為克服注入水水源不足的問題，同時減少對海洋環(huán)境污染，海上油田大多采用現(xiàn)場污水回注的方式。由于回注污水成分復(fù)雜，傳統(tǒng)的“三段法”處理工藝無法很好滿足處理水質(zhì)要求，加之海上平臺操作空間狹小，使得回注污水得不到充分處理，水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)，從而引起地層堵塞、注水壓力升高等問題。因此，亟需開發(fā)快速有效的污水處理技術(shù)來解決回注污水現(xiàn)場處理難題。
陶瓷膜過濾技術(shù)作為一項新型污水深度處理技術(shù)，已成為近年來廢水處理領(lǐng)域的研究熱點。與傳統(tǒng)的水處理方法相比，陶瓷膜過濾技術(shù)具有設(shè)備簡單、分離效率高、化學(xué)穩(wěn)定性好、節(jié)能及適用性強(qiáng)等多種優(yōu)點。本文采用室內(nèi)模擬試驗的方法，考察了陶瓷膜過濾技術(shù)的影響因素，并評價了該技術(shù)對某平臺回注污水的處理效果，以期為該技術(shù)在海上油田污水處理中的推廣應(yīng)用提供技術(shù)參考。
1、試驗部分
1.1 儀器與材料
主要儀器和材料包括陶瓷膜過濾裝置、真空干燥箱、水中含油分析儀、庫爾特顆粒測試儀、微孔濾紙、玻璃抽濾器、電子天平等。其中，試驗用陶瓷膜的性能指標(biāo)為:膜管外徑為30mm，通道內(nèi)徑為4mm，管長為1016mm，膜材質(zhì)為氧化鋯，膜孔徑為200nm，孔隙率為35%，支撐體結(jié)構(gòu)為19通道多孔氧化鋁陶瓷芯，氧化鋁含量>99%，陶瓷膜生產(chǎn)廠家為中國石油大學(xué)(華東)。
試驗用模擬污水中的懸浮顆粒為不同目數(shù)的石英砂顆粒，乳化油由渤海油田某采油平臺Q平臺脫水原油加入乳化劑后經(jīng)Fluka高速攪拌機(jī)攪拌制得。實際污水為渤海油田某采油平臺K平臺的回注污水。
1.2 試驗方法
陶瓷膜過濾裝置流程如圖1所示，裝置主要包括注入水儲罐、反沖洗罐、陶瓷膜組件、流量計、壓力表和離心泵等。
將回注污水加入儲罐中，啟動離心泵，回注污水通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)壓力后輸送至陶瓷膜組件進(jìn)行錯流過濾，并分離為濃縮液和濾后清液(濃縮液和濾后清液同時返回回注污水儲罐中，因此膜系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)保持不變)。為控制陶瓷膜污染程度，試驗過程中進(jìn)行在線反沖洗，時間間隔為30min。裝置運行過程中，可以改變進(jìn)膜水質(zhì)、操作壓力、溫度和膜面流速來考察陶瓷膜處理效果的影響因素。其中，跨膜壓差和膜通量的計算分別如式(1)和式(2)。
回注污水和濾后清液的懸浮固體含量通過重量法測得，原油含量使用水中含油儀進(jìn)行測量，懸浮物和原油粒徑則使用庫爾特顆粒測試儀進(jìn)行測量。
2、結(jié)果與討論
2.1 膜過濾運行條件的影響
2.1.1 跨膜壓差
為考察跨膜壓差對陶瓷膜過濾器處理效果的影響，選取懸浮物和乳化油的含量分別為15mg/L和10mg/L、粒徑中值分別為2.6μm和3.0μm的模擬回注污水，在處理溫度為40℃、進(jìn)膜流量為1.03L/(s·m2)的條件下，考察不同跨膜壓差下濾液的膜通量、懸浮物含量和乳化油含量的變化。如圖2所示，隨著跨膜壓差的增大，膜通量顯著增加，而固體懸浮物含量和乳化油含量則基本無變化，說明跨膜壓差對陶瓷膜過濾器的影響主要體現(xiàn)在對膜通量上。
2.1.2 處理溫度
為考察處理溫度對陶瓷膜過濾器處理效果的影響，選取懸浮物和乳化油的含量分別為15mg/L和10mg/L、粒徑中值分別為2.6μm和3.0μm的模擬回注污水，在跨膜壓差為0.16MPa、進(jìn)膜流量為1.03L/(s·m2)的條件下，考察不同處理溫度下濾液的膜通量、懸浮物含量和乳化油含量的變化。如圖3所示，處理溫度從30℃逐漸升高到70℃，膜通量也隨之從281L/(m2·h)增加到440L/(m2·h)，而固體懸浮物含量和乳化油含量則無明顯變化，說明處理溫度主要還是影響陶瓷膜過濾器膜通量的大小。
2.1.3 進(jìn)膜流量
