基于膜分離的小型氣田污水處理系統(tǒng)

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高。作為低成本、清潔、高效且污染少的一種能源，天然氣越來(lái)越得到人們的青睞。天然氣資源得到大量開(kāi)采，同時(shí)也產(chǎn)生氣田污水這個(gè)難題。由于其占地面積小、水量小等，不適合運(yùn)用傳統(tǒng)的含油污水處理技術(shù)。故本文主要介紹了適合處理氣田污水的膜分離-催化氧化技術(shù)及基于膜分離的小型氣田污水處理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：膜分離；催化；氣田污水

中圖分類號(hào)：U664.9+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文件編號(hào)：2095-672X（2017）03-0165-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.088

Abstract： With the rapid economic and social development， peoples quality of life requirements are getting higher and higher. As a low-cost， clean， efficient and less polluting energy， natural gas is getting more and more popular. Natural gas resources are a lot of mining， but also produce gas field sewage this problem. Because of its small footprint， small water， etc.， gas field sewage is not suitable for the use of traditional oily wastewater treatment technology. Therefore， this paper mainly introduces the membrane separation - catalytic oxidation technology suitable for treating gas field sewage and small gas field sewage treatment system based on membrane separation.

Key words：membrane separation；catalysis；gas field wastewater

經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展，極大的提高了人們的生活質(zhì)量，人們對(duì)生活品質(zhì)的要求相應(yīng)的也日益增高，天然氣因其節(jié)能環(huán)保在人們生產(chǎn)、生活中的使用越來(lái)越多，開(kāi)采產(chǎn)量逐漸增大，同時(shí)也產(chǎn)生大量的氣田污水。氣田污水的污染物含量低、種類少，但由于集氣站分散，水量在0.1方～200方左右，一般通過(guò)管道或車運(yùn)收集后，集中處理達(dá)標(biāo)后排放，或者深層回注。相對(duì)深層回注，處理達(dá)標(biāo)排放要求對(duì)其進(jìn)行更加高標(biāo)準(zhǔn)的處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，并具有較好的經(jīng)濟(jì)性。總結(jié)發(fā)現(xiàn)，氣田污水有以下特性：處理地分散且產(chǎn)水量相對(duì)不大；不同氣田、不同層位水質(zhì)差異較大；水溫一般在40℃到60℃之間波動(dòng)，相較一般污水，偏高；污水的離子與有機(jī)物成分復(fù)雜且礦化度一般比較大；COD在幾百到幾萬(wàn)之間波動(dòng)[1]；容易結(jié)垢；易隨外在條件變化而變化；容易腐蝕與之相接觸的金屬；極少部分污水含有硅及蠟等物質(zhì)；水中一般含有二氧化碳，可能含有硫化氫等溶解性氣體；可能含有天然氣生產(chǎn)工藝投加物，如緩沖劑、防凍劑[2]等；處理后產(chǎn)品具有資源價(jià)值[3]；總得來(lái)說(shuō)，就是高復(fù)雜性、高污染性、高波動(dòng)性及高腐蝕性，故要選擇合適的氣田污水處理工藝，使氣田污水達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

1 膜分離-催化氧化技術(shù)

常用的含油污水處理方法有氣浮法、水力旋流法、生物法、電絮凝法及絮凝法，一般都有占地面積大、有二次污染、投資費(fèi)用較高等問(wèn)題，結(jié)合上述介紹的氣田污水的特性，膜分離法是適合處理氣田污水的較好方法之一，但膜分離技術(shù)也存在缺點(diǎn)，處理速率慢還易污染分離膜。

本文研究將膜分離法與催化氧化法聯(lián)合起來(lái)處理氣田污水。具體工藝流程見(jiàn)圖1。

該工藝以氣田污水為處理目標(biāo)，主要經(jīng)過(guò)初級(jí)消毒、一次分離、催化氧化及二次分離幾個(gè)步驟后達(dá)到回用或排放標(biāo)準(zhǔn)的目的。其中，一次分離與二次分離主要是對(duì)污水中的顆粒物進(jìn)行分離；臭氧在初級(jí)消毒及催化氧化中都有使用，這兩個(gè)步驟主要去除了石油類的一些有機(jī)物。經(jīng)過(guò)上述工藝處理的污水可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

膜分離是根據(jù)濃度、電位或者壓力的不同，將污水中的水與污染物進(jìn)行分離達(dá)到凈水的目的。材質(zhì)是合成的或天然的具有選擇透過(guò)性的高分子膜。分離膜直接影響處理結(jié)果，根據(jù)氣田污水的特性，選擇分離膜應(yīng)考慮耐高溫、親水性好、耐腐蝕、穩(wěn)定性高[4]等方面。另外，分離膜易受污染也是一個(gè)研究的難題，目前，我們可以通過(guò)清洗分離膜及控制分離膜運(yùn)行條件的方法減少分離膜的污染。

