郭 曉1， 王藝2， 張敬琳3， 李相峰2?
( 1.中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院，吉林長(zhǎng)春130021；2.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130021；
3.深圳水務(wù)〈集團(tuán)〉有限公司，廣東深圳518046)

　　摘　要： 以遼河油田曙光采油廠低滲油層的石油廢水為研究對(duì)象，對(duì)該廢水回用技術(shù)的可行性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，處理水質(zhì)能夠滿足回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，超濾工藝作為低滲油層石油廢水凈化回用流程的核心工藝在技術(shù)性能和操作運(yùn)行方面是可行的。?
　　關(guān)鍵詞：低滲油層；石油廢水；超濾； 回用
　　中圖分類號(hào)：TU991.64
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)04-0080-03

1 　試驗(yàn)流程

1?1 廢水水質(zhì)
　　以遼河油田曙光采油廠低滲油層處理站的石油廢水為原水，試驗(yàn)裝置的處理能力為6m³/h 。原水水質(zhì)及回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。?

表1 廢水水質(zhì)和回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng) 目 含油量(mg/L) 懸浮固體(mg/L) 總鐵(mg/L) 細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL) 濾膜系數(shù) 顆粒直徑(μm) 原水 80～120 40～75 0.09 3.5×10³ 　 18.5 回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) ≤5.0 ≤1.0 ≤0.3 ≤10² ≥25 ≤0.5

　　由表1可見(jiàn)，低滲油層回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格，原水中含油量、懸浮物、濾膜系數(shù)、顆粒直徑等指標(biāo)均不能滿足低滲油層回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，必須加以處理。?
1.2 　工藝流程
　　為防止水中雜質(zhì)堵塞地層，低滲油層注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)濾膜系數(shù)與顆粒直徑的要求尤為嚴(yán)格，而這二者在某種程度上是基本一致的，即當(dāng)水中雜質(zhì)顆粒直徑＜0.45μm時(shí)，濾膜系數(shù)就基本滿足大于25的要求，因此對(duì)低滲油層石油廢水進(jìn)行回用處理的關(guān)鍵就在于如何去除水中直徑＞0.45μm的雜質(zhì)顆粒。通過(guò)技術(shù)、性能比較，選擇超濾作為低滲油層廢水深度凈化處理的核心工藝，因超濾對(duì)其進(jìn)水水質(zhì)的要求極為嚴(yán)格，故為保證超濾的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需對(duì)石油廢水進(jìn)行預(yù)處理，試驗(yàn)流程如下：
　　　　原水→混凝沉淀→果殼過(guò)濾→活性炭過(guò)濾→精細(xì)過(guò)濾→超濾→注水站
　　該流程可分為預(yù)處理和深度凈化兩部分。預(yù)處理工藝選用壓力式電絮凝過(guò)濾裝置，其優(yōu)點(diǎn)主要有：①操作簡(jiǎn)單，不需溶藥、投藥等過(guò)程；②由于沒(méi)有投藥系統(tǒng)，所以設(shè)備簡(jiǎn)單、節(jié)省空間；③可使石油廢水處理工藝在密閉壓力狀態(tài)下進(jìn)行，能夠充分利用原水的壓力水頭，并利于后續(xù)的除氧。果殼濾料除油效果較好，活性炭吸附工藝去除COD來(lái)提高出水的濾膜系數(shù)，再增設(shè)精細(xì)過(guò)濾裝置來(lái)確保超濾正常運(yùn)轉(zhuǎn)。原水經(jīng)電絮凝、沉淀、過(guò)濾工藝處 理后，其含油量、懸浮固體濃度等指標(biāo)均降至回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以下，同時(shí)水中的部分有機(jī)物、色度、嗅味等也得以去除。

2 　結(jié)果與討論

2.1 預(yù)處理
　?、?混凝沉淀
　　由于原水的含油量以及懸浮固體濃度均較低，因此通過(guò)混凝沉淀即可將其去除至回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以下(見(jiàn)表2)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)電絮凝裝置的工作電壓為25V、濾速為10m/h時(shí)，其出水中的含油量可降至5mg/L以下，除油率＞90%；懸浮固體濃度＜1.0mg/L，去除率達(dá)95%以上。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)原水中的有機(jī)物、細(xì)菌總數(shù)也得到部分去除，出水中雜質(zhì)顆粒的直徑也降至10μm左右。
　?、?活性炭吸附?
　　活性炭吸附試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　各部分處理效果 項(xiàng)目 含油量(mg/L) 懸浮固體(mg/L) 總鐵(mg/L) 細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL ) 濾膜系數(shù) 顆粒直徑(μm) 果殼過(guò)濾出水 2.41 0.47 0.05 2.2×10³ 　 ≤6.2 活性炭吸附出水 1.0 痕量 ≤0.05 1.2×10³ 　 ≤2.0 精細(xì)過(guò)濾出水 痕量 痕量 痕量 1.2×10³ 　 ≤1.4 超濾出水 痕量 痕量 痕量 2.5×10² ≥40 ≤0.45

