功能陶瓷膜處理含聚采油污水技術(shù)研究*

滕厚開，劉宗園，吳 巍，陳 贊，王楚寧，臧毅華

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津300131）

功能陶瓷膜處理含聚采油污水技術(shù)研究*

滕厚開，劉宗園，吳 巍，陳 贊，王楚寧，臧毅華

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津300131）

針對海上聚驅(qū)采油污水處理難題，采用抗聚合物污染的功能陶瓷膜材料，設(shè)計(jì)出了撬塊化膜精細(xì)處理裝備，做了含聚采油污水處理穩(wěn)定性運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，并在渤海綏中36-1平臺(tái)通過了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，該膜裝備可將含聚采油污水中油的質(zhì)量濃度從30mg/L以上降至5mg/L以下，將懸浮物質(zhì)量濃度和粒徑中值分別降至1mg/L和1μm以下，聚合物截留率小于5%，有效實(shí)現(xiàn)了聚合物的循環(huán)使用。該技術(shù)的開發(fā)對改善海上聚驅(qū)采油污水處理水質(zhì)以及降低成本具有重要意義。

功能陶瓷膜；含聚采油污水；水處理

隨著中國油田進(jìn)入開發(fā)中后期，聚合物驅(qū)成為油田三次采油提高采收率的重要手段，目前已在大慶、遼河、勝利、大港及河南等油田得到普遍運(yùn)用，并且取得顯著的增產(chǎn)效果［1］。目前，中國海洋石油總公司已經(jīng)在渤海部分平臺(tái)開展了聚合物驅(qū)采油技術(shù)的應(yīng)用，代表性的油田為綏中36-1稠油油田。隨著油田開發(fā)的深入，聚合物驅(qū)油技術(shù)有望在油田得到更大空間的推廣和應(yīng)用。聚合物驅(qū)采出液經(jīng)過脫水后得到含油污水，污水處理后回注地層重復(fù)利用。然而陸地聚驅(qū)采油污水處理工藝流程長、停留時(shí)間長、設(shè)備體積大，有些需要增加生化處理流程，占地面積大［2-3］，因此不適用于空間小、承重能力有限的海上平臺(tái)聚驅(qū)采油污水處理。同時(shí)，海上平臺(tái)現(xiàn)有水處理工藝無法將含聚采油污水處理達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)回注水水質(zhì)。綏中36-1油田設(shè)計(jì)污水處理能力為4.5萬m3/d，但受目前處理工藝水平制約，其實(shí)際處理能力只有2萬m3/d［4］。目前，海上油田含聚采油污水處理是世界性難題，也是制約聚驅(qū)實(shí)踐的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對含聚采油污水處理難題，筆者采用中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司（簡稱“天津院”）自主開發(fā)的以抗污染型功能陶瓷膜材料為核心的撬塊化膜精細(xì)處理裝備，應(yīng)用于綏中36-1油田含聚采油污水處理研究。研究結(jié)果表明，該裝備能夠有效去除污水中乳化油、懸浮物等物質(zhì)，產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)［5］。

1 現(xiàn)場污水處理概況

圖1為綏中36-1平臺(tái)生產(chǎn)水處理工藝流程。由圖1可見，由一級和二級分離器、電脫水器、開排罐及污水罐分離出的水加入清水劑后，經(jīng)過斜板除油器、加氣浮選器和雙介質(zhì)濾器三級處理，處理后的生產(chǎn)水進(jìn)入注水緩沖罐，回注地層。斜板除油器和加氣浮選器分別用于去除污水中粒徑較大的浮油和粒徑大于10μm的油滴，雙介質(zhì)處理器用于深度除油，同時(shí)去除水中的懸浮物。

圖1 綏中36-1平臺(tái)污水處理工藝流程示意圖

2 膜材料與中試裝置

2.1 膜材料

實(shí)驗(yàn)采用天津院自主開發(fā)的抗污染型功能陶瓷膜材料，通過無機(jī)粒子和有機(jī)功能基團(tuán)對膜表面進(jìn)行改性，控制膜的孔徑大小和分布，改善膜表面的親水疏油性能，增加水通量，防止油及聚合物在膜表面黏附，并有效阻止微生物生長，延長了膜的化學(xué)清洗周期和使用壽命。膜元件參數(shù)：通道數(shù)為19，膜面積為0.25m2，膜平均孔徑為40 nm，膜材質(zhì)為氧化鋯/氧化鋁。

