油田含油污水处理中纳米平板陶瓷膜技术的研究与应用

油田含油污水处理中纳米平板陶瓷膜技术的研究与应用

刘林

浙江博华环境技术工程有限公司浙江杭州310018

摘要：随着石油化工行业的快速发展，传统方法在含油污水处理中已经难以满足当前需求。所以，在对含有污水处理方面需要对新技术工艺进行应用，在这一背景下，膜分离技术逐渐发展，并且得到广泛应用。本文针对影响含油污水膜分离过程的因素进行介绍，对纳米平板陶瓷膜分离技术处理的工艺设计进行详细论述。

关键词：含油污水；纳米平板陶瓷膜分离技术；处理；应用

在石油工业的发展中，排入水体中的含油污水也增多，对环境带来严重危害，为了降低对环境的污染，并且对含油污水中的有效物质进行回收利用，因此在含油污水排入水体之前，要进行净化处理。传统处理方法包含化学淤浆法、生化降解法等，在处理效率方面相对较低，而纳米平板陶瓷膜分离技术作为新型污水处理工艺，处理效率明显优于传统方法，当前，纳米平板陶瓷膜分离技术已经在工业、生活及石油化工等污水处理中得到广泛应用。

1、膜分离技术概述

膜分离技术，是选择一张有选择透过性、特殊制造的过滤膜，对混合物在在外力推动下进行分离、浓缩及提纯的分离技术，其分离原理是对混合物的化学性质与物理性质的不同进行利用。目前，石油化工行业在污水处理中应用的膜分离技术主要包含超滤膜技术、电渗析技术、反渗透膜技术、微滤膜技术及纳滤膜技术等，与其它含油污水处理方法相比，纳米平板陶瓷膜分离技术的优势比较明显，包含以下几点：首先，该技术应用中，膜通量较高，而且比较稳定，不会生成油污泥，可焚烧处理浓缩液；其次，技术应用中只需要压力循环水泵，具有投资小、污染小、高效、节能的特点；第三，透过水质及流量都比较稳定，污水中油分的浓度波动不会对其产生影响；第四，纳米平板陶瓷膜分离装置相对简单，容易操作，维护方便，应用前景非常广阔。

2、影响含油污水膜分离过程的因素

2.1膜的材料与孔径

膜分离技术在含油污水处理中的应用，为了使分离效率满足使用需求，分离膜的性能必须稳定可靠，对膜材料的选择时，要与含油污水的化学性质相结合，选择适合的材料。污水中的油如果以浮油和分散油为主，最好选择纳米平板陶瓷膜，即纳米平板陶瓷膜的孔径保持在1.0-10µm之间，污水中的有如果以稳定的乳化油或溶解油为主，则选择纳米平板陶瓷膜的孔径保持在0.1-1.0µm之间。

2.2操作压差及温度

在工作过程中，纳米平板陶瓷膜的孔径保持在1.0-10µm之间膜的温度对膜分离效率会产生影响，通常情况下，认为膜分离最佳工作温度在30-50℃。对含油污水采用膜分离技术进行处理中，存在一个临界操作压差，如果操作过程中的压差比临界压差小，那么随着压差的增加渗透量也会增加；如果操作过程中压差比临界压差大，则随着压差的增加渗透量降低。

2.3料液流动状态及浓度

在纳米平板陶瓷膜工作过程中，如果料液的浓度比较小，压力与膜通量成正比；料液浓度在超过一定值以后，则操作压力与渗透量无关，膜面流速与渗透量有关。对料液的流动状态进行改变对膜分离效率的提升具有促进作用，所以，按照膜分离体系中进料液的实际情况，对进料液流动状态合理选择，能够使膜分离的效率得到提升。

2.4膜污染

所谓膜污染，是膜表面与污水中的污染物发生化学、物理及机械作用，导致膜表面出现沉淀、积累等。在纳米平板陶瓷膜分离技术应用中，面对的最主要的问题就是膜污染问题，所以，对含油污水采用纳米平板陶瓷膜分离技术进行处理中，对纳米平板陶瓷膜及操作条件都要合理选择。

3、纳米平板陶瓷膜分离技术在含油污水处理中的工艺设计

针对油田开采过程中产生的含油污水进行处理，采用纳米平板陶瓷膜分离技术工艺。该工艺设计目标为对含油污水进行处理，采用催化氧化及初级缓冲消毒对污水中管道石油类物质及有机物进行处理，采用不同孔径等级的纳米平板陶瓷膜对污水中的大颗粒进行一次与二次分离，处理后的污水最终达到排放标准或回收标准。

3.1含油污水性质分析

油田含油污水属于特殊的工业废水，矿化程度比较高，具有复杂的离子组分，同时有机物质也比较多样。而含油污水的这些性质都适合微生物的繁殖，所以水体化学需氧量波动比较大。作为污水排放的主要指标之一，化学需氧量值的大小，是含油污水采用纳米平板陶瓷膜分离技术处理的重点和难点。

