申请日2016.09.14
公开(公告)日2017.01.11
IPC分类号C02F1/44; C02F1/40
摘要
本发明公开了一种梯度膜分离和分析油田污水中含油含聚组分的方法。该分离方法根据所述油田污水中各组分的分子量的大小的差异对油田污水进行分离，得到不同分子量范围的组分。该分析方法包括上述分离油田污水中含油含聚组分的方法以及对所述不同分子量范围的组分进行表征的步骤，如测定所述不同分子量范围的组分COD。本发明利用孔径由大到小的分离膜形成梯度膜对油田污水矿化度、含油量、含聚量及污水中残余药剂等进行有效快速分离;将膜分离与分子量表征相结合，得到不同分子量范围的组分，可进一步对不同分子量范围的组分进行定量分析，深入解析油田污水微观组分。
权利要求书
1.一种油田污水中含油含聚组分的分离方法，其特征在于：所述方法根据所述油田污水中各组分的分子量的大小的差异对油田污水进行分离，得到不同分子量范围的组分。
2.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：1)根据所述分子量范围提供多个不同孔径的分离膜;按照所述分离膜孔径由大到小的顺序进行排列，得到梯度膜;2)沿着所述排列的方向，将所述油田污水透过所述梯度膜对油田污水进行过滤，即可得到不同分子量范围的组分，实现所述油田污水中含油含聚组分的分离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述不同孔径的分离膜为下述1)-6)中的任一种：
1)孔径为0.45μm的分离膜和多个截留分子量为50～1k Da的分离膜;
2)孔径为0.45μm的分离膜、多个截留分子量为50～10k Da的分离膜和多个截留分子量为5k Da～1k Da的分离膜;
3)孔径为0.45μm的分离膜、多个截留分子量为50～5k Da的分离膜和多个截留分子量为3k Da～1k Da的分离膜;
4)孔径为0.45μm的分离膜和截留分子量分别为50KDa、10KDa、5KDa、3KDa、1K Da的分离膜;
5)孔径为0.45μm的分离膜和截留分子量分别为50KDa、10KDa、5KDa、1K Da的分离膜;
6)孔径为0.45μm的分离膜和截留分子量分别为50KDa、5KDa、1K Da的分离膜。
4.根据权利要求2或3所述的分离方法，其特征在于：所述分离膜的材质为聚四氟乙烯、聚砜和聚醚砜中的任一种。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的分离方法，其特征在于：所述过滤为全量过滤;和/或，所述过滤在加压条件下进行，0.45μm～3k Da截留分子量的分离膜的跨膜压差为0.15～0.3Mpa，1kDa截留分子量的分离膜的跨膜压差为0.3Mpa～0.8MPa。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的分离方法，其特征在于：所述过滤在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为50～1200rpm，控制各分离膜的出水速率为0.5～1.5mL/min。
7.一种油田污水中含油含聚组分的分析方法，它包括权利要求1-6中任一项所述的分离方法以及对所述不同分子量范围的组分进行表征的步骤。
8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于：所述表征为测定所述不同分子量范围的组分的COD;所述方法包括如下步骤：1)测定所述油田污水的总的COD;2)收集透过各分离膜的滤液并测定所述滤液的COD;3)根据步骤1)中所述油田污水的总的COD和步骤2)中所述滤液的COD，计算各个不同分子量范围的组分的COD;4)计算各个不同分子量范围的组分的COD占总COD的百分含量。