為考察進(jìn)膜流量對陶瓷膜過濾器處理效果的影響，選取懸浮物和乳化油的含量分別為15mg/L和10mg/L、粒徑中值分別為2.6μm和3.0μm的模擬回注污水，在處理溫度為40℃、跨膜壓差為0.16MPa的條件下，考察不同進(jìn)膜流量下濾液的膜通量、懸浮物含量和乳化油含量變化。如圖4所示，進(jìn)膜流量從0.62L/(s·m2)逐漸增加到1.45L/(s·m2)，膜通量略呈逐漸增大的趨勢，但增加的量較小，固體懸浮物含量和乳化油含量的變化幅度也很小。表明在本試驗條件下，進(jìn)膜流量對陶瓷膜過濾器處理效果的影響較小。
2.2 進(jìn)膜水質(zhì)的影響
2.2.1 懸浮物含量和粒徑
在跨膜壓差為0.16MPa、溫度為40℃、進(jìn)膜流量為1.03L/(s·m2)的操作條件下，分別考察懸浮物含量和粒徑大小對于陶瓷膜過濾效果的影響，結(jié)果分別如圖5和圖6所示。
如圖5所示，當(dāng)固懸物的粒徑中值一定時(2.6μm)，隨著固懸物初始含量的增大，濾后固懸物含量逐漸增加，但固懸物去除率也隨之逐漸增大，最高可達(dá)92.5%，由圖6可知，當(dāng)固懸物的初始含量一定時(15mg/L)，濾后固懸物含量隨著固懸物粒徑中值的增大而顯著降低，固懸物濾除率則逐漸增大。結(jié)果表明，懸浮物的含量和粒徑中值越大，陶瓷膜的處理效果越好。
2.2.2 乳化油含量和粒徑
在跨膜壓差為0.16MPa、溫度為40℃、進(jìn)膜流量為1.03L/(s·m2)的操作條件下，分別考察乳化油含量和粒徑大小對于陶瓷膜過濾效果的影響，結(jié)果分別如圖7和圖8所示。
如圖7所示，當(dāng)乳化油的粒徑中值一定時(6μm)，隨著乳化油初始含量的增加，濾后乳化油含量逐漸增加，乳化油的去除率則呈現(xiàn)先增后減的趨勢，乳化油含量為20mg/L時陶瓷膜的濾除效果最好，由圖8可知，乳化油的初始含量一定時(20mg/L)，濾后乳化油含量隨著乳化油粒徑中值的增大迅速減少，當(dāng)乳化油粒徑中值大于5.8μm后，陶瓷膜的濾除效果提升不再明顯。
2.3 對實際回注污水的處理效果
本試驗考察了陶瓷膜過濾裝置對某實際海上油田回注污水的處理效果。如圖9所示，試驗選取了該油田回注污水處理流程中3個節(jié)點的水樣。經(jīng)陶瓷膜處理后，3處取水點的處理效果如表1所示。
經(jīng)過陶瓷膜深度處理后，3處水樣的固體懸浮物含量分別降低了87.1%、88.1%和93.9%，乳化油含量分別降低了72.5%、68.7%和74.1%，粒徑中值分別降低了42.4%、40.4%和40.6%，3個節(jié)點處的濾后水質(zhì)全部滿足油田回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(在《碎屑巖油藏應(yīng)試水水質(zhì)推薦指標(biāo)》(SYT5329—2012)基礎(chǔ)上編制的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，懸浮物含量≤3.0mg/L，乳化油含量≤5.0mg/L，粒徑中值≤3.0μm)的要求，因此可將陶瓷膜過濾器作為該平臺回注污水的深度處理方法。
3、結(jié)論與建議
(1)在跨膜壓差為0.08～0.24MPa、處理溫度為30～70℃、進(jìn)膜流量為0.62～1.45L/(S·m2)的條件下，陶瓷膜過濾器的膜通量隨著跨膜壓差、溫度和進(jìn)膜流量的增大呈逐漸增大的趨勢，但固體懸浮物和乳化油的濾除效果無明顯變化，表明這是該工藝的推薦運行條件。
(2)在相同的操作條件下，回注污水中濾后固體懸浮物和乳化油的含量隨著初始固體懸浮物和乳化油含量的增加而逐漸增加，但陶瓷膜對固體懸浮物和乳化油的濾除率則逐漸升高，初始懸浮物粒徑和乳化粒徑中值越大，陶瓷膜處理效果越好，陶瓷膜對固體懸浮物的濾除效果明顯優(yōu)于對乳化油的處理效果。
(3)采用陶瓷膜錯流過濾的方法可濾除實際海上油田回注污水中的絕大部分固體懸浮物和乳化油，并大幅降低其粒徑中值，處理后的水質(zhì)滿足平臺注水水質(zhì)要求，說明這是一種非常有效的改善海上油田注水水質(zhì)的方法。( >
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