天津津騰實驗設備有限公司
1 含油污水成分的分析
油田含油污水量較大 ,大約占油田總水量的2/3左右 ,且成分復雜,各油區含油污水的的成分也不盡相同 .主要成分有:
1)原油 油田含油污水中原油含量不穩定 ,且多以微小油滴和乳化狀態兩種形式存在, 特別是乳化油 ,傳統的處理方法很難將其徹底除去.
2)礦化度 主要為 K + 、Na + 、Cl - ,每升含量從幾千毫克到幾萬毫克 .
3)化學藥劑 主要是水站原有的處理中加入的破乳劑 、絮凝劑、殺菌劑等.
2 油田注水的要求
對注水的要求, 國內不同的單位也有不同的標準,例如有的規定低滲透油層的注水標準為含油≤5mg/L ,懸浮固體 ≤1 mg/L , ≤2 μm 顆粒體積占顆?？傮w積的 80 %以上 , 細菌 ≤100 個/mL.這次實驗我們與勝利油田設計院共同將注水標準定為含油量 ≤1 mg/ L ,懸浮固體 ≤1 mg/L ,對細菌不做考察.
3 實驗設計
根據油田含油污水的成分分析及油田對注水的要求 ,我們于 1995 年初與勝利油田設計院地面所聯合設計了一套流量為 1.5 t/h 的實驗裝置 , 分別在史南 、坨三、孤二污水處理站進行了實驗.
3.1 預處理裝置的設計
選用 PE -4 聚乙烯微孔燒結管作為聚丙烯中空纖維微濾膜的預處理裝置, 其平均孔徑為 5 ～10 μm ,規格 32mm ×1 000 mm , 型號 MFE-5,外殼直徑 225 mm.
3.2 聚丙烯中空纖維微濾膜組件的選擇
選用 IB8-03 型組件兩支 ,外殼直徑80mm ,長6 30mm , 纖維根數17000根/支 , 耐壓0.3MPa , 溫度≤80 ℃,純水通量 0.8 m 3 /h(25 ℃,0.2MPa).
4 污水處理實驗及檢測
4.1 實驗流程
在實驗裝置中安裝了溫度計及流量計分別對水溫和流量進行監測(圖 1).
4.2 檢測儀器及方法
在實驗過程中 ,所有檢測項目均委托勝利油田設計院化學室負責化驗檢測 .共取得實驗數據 700余個 ,其中懸浮固體顆粒測試采用引進的美國 4100型激光顆粒計數器 , 其它指標按 SY5329-88 規定的測試設備及方法:懸浮物、濾膜系數使用孔徑為0.45 μm 的濾紙、美國產的 410 型微孔薄膜過濾器進行測試, 含油量采用美國 DR/200 型油水分析儀 ,北京產 723 型分光光度計和精度萬分之一的分析天平測試.測試儀器精密, 操作規范 ,保證了測試數據的準確、實驗結果的真實 .
4.3 實驗及檢測
本次實驗分別在勝利油田史南污水處理站 、坨三污水處理站和孤二污水處理站進行了為期半年的現場實驗 ,結果分述如下 :
4.3.1 史南污水處理站實驗階段
史南污水處理站是 1994 年底投產的新站 ,盡管處理流程 、設施較齊全,但出水水質仍達不到低滲透油層注水水質標準, 尤其是懸浮固體嚴重超標 .其原水水質分析綜合數據如下:
含油 3.41 mg/ L ;總礦化度 29650.88 mg/L ;總鐵5.50mg/L ;SS :20.7mg/L ;MF :26.32;腐蝕速度0.0084 mm/a.
經聚丙烯中空纖維微濾膜處理后檢測參數如表
1.從表中數據看 ,原水顆粒粒徑變化幅度太大 ,且大部分水樣濾后檢測數據大于濾前數據, 實屬反?，F象, 據初步分析 :一個原因是與原水礦化度高有關;另一原因是與水溫有關(該站污水溫度一般在50 ℃左右).懸浮固體含量、濾膜系數、含油量的變化情況見表 2.從表中數據看出,除油效果相當不錯, 但懸浮固
體去除不理想 ,且有一組數據反常.該階段實驗除了含油去除率得到肯定外 , 其它指標均未得出結論.
