叶世威,,,,王贝辉,,洪昱斌,,汪彩明,,丁马太,,,,何旭敏,,蓝伟光,,,

  ,,,厦门大学化学化工学院,福建厦门,,,,,,,,,厦门大学材料学院,福建厦门,,,,,,,,,三达膜科技,厦门,有限公司,福建厦门,,,,,,,,,龙岩学院化学与材料学院,福建龙岩,,,,,,,

  摘要,以孔径为,,,μ,的碳化硅陶瓷膜,在跨膜压差,,,,,,、温度,,℃、伴有固定时间间隔的反冲洗浓排条件下,通过死端过滤处理含油废水。根据结果得出,膜通量大,出水质量满足《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》标准,,,,,,,,,,,,,的要求,可当作回注水,且膜简易清洗后,通量可,,,,恢复。

  含油废水的处理分物理法和化学法,主要有自然除油、聚结除油、混凝沉降和过滤等方法。处理后的出水,首选的应用是作为回注水,即在油田需要的时候,将其回注地层。回注水对于悬浮物和油的含量有严格要求,以防其对地层的污染。与传统分离技术相比,膜分离具有设备简单、操作方面、分离效率高、节能等优点,是油田含油污水处理技术的重点发展趋势之一,,,。目前,用于这一处理技术的分离膜有有机膜、复合膜和无机膜。实验表明,用这些膜处理后的回收水,都能够达到作为油田回注水的要求。但是,有机膜有不耐高温、,,值适合使用的范围窄、机械强度低、孔径分布宽、渗透率低、通量低、易水解、易污染、较难清洗再生等缺点,,,,,。以无机粒子,如,,,,,,,,和掺杂稀土元素,,的纳米,,,,的复合粒子微粒,,,,对高分子膜材料来共混改性所成的复合膜,虽可极大地提高膜的亲水性、从而也提高膜的抗污染能力,但膜通量比无机膜低,清洗后通量恢复率也只有,,,。无机膜具有耐高温、耐化学侵蚀、机械强度好、抗生物能力强、渗透量大、可清洗性强、常规使用的寿命长等特点,,,,分离效果和清洗恢复性较好,但有些也存在着较难清洗再生的缺点,,,,,,。

  碳化硅具备优秀能力的热传导性,,,,、断裂韧性、抗热震性,,,,、生物相容性,,,,、耐酸碱性,,,,、化学惰性和机械性能,,,,,,,,以及低的热膨胀性,,,,,能够在一定要承受高温和机械压力的腐蚀性环境中应用。因此,碳化硅膜除了具有无机膜的一般特性外,还具有许多一般无机膜所不具备的优点,被认为是一种有望取代各种无机膜的新型分离膜,,,,。

  关于,,,膜的制备,文献相对较少。已有的报道,主要有,种制备方法,化学气相沉积,,,,,,化学气相渗透,,,,,法、聚合物先驱体高温分解法和溶胶,凝胶法,,,,,,,,,,,,,,,,,。,,,等,,,,以三异丙基硅烷作为先驱体,在,,,,,,,℃下通过化学气相沉积,,,,,沉积在α,,,,,,基片顶部,之后,再在除氧的氩气气氛中,,,,℃热处理,,,制得,,,膜。,,,和,,,,,,,,利用掺杂,,,,,的,,,大孔支撑层表面,通过,,,,,,,,,和,,混合物在,,,℃下的低压化学气相沉积,,,,,,,,制备了不对称介孔,孔直径在,,,,,,之间,,,,膜。,,,,,,等,,,,以涂有多孔α,,,,,,的γ,,,,,,管为支撑体,以,,稀释的,,,,,,,和,,,,为气源,通过在,,,,,,,℃之间的化学气相渗透,,,,,,制备了,,,膜。,,,,,等,,,,在γ,,,,,,支撑体上,用三异丙基硅烷,,,,,和,,,,丁二硅烷,,,,,作为先驱体,通过化学气相沉积,,,,,,化学气相渗透,,,,,,制备了,,,膜,而后,该团队,,,,,,,,,,,,,等,,,,通过流铸法和浸渍涂布法在管式碳化硅大孔支撑体上,涂上一薄层烯丙基,氢化聚碳硅烷,,,,,,,,再经高温分解,制备了,,,微孔膜,该团队,,,,等,,,,把支撑体改为,,,,同样用,,,作为先驱体,同样通过化学气相沉积,也制备了,,,膜。,,,,等,,,,在氧化铝基质上浸渍聚碳硅烷,,,,,涂层,在,,,℃下放置,,后,再在,,气流下以,℃,,,,的升温速度加热到,,,℃,高温分解,,,最后在,,气气氛中冷却到室温而制得,,,膜,,,,,,,,等,,,,分别在涂有α,,,,,,的γ,,,,,,多孔支撑体上浸渍聚碳硅烷,,,,,涂层,在无氧条件下,,,℃高温分解,制备了,,,膜,,,,,,,,,,,,,,,等,,,,通过在,,惰性气氛中,,,,℃无压力烧结,,,粉末与烧结助剂的混合物,制备了,,,多孔基质,又通过涂在该基质上的,,,溶胶先驱体在高温下的碳热还原,制备了不对称,,,膜,,,,。

