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(fù)雜,各油區(qū)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(wěn)定 ,且多以微小油滴和乳化狀態(tài)兩種形式存在, 特別是乳化油 ,傳統(tǒng)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(xué)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(duì)注水的要求, 國(guó)內(nèi)不同的單位也有不同的標(biāo)準(zhǔn),例如有的規(guī)定低滲透油層的注水標(biāo)準(zhǔn)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(xì)菌 ≤100 個(gè)/mL.這次實(shí)驗(yàn)我們與勝利油田設(shè)計(jì)院共同將注水標(biāo)準(zhǔn)定為含油量 ≤1 mg/ L ,懸浮固體 ≤1 mg/L ,對(duì)細(xì)菌不做考察.
3 　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
根據(jù)油田含油污水的成分分析及油田對(duì)注水的要求 ,我們于 1995 年初與勝利油田設(shè)計(jì)院地面所聯(lián)合設(shè)計(jì)了一套流量為 1.5 t/h 的實(shí)驗(yàn)裝置 , 分別在史南 、坨三、孤二污水處理站進(jìn)行了實(shí)驗(yàn).
3.1 　預(yù)處理裝置的設(shè)計(jì)
選用 PE -4 聚乙烯微孔燒結(jié)管作為聚丙烯中空纖維微濾膜的預(yù)處理裝置, 其平均孔徑為 5 ～10 μm ,規(guī)格 32mm ×1 000 mm , 型號(hào) 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(zhǎng)6 30mm , 纖維根數(shù)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(shí)驗(yàn)及檢測(cè)
4.1　實(shí)驗(yàn)流程
在實(shí)驗(yàn)裝置中安裝了溫度計(jì)及流量計(jì)分別對(duì)水溫和流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)(圖 1).
4.2 　檢測(cè)儀器及方法
在實(shí)驗(yàn)過程中 ,所有檢測(cè)項(xiàng)目均委托勝利油田設(shè)計(jì)院化學(xué)室負(fù)責(zé)化驗(yàn)檢測(cè) .共取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 700余個(gè) ,其中懸浮固體顆粒測(cè)試采用引進(jìn)的美國(guó) 4100型激光顆粒計(jì)數(shù)器 , 其它指標(biāo)按 SY5329-88 規(guī)定的測(cè)試設(shè)備及方法:懸浮物、濾膜系數(shù)使用孔徑為0.45 μm 的濾紙、美國(guó)產(chǎn)的 410 型微孔薄膜過濾器進(jìn)行測(cè)試, 含油量采用美國(guó) DR/200 型油水分析儀 ,北京產(chǎn) 723 型分光光度計(jì)和精度萬分之一的分析天平測(cè)試.測(cè)試儀器精密, 操作規(guī)范 ,保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí) .
4.3　實(shí)驗(yàn)及檢測(cè)
本次實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了為期半年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn) ,結(jié)果分述如下 :
4.3.1　史南污水處理站實(shí)驗(yàn)階段
史南污水處理站是 1994 年底投產(chǎn)的新站 ,盡管處理流程 、設(shè)施較齊全,但出水水質(zhì)仍達(dá)不到低滲透油層注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 尤其是懸浮固體嚴(yán)重超標(biāo) .其原水水質(zhì)分析綜合數(shù)據(jù)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(jīng)聚丙烯中空纖維微濾膜處理后檢測(cè)參數(shù)如表
1.從表中數(shù)據(jù)看 ,原水顆粒粒徑變化幅度太大 ,且大部分水樣濾后檢測(cè)數(shù)據(jù)大于濾前數(shù)據(jù), 實(shí)屬反?，F(xiàn)象, 據(jù)初步分析 :一個(gè)原因是與原水礦化度高有關(guān);另一原因是與水溫有關(guān)(該站污水溫度一般在50 ℃左右).懸浮固體含量、濾膜系數(shù)、含油量的變化情況見表 2.從表中數(shù)據(jù)看出,除油效果相當(dāng)不錯(cuò), 但懸浮固
體去除不理想 ,且有一組數(shù)據(jù)反常.該階段實(shí)驗(yàn)除了含油去除率得到肯定外 , 其它指標(biāo)均未得出結(jié)論.