4.3.2 坨三污水處理站實驗階段
坨三站是一座老站 ,水質較差 ,不能滿足聚丙烯中空纖維膜的進料要求, 故實驗中在裝置的前段增加了輕質濾料前處理裝置, 該站污水總礦化度16 000 mg/L左右, 水溫 60 ℃左右, 含油量 8 mg/L表 4 數據表明, 出水含油量基本達到預期指標 ,濾后水目視清沏透明, 但懸浮固體含量與顆粒粒徑未達到要求.項目組的成員經過多次討論, 一致認為可能是由于礦化度高、經取樣后水樣溫度降低、部分鹽結晶析出所致 .為了驗證這一想法, 專門請教了石油大學的教授, 得到了肯定的答復 .但析出的晶體是何成分, 對化驗結果的準確度影響有多大 ?我們又請教了化學室的專家 , 得到的答復是目前該室的檢測設備與手段尚無法化驗出準確的結果.于是我們認為是否有這樣的可能 ,即濾后水本來是達標的 ,但經過取樣、降溫、化驗、結晶析出, 即環境狀態導致了懸浮固體與顆粒粒徑的超標.為了證實這一想法 ,我們在礦化度較低的孤二污水站進行了又一次實驗 .
4.3.3 孤二污水站實驗階段
孤二污水處理站原水礦化度 8 000 mg/L 左右,水溫 60 ℃左右 ,處理流程只有二級除油, 實驗結果見表 5 和表 6.從表中數據看出 ,實驗結果均達到了超過了處理裝置的設計參數 ,從而間接證明了上述的想法和推斷.
4.3.4 膜的清洗及裝置的運行情況
本裝置在 25 ℃, 0.2 MPa 時, 純水通量為 1.5m 3 /h ,實際運行中水溫一般為 60 ℃左右 ,最高溫度可達 80 ℃.由于水溫的升高, 使裝置的水通量在開始時有所增加 ,但隨著運行時間的延長 ,水通量逐漸下降 .運行過程中發現 ,當入口壓力高的時候, 膜運行的情況不如入口壓力較低的時候運行得好.分別在入口壓力為 0.2 MPa 和 0.3 MPa 兩種不同的壓力情況下考察了膜通量的變化及清洗后的情況(圖2 和圖 3).膜的清洗, 采用反洗 、酸洗 、堿洗方法,膜清洗的條件是裝置的通量下降到 0.6 m 3 /h 以下(40%).清洗的周期主要與污水的含油量有關, 當含油量較高時 ,如在孤二污水處理站運行約 4 h 即需清洗 ;而當含油量較低時 ,如在史南站運行時清洗周期可達12 h 以上 .運行過程中我們還發現當水溫達到60 ℃以上時, 封裝膜組件的環氧樹脂發生軟化 ,致使纖維收縮,通量下降,嚴重時樹脂脫殼造成組件報廢.針對這一情況我們在組件的制作工藝上進行了一系列的改進, 改變了樹脂的配比 , 增加了耐熱材料,使組件的耐熱性和強度有了提高 , 可達到 90 ℃不變形.
5 制水的成本及效益分析
5.1 制水成本
以10 t/h 的裝置為例,裝置一次性投資 11.8萬元.
酸堿清洗費用 3 600 元/a電費 3 730 元/a
工資福利費用 20 000 元/a年維修費(為折舊 56%) 6 610 元/a日常維修費(為投資費 2%) 2 360 元/a其它管理費 (5000 元×定員)20 000 元/a其它費用 6 810 元/a則年經營費為 74 910 元/a年制水量 87 600 m 3 /a則制水成本 0.86 元/m 3當 僅 計 算 再 生、 電 費 時 , 制 水 成 本 為0.084 元/m3 .
5.2 效益分析
目前工業用自來水 1.14 元/m 3 , 一套 10 m3 /h的處理裝置一年產成品清水 87 600 m 3 ,扣除直接制水成本, 則節約清水費用為:
(1.14-0.084)×87 600=92 506(元/a)僅節約清水費用即為年經營費用的 1.23 倍之多.
6 結論
聚丙烯中空纖維微濾膜裝置處理油田含油污水是可行的 .當原水懸浮固體含量 ≤3 mg/L 時 ,經聚丙烯中空纖維過濾后, 可達到濾后水懸浮固體含量≤1 mg/ L , 懸 浮固 體顆 粒粒 徑 ≤1 μm , 含 油量≤1 mg/ L ,能滿足低滲透、特低滲透油層注水的要求 .
要進一步投入工業應用, 則需繼續加強流程設計, 延長膜清洗周期,減少清洗費用.