  在微滤和超滤操作中,死端过滤选择性高、能耗低、效果好、产率高,,,,,,,,非常适合于固含量较低的进水或者伴有频繁反冲洗循环操作的分离过程,,,,。

  鉴于油田含油废水经气浮除油处理后,仍然不能够满足作为回注水的要求,本文采用,,,,,,,公司生产的,,,陶瓷膜,伴以固定时间间隔的反冲洗浓排,对这种含油废水,表,,进行了死端过滤处理研究。结果表

  作者简介,叶世威,,,,,,,,男,福建南平人,在读硕士,师承蓝伟光教授,从事水处理与膜技术研究。

  明,膜通量大,出水能够很好的满足作为回注水的要求,且简易清洗后,膜通量能达到,,,,恢复率。

  ,,,膜,,,,,,,,公司,完全由碳化硅组成。膜元件,由碳化硅多孔支撑材料挤出而成,含有多个涂有一层或多层,,,流铸介质的流道。流铸介质,由,,,胶状悬浮体在,,,,℃烧结而成。膜的结构如图,。在支撑体的多孔结构之上覆盖着密度大的表面膜层,后者决定着膜的性质,孔径为,,,μ,,最高使用温度为,,,,℃,气体中,,,,值适合使用的范围为,,,,,可耐苛刻化学试剂清洗及蒸汽杀菌。,,,膜的断面观察,用,,,,,,,扫描电子显微镜,德国,,,公司,加速电压,,,,。

  ,,,膜接触角测定,,,,,,,,静滴接触角,界面张力测量仪,上海中晨数字技术设备有限公司。废水含油、悬浮物量测试,按,,,,,,,,,,,标准规定之分析方法,其中,含油量,紫外分光光度法,悬浮物量,,,,,,,膜滤法。膜通量,,,,,,,·,,,用,,,式计算,

  其中,,是,时间内渗透液体积,,,,,,是膜总面积,,,, ,,是渗透时间,,, 。截留率,,,,由,,,式计算,

  膜接触角测试时,发现水滴一滴到膜表面,便立即平铺在其上,即接触角为,°。这一根据结果得出,碳化硅的亲水性极强。接触角越小,亲水性越好,膜抗污染性也越好。

  ,,℃时,关闭回流阀以及进口压力阀,通过调节泵的频率调控Δ,,,。 图,表明,当Δ,,,从,, ,,,,上升到,, ,,,,,,时,,,,陶瓷膜死端过滤通量从,,,,,,,, · ,,上升到,,,,,,,,, · ,, 。但其后期,在Δ,,,从,, ,,,,增大到,, ,,,,,,这一区间,膜通量的变化趋于平缓。在跨膜压差增加到足够大时,由于凝胶层的逐渐形成,使得过程也随之逐渐转化为由物质传递所控制的微滤过程,通量也就逐渐变得与压力无关,,,, 。过大的压差,还会使得油滴因挤压变形而进入并透过膜孔,致膜的截留率降低,况且提高压差需要消耗更多的能量,还会使膜体压实,膜孔增堵,也不利于反冲洗和清洗。 由图,能够正常的看到,死端过滤适宜的Δ,,,为,, ,,,,,,和文献,,,, ,,,的报道相一致。

  图, 温度对膜通量的影响 ,,,,,,,,,,,,,,所规定的关于回注水要求,但温度较

  膜通量随温度的上升而增大,是因为料液的粘度 没有必要为了通量的那点增大而刻意提高操作温度。

  “反冲洗浓排”指的是,在反冲洗时,在打开浓缩液 一。尽管周期脉冲反冲洗可以减缓膜污染,但也仅仅阀的同时,关闭透析液阀并打开进气阀,通过气体对于 减缓而已,膜芯污染仍然不可避免。 因此,运行一定时膜孔的冲刷,让膜孔及膜表面的污染物随着气流和料 间后,就需要对膜芯进行清理洗涤。有效的膜清理洗涤方法对液一起排掉,而不返回到进料罐中。 于膜应用可行性至关重要。在本分离过程中,导致膜

  Δ,,,为,, ,,,,、温度为,,℃,并伴有固定间隔 污染的重要的因素是悬浮物和油对于膜孔的堵塞,以及时间,周期脉冲,反冲洗浓排,反冲压力,, ,,,,,反冲 膜表面浓差极化层和滤饼层的形成,导致膜的通量下洗周期,,,,,,反冲时间,,,的死端过滤,膜通量与时 降。通过探索,这样的清理洗涤方法,对于本膜滤系统,业间关系如图,。平均通量可达,,,,,,,, · ,,左右。 已证明是有效的,以由膜清洗剂,,,,,,,,,,,,主要成在反冲洗时,气体冲刷膜孔,破坏膜表面的浓差极化层 份为表面活性剂、高效络合物、强碱、碱洗助剂,配置而和滤饼层,同时排空膜管内的浓缩液,既可减少污染物 成的,,为,,的水溶液,进行清理洗涤循环,,,,,,并间以在膜表面的沉积,也可减少污染物在膜滤器中的积累, 气体反冲洗,反冲压力,,,,,,,反冲洗周期,,,,,,反从而减缓膜污染的速度。 冲时间,,,, ,最后再用清水冲洗至中性。 图,结果表

  膜污染是任何膜分离过程都不可避免的问题,,, 。因此,膜通量都会随着运行时间的延长而下降。污染

  因为气体反冲洗冲刷,可以使得悬浮物脱离膜的孔洞及表面,表面活性剂和强碱,可以清洗浓差极化层