基于膜分离的小型气田污水处理系统

摘要：随着我国经济及社会的飞速发展，人们对生活质量的要求越来越高。作为低成本、清洁、高效且污染少的一种能源，天然气越来越得到人们的青睐。天然气资源得到大量开采，同时也产生气田污水这个难题。由于其占地面积小、水量小等，不适合运用传统的含油污水处理技术。故本文主要介绍了适合处理气田污水的膜分离-催化氧化技術及基于膜分离的小型气田污水处理系统。
关键词：膜分离；催化；气田污水
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文件编号：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
经济、社会的快速发展，极大的提高了人们的生活质量，人们对生活品质的要求相应的也日益增高，天然气因其节能环保在人们生产、生活中的使用越来越多，开采产量逐渐增大，同时也产生大量的气田污水。气田污水的污染物含量低、种类少，但由于集气站分散，水量在0.1方～200方左右，一般通过管道或车运收集后，集中处理达标后排放，或者深层回注。相对深层回注，处理达标排放要求对其进行更加高标准的处理，达到排放标准的要求，并具有较好的经济性。总结发现，气田污水有以下特性：处理地分散且产水量相对不大；不同气田、不同层位水质差异较大；水温一般在40℃到60℃之间波动，相较一般污水，偏高；污水的离子与有机物成分复杂且矿化度一般比较大；COD在几百到几万之间波动[1]；容易结垢；易随外在条件变化而变化；容易腐蚀与之相接触的金属；极少部分污水含有硅及蜡等物质；水中一般含有二氧化碳，可能含有硫化氢等溶解性气体；可能含有天然气生产工艺投加物，如缓冲剂、防冻剂[2]等；处理后产品具有资源价值[3]；总得来说，就是高复杂性、高污染性、高波动性及高腐蚀性，故要选择合适的气田污水处理工艺，使气田污水达到相关标准。
1 膜分离-催化氧化技术
常用的含油污水处理方法有气浮法、水力旋流法、生物法、电絮凝法及絮凝法，一般都有占地面积大、有二次污染、投资费用较高等问题，结合上述介绍的气田污水的特性，膜分离法是适合处理气田污水的较好方法之一，但膜分离技术也存在缺点，处理速率慢还易污染分离膜。
本文研究将膜分离法与催化氧化法联合起来处理气田污水。具体工艺流程见图1。
该工艺以气田污水为处理目标，主要经过初级消毒、一次分离、催化氧化及二次分离几个步骤后达到回用或排放标准的目的。其中，一次分离与二次分离主要是对污水中的颗粒物进行分离；臭氧在初级消毒及催化氧化中都有使用，这两个步骤主要去除了石油类的一些有机物。经过上述工艺处理的污水可以达到排放标准。
膜分离是根据浓度、电位或者压力的不同，将污水中的水与污染物进行分离达到净水的目的。材质是合成的或天然的具有选择透过性的高分子膜。分离膜直接影响处理结果，根据气田污水的特性，选择分离膜应考虑耐高温、亲水性好、耐腐蚀、稳定性高[4]等方面。另外，分离膜易受污染也是一个研究的难题，目前，我们可以通过清洗分离膜及控制分离膜运行条件的方法减少分离膜的污染。
作为气田污水的主要指标之一，COD 的去除是所有气田污水处理工艺的重点，也是难点。难点是由于气田污水中COD的组成非常复杂，有可溶于水的有机物、油溶性有机物及各种化学添加剂等；重点是去除了COD，就解决了去除污水重要污染物的问题。该工艺中主要运用臭氧催化氧化技术处理污水中的COD，原理是由于臭氧具有强氧化性，能将以碳水化合物为主的COD氧化成水与二氧化碳。另外由于臭氧具有除臭、脱色及杀菌的功能，该技术还可以在其它方面对气田污水进行处理。为了提高整个系统的处理气田污水的速度，我们还在其中加入了固体催化剂，使难降解有机物更好更快的转变为易处理的小分子物质，加快整个工艺的处理速度。
将两者有机结合，即可对水中的COD、离子、颗粒物等进行有效处理，使气田污水达到排放或回收的标准。
2 基于膜分离的气田污水处理系统
图2是气田污水处理系统图。0#污水储液罐中装有气田污水，首先使用臭氧技术对污水进行预处理，除去自由沉降的大颗粒物质及悬浮物质，并将臭氧直接通入气田污水中除臭的同时有效杀死气田污水中的微生物，这时要格外注意爆炸的可能，也要杜绝可燃气体进入后续设备中。经过预处理后的气田污水随后进入微滤分离膜[5]，可以分离污水中大小在0.05-10μm之间的颗粒及微生物，微滤膜分离速度快、没有介质脱落、吸附物少、通过量大且投资低，减少污染物的同时，也为后续处理打好了坚实基础。经微滤处理后的污水随后经过超滤膜的处理，超滤膜的膜孔径为2-20nm，主要除了去除气田污水中的大分子物质外，还可去除溶解油。经超滤处理的污水随后又经过臭氧技术处理，这次采用臭氧与固态催化剂相结合的方式，主要去除气田污水中的COD，使之变成无害的水和二氧化碳。经过臭氧处理后的污水再经过纳滤膜处理，纳滤膜膜孔径为1-2nm，主要是进行浓缩除盐，使气田污水中的小分子物质分离出来，最后水中仅含有无机盐及部分小分子有机物，达到直接排放的标准。
整个系统运行一段时间后，要定期进行出油排泥工作，通常是3个月左右一次。并要定期对分离膜进行清洗，防止出现堵塞现象，影响出水水质[6]。处理气田污水时一定要考虑到安全因素，对整个系统进行防爆处理，采取通风防爆、采用不易燃不易爆仪器设备，设置可燃气体检测仪和报警系统等，杜绝爆炸、火灾的发生。除此之外，接线盒、灯具等都要进行相关的防爆隔爆措施，这里就不一一阐述了。
3 结论
近些年来，天然气以其低成本、低污染、能效高等优点，得到越来越多的关注，在一次能源消费占比逐年提高，大量开采天然气带给人们生活便利的同时，也带来气田污水的污染。本文首先介绍了气田污水的特性，并比选了常见的气田污水处理方法，选择了膜分离技术处理气田污水，进而介绍了膜分离催化氧化工艺，最后介绍了整个气田污水处理系统及相关防爆措施。以期为后续气田污水处理研究人员提供理论和设计指导。
参考文献
[1]唐善法，刘芬.气浮技术处理聚合物驱含油污水研究[J].石油天然气学报，2006，28（4）：131-133.
[2]王勇.用水力旋流器净化油田采出水[J].油气田环境保护，1991，4（1）：25-29.
[3]李恒进，田超，谢玉文.油田含油废水生化处理技术研究及应用[J].生产与环境，2006，6（8）：27-29.
[4]王车礼，裴峻峰等. 电絮凝处理油田废水初步研究[J].油气田环境保护，2002，12（3）：19-21.
[5]邓秀英，油田采出水处理技术综述[J].工业用水与废水，1999，30（2）：7-9.
[6]蔺爱国，刘培勇，刘刚等.膜分离技术在油田含油污水处理中的应用研究进展[J].工业水处理，2006，26（1）：5-8.
收稿日期：2017-05-03
作者简介：刘静（1970-），女，本科，工程师，研究方向为气田污水、生活污水、饮用水处理等。