低滲透油田在油氣田開(kāi)發(fā)中的地位越來(lái)越重要，正在成為開(kāi)發(fā)的主體。目前油田多實(shí)行早期注水，精細注水是低滲透油田開(kāi)采的主要手段之一。而迫于水資源的短缺和環(huán)境保護的壓力，以采油污水做為精細注水水源，是實(shí)現采油污水資源化利用的必然趨勢。精細注水要求水質(zhì)達到《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法》（SY/T5329—1994）推薦的A1級指標。然而由于采油污水水質(zhì)相對復雜，常規技術(shù)對精細注水水質(zhì)和運行穩定性無(wú)保障，因此國內自20世紀80年代末就開(kāi)始研究將膜技術(shù)用于采油污水的處理，并已證明膜分離技術(shù)在確保A1級水質(zhì)方面具有明顯優(yōu)勢。但由于膜污染的問(wèn)題未能有效解決，膜技術(shù)用于采油污水處理的工程應用受到嚴重制約。近年來(lái)，以有機膜分離技術(shù)為核心的低滲透油田精細注水水處理技術(shù)取得了較大的突破，并于2005年成功用于工程實(shí)踐，然而這些技術(shù)為了最大程度地緩解膜污染，預處理流程都比較長(cháng)。因此開(kāi)發(fā)耐油污染的膜分離過(guò)程，以簡(jiǎn)化低滲透油田精細注水水處理流程，是目前的研究重點(diǎn)。
陶瓷膜表現出了比有機膜更好的耐油性能和膜通量，為此筆者選擇了碳化硅陶瓷膜對采油污水進(jìn)行中試試驗，以全面考察其出水水質(zhì)、耐污染性能和強化混凝過(guò)濾對膜通量的影響。
1試驗部分
1.1陶瓷膜組件
試驗采用加拿大愛(ài)德摩環(huán)保集團提供的多通道結構的非對稱(chēng)碳化硅陶瓷膜組件，組件尺寸D165mm×1100mm，過(guò)濾面積6.44m2，過(guò)流通道尺寸2mm×2mm，分離膜孔徑0.02μm，膜表面鍍有同等過(guò)濾精度的耐油涂層。
1.2試驗裝置及材料
試驗工藝流程見(jiàn)圖1，其中濃水仍然排回來(lái)水水箱，來(lái)水水箱每天向系統外排水1次。
過(guò)程切換閥門(mén)采用自控開(kāi)關(guān)閥或調節閥，各點(diǎn)設有壓力、流量以及溫度傳感器，采用PLC自動(dòng)控制系統，試驗裝置的運行控制參數可以通過(guò)電腦設置，可實(shí)現每10s采集1組運行數據并自動(dòng)存儲。PLC分別自動(dòng)調整循環(huán)泵和進(jìn)水泵頻率，維持恒定的循環(huán)水量，控制膜表面切向流速為3m/s。
1.3試驗方法
以污水處理站的氣浮出水和氣浮進(jìn)水作為處理對象來(lái)進(jìn)行試驗研究。試驗裝置在PLC裝置設定的試驗參數下24h連續運行，當達到設定的跨膜壓差或完成1組試驗后進(jìn)行化學(xué)清洗，每次化學(xué)清洗后測定1次清水（自來(lái)水）通量。定時(shí)采集各點(diǎn)水樣進(jìn)行水質(zhì)檢測，主要檢測指標為SS、含油量、懸浮物粒徑中值，根據《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法》（SY/T5329—1994）中規定的方法檢測。
1.4試驗用水
試驗用水來(lái)自遼河油田歡喜嶺采油廠(chǎng)污水處理站中氣浮裝置的出水和進(jìn)水，水溫25～30℃，其中氣浮出水油≤5mg/L，SS≤20mg/L，氣浮進(jìn)水油≤100mg/L，SS≤300mg/L。
1.5膜污染控制
在控制膜表面流速一致的情況下，分別在進(jìn)水投加PAC、周期性脈沖反洗、脈沖排濃水3種方式下，對膜面的狀態(tài)進(jìn)行干擾，考察這3種方式對膜污染的控制情況。
1.6數據處理
膜通量（LMH）均折算為25℃和0.1MPa條件下單位膜面積的出水水量，以消除溫度變化帶來(lái)的誤差，使不同跨膜壓差下的產(chǎn)水量具有更加直觀(guān)的可比性。
2結果與討論
2.1進(jìn)水與出水水質(zhì)
試驗先后采用氣浮出水和氣浮進(jìn)水作為來(lái)水，在跨膜壓差為30～70kPa的狀態(tài)下運行，運行過(guò)程中長(cháng)期的檢測數據表明：
（1）膜出水懸浮物含量與進(jìn)水無(wú)關(guān)，90%以上的出水懸浮物質(zhì)量濃度小于1.0mg/L，平均0.58mg/L，最大1.6mg/L。取樣不規范或二次污染容易導致分析數據大于1.0mg/L。
（2）膜出水含油量與進(jìn)水有關(guān)：進(jìn)水中油質(zhì)量濃度≤3mg/L時(shí)，出水＜1.0mg/L；進(jìn)水中油≤100mg/L時(shí)，出水＜5mg/L；進(jìn)水中油＞100mg/L時(shí)，出水為1~10mg/L。試驗污水采用氣浮和兩級多介質(zhì)過(guò)濾預處理時(shí)，出水中的油可降至2mg/L以下。污水中溶解油的含量較低，因此推測污水含油量較高時(shí)，其中微小油滴或微乳液滴會(huì )變形或破裂后透過(guò)膜。
