膜技术在含油废水处理中的研究进展

膜技术在含油废水处理中的研究进展

摘要：膜分离作为一种工艺流程简单，处理效率高以及能耗低的技术，在含油污水处理中的应用越来越广泛。本文概述了膜技术在含油废水处理领域的应用研究现状，分析了影响含油污水处理效果的各种因素以及产生膜污染的主要原因以及处理措施，认为膜技术是21世纪水处理领域的优选技术。

关键词：膜分离技术；含油污水；膜污染

含油水体的来源很广，从工业生产诸如石油开采到石油化工，海上运输、机械制造等等到食品、屠宰、医药以至家居生活无所不有[7]。所以含油污水的种类和性质也就非常繁杂，出于保护环境和节约资源的考虑，经济、有效地处理含油污水是满足当前可持续发展对环境保护的要求的关键[1]。有多种膜可用于油田采出水处理。按材质分，有无机膜和有机膜；按原理分，有微滤膜、超滤膜、反渗透膜和电渗析膜等。采出水处理时膜i应用的多样性与采出水的水质复杂性、多变性和处置目的的多样性密切相关[2]。在石油开采业中，膜分离技术有着潜在的广泛应用前景[14]。

1．微孔过滤膜系统

当地层很致密，渗透率很低时，要求水中悬浮物很低(小于1 mg/L)，并且要求控制粒径(小于1μm)。为保证水质，国外80年代开始就大量使用用一种折叠式微孔滤膜滤芯，桂林过滤器厂、江汉机械研究所、华北油田设计院等进行了类似滤芯、井口过滤设备的研究和试验工作，并在大庆、胜利、华北、南阳、大港等油田进行了小范围现场应用[2]。由于这种滤芯材料抗油污染性能差，定期更换烦琐，费用高，无法适用于油田现场。因此，目前这类采用一次性滤芯的微孔膜在国内油田基本被淘汰。

在1991年前后，美国研究了一种无机陶瓷微滤膜处理采出水用于油田回注，并在路易斯安那、墨西哥湾的海上及陆上油田进行小规模生产试验[3]。滤膜材质为具有不规则微孔的α-铝钒土，产自法国；单体长0.85 m，厚度为30～50μm，微孔孔径0.2～0.8μm，单元过滤面0.8 m2。在大量试验研究的基础上，探讨了不同温度、压差、膜面流速、孔径等参数对过滤特性的影响。针对膜处理中最为关键的清洗问题，设计了脉冲及预处理工艺，有效地延长了过滤周期。1995年，

美国Aloca公司在墨西哥采油平台进行陶瓷微滤膜试验。2003年，胜利油田尹赐予等人采用HPL型板框式超滤器对油田含油污水进行处理试验[4]。在进口含油500～ 6 000 mg/L，经过一次浓缩，可使浓缩后的污水含油达1%～3%，而渗透液中的含油在100 mg/L以下，油份截留率达99%。

近年来，陶瓷膜的潜在利用有了很大的改善。Talidi 等人通过挤压叶蜡石粘土制备管状大孔膜，然后进行烧结工艺；研究了多孔叶蜡石膜的性质[5]。Bouzerara等人用白云石和高岭土的混合物构建膜支撑[6]。2015年，R. Vinoth Kumar等人通过挤压使用便宜的粘土混合物制造低成本新型管状陶瓷膜技术已得到有效应用[8]。

与陶瓷膜相比，炭膜具有机械强度高、耐腐蚀能力强等优点，且可由相同的初始原料经不同的热解条件和调孔方法制备出具有不同的平均孔径和分布﹑可用于不同分离目的的膜，所以炭膜的应用前景也日渐扩大。潘艳秋等人对目前难以分离的油田乳化状废水，采用自制的孔径为0.6~2.5µm 的单根和七根管状炭膜，用原油和水经超声波乳化而成的油水乳化液为原料，通过测定膜的除油率及渗透液含油量等参数，考察了不同孔径炭膜的除油效果，确定了适宜的分离油水用膜及相应的操作条件[12]。实验结果表明，炭膜处理含油污水是可行的。在实验范围内，炭膜的除油率可达97%以上、渗透液含油量小于10mg⋅L−1，可达到国家环保排放要求。在炭膜孔径为 1.0µm、流体流动雷诺数为5660~10110 和压差为0.1MPa 条件下，操作过程具有较大的稳定渗透通量和较小的膜污染。2．超滤膜系统

由于横向流超滤膜的孔径比微滤膜的孔径更小，因此其出水质量更好。在稠油开采过程中，为解决水资源短缺问题，采出水处理回用成为一条首选的技术途径。

在国外，加拿大西部一些油田通过试验，考虑采用横向流超滤处理油田采出水作为离子交换器的预处理，替代常规处理流程。这样做具有简化流程、可以处理高含水、应变性强的优点。1994年Santos采用管状超滤膜对不同采出水进行了实验研究[3]。结果表明:处理后的水质大大低于标准要求。

1995年，石油大学李发永等采用外压管式聚砜超滤膜处理胜利油田东辛采油厂的采出污水，对操作条件、清洗工艺等作了研究[5]。膜的有效面积0.4 m2，

在一定操作条件下，膜通量80～490 L/(m2·h)，处理后达到了低渗透油田注水水质标准[2]。1998年，国家生态环境研究中心王静荣等人采用不同材料的中空纤维超滤膜对油田污水做了实验研究[9]。筛选出适合处理油田含油污水的几种中空纤维超滤膜，研究了操作条件对膜透过性能的影响，探讨了不同清洗方法对膜透过性能的恢复效果。

2000年，国家生态环境研究中心王静荣等人采用聚砜共混中空纤维膜对油田含油污水进行处理，探讨了不同清洗剂和清洗方法对膜通量的恢复效果[10]。试验表明:使用表面活性剂和异戊醇混合溶液为清洗剂，采用负压抽洗和反压冲洗同时进行的方法，可以使膜通量恢复率达90%以上。2003年，胜利油田尹赐予等人采用HPL型板框式超滤器对油田含油污水进行处理试验[11]。在进口含油500～6 000 mg/L，经过一次浓缩，可使浓缩后的污水含油达1%～3%，而渗透液中的含油在100 mg/L以下，油份截留率达99%。

3．除盐膜系统

对于低含盐的油田采出水，采取必要的处理工艺，就可以去除主要的污染物，但对于高含盐的采出水，需要采取更加复杂的处理工艺，如蒸馏、电渗析膜、反渗透膜、离子交换等。蒸馏法耗能大，成本高，不适合油田大规模高盐水处理。

近几年来，加拿大和美国对采出水的各种脱盐方法进行了研究。结果表明，在某些情况下使用电渗析膜和反渗透膜处理采出水不但技术上可靠，而且经济上可行。

我国油气田对地下苦咸水和含盐水处理的水平还很低。江苏工业学院王车礼等人开始采用减压膜蒸馏方法进行油田高含盐废水的处理实验研究。认为:将减压膜蒸馏方法用于高含盐水处理，能耗低，比海水淡化更具优势。华北油田设计院为解决油田高含盐水外排问题，采用电渗析膜法，进行了任一联及任二联采出水脱盐处理现场试验，试验结果达到了农灌标准[13]。

4．结论与展望

膜技术被认为是“21世纪的水处理技术”，在水处理领域有着广阔的应用前景。膜技术与传统的水处理工工艺相比，具有占地小、能耗低、出水水质优、处理效果好、对环境影响小等特点，是解决当代能源、资源和环境问题的高新技术，它既可用于给水处理，也可用于废水处理[15]。