陶瓷平板膜处理含油废水影响因素的研究

摘要：为了使二次采油废水处理后的水质可以达到低渗透率底层回注标准，以油田废水为处理对象，建立一套以陶瓷平板膜为核心的试验装置。通过对跨膜压差变化的检测，确定最佳工作条件。结果表明：最佳曝气量为2．0ml/min，最佳膜通量为22．5L／(m．h)，最佳隔板位置为2号位置。运行过程中出水含油量跟ss均优于《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》(SY5329—94)中回注水水质Al级标准，利用陶瓷平板膜装置可以实现长期稳定运行的目标。

关键词：含油废水；最佳膜通量；最佳曝气量；最佳隔板位置

引言

膜分离技术是以物理截留的方式将污水中一定粒径大小的杂质去除的技术，其工作原理为：在外界压力的驱动下，粒径小于膜孔径的物质可通过膜过滤层上的微孔到达膜的另一侧，粒径较大的物质则被截留下来，从而达到筛分溶液中不同粒径组分的目的，实现对不同物质的选择透过性。

明电舍一沈阳建筑大学陶瓷平板膜处理含油废水项目，利用陶瓷平板膜对含油废水中的油跟悬浮物有很好的处理效果，出水水质满足SY5329—94的A1级水质标准。

膜分离技术对含油废水的处理效果在一定程度上会受到以下几个因素的影响，分别为膜通量、温度、曝气量等。例如，已知温度越高，膜污染速度越慢，跨膜压差变化较小，有利于膜通量的稳定。。通过对试验研究得出，50℃的水温接近原水水样的起始温度，设定50℃为试验的最佳运行温度。由于该试验采用全新的装置，因此曝气量大小对试验效果的影响是个未知数，因而主要研究曝气量对陶瓷平板膜处理含油废水效果的影响。试验中主要针对跨膜压差的变化进行研究。以含油污水为料液进行过滤试验，在不同的操作条件下，观察跨膜压差的变化，分析曝气量大小对陶瓷平板膜过滤试验装置运行稳定性和过滤效果的影响，从而选取最适合试验装置运行的曝气量。

1 试验材料及方法

1.1 原水水质

文中试验所使用的原水为沈阳采油厂某联合站油田回注水处理系统中的除油罐后出水，经长期测定，所取原水水质如表1所示。

1．2 试验装置及流程

文中试验以陶瓷平板膜为过滤组件与电解气浮装置相结合，作为试验装置的核心部分。根据课题的研究目的及内容，在参考了陶瓷平板膜的产品说明书和电解气浮技术的相关文献后，设计制造了电解气浮结合陶瓷平板膜处理油田回注水的试验装置，试验工艺流程图如图1所示。

试验原水存放于原水水箱中。曝气泵启动，原水循环蠕动泵的抽吸作用进入到反应槽中，在曝气泵的作用下，与陶瓷平板膜膜片形成错流，从而减缓膜片的表面污染情况，陶瓷平板膜上连接着1台抽吸泵，在抽吸泵的抽吸压力下，原水通过陶瓷膜片过滤进入到出水水箱中，悬浮物、部分油等杂质被陶瓷膜片过滤后，截留在反应水槽中。反应水槽中设有溢流槽，当反应槽中水位达到溢流槽时，就会溢流到排水水箱中，通知当电解气浮装置运行时，气浮产生的浮渣物质可以刮到溢流槽中。试验装置的运行时间设置为每抽吸1lmin，反冲洗1min。反冲洗的水源来自于出水水箱，由反冲洗泵将水抽出，对陶瓷膜片进行反清洗。在反应水槽和出水水箱上设有取样口和放空阀，用来定时监测反应水槽中浓缩液和出水水箱中的水质情况及排空装置。电解气浮装置放置在反应水槽底部，当反应槽中含油浓度过高达到气浮处理要求时，开启电解气浮装置，从而降低反应水槽中浓缩液的悬浮物杂质和含油浓度。

1．3 陶瓷平板膜工作原理

陶瓷平板膜的工作原理如图2所示。在陶瓷平板膜的内部设有集水竖管，在膜两端设有集水横管。一端的集水横管口与抽吸泵相连，在泵的抽吸作用下，原水从膜两侧的表面进入，与此同时原水中的尺寸较大的固体悬浮物、油等杂质被截留在膜片表面，从而实现了对污染物的去除。处理水从集水竖管汇合到集水横管中，从而被泵抽出。

1．4 水质分析方法

油含量测定：采用紫外分光光度法；悬浮物含量测定：采用抽滤一烘干称量法。

2 结果与讨论

2.1 曝气量对处理效果的影响

不同曝气量下跨膜压差变化趋势如图3所示。

在运行条件为处理水量25ml／min，反冲洗水量40ml／min，水温5O℃的情况下，随着曝气量的不同，装置在3天(45h)的运行过程中的跨膜压差的变化有明显不同。这是由于曝气对陶瓷平板膜表面产生冲刷作用，使得膜表面的油和悬浮物聚集度得到下降。同时曝气还有气浮的作用，可以使得浓缩液中的部分浓油悬浮在液体表面，得到有效去除。从图3中可以看出曝气量为0．5L/min跨膜压差变化最为明显，在30h左右，跨膜压差上升至0．035，此时膜片已经无法正常工作。曝气量为2．0ml／min条件下，跨膜压差在45h升至0．025左右，变化较为缓慢，远远小于其他三种曝气量。由此选定2．0ml／min为最佳曝气量。

2．2 最佳隔板位置对跨膜压差的影响

文中试验设计5个平行的卡槽，膜片放置在中间卡槽处，在膜片两端卡槽处放置2块挡板。通过调整挡板的位置，可以调节曝气的有效面积，达到对膜片冲刷的最大化，选择最佳膜片位置有利于延长膜片的使用周期。由图4可知，1号隔板位置40h时，跨膜压差上升至0．035左右，反冲洗跨膜压差升至0．013，曲线上升较为迅速。由图5可知，2号隔板位置，45h时跨膜压差升至0．020，反冲洗跨膜压差升至0．008。较前2组试验效果最好。由图6可知，不放置隔板，45h跨膜压差升至0．026，反冲洗跨膜压差升至0．009，较1号隔板位置上升较为缓慢。因此，选用2号隔板位置为该实验的最佳隔板位置。

2．3 膜通量确定

膜通量是指单位时间内通过单位膜面积的流体量，是影响陶瓷平板膜过滤效果的因素之一。膜通量越大，跨膜压差变化越大。文中主要目的是研究电解气浮是否能够有效地降低反应水槽内含油废水浓度，使陶瓷平板膜装置能够长期稳定运行。为使处理的含油废水浓度能够迅速提升，同时研究电解气浮能否使装置在较高膜通量下稳定运行，经陶瓷平板膜生产厂家的要求，该试验将膜通量设定为22．5L／(m2·h)(处理水量~25ml／min)。

3 结论

利用陶瓷平板膜处理采油废水，出水中ss及含油量均小于1mg／L，出水水质优于油田回注水水质Al级标准。利用陶瓷平板膜处理含油废水的最佳条件为：最佳曝气量为2OmVmin，最优膜通量为5L／(m2·h)，运行温度为50℃．最佳隔板位置为2号隔板位置。利用陶瓷平板膜处理含有废水可以有效长期运行，出水可用于低渗透层的回注，有着良好的发展前景。