　　在濾膜系數(shù)和污染指數(shù)的測(cè)定過(guò)程中，活性炭出水無(wú)法在0.2MPa壓力下保持15min的連續(xù)過(guò)水而不完全堵塞濾膜，說(shuō)明此時(shí)水中的污染指數(shù)仍然很高，還不滿足直接進(jìn)行超濾處理的 要求。
　?、?精細(xì)過(guò)濾?
　　能夠?yàn)V除98%以上的直徑≤2μm固體顆粒的裝置稱為精細(xì)過(guò)濾器。根據(jù)低滲油層采出水的水質(zhì)情況及處理要求，選用一種雙層精細(xì)過(guò)濾器并加以改造，形成了雙層聚丙烯濾芯過(guò)濾器。 內(nèi)裝兩種不同過(guò)濾等級(jí)的濾芯，一級(jí)濾芯可濾除濾芯絕對(duì)孔徑等級(jí)以下的全部雜質(zhì)顆粒，運(yùn)行過(guò)程中隨著濾餅的形成，一級(jí)濾芯還可截獲更小的顆粒，從而進(jìn)一步提高其過(guò)濾效率。二級(jí)濾芯以同樣方式起著進(jìn)一步精濾的作用，從而確保過(guò)濾器的過(guò)濾效果。
　　精細(xì)過(guò)濾的操作壓力為0.5MPa，流量為6m³/h，其運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)表2。
2.2　 超濾工藝
　?、?超濾膜的選擇?
　　石油大學(xué)環(huán)境研究開(kāi)發(fā)中心的研究表明，由于聚砜分子進(jìn)行磺化后其分子鏈中引入了帶有負(fù)電荷的極性固定磺酸基團(tuán)(-SO?2H)，使得磺化聚砜膜的親水性得到改善，增加了超濾膜的透水通量?；腔潭群线m的聚砜膜與純聚砜膜比較，其截留率沒(méi)有明顯差異，但磺化聚砜膜的透水流量大，因此對(duì)于石油廢水而言，磺化聚砜膜是合適的。
　?、?超濾效果
　　試驗(yàn)中使用的管式超濾凈水器共由6組、每組3個(gè)管式超濾膜并聯(lián)組成。超濾進(jìn)水流量為6m³/h，產(chǎn)水率為80%，操作壓力為0.45 MPa，連續(xù)運(yùn)行效果見(jiàn)表2。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，原水中粒徑＞0.45μm的雜質(zhì)顆粒已被去除，超濾出水中的含油量、懸浮固體濃度用7230G分光光度計(jì)已檢不出，濾膜系數(shù)＞40，完全符合回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
　　③ 超濾性能
　　a.操作壓力與進(jìn)水溫度
　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，超濾工藝的操作壓力一般在0.1～1.0MPa之間，該流程中精細(xì)過(guò)濾出水壓力為0.4MPa，滿足超濾工藝關(guān)于操作壓力的要求。
　　提高進(jìn)水溫度可以增加超濾膜的透水通量。試驗(yàn)中超濾工藝的進(jìn)水水溫較高(約為50℃)，利于超濾裝置的運(yùn)行，而且低于磺化聚砜膜的極限使用溫度(90℃)，因此從進(jìn)水溫度上講，利用超濾工藝對(duì)低滲油層石油廢水進(jìn)行深度處理是十分有利的。
　　b.透水通量?
　　超濾膜透水通量的變化與操作壓力、進(jìn)水溫度、進(jìn)水水質(zhì)、膜性能等諸多因素有關(guān)。對(duì)一組超濾膜進(jìn)行了試驗(yàn)，將進(jìn)水流量固定為1.0m³/h，操作壓力固定為0.4MPa，濃水出流量定為0.2m³/h，進(jìn)水溫度定為50℃，并以此作為初始條件對(duì)超濾裝置進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行 ，考察了超濾膜透水通量的變化情況(結(jié)果見(jiàn)圖1)。?