（3）膜出水懸浮物粒徑中值為0.2～1.6μm，平均為0.8μm。由于懸浮物粒徑中值接近檢測儀器的下限，同時(shí)懸浮物顆粒的粒徑小且濃度很低，因此儀器誤差、隨機誤差及過(guò)程疏失誤差等均相對較大，致使檢測數據的波動(dòng)較明顯，采用多做平行樣的方法處理。
2.2跨膜壓差與膜清水通量
第一次化學(xué)清洗結束后，按一定的梯度先提高后降低跨膜壓差，用清水測試考察膜通量，得到圖2所示曲線(xiàn)。
由圖2可以看出，膜通量隨跨膜壓差的增加而下降，同時(shí)，跨膜壓差下調時(shí)，膜通量較上調過(guò)程有所降低，在跨膜壓差調至70kPa以下時(shí)膜通量隨跨膜壓差下降而上升。上述分析表明，跨膜壓差的運行控制不宜出現先增加后減小的過(guò)程，且該膜組件的跨膜壓差不宜高于70kPa。
2.3膜污水穩定通量與周期
在化學(xué)清洗后，且初始的清水通量基本相同的條件下，分別將跨膜壓差恒定為30、70kPa，處理氣浮進(jìn)水，不采取附加的膜污染控制措施，對膜通量的變化進(jìn)行考察，結果見(jiàn)圖3。
由圖3可以看出，在不同的跨膜壓差下，隨著(zhù)設備的運行，膜通量都在下降，但跨膜壓差越大，膜通量的下降趨勢越快。
2.4脈沖擾動(dòng)對膜通量的影響
為考察脈沖擾動(dòng)對膜通量的影響，處理氣浮進(jìn)水時(shí)，在化學(xué)清洗后投運超過(guò)4h且不采取附加的膜污染控制措施條件下，先測試了無(wú)擾動(dòng)情況下膜通量的變化趨勢，發(fā)現膜通量在3h內從230L/（m2•h）降到110L/（m2•h）。在初始條件相同的情況下，還進(jìn)行了擾動(dòng)的試驗，即每7min自動(dòng)進(jìn)行一次脈沖排水，結果顯示，在周期性擾動(dòng)條件下運行，膜通量經(jīng)歷了從下降到恢復的周期性變化，在1.5h內膜通量基本保持不變。
2.5混凝對膜通量的影響
在化學(xué)清洗后保持基本一致的清水通量前提下，每7min自動(dòng)進(jìn)行一次脈沖排水，處理氣浮進(jìn)水，控制跨膜壓差約70kPa，向進(jìn)水中投加30mg/L的PAC進(jìn)行混凝，考察膜通量的變化，結果見(jiàn)圖4。
由圖4可以看出，在有擾動(dòng)的情況下，無(wú)混凝時(shí)膜通量的下降趨勢比較快，在20h內膜通量從600L/（m2•h）降到60L/（m2•h）左右，而投加30mg/L的PAC混凝劑時(shí)，膜通量下降趨勢減緩，運行70h，膜通量仍然維持在100L/（m2•h）左右。
2.6化學(xué)清洗效果
運行一段時(shí)間后，膜通量會(huì )有所下降，因此需要定時(shí)進(jìn)行化學(xué)清洗。試驗選用化學(xué)清洗的藥劑為次氯酸鈉（調到pH=12）和鹽酸（調到pH=2），各清洗1h。每次清洗后均采用相同的模式測定膜的清水通量，取跨膜壓差為100kPa時(shí)的通量對清洗的效果進(jìn)行評估。結果表明：新膜的清水膜通量為1920L/（m2•h），運行1個(gè)周期后，膜通量降到100L/（m2•h）左右，經(jīng)化學(xué)清洗后膜通量只能恢復到750L/（m2•h）。之后再經(jīng)運行、清洗，與第1次化學(xué)清洗后的清水通量比較，之后清洗后的膜通量均可恢復到600～800L/（m2•h）左右，恢復率為90%～107%，化學(xué)清洗效果仍存在一定的提升空間。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3存在問(wèn)題
在進(jìn)水懸浮物濃度較高時(shí)維持較大的膜通量，多通道結構的陶瓷膜接近出水腔的通道，有被懸浮物堵塞的跡象，可能存在膜表面透過(guò)水量不均衡的現象。
4結論
（1）陶瓷膜處理氣浮出水時(shí)可將SS和油質(zhì)量濃度降到1.0mg/L以下，出水懸浮物的粒徑平均可達到0.8μm。處理氣浮進(jìn)水時(shí)，隨著(zhù)氣浮進(jìn)水的含油量的增加，陶瓷膜處理后出水的含油量也相應增加。
（2）PAC混凝過(guò)濾可以大大緩解膜通量的衰減速率，但需要控制循環(huán)液的懸浮物含量及適宜的膜通量，或選擇適宜的膜組件，避免通道被懸浮物沉積堵塞的現象，可考慮氣浮或沉降-陶瓷膜組合工藝處理高懸浮物污水。
（3）對膜表面水流進(jìn)行周期性擾動(dòng)，可以明顯減緩膜污染的速率。
（4）碳化硅陶瓷膜表面在進(jìn)污水前后的外觀(guān)基本一致，其耐油涂層耐油效果較好，通過(guò)化學(xué)清洗，膜通量可以在線(xiàn)得到較好的恢復。
