纳滤对聚驱采油废水的处理效能及膜污染研究

摘要

聚驱采油技术在我国大庆油田的推广应用有效提高了原油采收率，但该过程中的大量清水消耗与废水产出问题一直困扰着本就缺水的大庆地区。介于超滤与反渗透之间的纳滤能够截留小分子有机物，且具有部分脱盐能力，因此利用纳滤膜对已经经过超滤处理的聚驱采油废水进行深度处理，降低矿化度，并进一步去除水中残留的有机物，确保纳滤出水满足配聚用水的水质要求后回用于聚驱采油过程有望解决清水消耗与废水排放带来的经济问题和环境问题。课题组的前期试验已经表明，经过超滤处理的采油废水除具有高矿化度的特征外，有机成分主要为少量的原油和阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）。本课题通过采用一种商用纳滤膜（NF90）处理自行配制的模拟聚驱采油废水，以原油、APAM以及盐分作为配水的目标组分，研究该纳滤过程的处理效能，揭示膜污染机理，优选受污染纳滤膜的清洗方案，以求为纳滤技术在处理聚驱采油废水中的实际应用提供技术指导。
　　基于不同目标组分的多种组合方式，配制不同类型的纳滤进水进行单因素试验，研究了原油、阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）以及盐离子这三种组分对纳滤处理效能的影响作用，并在此基础上进一步研究了操作压力与温度对该过程的影响。结果表明，在各类不同条件下，该种纳滤膜的综合脱盐率均能达到85％以上，二价阳离子去除率大于95%，单价阳离子去除率大于85%，阴离子型聚丙烯酰胺的去除率高达100%，出水含油量低于0.2mg/L；随着操作压力从0.6MPa逐渐升至1.0MPa，膜通量、脱盐率以及原油截留率均升高，阴离子型聚丙烯酰胺的截留率始终保持100%；随着温度从20℃逐渐升至40℃，通量升高，脱盐率和阴离子型聚丙烯酰胺的截留率基本不变，原油截留率降低。
　　以不同进水条件时的通量衰减特征作为膜污染的宏观表征，结合污染前后膜面性质的微观变化(AFM，SEM-EDS，接触角，ATR-FTIR)及不同清洗剂的清洗效能，揭示盐、原油和APAM在膜污染中的主次地位及相互影响作用。结果表明，NF90处理模拟聚驱采油废水时的膜通量衰减主要归结于阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）对纳滤膜的污染，其次为原油造成的有机污染，最次为盐离子产生的无机盐沉淀。APAM率先与纳滤膜结合，对原油造成的有机污染产生了“屏蔽”效应，盐离子降低了溶液粘度，但却通过静电屏蔽和络合架桥作用加剧了APAM对纳滤膜的污染。
　　依据膜污染机理和清洗剂性质进行单因素试验与正交试验，优化受污染纳滤膜的清洗方案，并从多角度评价所选化学清洗方法对纳滤膜的清洗效能。最终所得优化清洗方案为：先用正交试验确定的最佳复合清洗试剂清洗，再用pH=2的HCl溶液进行酸洗。经过该清洗过程后，受污染纳滤膜的通量可完全恢复，进一步的试验表明所定优化清洗方案不仅能有效清除膜上的各类污染成分，而且并未对纳滤膜的其他性能造成破坏，有效实现了受污染纳滤膜的“再生”。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 聚驱采油废水的回用处理技术

1.3 纳滤技术的理论基础

1.4 纳滤在采油废水处理中的应用

1.5 本课题研究意义和研究内容

第2章 试验材料设备和方法

2.1 试验材料

2.2 试验装置和仪器

2.3 试验方法

2.4 纳滤膜的表征

第3章 纳滤对模拟聚驱采油废水的处理效能

3.1 引言

3.2 纳滤对不同配水的处理效能

3.3 操作条件对纳滤处理聚驱采油废水效能的影响

3.4本章小结

第4章 纳滤处理模拟聚驱采油废水的膜污染研究

4.1 引言

4.2 不同污染组分造成的膜通量衰减特征对比

4.3 不同进水条件下受污染纳滤膜的微观表征

4.4 本章小结

第5章 受污染纳滤膜的清洗方法研究

5.1 引言

5.2 不同清洗剂对单一有机污染物的清洗效果研究

5.3 原油与APAM复合污染时的清洗剂配方优化

5.4 优化清洗方案对膜性能的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