作為氣田污水的主要指標(biāo)之一，COD 的去除是所有氣田污水處理工藝的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。難點(diǎn)是由于氣田污水中COD的組成非常復(fù)雜，有可溶于水的有機(jī)物、油溶性有機(jī)物及各種化學(xué)添加劑等；重點(diǎn)是去除了COD，就解決了去除污水重要污染物的問(wèn)題。該工藝中主要運(yùn)用臭氧催化氧化技術(shù)處理污水中的COD，原理是由于臭氧具有強(qiáng)氧化性，能將以碳水化合物為主的COD氧化成水與二氧化碳。另外由于臭氧具有除臭、脫色及殺菌的功能，該技術(shù)還可以在其它方面對(duì)氣田污水進(jìn)行處理。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的處理氣田污水的速度，我們還在其中加入了固體催化劑，使難降解有機(jī)物更好更快的轉(zhuǎn)變?yōu)橐滋幚淼男》肿游镔|(zhì)，加快整個(gè)工藝的處理速度。

將兩者有機(jī)結(jié)合，即可對(duì)水中的COD、離子、顆粒物等進(jìn)行有效處理，使氣田污水達(dá)到排放或回收的標(biāo)準(zhǔn)。

2 基于膜分離的氣田污水處理系統(tǒng)

圖2是氣田污水處理系統(tǒng)圖。0#污水儲(chǔ)液罐中裝有氣田污水，首先使用臭氧技術(shù)對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理，除去自由沉降的大顆粒物質(zhì)及懸浮物質(zhì)，并將臭氧直接通入氣田污水中除臭的同時(shí)有效殺死氣田污水中的微生物，這時(shí)要格外注意爆炸的可能，也要杜絕可燃?xì)怏w進(jìn)入后續(xù)設(shè)備中。經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的氣田污水隨后進(jìn)入微濾分離膜[5]，可以分離污水中大小在0.05-10μm之間的顆粒及微生物，微濾膜分離速度快、沒(méi)有介質(zhì)脫落、吸附物少、通過(guò)量大且投資低，減少污染物的同時(shí)，也為后續(xù)處理打好了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。經(jīng)微濾處理后的污水隨后經(jīng)過(guò)超濾膜的處理，超濾膜的膜孔徑為2-20nm，主要除了去除氣田污水中的大分子物質(zhì)外，還可去除溶解油。經(jīng)超濾處理的污水隨后又經(jīng)過(guò)臭氧技術(shù)處理，這次采用臭氧與固態(tài)催化劑相結(jié)合的方式，主要去除氣田污水中的COD，使之變成無(wú)害的水和二氧化碳。經(jīng)過(guò)臭氧處理后的污水再經(jīng)過(guò)納濾膜處理，納濾膜膜孔徑為1-2nm，主要是進(jìn)行濃縮除鹽，使氣田污水中的小分子物質(zhì)分離出來(lái)，最后水中僅含有無(wú)機(jī)鹽及部分小分子有機(jī)物，達(dá)到直接排放的標(biāo)準(zhǔn)。

整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，要定期進(jìn)行出油排泥工作，通常是3個(gè)月左右一次。并要定期對(duì)分離膜進(jìn)行清洗，防止出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，影響出水水質(zhì)[6]。處理氣田污水時(shí)一定要考慮到安全因素，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行防爆處理，采取通風(fēng)防爆、采用不易燃不易爆儀器設(shè)備，設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)儀和報(bào)警系統(tǒng)等，杜絕爆炸、火災(zāi)的發(fā)生。除此之外，接線盒、燈具等都要進(jìn)行相關(guān)的防爆隔爆措施，這里就不一一闡述了。

3 結(jié)論

近些年來(lái)，天然氣以其低成本、低污染、能效高等優(yōu)點(diǎn)，得到越來(lái)越多的關(guān)注，在一次能源消費(fèi)占比逐年提高，大量開(kāi)采天然氣帶給人們生活便利的同時(shí)，也帶來(lái)氣田污水的污染。本文首先介紹了氣田污水的特性，并比選了常見(jiàn)的氣田污水處理方法，選擇了膜分離技術(shù)處理氣田污水，進(jìn)而介紹了膜分離催化氧化工藝，最后介紹了整個(gè)氣田污水處理系統(tǒng)及相關(guān)防爆措施。以期為后續(xù)氣田污水處理研究人員提供理論和設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2017-05-03

作者簡(jiǎn)介：劉靜（1970-），女，本科，工程師，研究方向?yàn)闅馓镂鬯⑸钗鬯?、飲用水處理等?