9.权利要求1-6中任一项所述的分离方法或权利要求7或8所述的分析方法所使用的分离系统，所述分离系统包括多个权利要求2-4中任一项所述的不同孔径的分离膜。
10.根据权利要求9所述的分离系统，其特征在于：所述分离膜为平板膜;和/或，所述分离系统还包括用于为所述分离膜增加压力的气体加压装置;和/或，所述分离膜的上方还设有搅拌装置。
说明书
一种梯度膜分离和分析油田污水中含油含聚组分的方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，尤其涉及一种梯度膜分离和分析油田污水含油含聚组分的方法。
背景技术
随着市场对环保的需求增加，对于油田的生产污水处理提出了新的要求，尤其是目前油田生产污水的外排达标处理。按照污水综合排放标准，生产污水处理系统面临升级达标排放的压力。其中《污水综合排放标准》DB21/1627-2008对污水外排指标提出了更高的要求，主要污染物COD≤50mg/L。COD值越低其降解的难度越大，其要求的技术手段越高。而对于这些COD贡献成分的认知，对于实施降低生产污水深度处理风险控制，实现油田开发可持续发展，具有重要的理论和实践意义。
油田生产污水中含有溶于水中的乳化原油、处理中使用的各种化学药剂，注聚生产污水中还含有一定量的聚合物。这些矿化度、含油量、含聚量及污水中残余药剂(破乳剂、清水剂)使得此类污水具有复杂特殊的性质，水中胶体颗粒稳定，热力学稳定性好，界面电荷强，细小油珠稳定地存在于水体中，返出聚合物、残余药剂的存在，使得水质性质更加复杂，加大了污水处理的难度。油田生产污水中油类物质是主要成分，其在水中的存在形式可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油等。以含油形式溶于水中的微量多环芳烃、胶质沥青质、返出的聚合物等使难降解物相对含量增加，需要通过后续深度处理技术来实现生产污水达标排放的目标。
由于油田生产污水组分、水质复杂多变，目前人们只是针对海上油田生产污水的宏观指标，如COD、色度等有较深入的研究。油田生产污水是一种非均相的混合溶液，存在着生物降解性迥异的组分，因此需进一步研究各组分的性质及不同工艺对其降解的有效性。已有的含油污水分离方法包括絮凝、气浮、吸附、磁分离、膜分离等。上述方法均无法实现油田生产污水矿化度、含油量、含聚量及污水中残余药剂(破乳剂、清水剂)等组分的分离与分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种梯度膜分离和分析油田污水含油含聚组分的方法，该方法利用孔径由大到小的分离膜形成梯度膜对油田污水进行分离，得到不同分子量范围的组分，将膜分离与分子量表征相结合，可进一步对不同分子量范围的组分进行分析，该方法简单快速。
本发明提供的一种油田污水中含油含聚组分的分离方法，该方法根据所述油田污水中各组分的分子量的大小的差异对油田污水进行分离，得到不同分子量范围的组分。
上述的方法中，所述方法可包括如下步骤：
1)根据所述分子量范围提供多个不同孔径的分离膜;按照所述分离膜孔径由大到小的顺序进行排列，得到梯度膜;
2)沿着所述排列的方向，将所述油田污水透过所述梯度膜对所述油田污水进行过滤，即可得到不同分子量范围的组分，实现所述油田污水中含油含聚组分的分离。
所述方法的具体步骤如下：
1)根据所述分子量范围提供多个不同孔径的分离膜;按照所述分离膜孔径由大到小的顺序，将所述分离膜依次记为A1、A2、……、An;
2)将所述油田污水透过分离膜A1，所述油田污水中分子量大于所述分离膜A1的截留分子量的组分被截留在所述分离膜A1的表面;
3)将步骤2)中得到的滤液透过分离膜A2，所述滤液中分子量小于等于所述分离膜A1的截留分子量且大于所述分离膜A2的截留分子量的组分被截留在所述分离膜A2的表面;
4)如此类推，均将上一步骤得到的滤液透过分离膜An，得到不同分子量范围的组分，从而实现所述油田污水中含油含聚组分的分离。
