過濾與分離技術用于含油污水處理*

內(nèi)蒙古化工職業(yè)學院

過濾與分離技術用于含油污水處理*

楊志杰內(nèi)蒙古化工職業(yè)學院

過濾與分離技術在油田含油污水的處理中應用十分廣泛，其處理效果的好壞和油田含油污水排放是否達標有直接關系。過濾與分離技術主要涵蓋以下兩個方面的內(nèi)容，即各種高效油水分離設備和新型高效過濾分離設備的開發(fā)與設計。在未來對過濾分離技術進行研究時，應重點放在過濾材料以及過濾器方面。

過濾與分離；膜分離；含油污水；超濾膜

過濾與分離技術在油田含油污水的處理中應用十分廣泛，其處理效果的好壞和油田含油污水排放是否達標有直接關系。過濾與分離技術主要涵蓋以下兩個方面的內(nèi)容，即各種高效油水分離設備和新型高效過濾分離設備的開發(fā)與設計。液—液旋流分離器、超精細過濾器、橫向流過濾技術的研發(fā)和推廣在我國油田含油污水的處理方面作用極為明顯。

1 液—液旋流分離技術

（1）技術優(yōu)勢。旋流分離技術作為一種高效節(jié)能的分離技術，在油水分離中可用于油污水去油和含水油脫水。旋流器是旋流分離中的重要設備，旋流器分離效率與普通的分離技術相比，停留時間短、體積小、效率高，它能夠?qū)⑺械母∮?、分散油有效地處理掉，減輕對環(huán)境產(chǎn)生的污染。在我國的過濾與分離技術應用中，已有9%的油田采出水用水力旋流器進行處理。旋流器擁有以下幾個優(yōu)勢：①設備構(gòu)造簡單、所需購置成本不高、能耗相對較低，而且在進行分離時不需要任何幫助分離的介質(zhì)；②由于旋流器的體積較小，所以設備在安裝方面難度系數(shù)小，一旦調(diào)試好，就能持續(xù)、穩(wěn)定地工作；③分離效率高、適應力強，受外界影響較小，工作的溫度及壓力只受旋流器結(jié)構(gòu)材料的影響。盡管如此，旋流分離技術也存在一定的缺陷：首先，在液體流動時，會產(chǎn)生剪切作用，如果設計的參數(shù)有誤，容易導致含油污水中的油滴被打碎乳化的情況出現(xiàn)，進而使分離達不到預期的效果；其次，由于物料的性質(zhì)存在差異，所以在旋流器的結(jié)構(gòu)大小和操作條件等方面，不同的油田需求也不相同，這就造成了旋流器大多不能通用；最后，在乳化油的處理上，旋流分離技術仍有待提高。

（2）國內(nèi)應用研究現(xiàn)狀。經(jīng)國內(nèi)外專家多年的努力，在旋流分離數(shù)值模擬分析、旋流管外特性研究等方面，旋流分離技術取得了重大進展，對這項技術的研究也正趨于規(guī)范和完善，目前正準備將初步的研究成果轉(zhuǎn)向產(chǎn)品化。從總體上來說，我國在含油污水的處理問題上，其技術相對較為落后、發(fā)展條件不足、人員管理較為松散、組織管理水平低?；谏鲜銮闆r，對靜態(tài)液—液旋流分離技術的研究還需要深入探討。

（3）未來研究發(fā)展趨勢。要想使液—液旋流分離技術得到更好的應用，不僅需要改進它的一些特性，如設備特性、介質(zhì)特性及操作特性，而且需要對系統(tǒng)進行全盤設計，以提高系統(tǒng)的工作效率。其中，液—液旋流技術研究的主要方向是開發(fā)新設備，以低阻高效為設備的開發(fā)標準。此外，新型旋流管的研發(fā)也十分重要。經(jīng)過多年的研究與創(chuàng)新，旋流管在結(jié)構(gòu)上有較大改進，其參數(shù)也得到優(yōu)化。除了了解該項技術的基本特性外，未來研究的一個重要領域是動態(tài)液—液旋流分離技術。根據(jù)國外研究的相關數(shù)據(jù)表明，動態(tài)水力旋流器的除油效果相比靜態(tài)水力旋流器除油效果更佳，尤其是對于那些細微的油滴。此外，應用這項分離技術耗能相對較小。

2 膜分離技術處理采油污水

膜分離技術是超精細過濾器技術中常見的一種采油污水處理技術。膜分離技術能夠有效地處理采油污水，它主要是利用膜的選擇透過性來開展工作的。如果油粒子的粒徑為微米量級，用機械方法進行前處理。

現(xiàn)階段，膜分離技術的產(chǎn)生使得傳統(tǒng)的分離技術被淘汰。根據(jù)ACHEMA展覽會的記錄可以發(fā)現(xiàn)，目前發(fā)展速度最快的過濾與分離技術即為膜分離。膜分離技術的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下兩個方面：首先，國外利用自身先進的科技條件，開發(fā)出多種膜制造技術，金屬材倒膜、空心纖維膜和液膜等結(jié)構(gòu)都是其重要的研究成果。其次，在膜分離技術的發(fā)展方面，已對有機聚合材料進行了開發(fā)，像聚乙烯、聚丙烯、聚礬等。膜分離技術的發(fā)展除了表現(xiàn)在以上兩個方面，還有一種復合膜。這種復合膜是將有機聚合材料與膜制造技術相結(jié)合的。

