面向油田采出水及灰水处理的膜材料性能及污染研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aiaiai19870310
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清洁用水的不足是困扰全球的一个普遍问题。水资源的回收利用是补充现有用水安全的重要途径。油田采出水是一种可回收利用的水资源,但是其具有含油量大、高含盐等特点,传统的处理技术在产水水质、成本、效率、能耗等方面存在不足,对含有表面活性剂的乳化油和分散油的处理效果很差。另一种大量可回用水资源为灰水;灰水通常指日常产生的废水,如洗浴、洗衣和餐具清洗等,其具有产量大,易回收等特点。  超滤(UF)及纳滤(NF)技术是处理上述两类水源的重要手段。处理含乳化油采出水时膜表面和膜孔易被乳化油堵塞膜孔,造成通量下降,可恢复性低。灰水的成分较为复杂,在膜分离过程中也容易发生膜污染导致处理效率降低。针对油水回用和灰水回用,本文研究了耐污染纳滤膜材料和絮凝/超滤/纳滤等工艺,分别对两种水源的回用进行系统研究。  本文第二章介绍磺化聚醚醚酮(SPEEK)/聚醚砜(PES)中空纤维复合膜在含盐油水乳液浓缩过程中的性能。在浓缩倍数为10的条件下,经过多次浓缩循环后,SPEEK/PES复合膜表现出稳定通量,而未涂层PES中空纤维膜大幅度下降,而且涂层浓度为1.5%的复合膜在浓缩六次后通量增加了2倍以上。通过对十六烷基磺酸钠(SDS)浓缩、吸附、脱附实验汪明,SDS的吸附使得膜的通量不断升高,提出了SDS在SPEEK材料中吸附模型来解释该现象。由于油滴的直径远大于SPEEK/PES复合膜的孔径,膜材料对十六烷的截留率为100%。  本文第三章探究絮凝和超滤处理灰水的效果及污染现象。结果发现在多种絮凝剂中,投加70ppm氯化铁为最佳处理过程,也最具经济性及安全性。选用了PVDF和PES商业超滤膜材料探究了超滤对灰水的处理效果。结果表明,超滤处理灰水的去除效果要好于直接使用絮凝,但在直接处理灰水过程中通量快速减少,发生严重的膜污染现象。通过引入了Threshold Flux和Limiting Flux两个参数对超滤膜污染程度进行定量,处理絮凝后灰水时两者值的增加表明絮凝降低了污染速率。此外,在不同操作条件下处理灰水时对阻力变化进行了研究,发现絮凝后灰水可以有效阻止膜过程阻力的上升。结果表明絮凝后的灰水可以降低对膜的污染。  在第四章中引入了纳滤膜,并与絮凝、超滤工艺进行耦合联用处理对灰水。结果发现,直接浓缩絮凝后的灰水,在浓缩达到3倍时通量即发生下降,表明膜材料受到了一定的污染。在絮凝/超滤/纳滤工艺中,纳滤浓缩过程中通量衰减大幅降低;以PES膜作为超滤预处理,纳滤浓缩通量在浓缩达到6倍时保持恒定在125L·m-2·h-1以上,没有明显膜污染发生。不同工艺过程对灰水成分的去除效果为:絮凝/超滤/纳滤>絮凝/纳滤>絮凝/超滤>超滤>絮凝。经过不同深度的处理,出水水质可以达到很高的回用标准,几种过程的组合联用可以有效的提高灰水的处理效果,逐级处理可以有效降低各工艺过程中的污染情况。
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