油田采出水“微生物+超濾膜”處理工藝運行保障措施分析

大慶油田設(shè)計院有限公司

杏五二含油污水精細處理站投產(chǎn)于2009 年10月，采用“微生物+超濾膜”處理工藝，設(shè)計處理規(guī)模1.2×104m3/d，實際處理量0.8×104m3/d。主要工藝流程為“緩沖隔油池+高效氣浮+微生物+沉淀池+BAF 曝氣濾池+超濾膜過濾”。該站集成了專性微生物對有機物的強化處理及膜分離技術(shù)對懸浮物的截留性能[1]，出站水質(zhì)達到“5.1.1”標準。

該站自投產(chǎn)以來，水質(zhì)達標情況較好，能夠滿足注入水質(zhì)“5.1.1”的指標要求。但在2010 年11月，由于含聚污水進入系統(tǒng)，對超濾膜造成了傷害，膜通量無法通過反洗恢復(fù)，短期處理量降至30%左右。通過調(diào)整來水、強化膜組的循環(huán)清洗，膜通量逐漸恢復(fù)。在這段期間內(nèi)，摸索并制定了適合超濾膜的清洗維護方案，完善了“微生物+超濾膜”處理工藝的運行保障措施。2012 年至今，該站水處理量一直在0.8×104m3/d 左右，既保證了油田開發(fā)注水需求，又減輕了超濾系統(tǒng)處理負荷，使整個系統(tǒng)的運行保持穩(wěn)定。

1 超濾膜清洗方案

為保證超濾膜的通量和處理效果，摸索出一套適合的反沖洗和化學(xué)沖洗方法是超濾膜運行管理工作的核心。超濾膜投產(chǎn)后，先后采用過恒通量變壓力、恒壓力變通量兩種方式運行，綜合考慮全廠污水平衡狀況以及超濾膜的運行管理情況，確定在不超額定壓力的情況下，保持恒通量變壓力方式運行。

1.1 水反沖洗

采用超濾產(chǎn)水對超濾膜進行反沖洗，通過反向水流去除過濾時積累在膜表面的污染物。反沖洗采用正沖+反沖的方式進行，正沖是對反洗的補充，防止膜絲斷裂、變形的同時，有效減少反洗時間，從而減少反洗水量。實際運行過程中底正沖效果不理想，因此僅采用頂正沖+反沖，時間分別是20 s和40 s，同樣能夠達到反沖洗的目的和效果。

1.2 化學(xué)加強反沖洗（CEB）

化學(xué)加強反沖洗是在水反沖洗的基礎(chǔ)上，將化學(xué)藥劑加入到超濾膜中，通過浸泡使化學(xué)藥劑與膜表面的污染物充分反應(yīng)，再通過水反沖洗，把剩余的化學(xué)藥劑及污染物沖掉，去除水反沖洗不能去除的污染物?；瘜W(xué)加強反沖洗周期為8 h，采用NaClO 作為清洗藥劑，加藥質(zhì)量濃度40～50 mg/L，浸泡時間為10～15 min，采取化學(xué)加強反沖洗可保證超濾膜長期正常穩(wěn)定運行。

1.3 化學(xué)清洗

當超濾膜運行一段時間后，化學(xué)加強反沖洗效果不明顯或跨膜壓差明顯增加時，需要采取化學(xué)藥劑清洗，恢復(fù)膜通量[2]。

（1）藥劑種類。在清洗過程中，無論酸洗還是堿洗，各種清洗劑都能使膜通量得到不同程度的恢復(fù)，說明采出水中的有機物和無機物對膜都有一定程度的污染，只是污染的程度不同[3]。對于單一的清洗劑，酸洗的膜通量恢復(fù)率稍差，但也在80%以上；堿洗的膜通量恢復(fù)最大，短期內(nèi)基本能使膜通量完全恢復(fù)。因此，為了解決單一藥劑的清洗弊端，酸洗采用“HCL+檸檬酸”組合，堿洗采用“NAOH+專性清洗劑”組合，以提高清洗效果。

（2）化學(xué)清洗效果。酸洗后，運行壓力下降10 個百分點，反洗瞬時水量增加40 m3；堿洗后，運行壓力下降13個百分點，反洗瞬時水量增加50 m3，說明堿洗效果要好于酸洗。但多頻率重復(fù)性清洗后，膜通量呈下降趨勢[4]，并在下降到一定程度后趨于穩(wěn)定。因酸洗和堿洗去除的污染物不同，所以不能相互代替，綜合使用才能達到最佳清洗效果[5]。

