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集成膜技术深度处理油田采油废水研究

作　者: 潘振江
导　师: 高从堦
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋化学工程与技术
关键词: 采油废水集成膜技术纳滤超滤微滤注汽锅炉回注膜污染
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

油田采油废水是伴随石油开采而产生的。采油废水中含有大量的悬浮物、石油类、细菌等污染物和Ca2+、Mg2+、SO42-等结垢离子,对环境、生态和油田开采造成了严重地破坏。采油废水处理后回注、回用是解决油田采油废水环境污染,节约淡水资源的重要途径。超滤(UF)能够较好的去除采油废水中的悬浮物、石油类和细菌,处理后的废水能够满足低渗透油田回注水的水质指标,实现采油废水的回注处理。纳滤(NF)可有效的截留Ca2+、Mg2+、SO42-、Sr2+、Ba2+等结垢离子,一定程度地降低采油废水的矿化度、碱度和硬度,使采油废水用于配聚用水和热采锅炉的补给水成为可能。针对油田采油废水的水质特点,基于采油废水回注与回用的双重目的,设计了UF+NF集成膜系统深度处理工艺,评价并筛选了试验用超滤和纳滤膜的类型。通过现场试验考察了超滤和纳滤过程的影响因素和膜污染的情况,并对其进行了系统地分析和探讨,同时考察了集成膜系统处理不同采油区块采油废水的稳定性,分析并提出了针对膜技术处理油田采油废水的进水指标。试验首先对集成膜系统预处理工艺效果进行研究,根据不同采油废水的水质特点,通过对油、悬浮物和浊度的去除效果,筛选了不同的预处理工艺。对经过生化处理的乐安低矿化度采油废水,采用MF-1+MF-3两级微滤的预处理工艺；而对滨一高矿化度采油废水处理,则选择了除油、除浊效果更好地除油器+布袋过滤器的工艺来保证集成膜系统的进水水质。在确定了预处理工艺流程之后,进行了集成膜系统深度处理采油废水的过程研究,分别研究了系统中超滤部分和纳滤部分各自的性能特点。结果表明：聚砜(PS)和聚醚砜(PES)超滤膜(编号分别为UFⅠ、UFⅡ)的产水通量均随操作压力的增大而升高,但是随着压力的升高,膜通量衰减速率呈上升趋势。物理反洗周期依据超滤膜通量的大小来确定,一般应低于40min。两种不同材料的超滤膜对废水中油、悬浮物,去除效果均较好,产水满足低渗透油田回注水A2标准,并且亲水性较强的聚醚砜超滤膜具有更高的产水通量。纳滤深度处理采油废水的膜通量因矿化度的不同差别较大,随着操作压力的升高,纳滤膜通量亦随之升高,但当压力增至一定程度后,膜通量增幅减缓。纳滤膜随操作压力的变化对矿化度和硬度等的截留率有所差别,但处理不同矿化度的采油废水,纳滤膜对各种离子的截留率基本保持稳定,对硬度、矿化度和COD的去除率分别高达97%、91%和81%。最后,对集成膜系统中超滤膜和纳滤膜分别进行了膜污染分析研究,采用原子力显微镜、扫描电镜和X-射线能谱对超滤和纳滤膜表面进行了分析,结果表明引起超滤膜表面污染主要由石油类有机污染物引起的,而纳滤膜通量的衰减主要是由有机污染引起的。本文的研究结果表明,集成膜技术处理油田采油废水在技术上是可行的,并证实了集成膜系统工艺能够长期稳定地为配聚和热采锅炉提供优质水,在油田采油废水处理回注与回用上具有广阔的应用前景。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
1 文献综述  13-32
  1.1 油田采油废水概述  13-20
    1.1.1 采油废水的来源  13
    1.1.2 采油废水的特点  13-14
    1.1.3 采油废水的危害  14
    1.1.4 采油废水处理基本要求及影响指标  14-17
    1.1.5 采油废水的处理现状及存在问题  17-20
  1.2 超滤膜及其应用概述  20-25
    1.2.1 超滤及其工作原理  20
    1.2.2 超滤膜组件的类型及其特点  20-21
    1.2.3 影响超滤膜分离效果的因素  21-23
