凝胶层被较彻底地去除，恢复超滤膜的透水通量。?
3 结论
① 低渗油层石油废水经处理后的出水水质满足低渗油层回注水质标准，可作为低渗油层的回注补给水，且在技术上是可行的。? ② 对精细过滤器推荐使用双层聚丙烯滤芯过滤器，对超滤膜推荐使用磺化聚砜膜，膜孔径为0.45μm。?
③ 超滤工艺作为低渗油层石油废水净化回用流程的核心工艺，其在技术性能和操作运行方面是可行的，推荐的工艺参数为：操作压力为0.45MPa、产水率为75%、反冲洗周期为8h，反冲洗采用汽油—盐酸联合清洗方式，反冲洗后超滤膜透水通量恢复率＞65%。
参考文献：
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收稿日期：2002-01-30
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