2.2 中試裝置

在功能陶瓷膜基礎(chǔ)上開發(fā)了撬塊化膜精細(xì)處理裝置，用于海上油田含聚采油污水處理，其工作流程見圖2。裝置采用錯(cuò)流過濾工藝，膜組件內(nèi)料液在循環(huán)泵的推動(dòng)下平行于膜面流動(dòng)，料液流經(jīng)膜面時(shí)產(chǎn)生的剪切力將膜面上滯留的顆粒及污染物帶走，從而使污染層保持在一個(gè)較薄的水平，減少了膜的污染。供料泵提供跨膜壓差作為過濾推動(dòng)力。料液經(jīng)三級濃縮后進(jìn)入斜板除油器繼續(xù)進(jìn)行處理，膜產(chǎn)水進(jìn)入注水緩沖罐進(jìn)行回注。

圖2 撬塊化膜精細(xì)處理裝置工作流程

圖3為膜中試裝置。由圖3可見，該裝置采用撬裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了裝置的輕量化、小型化；系統(tǒng)運(yùn)行采用可編程邏輯控制器（PLC）自動(dòng)化控制，能夠減輕勞動(dòng)負(fù)荷，提高操作可靠性，防止因誤操作造成膜損壞；裝置集成了在線清洗（CIP）單元，具有在線自動(dòng)控制、操作簡便、清洗液密閉運(yùn)行無泄漏、清洗液循環(huán)處理無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。裝置通過了中國船級社（CCS）認(rèn)證，滿足了海上油田現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)要求。

圖3 膜中試裝置圖

2.3 中試工藝

采用功能陶瓷膜中試裝置處理綏中36-1平臺(tái)雙介質(zhì)濾器出口含聚采油污水。膜過濾工藝采用三級串聯(lián)操作方式，考察了膜產(chǎn)水水質(zhì)、膜通量及跨膜壓差隨時(shí)間的變化。跨膜壓差達(dá)到0.1MPa時(shí)停止過濾，進(jìn)行清洗。水中含油分析采用InfraCalCVH水中含油分析儀；懸浮物含量測定采用重量法［6］。

3 實(shí)驗(yàn)室可行性實(shí)驗(yàn)研究

取綏中36-1平臺(tái)水處理系統(tǒng)斜板除油器、加氣浮選器及雙介質(zhì)濾器出口生產(chǎn)水，采用中試裝置進(jìn)行膜裝置處理實(shí)驗(yàn)。在恒定通量為200L/（m2·h）條件下連續(xù)運(yùn)行100 h，跨膜壓差控制在0.1MPa以下，膜產(chǎn)水均能滿足注水A1級標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果見表1。實(shí)驗(yàn)表明，功能陶瓷膜能有效去除污水中的乳化油、懸浮物，顯著改善了平臺(tái)注水水質(zhì)，已具備海上油田現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)驗(yàn)條件。

表1 綏中36-1平臺(tái)含聚采油污水膜裝置實(shí)驗(yàn)室處理結(jié)果

4 海上平臺(tái)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)研究

4.1 膜裝置運(yùn)行穩(wěn)定性

采用傳統(tǒng)三段式工藝處理含聚采油污水難以達(dá)到B1級水質(zhì)要求［5］。綏中36-1平臺(tái)為了能夠達(dá)到水質(zhì)回注要求，通過降低設(shè)備處理負(fù)荷來保證注水水質(zhì)。中試過程處理了綏中36-1平臺(tái)雙介質(zhì)濾器出口生產(chǎn)水，處理前后水質(zhì)分析結(jié)果見表2。從表2可見，綏中36-1平臺(tái)雙介質(zhì)濾器出口生產(chǎn)水經(jīng)膜設(shè)備處理后，水質(zhì)達(dá)到A1級標(biāo)準(zhǔn)［5］，滿足綏中36-1平臺(tái)注水水質(zhì)要求。膜處理前后水中聚合物聚丙烯酰胺（PAM）含量基本沒有變化，表明功能陶瓷膜對聚合物無截留作用，聚合物可以順利通過功能膜并保留在水中，不會(huì)在膜表面和內(nèi)部殘留造成污染，從而保證了膜的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，聚驅(qū)采油過程中不用額外加入化學(xué)藥劑，降低了聚驅(qū)采油成本。

表2 膜裝置現(xiàn)場處理綏中36-1平臺(tái)含聚采油污水結(jié)果

實(shí)驗(yàn)采用綏中36-1平臺(tái)雙介質(zhì)濾器出口生產(chǎn)水作為膜裝置進(jìn)水，水溫為60～65℃，膜面流速保持在3.2～3.5m/s，膜裝置進(jìn)水與膜濃縮液體積比設(shè)定為6，對功能陶瓷膜設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性做了考察，結(jié)果見圖4。經(jīng)過120 h連續(xù)實(shí)驗(yàn)，膜原水油含量、懸浮物含量隨時(shí)間波動(dòng)；膜產(chǎn)水水質(zhì)始終滿足A1級注水標(biāo)準(zhǔn)［5］，膜通量始終維持在200 L/（m2·h），跨膜壓差平緩上升，120h后仍小于0.07MPa，表明功能膜裝置處理海上平臺(tái)含聚采油污水具有較好的產(chǎn)水水質(zhì)、較平穩(wěn)的處理量以及較穩(wěn)定的設(shè)備運(yùn)行，能夠解決平臺(tái)采用降低設(shè)備處理負(fù)荷來保證注水水質(zhì)的問題。