（3）清洗周期。當運行壓力接近0.12 MPa 或反沖洗壓力接近0.25 MPa 時，需采取化學(xué)藥劑清洗。投產(chǎn)初期，循環(huán)清洗周期為12 d，其中酸洗周期為6 d、堿洗周期為12 d。隨著投產(chǎn)時間的增加，膜組老化，通量自然衰減，將循環(huán)清洗周期調(diào)整為5 d，其中酸洗周期為2 d、堿洗周期為5 d。通過縮短清洗周期，保證了膜的進出水壓差，維持了穩(wěn)定的產(chǎn)水量。但清洗周期的縮短，各種清洗劑使用頻率的增加，對膜的劣化造成了一定影響[6]。

（4）清洗前后水質(zhì)分析。清洗前后，出水水質(zhì)沒有大幅度變化，說明膜污染與否，對出水水質(zhì)影響較?。ū?）。清洗后含油基本達標，懸浮物偶有超標，為解決懸浮物超標問題，不能僅從超濾膜上找原因，應(yīng)加強各個環(huán)節(jié)的水質(zhì)管理。

表1 化學(xué)清洗前后水質(zhì)對比分析Tab.1 Comparative analysis of water quality before and after chemical cleaning

2 “微生物+超濾膜”運行保障措施

為了提高進入膜組的水質(zhì)質(zhì)量，從原水水質(zhì)入手，剖析膜前預(yù)處理工藝[7]，摸索出了一套行之有效的管理辦法。通過持續(xù)優(yōu)化運行管理，較好地保證了該站的高效運行。

（1）合理控制緩沖隔油池液位。將緩沖隔油池液位由3 m 提高到4.3～4.8 m 之間，使原有剩余空間得到充分的利用；在增加沉降停留時間，提高油水分離效果的同時，避免液位過低引起底部沉積物上浮，含油和懸浮物的有效去除率增加了10%左右。

（2）調(diào)整氣浮裝置保證高效運行。對回流比和進氣量進行優(yōu)化調(diào)整，曝氣效果始終呈現(xiàn)為乳白色小氣泡，對于去除30 μm 以下的油顆粒具有特殊功效[8]；對氣浮選刮油機軸承、刮板、鏈條等裝置進行檢修，保證最佳除油效果；2 臺高效氣浮裝置同時運行，延長停留時間，提高處理效果。

（3）維護菌種提高分解能力。堅持水質(zhì)監(jiān)測，判斷菌種活性。每月定期補充微生物菌種及營養(yǎng)劑，保持微生物菌種活性及對有機物的分解能力。注重曝氧泵的運行與維護，保證設(shè)備運行時率，減少微生物菌種的厭氧死亡數(shù)量。

（4）加強沉淀池排泥管理。在沉淀池內(nèi)新增曝氣管，減少了浮泥的大面積聚集；將排泥周期由8 h 縮短為6 h，減少了底部污泥淤積；每年實施1 次人工清淤，徹底掃除沉淀池內(nèi)雜物；3～5 年更換1次滑泥板，提高沉淀池排泥能力。

（5）調(diào)整反沖洗參數(shù)防止板結(jié)。曝氣生物濾池（BAF）選用火山巖濾料，其物理特性具有良好的污水處理效果[9]。曝氣生物濾池反沖洗水量需求大，72 h 反沖洗周期內(nèi)濾料無法洗透、洗好。因此，將反沖洗周期由3 d 延長至6 d，解決了反沖洗水量不足、濾料清洗不徹底的問題。同時堅持每年對濾料進行1 次松動處理，解決了污泥聚集濾料易板結(jié)的問題。

（6）杜絕含聚污水進入系統(tǒng)。該站臨近區(qū)域已進入聚驅(qū)開發(fā)階段，鑒于之前低含聚污水進入系統(tǒng)對膜造成的污染和傷害，在日常運行管理過程中，通過合理優(yōu)化調(diào)水工藝，將含聚污水封閉在注聚區(qū)塊內(nèi)回注，避免了水驅(qū)見聚對膜系統(tǒng)的影響。

3 結(jié)論

（1）采用“微生物+超濾膜”處理工藝能夠滿足注入水質(zhì)“5.1.1”指標要求[10]。

（2）膜通過化學(xué)循環(huán)清洗能恢復(fù)到最初的運行壓力，但隨著膜使用時間的增加，造成膜的運行時間縮短，反洗頻率加大。因循環(huán)清洗本身對膜也是一種傷害，所以在處理水量滿足生產(chǎn)需要的前提下，應(yīng)該盡量減少清洗次數(shù)，以增加膜使用壽命。

（3）在進水水質(zhì)無大波動的情況下，膜污染對出水水質(zhì)影響較小。

（4）膜對進水水質(zhì)的要求比較高，應(yīng)該嚴格控制前端處理工藝。通過優(yōu)化運行管理，嚴格執(zhí)行各項措施，能夠?qū)崿F(xiàn)膜組的長期、高效、穩(wěn)定運行。

（5）超濾膜無法處理含聚污水，若應(yīng)用于含聚污水處理需要尋求新的超濾膜技術(shù)。