　　從試驗(yàn)結(jié)果看，當(dāng)連續(xù)運(yùn)行9h后透水通量已降至150L/(m²·h)左右，超濾裝置的壓力控制室壓力也逐漸上升至0.42MPa，濃水流量增加至0.35m³/h左右，超濾裝置的回收率僅為50%，此時(shí)超濾膜需進(jìn)行反沖洗。?
　　c.截留率?
　　由于超濾出水中含油量、懸浮固體濃度均已檢測(cè)不出，所以通過(guò)測(cè)定超濾出水中雜質(zhì)顆粒粒徑的大小間接反映超濾膜截留率的變化情況，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2?？梢?jiàn)，超濾出水中雜質(zhì)顆粒粒徑減小、出水水質(zhì)變好恰好是濾膜透水通量開(kāi)始明顯下降的時(shí)刻。此時(shí)超濾裝置的操作壓力開(kāi)始明顯上升，濃水流量開(kāi)始增加，這說(shuō)明超濾膜截留率的增加、出水水質(zhì)的變好是以透水通量的下降為代價(jià)的，所以當(dāng)出水截留率開(kāi)始明顯上升時(shí)，超濾膜應(yīng)立刻進(jìn)行反沖洗。

　　d.產(chǎn)水率?
　　產(chǎn)水率又稱回收率，圖3顯示了超濾裝置產(chǎn)水率與反沖洗周期之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)產(chǎn)水率過(guò)高時(shí)，濾膜反沖洗周期較短，不利于超濾裝置的運(yùn)行管理；若產(chǎn)水率過(guò)低，又勢(shì)必增加濃水排放量，并降低超濾工藝的使用效率。為保證超濾裝置在運(yùn)行管理上的方便，并延長(zhǎng)濾膜的使用壽命，同時(shí)考慮到超濾工藝的使用效率和廢水排放量等情況，將超濾產(chǎn)水率定為75%，濃水收集后貯存，并用作預(yù)處理工藝中砂濾的反沖洗用水。

　?、?超濾膜清洗
　　造成超濾裝置透水通量下降主要是由濃差極化和膜表面形成垢層而引起的。當(dāng)超濾裝置的透水量開(kāi)始大幅度下降時(shí)應(yīng)立即對(duì)超濾膜進(jìn)行清洗以恢復(fù)超濾裝置的處理凈化功能。清水沖洗、鹽酸—清水沖洗、汽油—鹽酸清洗等幾種方法的對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)表3。?

表3 超濾膜清洗試驗(yàn)結(jié)果 清洗方法 沖洗前透水通量［L/(m²·h)］ 沖洗后透水通量［L/(m²·h)］ 沖洗時(shí)間(min) 恢復(fù)率(%) 清水沖洗 198.6 203.5 60 1.2 鹽酸—清水沖洗 179.4 256.6 50 19.4 汽油—鹽酸清洗 187.4 478.7 25 72.1

　　表3表明，汽油—鹽酸清洗效果最好，對(duì)超濾膜透水通量的恢復(fù)能力可達(dá)60%以上。經(jīng)分析認(rèn)為，先用汽油清洗可將凝膠層中的油類物質(zhì)溶解去除，凝膠層因此失去凝膠作用而變成膨松、多孔結(jié)構(gòu)，無(wú)機(jī)固定顆粒因失去保護(hù)層而暴露出來(lái)，只靠非油類有機(jī)物和部分被包裹的油類相互連接，此時(shí)再用酸洗即可去除大部分無(wú)機(jī)顆粒，使凝膠層被較徹底地去除，恢復(fù)超濾膜的透水通量。?

3　結(jié)論　

　?、?低滲油層石油廢水經(jīng)處理后的出水水質(zhì)滿足低滲油層回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可作為低滲油層的回注補(bǔ)給水，且在技術(shù)上是可行的。??、? 對(duì)精細(xì)過(guò)濾器推薦使用雙層聚丙烯濾芯過(guò)濾器，對(duì)超濾膜推薦使用磺化聚砜膜，膜孔徑為0.45μm。?
　?、?超濾工藝作為低滲油層石油廢水凈化回用流程的核心工藝，其在技術(shù)性能和操作運(yùn)行方面是可行的，推薦的工藝參數(shù)為：操作壓力為0.45MPa、產(chǎn)水率為75%、反沖洗周期為8h，反沖洗采用汽油—鹽酸聯(lián)合清洗方式，反沖洗后超濾膜透水通量恢復(fù)率＞65%。

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　　收稿日期：2002-01-30