圖4 膜產(chǎn)水油含量（a）、膜產(chǎn)水懸浮物含量（b）、膜通量及壓差（c）隨時(shí)間的變化

4.2 膜再生

油田采出水組成復(fù)雜，污水中含有大量的油滴、微粒、膠體等雜質(zhì)，在過濾的過程中會(huì)吸附、沉積在膜表面或膜的孔道內(nèi)，即使經(jīng)過良好的膜表面改性，膜通量的衰減也不可避免。根據(jù)天津院研制的功能陶瓷膜特性，膜表面進(jìn)行了親水疏油改性，受油污染影響較小，清洗的目的主要是針對吸附在膜表面或堵塞在膜孔道的微粒及膠體雜質(zhì)。清洗實(shí)驗(yàn)操作參數(shù)：跨膜壓差為0.05MPa、溫度為65℃、清洗時(shí)間為60min、清洗劑采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的自制堿性和酸性清洗劑。清洗前后膜純水通量測試結(jié)果：實(shí)驗(yàn)前為614L/（m2·h），實(shí)驗(yàn)后為255L/（m2·h），洗清后為609 L/（m2·h）。清洗后膜通量恢復(fù)了99%以上，恢復(fù)效果良好。

5 結(jié)論

1）采用功能陶瓷膜中試裝置處理綏中36-1平臺(tái)含聚采油污水，膜產(chǎn)水油質(zhì)量濃度小于5mg/L、懸浮物質(zhì)量濃度小于1mg/L、懸浮物粒徑中值小于1μm，滿足平臺(tái)含聚采油污水處理后回注的要求。2）功能陶瓷膜對聚驅(qū)藥物無截留作用，避免了膜污染，聚合物可循環(huán)注入開采層，從而減少了藥物用量，降低了聚驅(qū)采油成本。3）功能陶瓷膜中試裝置穩(wěn)定運(yùn)行120 h，膜通量始終維持在200 L/（m2·h），跨膜壓差小于0.07MPa，化學(xué)清洗后膜純水通量恢復(fù)99%以上，表明該技術(shù)可有效解決海上聚驅(qū)采油污水處理難題，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

［1］ 鄧述波，周撫生，陳忠喜，等.聚丙烯酰胺對聚合物驅(qū)含油污水中油珠沉降分離的影響［J］.環(huán)境科學(xué)，2002，23（2）：69-72.

［2］ 宋偉.青海柴達(dá)木盆地尕斯庫勒油田采油污水處理技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)綜述［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011（16）：52-53.

［3］ 曹懷山，姜紅，譚云賢，等.勝利油田回注污水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.油田化學(xué)，2009，26（2）：218-221，226.

［4］ 彭齊國，車連發(fā)，宿輝.渤海綏中36-1油田核桃殼過濾器濾料清洗再生的研究［J］.清洗世界，2007，23（9）：10-17.

［5］ SY/T 5329—2012 碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法［S］.

［6］ GB 11901—1989水質(zhì)懸浮物的測定 重量法［S］.

Study on ceram ic functionalm embrane treatm entofwastewater containing polymer

Teng Houkai，Liu Zongyuan，WuWei，Chen Zan，Wang Chuning，Zang Yihua
（CenerTech Tianjin ChemicalResearch and Design Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300131，China）

In allusion to the treatment problems of themarine wastewater containing polymer，amembrane pilot equipment was designed with anti-polymer pollution ceramic functionalmembranematerials for the treatmentofwastewater containing polymer.Land stability experiments and field tests in the central treatment platform of SZ36-1 Oilfield were carried out.Result showed that the oil contentwas reduced from more than 30mg/L to below 5mg/L，the suspended particles content and median diameterwas decreased to below 1mg/L and 1μm，respectively.The retention rate of polymer was less than 5%in water production，whichwas beneficial to the recycling of the polymer.The ceramic functionalmembrane technology developmentcan improve themarinewastewater containing polymer treatmentand reduce costs.

ceramic functionalmembrane；wastewater containing polymer；wastewater treatment

TE357.6

A

1006-4990（2016）12-0075-03

2016-11-23

滕厚開（1963— ），男，碩士，教授級高工，碩士生導(dǎo)師，主要從事工業(yè)水處理研究開發(fā)。

國家科技支撐計(jì)劃課題“功能膜材料及成套技術(shù)開發(fā)與示范”（2014BAE06B00）。

聯(lián)系方式：tenghk@cnooc.com.cn