    1.2.4 膜污染  23
    1.2.5 国内外超滤膜在油田废水处理中的研究应用  23-25
  1.3 纳滤膜及其应用概述  25-30
    1.3.1 纳滤膜的定义及特点  25-26
    1.3.2 纳滤膜性能及其影响因素  26-28
      1.3.2.1 纳滤膜性能表征  26
      1.3.2.2 影响纳滤膜性能的主要因素  26-28
    1.3.3 国内外纳滤技术的应用发展概况  28-30
      1.3.3.1 纳滤膜技术应用概况  28-30
  1.4 课题研究意义  30-31
  1.5 课题研究内容  31-32
2 实验及分析方法  32-42
  2.1 实验流程简介  32-36
    2.1.1 原水水质及前处理  32-33
    2.1.2 集成膜工艺流程及装置  33-36
  2.2 分析和测试方法  36-41
    2.2.1 无机离子的测定方法  36
    2.2.2 悬浮物测定方法  36-37
    2.2.3 含油量测定方法  37-38
    2.2.4 细菌含量测定方法  38
    2.2.5 COD_(Cr)测定方法  38-39
    2.2.6 污泥淤积指数(SDI)  39-40
    2.2.7 其它水质指标的测定  40-41
  2.3 本章小结  41-42
3 集成膜技术处理低矿化度采油废水——乐安联合站现场试验研究  42-54
  3.1 微滤-微滤前处理效果及筛选  42-44
  3.2 超滤膜预处理性能的研究  44-47
    3.2.1 操作压力对膜通量和水质的影响  45-46
    3.2.2 超滤膜的化学清洗  46-47
  3.3 超滤膜污染分析实验研究  47-49
  3.4 纳滤膜深度处理性能的研究  49-52
    3.4.1 操作压力对膜产水通量的影响  50
    3.4.2 操作压力对回收率的影响  50-51
    3.4.3 操作压力对离子脱除率的影响  51-52
  3.5 集成膜技术深度处理长期运行稳定性  52-53
  3.6 本章小结  53-54
4 集成膜技术处理高矿化度采油废水——滨一污水站现场试验研究  54-74
  4.1 除油器-布袋过滤器前处理产水水质  54-57
  4.2 超滤膜预处理性能的研究  57-62
    4.2.1 操作压力对超滤膜通量的影响  57-58
    4.2.2 反洗周期对膜通量恢复的影响  58
    4.2.3 超滤及杀菌剂除菌效果  58-59
    4.2.4 超滤产水水质  59-60
    4.2.5 超滤膜的化学清洗和膜污染分析  60-62
      4.2.5.1 不同化学药剂的清洗效果  60-61
      4.2.5.2 化学清洗方式的优化  61-62
  4.3 超滤膜的污染实验研究  62-64
  4.4 纳滤膜深度处理性能的研究  64-67
    4.4.1 操作压力对膜通量的影响  64-65
    4.4.2 操作压力对矿化度去除效果的影响  65
    4.4.3 操作压力对硬度去除效果的影响  65-66
    4.4.4 操作压力对COD_(Cr)去除效果的影响  66-67
  4.5 集成膜技术深度处理长期运行稳定性  67-69
    4.5.1 长期运行条件下,纳滤产水通量变化  67-68
    4.5.2 长期运行下纳滤产水水质变化  68-69
  4.6 纳滤膜污染实验研究  69-73
  4.7 本章小结  73-74
5 结论与建议  74-77
  5.1 结论  74-75
  5.2 创新点  75-76
  5.3 建议  76-77
参考文献  77-83
附录  83-85
致谢  85-86
个人简历及发表的学术论文  86

集成膜技术深度处理油田采油废水研究

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