黃石市油田壓裂污水處理一體化設備自動控制

　　油氣井壓裂作業(yè)過程中產生的壓裂廢水已成為當前油田水體的主要污染源之一。壓裂后產生的廢水成分復雜，主要有4項特點：一是所含懸浮物的質量濃度偏高，黏度較大;二是化學需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)質量濃度高，一般為2000~10000mg/L;三是礦化度高(水的硬度高)，含有質量濃度較高的重金屬陽離子以及大量陰離子(如Cl-和SO42-等);四是含有許多有機物添加劑，具有穩(wěn)定性難分解且抑制生物降解、處理難度大的顯著特點。壓裂廢水未經處理直接外排或挖坑填埋會對周邊生態(tài)環(huán)境造成極大危害。

　　目前，壓裂廢水處理方法主要有物理法(包括膜分離法、氣浮法等)、物理化學法(包括混凝沉淀法、吸附法等)、生物化學法、高級氧化法等。根據不同壓裂廢水的水質特性，可以采用單一方法或聯合工藝進行處理。受現場條件和技術水平的限制，國內油田對壓裂廢水多采用采油廢水的常規(guī)處理工藝，不能實現有效的達標排放。因此，開展壓裂廢水處理與再生利用技術研究，對于保障油田的正常生產和可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，且對環(huán)境保護和人類健康具有深遠意義。

　　與傳統(tǒng)的水處理方法相比，膜分離技術具有高效節(jié)能、無相變、常溫操作、占地面積小、易操作以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點。納濾是一種介于反滲透和超濾之間的新型壓力驅動膜分離過程，其截留分子量為200~1000，孔徑為納米級。與反滲透相比，納濾具有操作壓力低、滲透通量大、能耗低等優(yōu)點。筆者采用“高效絮凝+納濾"聯用工藝技術處理油田壓裂廢水，可實現壓裂廢水的規(guī)模化回用目的。

　　1、膜法再生利用技術的實驗材料與工藝原理

　　1.1 膜法再生利用技術的實驗材料與試劑

　　壓裂廢水由國內某大型油田企業(yè)提供;F-01，F-02，F-033種絮凝劑與ACB-01專用膜清洗劑由同舟縱橫(廈門)流體技術有限公司提供。

　　1.2 膜法再生利用技術的實驗儀器與設備

　　膜分離實驗設備和納濾膜芯由同舟縱橫(廈門)流體技術有限公司提供。壓裂廢水先經過絮凝沉淀后，取上清液倒入膜分離實驗裝置的料桶中。依次啟動輸料泵和高壓泵，利用高壓泵提升進入膜表面的料液壓力，使其超過1.5MPa。通過膜的截留將進料分成兩部分：一部分為濃縮液，回流至高壓泵前和進料桶，繼續(xù)進行濃縮;另一部分形成透析液，排入透析液收集槽。

　　在實驗過程中，定時記錄實驗時間、壓力、溫度等相關數據，定時測定過濾速度并取樣分析。在操作結束后，首先排除濃縮液，其次用清水沖洗系統(tǒng)后，再次加入ACB-01專用膜清洗劑的水溶液進行清洗，在40~45℃運行

在優(yōu)化后的實驗操作條件下(運行壓力為1.5MPa，運行溫度為25~35℃)，在確保高回收率(90%~95%)的同時，多實驗批次的平均膜通量達到48~55LMH，可滿足工業(yè)化生產的設計要求。

黃石市油田壓裂污水處理一體化設備自動控制

　　3個批次納濾實驗的濃縮倍數分別為13，15，11，實現壓裂廢水的回用率達到90%以上，大大降低了壓裂廢水的排放量。

　　2.2.3 膜污染與膜清洗

　　膜污染按污染位置的不同可分為膜外污染和膜內污染，其中膜外污染是由于污染物吸附沉積在膜表面而增加了過濾阻力，從而降低了膜通量;膜內污染是由于污染物在膜孔內吸附沉積而減小了膜孔徑，從而降低了膜通量。本研究一方面通過高效絮凝沉淀的預處理工藝，有效去除壓裂廢水中的懸浮物，大大降低了納濾膜分離工藝的膜外污染;另一方面，優(yōu)選適合的膜材質、膜構型和膜孔徑的抗污染納濾膜，降低膜外污染和膜內污染。

　　在此基礎上，針對壓裂廢水中的污染物類型，本實驗采用ACB-01專用膜清洗劑及清洗方案，進行了3個批次膜清洗實驗。圖3為膜清洗后的水通量恢復情況。從圖3可知，經純水沖洗后，納濾膜的水通量可以恢復到80%以上，再經過ACB-01專用膜清洗劑清洗后，納濾膜的水通量恢復，表明該清洗方案高效