2.1超濾膜的應用現(xiàn)狀

根據(jù)相關文獻記載，超濾膜法處理乳化油廢水在國外已有幾十年的歷史。在20世紀80年代，西德已有超過250個超濾膜設備投入使用。相關資料顯示，每套設備處理含油乳狀液的能力為l～20m3/d。這個時期，膜組件分為卷式、板框式和管式三種。到80年代末90年代初，膜生產(chǎn)單位的分離技術取得了進步，能提供系列膜設備。現(xiàn)今，上海寶鋼通過使用AbCor公司的管狀膜大型超濾設備，將乳化油廢水進行處理，效果明顯。張玉忠等人曾經(jīng)做了一個實驗，這個實驗的主要內(nèi)容為：把自行研制的MTB—I型耐溫中空纖維膜與MTB—V型加拿大的中空纖維膜的處理效果進行對比。根據(jù)實驗的結(jié)果，可直接得出一個結(jié)論：對于未經(jīng)處理的含油率高的污水，效果欠佳，與國外差距較大；對經(jīng)過預處理的含油量低的污水進行處理，效果明顯。

2.2膜器的研究進展

由于依靠改變流動狀態(tài)或設置流道障礙的傳統(tǒng)靜態(tài)十字流膜濾技術已經(jīng)不適應時代的發(fā)展，目前，技術人員已經(jīng)轉(zhuǎn)移了工作重點，重點開展新型膜器的研究，主要是對其進行利用膜運動施加離心力和外加場力兩種方式的研究。膜生物反應器污水處理技術就是新型膜器研究下的產(chǎn)物，它使得污水生物處理工程中的生物反應器與膜分離技術中的超濾組件結(jié)合在一起，這不僅提高了工作效率，還能降低能耗。由此可見，它的發(fā)展前景還是相對較好的。在油田污水中，受技術條件的限制，一些問題的處理不夠徹底，所以研制一種多強化方式的膜濾設備是十分有必要的；同時，需要建立對應的過濾理論模型，并研究其分離機理。

隨著科技的進步，膜分離技術在油田采出水處理中的應用力度不斷增加。其特點主要體現(xiàn)為精度高、易自控化。受我國過濾技術水平的影響，以及經(jīng)濟條件的限制，其在大型工業(yè)化規(guī)模中投入使用的條件不夠成熟。筆者認為，膜分離法的核心技術問題體現(xiàn)在高效高滲透性膜和提高處理量兩方面，但實踐起來相對困難。綜上所述，對膜器的研究提出了更高的要求。

3 過濾分離技術的展望

縱觀我國過濾分離技術研究的成果，主要集中在過濾器和過濾裝置方面，其最終目的都是為了使流體系統(tǒng)得到凈化。在一些發(fā)達國家，已經(jīng)深入對這種技術進行了探討，并且耗費了許多時間及精力。在過濾分離技術領域，我國沒有取得突破性成就，甚至沒有一套完整的過濾分離技術的科研生產(chǎn)體系。值得提出的是，我國的過濾材料沒有在研制計劃內(nèi)。另外，在過濾分離技術方面，還存在一些技術標準、測試設備和質(zhì)量控制等不完善的情況。在未來對過濾分離技術進行研究時，應重點放在過濾材料及過濾器方面。

（1）過濾材料。過濾是處理含油污水的最后一個環(huán)節(jié)，也是最為關鍵的一個環(huán)節(jié)，它決定著水質(zhì)能否達標。過濾能否發(fā)揮應有的作用，主要由過濾材料的性能決定。所以，在過濾分離技術發(fā)展應用中，要把濾材研究作為一項重大任務進行。在發(fā)達的工業(yè)國家，十分重視過濾材料的供應，鼓勵建設更多的濾材生產(chǎn)廠家，用來生產(chǎn)各種濾材。

（2）對過濾器結(jié)構(gòu)設計。三十多年來，我國過濾器結(jié)構(gòu)設計幾乎全部是照搬國外的。能夠按照樣品測繪、仿制，再到之后的自主設計，已經(jīng)實現(xiàn)了較大的跨越。隨著信息技術更新速度的加快，提高我國過濾分離技術水平迫在眉睫，必須開展預先探究、型號研制，不斷更新過濾分離技術，為用戶提供更多、更優(yōu)質(zhì)的新產(chǎn)品。在這個過程中，要嚴格按照有關標準開展工作，使過濾分離工作不斷完善和系統(tǒng)化。新的形勢下，過濾器的技術性能和結(jié)構(gòu)設計既面臨著新的發(fā)展機會，也面對著較大的困難。小型化、組合化、集成化、多功能等是過濾器結(jié)構(gòu)設計的必然要求。

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.011