CN108751491A - 一种高含盐稠油污水深度处理膜集成工艺 - Google Patents

一种高含盐稠油污水深度处理膜集成工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高含盐稠油污水深度处理膜集成工艺，采用膜集成工艺、针对高含盐稠油污水进行深度处理，高含盐废水依次经过微滤、超滤、一级纳滤、二级纳滤、反渗透膜处理工艺，能够达到很好的处理效果并实现长期稳定运行，实现高盐废水的循环利用，节约水资源，保护环境，具有良好的经济、社会效益。

Description

一种高含盐稠油污水深度处理膜集成工艺
技术领域
本发明涉及油田稠油污水处理领域，具体涉及一种高含盐稠油污水深度处理回用膜集成工艺。
背景技术
油田稠油污水是伴随油田采出作业产生的经原油脱水分离后的含油污水，随着我国稠油油田开发的不断深入，稠油污水的总量也在不断增加。由于稠油开发过程中需要大量的蒸汽，油田普遍采用过热蒸汽锅炉和燃煤流化床锅炉，锅炉用水使用净化后的油田采出水，由于锅炉用水对进水水质的矿化度要求较高(过热蒸汽锅炉和燃煤流化床锅炉中进水总溶解固体TDS<3000mg/L)，为了保证水质，运行过程中会排放10％-20％的高温含盐水，矿化度在4000-50000mg/L。其水质成分主要包括油类、有机物、胶体、二氧化硅、悬浮物等污染物。目前，稠油污水处理普遍采用传统“隔油—气浮—混凝沉降—过滤—软化”处理工艺回用至锅炉。截止目前，还鲜见将膜技术应用于油田高盐废水回用的案例，膜分离技术已经广泛应用在国外海水淡化、工业废水回用等工程上，对稠油采出水在深度处理回用方面均有较广泛的推广应用市场，可以实现高浓度废水资源化处理利用、零排放，达到节能、环保的目的。因此，将纳滤、反渗透等膜集成技术应用于稠油污水深度处理的工艺过程的研究与应用具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种高含盐稠油污水深度处理膜集成工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将高含盐稠油污水经过混凝沉降过滤预处理后，送入微滤膜处理装置进行处理；
步骤2、将步骤1产水送入下一级超滤膜处理装置，同时微滤浓缩液回流至预处理进水管路，超滤过程能够进一步去除废水中的悬浮物、大部分胶体(粘土、胶体硅等)和大分子有机物等；
步骤3、将步骤2的产水送入第一级纳滤膜处理装置，同时超滤浓缩液回流至上级微滤进水处；第一级纳滤产水随后进入第二级纳滤膜处理装置，第一级纳滤浓缩液回流至超滤进水管路，经两级纳滤处理能够显著降低高含盐稠油污水的盐度、硬度，除硅效果良好；
步骤4、将第二级纳滤产水送入反渗透膜处理装置，由于经前级两次纳滤处理，废水盐度大大降低，相应反渗透的操作压力和膜污染也可大大减小，有利于反渗透装置的长期稳定运行，第二级纳滤浓缩液和反渗透浓缩液均回流至第一级纳滤进水管路，反渗透产水收集回用。
所述步骤1中微滤处理过程在低压差条件下进行，能够除去污水中尺寸在10μm-100nm的悬浮物、细菌、大尺度的胶体以及一些微小颗粒物，实现精密过滤。
所述步骤3中第一级纳滤膜处理装置和第二级纳滤膜处理装置分别选用美国陶氏NF90纳滤膜和美国GE的DK纳滤膜。
所述步骤4中反渗透膜处理装置采用的膜组件为美国科氏XR反渗透膜或美国GE的SE反渗透膜。
各级水处理装置之间输水管路上设有压力表、流量计、阀门和水泵等结构。
本发明具有如下优点：
本发明综合采用了微滤、超滤、纳滤、反渗透膜处理工艺处理高含盐污水，能够达到很好的处理效果并实现长期稳定运行，实现高盐废水的回用，节约水资源，保护环境，具有良好的经济、社会效益；采用两级纳滤处理工艺，能够达到良好的对油气田高含盐污水的脱盐除硬除硅效果，高含盐进水经第一级纳滤盐度适当降低后再经第二级纳滤处理，能使纳滤的脱盐效果最大化，纳滤产水含盐量显著降低，能够有效降低反渗透的操作压力，节约能耗；同时，两级纳滤也能够在较大的硬度范围内保证稳定的脱硬率；能够最大程度地去除污水中的溶解性硅，这也有利于反渗透的长期稳定操作，减缓膜污染，保证良好的回用水水质。
附图说明
图1为本发明专利的工艺流程图；
其中：1-预处理装置，2-微滤膜处理装置，3-超滤膜处理装置，4-一级纳滤膜处理装置，5-二级纳滤膜处理装置，6-反渗透膜处理装置，7-压力表，8-流量计，9-阀门，10-水泵。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1所示，一种高含盐稠油污水深度处理膜集成工艺流程为，步骤1、将经过混凝沉降过滤预处理装置1处理后的高含盐稠油污水送入微滤膜处理装置2进行精密过滤处理，此步可以去除水中的悬浮物、细菌及大尺度的胶体；
步骤2、将步骤1产水送入下一级超滤膜处理装置3进行处理，同时为了节水节能，使整套装置的资源效益最大化，实现零排放，微滤浓缩液回流至预处理进水管路，超滤膜能够进一步截留污水中的悬浮物、大部分胶体(粘土、胶体硅等)和大分子有机物，可以保证良好的纳滤进水水质；
步骤3、将步骤2超滤浓缩液回流至上级微滤进水管路，超滤产水依次送入一级纳滤膜处理装置4和二级纳滤膜处理装置5进行处理，一级纳滤浓缩液回流至前级超滤进水管路，二级纳滤浓缩液回流至一级纳滤进水管路，采用两级纳滤工艺的优点为：一、以美国陶氏NF90纳滤膜对一价盐的脱除为例，经纳滤实验研究结果表明，NaCl浓度为10000mg/L时，脱盐率在60％以上；当NaCl浓度升至20000mg/L时，NF90脱盐率为30％左右，因此，采用两级纳滤工艺时，高含盐进水经第一级纳滤处理，盐度有一定程度降低后再经第二级纳滤处理，能使纳滤的脱盐效果显著提高，纳滤产水含盐量(即反渗透进水盐浓度)显著降低，这能够有效降低反渗透的操作压力，节约能耗；同时，也有利于反渗透的长期稳定操作，减缓膜污染，保证良好的出水水质；二、能够显著降低稠油污水中的硬度：纳滤实验结果表明，在较宽的盐度范围内,纳滤膜对2-2型无机盐(例如：MgSO4)及2-1型无机盐(例如：CaCl2)的截留率均能保持在较高水平，以美国GE的DK纳滤膜为例，当MgSO4浓度由500mg/L增至1500mg/L时，DK纳滤膜对硬度的脱除率由99.3％变为99.1％，当CaCl2浓度由2000mg/L增至4000mg/L时，DK纳滤膜对硬度的脱除率由88.3％降至85.5％，因此，采用两级纳滤工艺，能够对污水中的硬度达到更好的去除效果，且当污水中的硬度在较大浓度范围内波动时，NF出水硬度也能保持在较低水平。
步骤4、将二级纳滤出水最后送入反渗透膜处理装置6中进行处理，反渗透浓缩液回流至第一级纳滤进水管路，反渗透膜处理装置6的产水收集回用。
步骤3中第一级纳滤膜处理装置和第二级纳滤膜处理装置分别选用美国陶氏NF90纳滤膜和美国GE的DK纳滤膜，发明人对7种商用纳滤膜进行了高盐浓度下的性能筛选，结果显示美国陶氏NF90纳滤膜和美国GE的DK纳滤膜在高盐度条件下的膜分离性能最优，处理料液浓度为1500mg/L的MgSO4(2-2型)溶液时，NF90纳滤膜的脱盐率高达99.2％，DK膜的脱盐率为98.9％，处理料液浓度为4000mg/L的CaCl2(2-1型)溶液时，NF90纳滤膜的脱盐率可达97.2％，GE DK膜仅次于NF90，脱盐率为85.5％，处理料液浓度为10000mg/L的NaCl(1-1型)溶液时，NF90仍能保持67％的对一价离子的去除率。
步骤4中反渗透膜处理装置采用的膜组件为美国科氏XR反渗透膜或美国GE的SE反渗透膜，发明人对8种反渗透膜进行了高盐浓度条件下的膜分离性能筛选实验，实验结果表明在中低盐浓度下(CNaCl≤10000mg/L)，SE膜脱盐率可达97％以上；XR膜通量最大，在高盐浓度下脱盐效果稳定，SE和XR的膜分离性能最优，当处理料液浓度为20000mg/L的NaCl溶液时，SE膜的脱盐率为88.9％，XR膜的脱盐率为85.3％。
输水管路上还包括一些必要的仪表(如压力表7、流量计8等)、阀门9和水泵10等附属设施。
对某厂稠油污水处理站沉降罐出水经过混凝沉降砂滤处理，处理结果如表1所示：进水的Cl-浓度为19301mg/L、Ca2+浓度为2000mg/L，SDI指数达20以上，沉降罐出水经过微滤-超滤-一级纳滤-二级纳滤-反渗透处理后，水中钠、钙、镁、铁等元素阳离子以及硫酸根离子阴离子等去除率达95％-100％，且二级纳滤对一价阳离子Na+、阴离子Cl-的截留率、二氧化硅的截留率高达85％以上，反渗透膜的出水能达到TDS<3000mg/L、硬度<200mg/L、SiO2含量<50mg/L。
表1微滤-超滤-纳滤-反渗透工艺处理稠油采出水
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (4)