3.2选择膜孔径

对纳米平板陶瓷膜分离技术应用效果产生影响的诸多因素之一，膜材料属于关键因素，纳米平板陶瓷膜支撑层以无机陶瓷材料为主，表面镀有各种无机材质的膜层，所以必须要结合含油污水的化学性质对膜材料进行合理选择。采用纳米平板陶瓷膜分离技术对含油污水进行处理中，出水以pH值、化学需氧量、石油类、硫化物及悬浮物作为评定指标。该纳米平板陶瓷膜分离系统对膜孔径的选择时，按照不同处理进程中污染物颗粒的大小而定，确保滤过液达到排放标准。

3.3含油污水中污染物的滤除过程

采用纳米平板陶瓷膜分离技术对含油污水中污染物进行滤除时，主要包含以下过程：（1）缓冲消毒——含油污水预处理。采用缓冲消毒方法对含油污水进行预处理，利用臭氧发生器生成臭氧，臭氧无二次污染，然后将生成的臭氧直接通入到含油污水中，含油污水中的微生物可被臭氧灭杀，同时臭氧对可燃气体具有隔绝作用，能防止此类气体进入到后续工艺设备中。随着臭氧气体一道，漂浮油也上升形成油膜或油层，此类油体油滴直径通常低于100um。将原液静置时，分散油悬浮于水中，通过一段时间的静置，分散油可汇聚成漂浮油，油滴直径变大，一般在1.0-10µm。（2）含油污水一次分离，纳米平板陶瓷膜在膜分离技术中的应用，极有吸附少、滤速快及无介质脱落等优势，经济价值较高，所在应用范围较广。纳米平板陶瓷膜对含油污水中的微粒子及微生物（0.1-10µm）可较好的分离，一次分离过程中对乳化油也能分离出来。由于纳米平板陶瓷膜的通量比较大，一般用于纳滤膜与超滤膜之前的预处理。超滤膜能够对胶体、病毒及蛋白质（0.1-20nm）等大分子物质较好的分离，以溶解油滤除为主。（3）催化氧化。采用臭氧进行高强度氧化，污水中的碳氢化合物与臭氧充分反应以后，含油污水内的小分子化学需氧量物质可生成水与二氧化碳，均不会出现二次污染。（4）二次分离。采用纳米平板陶瓷膜进行二次分离，目的是将污水中的盐分浓缩去除。该步骤是在之前步骤处理后的污水达不到排放标准时应用，因此该流程为附加流程，针对杂质含量较多及污染严重的污水处理。纳米平板陶瓷膜的孔径通常在100nm，主要针对无机盐、抗生素、小分子有机物及允许水等低分子物质进行滤除，分离小性能介于反渗透与超滤之间。（5）定期排除油泥，纳米平板陶瓷膜分离技术在含油污水处理中的应用，整个处理工艺流程中产生的油泥量非常少，所以不需要经常性清理油泥，一般3个月清理一次即可，能够有效降低清理油泥的工作量。

4、纳米平板陶瓷膜技术在含油污水处理中的实际应用

纳米平板陶瓷膜具有活性稳定性能耗、抗酸碱性能耗、耐有机腐蚀、易再生、使用寿命长及综合利用率高等优势，受到广泛关注，现阶段在诸多实际工程中也得到广泛应用。康丽曼等人采用0.1um纳米平板陶瓷膜对二级沉降污水进行处理，结果显示，含油污水在经过纳米平板陶瓷膜处理以后，出水中的悬浮物从进水的236.4mg/L下降到2.35mg/L，最低可达1.35mg/L；在不同孔径纳米平板陶瓷膜处理效果研究中，膜孔径为0.1um时，出水悬浮物含量均值为1.68mg/L，当膜孔径为0.2µm时，出水悬浮物含量均值与0.1µm孔径膜相比增加了0.153mg/L，悬浮物粒径增加0.1µm。表明纳米平板陶瓷膜的组合不同，对含油污水的处理效果也不同。在50℃、流速0.4-1.2m/s、过渡速度100-200L/m2•h条件下，采用纳米平板陶瓷微滤膜与纳米平板陶瓷纳滤膜两级膜组合对含油污水进行处理，结果显示，原油去除率达99%，出水TOC去除率也在42%以上；在两级滤膜基础上增加超滤膜，原油去除率达到99.5%以上，出水TOC去除率达到53%以上。

5、结语

通过本文分析可知，在含油污水处理中，纳米平板陶瓷膜分离技术作为一种有效的分离方法，处理后的含油污水能够达到排放或回收利用标准，有效的节约了能源，降低了污染物排放，具有广阔的应用前景。当然，在纳米平板陶瓷膜分离技术应用过程中，也发现了单一纳米平板陶瓷膜分离技术对含油污水中各种各样的污染物质无法彻底清除，所以在对含油污水进行处理中，需要将纳米平板陶瓷膜分离技术与其它处理技术结合应用，将不同技术的优势充分发挥出来，才能达到最佳的处理效果。

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