高礦化度含油汙水處理中膜汙染特性研究

北極星水處理網訊:長慶油田屬於特低壓滲透油田，目前以水驅技術方式進行開採，利用油田採出水回注是解決油田環境汙染的重要途徑。油田採出水是成分十分複雜的廢水，不僅含有大量殘油，還含有一定數量的礦物鹽、種類繁多的微生物細菌以及大量化學藥劑等。油田採出水主要組成大多為石油、SS、各種鹽類、微生物以及添加的化學藥劑等，由於油藏儲層滲透率低，開採孔喉半徑小，地層中含有的的成垢鹽分、細菌以及注水中汙染物等因素，極易導致油層堵塞。長慶油田為採出水處理普遍推廣「自然除油罐+ 壓力濾罐」技術方法存在除油效果較差、過濾器無法實現徹底反清洗、濾料始終不能恢復到最佳狀態等問題。MBR(膜生物反應器)技術具有高效、泥少、出水濃度低等優點，本文採用一體式MBR 反應器(PVDF 中空纖維膜)，研究微濾膜在自來水、高礦化水以及油田採出水三種不同水質條件下受到石油類、懸浮物等汙染的特性。

1試驗材料

1.1 試驗用水：本章試驗中共採用了三種含有不同濃度和種類汙染物的用水開展試驗，分別為：(1)自來水。(2)高礦化水：通過在自來水中加入10 g/LCaCl2，10 g/L MgCl2，1 g/L NaCl，礦化度為10752 mg/L。(3)高礦化含油水：將長慶油田(環三聯站)採出水經過處理沉降後做為高礦化/ 懸浮物並含油試驗用水。其水質含有大量懸浮物，並含有有機質、微生物及其他腐蝕成垢因子(機雜)。高礦化含油用水水質指標如表1。

1.2 汙泥：反應器在活性汙泥條件下運行試驗，活性汙泥來自鹹陽石化汙水處理站生物池，除特殊說明外，試驗過程中維持汙泥濃度在6 mg/L不變。

2試驗裝置及原理

2.1 實驗裝置：試驗裝置為一體式MBR 裝置，由柱形玻璃容器組成MBR 反應器，內部採用管式中空纖維聚偏氟乙烯膜組件(PVDF)。反應器有效容積為10 L，膜組件(PVDF)表面積0.3 m2，膜絲內徑3cm，膜絲孔徑0. 4um，臨界膜通量為20 L/m2.h。試驗中通過蠕動泵抽吸膜孔通道控制出水。膜組件下方設有曝氣管，曝氣強度由氣體流量計控制。工作流程如圖1。

2.2 試驗原理及方法：試驗原理及方法：膜受到汙染後，跨膜壓差會隨著膜汙染的強度和汙染速率變化而變化，試驗中利用跨膜壓差的大小表徵膜汙染的強度，利用跨膜壓差增長速率表徵膜汙染速率，通過測定跨膜壓差大小研究不同水質情況下膜汙染的強度和膜汙染速率。試驗過程中，維持反應器中汙泥濃度6 mg/L、操作溫度14~17℃、曝氣量0.35 m3/h。更換不同的水質進行試驗時，要對膜進行清洗處理，以保證試驗初始時膜性能和條件保持一致。清洗方法：用純水清洗，將微濾膜表面的沉積物去除，然後再分別用0.5 mol/L 的NaOH 溶液、0.1 mol/L 的HCl溶液各清洗浸泡2 小時，最後空曝氣純水反衝洗15 分鐘。

3試驗結果與討論

3.1 無活性汙泥條件下自配高礦化水對膜汙染影響：通過對兩種水質跨膜壓差的測定，研究高礦化水質對膜通量的影響以及膜兩側離子濃度的變化。試驗過程中採用同一膜，反應器中不加入活性汙泥，產水通量均設置為17 L/m2.h、試驗溫度相同均為14℃，全過程不進行曝氣和反衝，經過48 小時的抽吸水，每隔4 小時分別測定膜過濾壓差。(1)跨膜壓差隨時間的變化研究。在相同試驗條件下，測得自來水和自配高礦化水兩種水質48 小時內膜過濾壓差都沒有變化，跨膜壓差分別為5.3 kpa、6.0 kpa，可見，自配高礦化水中無機鹽離子對膜汙染有一定的貢獻。如圖2 所示。

(2)膜過濾前後離子濃度變化研究。自配高礦化水通過膜過濾前後離子濃度變化情況見表2。

由表2 中可以看出，膜過濾前後的溶液中無機鹽離子濃度基本沒有發生變化，各離子進出水濃度幾乎相同，可見，微濾膜對僅含有無機鹽的高礦化水質主要離子基本不存在去除效果。主要原因是由於自配高礦化水質中只含有可溶性的無機鹽，沒有有機物和其他懸浮物，因此可以自由通過微濾膜。

3.2 長慶油田高礦化含油廢水對膜汙染影響研究：反應器中加入活性汙泥，並同時進行曝氣，分別以自來水、自配高礦化水、高礦化含油水(即高礦化/ 懸浮物水質)考察跨膜壓差及膜產水通量隨時間的變化。試驗過程中使用同一個膜，汙泥濃度為6 g/L，曝氣量為0.35 m3/h，水溫為14℃。測定自來水、自配高礦化水和高礦化含油水初始跨膜壓差、穩定跨膜壓差、膜初始通量、穩定膜產水通量見表3。

從表3 中可以看出，在蠕動泵同樣抽吸的情況下，自來水、自配高礦化水和高礦化含油水三種水質條件下，膜穩定壓差依次增大，到達穩定壓差時膜的產水通量依次減小，表明無機鹽類離子、油類物質、機雜等均造成膜的孔徑堵塞，對膜產生汙染影響。

此外，三種水質下膜產水通量隨著膜過濾壓差的增大都有減小，長慶油田高礦化含油廢水(即高礦化度/ 懸浮物水質)對膜汙染影響最明顯，並且膜產水通量下降的最多。長慶油田高礦化含油廢水膜產水通量穩定值小於其他兩種水質膜產水通量，進一步表明油類物質的沉積汙染對微濾膜產水通量有較大影響。

因為長慶油田高礦化度含油廢水中的有機物、鹽類離子與化學添加劑含量多、懸浮物濃度高，相互混在一起比自配高礦化水和自來水的濁度、粘度大。水質中的雜質、膠體粒子等與膜發生作用，造成膜孔徑變小，甚至發生堵塞，即膜受到汙染，導致膜通量變小。膜受到汙染圖片如圖3 所示。

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