4.3.2　坨三污水處理站實(shí)驗(yàn)階段
坨三站是一座老站 ,水質(zhì)較差 ,不能滿足聚丙烯中空纖維膜的進(jìn)料要求, 故實(shí)驗(yàn)中在裝置的前段增加了輕質(zhì)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(shù)據(jù)表明, 出水含油量基本達(dá)到預(yù)期指標(biāo) ,濾后水目視清沏透明, 但懸浮固體含量與顆粒粒徑未達(dá)到要求.項(xiàng)目組的成員經(jīng)過多次討論, 一致認(rèn)為可能是由于礦化度高、經(jīng)取樣后水樣溫度降低、部分鹽結(jié)晶析出所致 .為了驗(yàn)證這一想法, 專門請(qǐng)教了石油大學(xué)的教授, 得到了肯定的答復(fù) .但析出的晶體是何成分, 對(duì)化驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度影響有多大 ?我們又請(qǐng)教了化學(xué)室的專家 , 得到的答復(fù)是目前該室的檢測(cè)設(shè)備與手段尚無法化驗(yàn)出準(zhǔn)確的結(jié)果.于是我們認(rèn)為是否有這樣的可能 ,即濾后水本來是達(dá)標(biāo)的 ,但經(jīng)過取樣、降溫、化驗(yàn)、結(jié)晶析出, 即環(huán)境狀態(tài)導(dǎo)致了懸浮固體與顆粒粒徑的超標(biāo).為了證實(shí)這一想法 ,我們?cè)诘V化度較低的孤二污水站進(jìn)行了又一次實(shí)驗(yàn) .

4.3.3　孤二污水站實(shí)驗(yàn)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(jí)除油, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 5 和表 6.從表中數(shù)據(jù)看出 ,實(shí)驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到了超過了處理裝置的設(shè)計(jì)參數(shù) ,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(yùn)行情況
本裝置在 25 ℃, 0.2 MPa 時(shí), 純水通量為 1.5m 3 /h ,實(shí)際運(yùn)行中水溫一般為 60 ℃左右 ,最高溫度可達(dá) 80 ℃.由于水溫的升高, 使裝置的水通量在開始時(shí)有所增加 ,但隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng) ,水通量逐漸下降 .運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn) ,當(dāng)入口壓力高的時(shí)候, 膜運(yùn)行的情況不如入口壓力較低的時(shí)候運(yùn)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(guān), 當(dāng)含油量較高時(shí) ,如在孤二污水處理站運(yùn)行約 4 h 即需清洗 ;而當(dāng)含油量較低時(shí) ,如在史南站運(yùn)行時(shí)清洗周期可達(dá)12 h 以上 .運(yùn)行過程中我們還發(fā)現(xiàn)當(dāng)水溫達(dá)到60 ℃以上時(shí), 封裝膜組件的環(huán)氧樹脂發(fā)生軟化 ,致使纖維收縮,通量下降,嚴(yán)重時(shí)樹脂脫殼造成組件報(bào)廢.針對(duì)這一情況我們?cè)诮M件的制作工藝上進(jìn)行了一系列的改進(jìn), 改變了樹脂的配比 , 增加了耐熱材料,使組件的耐熱性和強(qiáng)度有了提高 , 可達(dá)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(fèi)用　　　　　　3 600 元/a電費(fèi) 3 730 元/a
工資福利費(fèi)用 20 000 元/a年維修費(fèi)(為折舊 56%) 6 610 元/a日常維修費(fèi)(為投資費(fèi) 2%) 2 360 元/a其它管理費(fèi) (5000 元×定員)20 000 元/a其它費(fèi)用 6 810 元/a則年經(jīng)營(yíng)費(fèi)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(dāng) 僅 計(jì) 算 再 生、 電 費(fèi) 時(shí) , 制 水 成 本 為0.084 元/m3 .

5.2 　效益分析
目前工業(yè)用自來水 1.14 元/m 3 , 一套 10 m3 /h的處理裝置一年產(chǎn)成品清水 87 600 m 3 ,扣除直接制水成本, 則節(jié)約清水費(fèi)用為:
(1.14-0.084)×87 600=92 506(元/a)僅節(jié)約清水費(fèi)用即為年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用的 1.23 倍之多.
6 　結(jié)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(dāng)原水懸浮固體含量 ≤3 mg/L 時(shí) ,經(jīng)聚丙烯中空纖維過濾后, 可達(dá)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(jìn)一步投入工業(yè)應(yīng)用, 則需繼續(xù)加強(qiáng)流程設(shè)計(jì), 延長(zhǎng)膜清洗周期,減少清洗費(fèi)用.