聚偏氟乙烯改性膜處理油田三次采出水的抗污染特性與機制.pdf

1、本課題從研究油田三次采出水水質(zhì)特點出發(fā),以解構(gòu)和建構(gòu)理論為指導(dǎo),通過研究考察超濾過程的宏觀現(xiàn)象,輔以微觀液-固界面的相互作用深入剖析,闡明了油田三次采出水對超濾膜污染的影響因子及污染機制,建立了油田采出水的超濾膜污染模型,優(yōu)化了運行工藝條件,并提出了相應(yīng)的污染控制措施。為TiO2/Al2O3-PVDF超濾膜在油田采出水的實際應(yīng)用提供重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
　　首先,對比研究了不同操作壓力、料液濃度、溫度、pH值、礦化度等條件下

2、,PVDF膜及納米改性TiO2/Al2O3-PVDF膜處理油田采出水時主要有機物的截留率及透水量。結(jié)果表明,滲透液中乳化液(O/W)的濃度在0.5mg/L以下,可達油田低滲透層回注要求。進而,通過響應(yīng)曲面法優(yōu)化分析了超濾去除水中主要污染物過程中的最佳操作條件,結(jié)果顯示,操作壓力對超濾過程的通量衰減起最主要作用;在此基礎(chǔ)上確定的改性膜超濾過程的通量預(yù)測模型,可為其在采出水處理中的實際應(yīng)用提供理論參考。
　　其次,通過研究采出水中兩種

3、典型的高分子污染物在超濾膜上的吸附性能,發(fā)現(xiàn)親水性有機物陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)給改性膜造成的污染相對嚴重,疏水性的O/W相對較輕。通過考察兩種膜對APAM及O/W的靜態(tài)吸附,發(fā)現(xiàn)兩種膜對二者的吸附等溫線分別為Langmuir-Freundlich型和Redlich-Peterson型;且APAM在兩種膜上的吸附能力均隨pH的升高而降低,隨溫度的升高而升高;陽離子對兩種膜吸附APAM的影響較大,吸附作用的相對大小為Na+

4、a2+,陰離子作用不顯著。在pH值2.0～12.0的范圍內(nèi),O/W在兩種膜上的吸附量隨pH值的升高先升高后降低;隨溫度的升高而降低;陰、陽離子的加入均促進了O/W吸附量的增加。說明改性膜抗污能力的提升是具有針對性的。
　　再次,通過對比分析不同運行模式下超濾通量衰減過程,建立了不同膜阻力對超濾通量衰減貢獻的數(shù)學(xué)模型。得出:膜孔堵塞過程發(fā)生迅速且持續(xù)時間短,主要發(fā)生在超濾開始的前4min,但該過程造成的通量衰減卻十分顯著;凝膠層形成

5、包括三個階段,即濃差極化階段、凝膠層形成階段及凝膠層穩(wěn)定階段,此過程需經(jīng)過30min完成,所得凝膠形成模型可以較好的對該過程進行模擬;以污染物-膜的靜態(tài)吸附為基礎(chǔ),建立的吸附污染阻力引起的通量衰減數(shù)學(xué)模型可以很好的解釋超濾過程中慢污染情況,該部分阻力引起的通量衰減在超濾后期起主導(dǎo)作用,且該過程持續(xù)時間較長。經(jīng)典的“Cake”模型對整個超濾過程進行模擬,隨超濾時間的延長適應(yīng)性變差;故此,建立了基于各因素之間內(nèi)在關(guān)系的白金漢模型,該模型能夠

6、簡單、有效的模擬不同廢水的超濾過程。
　　第四,以前期實驗為基礎(chǔ),以管式膜組件的形式,將改性PVDF膜和PVDF原膜應(yīng)用于油田采出水的處理過程中,考察了操作壓力對兩種超濾膜透水性能的影響及出水水質(zhì)隨時間的變化趨勢。結(jié)果表明:高壓操作僅對增大膜的初始通量具有較明顯的作用,低壓操作則能更好地降低膜污染,維持膜通量的相對穩(wěn)定。對比兩種膜處理采出水出水發(fā)現(xiàn),運行穩(wěn)定后,兩種膜的出水水質(zhì)差別不大,滲透液濁度均低于0.5NTU;含油量均小于0

7、.6mg/L;含聚量均小于0.2mg/L;TOC值小于170mg/L。
　　最后,研究了油田采出水超濾過程的臨界通量。結(jié)果表明,壓力較低、pH中性、溫度303K時,系統(tǒng)存在一個較低的臨界通量,長期運行時,臨界通量與非臨界通量下的產(chǎn)水量相當(dāng),但膜污染緩慢、能耗大大降低。針對油田采出水中的不同污染物,研究了不同的物理-化學(xué)組合清洗方法,其中,水力沖洗、反沖、機械刮除的效果不佳,而化學(xué)方法中的NaClO(1％)的清洗效果較好,其次是HC