1.一种高含盐稠油污水深度处理膜集成工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将高含盐稠油污水经过混凝沉降过滤预处理后，送入微滤膜处理装置进行处理；
步骤2、将步骤1产水送入下一级超滤膜处理装置，同时微滤浓缩液回流至预处理进水管路；
步骤3、将步骤2的产水送入第一级纳滤膜处理装置，同时超滤浓缩液回流至上级微滤进水处；第一级纳滤产水随后进入第二级纳滤膜处理装置，第一级纳滤浓缩液回流至超滤进水管路；
步骤4、将第二级纳滤产水送入反渗透膜处理装置，第二级纳滤浓缩液和反渗透浓缩液均回流至第一级纳滤进水管路，反渗透产水收集回用。
2.如权利要求1所述的一种高含盐稠油污水深度处理膜集成工艺，其特征在于：所述步骤1中微滤处理过程在低压差条件下进行。
3.如权利要求1所述的一种高含盐稠油污水深度处理膜集成工艺，其特征在于：所述步骤3中第一级纳滤膜处理装置和第二级纳滤膜处理装置中的膜组件分别选用美国陶氏NF90纳滤膜和美国GE的DK纳滤膜。
4.如权利要求1所述的一种高含盐稠油污水深度处理膜集成工艺，其特征在于：所述步骤4中反渗透膜处理装置采用的膜组件为美国科氏XR反渗透膜或美国GE的SE反渗透膜。
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