上述的方法中，所述不同孔径的分离膜可为下述1)-6)中的任一种：
1)孔径为0.45μm的分离膜和多个截留分子量为50～1k Da的分离膜;
2)孔径为0.45μm的分离膜、多个截留分子量为50～10k Da的分离膜和多个截留分子量为5k Da～1k Da的分离膜;
3)孔径为0.45μm的分离膜、多个截留分子量为50～5k Da的分离膜和多个截留分子量为3k Da～1k Da的分离膜;
4)孔径为0.45μm的分离膜和截留分子量分别为50KDa、10KDa、5KDa、3KDa、1K Da的分离膜;
5)孔径为0.45μm的分离膜和截留分子量分别为50KDa、10KDa、5KDa、1K Da的分离膜;
6)孔径为0.45μm的分离膜和截留分子量分别为50KDa、5KDa、1K Da的分离膜。
所述油田污水中，粒径大于0.45μm的组分为较大型悬浮物，粒径大小在0.45μm(孔径)～5k Da(截留分子量)之间的组分为含聚及污水中残余药剂(破乳剂、清水剂)、截留分子量在1k Da～5k Da之间的组分为可溶性油分、截留分子量小于1k Da的组分为可溶性小分子物质。
上述的方法中，不同的膜材料、孔径、膜面结构分离含油污水，膜的通量差异很大。根据出水水质要求和含聚含油污水中的聚合物和油的存在形态选用合适的膜。当含油污水中有表面活性剂等存在时，油滴乳化成稳定的乳化油或溶解油，油珠之间难以相互聚结，则需选择亲水的超滤膜分离。一般来说，亲水性的膜通量较大，抗油污染性能较好。分离膜若采用通常的耐化学品性高的聚偏二氟乙烯(PVDF)构成，其与陶瓷膜一样对浓度高的碱性水溶液不具有耐性，若分离膜由聚乙烯或聚丙烯构成，则其物理强度又不充分。因此本发明中，所述分离膜材质可为聚四氟乙烯(PTFE)、聚砜(PSF)和聚醚砜(PES)等耐碱性多孔膜。
上述的方法中，所述过滤为全量过滤，即过滤过程中处理液垂直于膜面的方向流动，截留颗粒随时间逐渐堆积于膜面上。
上述的方法中，所述过滤在加压条件下进行，0.45μm～3kDa截留分子量的分离膜的跨膜压差为0.15～0.3Mpa，具体可为0.15Mpa或0.25Mpa;1kDa截留分子量的分离膜的跨膜压差为0.3Mpa～0.8MPa，具体可为0.4Mpa;所需跨膜压差根据组分滤速进行调整。
上述的方法中，所述过滤在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速可为50～1200rpm，具体可为200～800rpm、200～500rpm、500～800rpm、200rpm、500rpm或800rpm，控制各分离膜的出水速率为0.5～1.5mL/min，采用旋转磁力搅拌，所述搅拌不仅可去除膜面污染，有效避免化学清洁对膜面损伤，在含油污水分离过程中，还可以增加过滤速度，避免由于非水溶性油分和溶解性组分附着到分离膜表面而引起浓缩后期流速下降。
本发明进一步提供的一种油田污水中含油含聚组分的分析方法，该方法包括上述分离油田污水中含油含聚组分的方法以及对所述不同分子量范围的组分进行表征的步骤。
上述的方法中，所述表征可为测定所述不同分子量范围的组分COD、TOC等。
比如所述表征为测定所述不同分子量范围的组分COD，所述方法包括如下步骤：
1)测定所述油田污水的总的COD;
2)收集上述方法中透过各分离膜的滤液并测定所述滤液的COD;
3)根据步骤1)中所述油田污水的总的COD和步骤2)中所述滤液的COD，计算各个不同分子量范围的组分的COD;
4)计算各个不同分子量范围的组分的COD占总COD的百分含量。
所述方法的具体步骤如下：
1)根据所述分子量范围提供多个不同孔径的分离膜;按照所述分离膜孔径由大到小的顺序，将所述分离膜依次记为A1、A2、……、An;
2)测定所述油田污水中总的COD，记为COD总;
3)将所述油田污水透过分离膜A1，所述油田污水中分子量大于所述分离膜A1的截留分子量的组分被截留在所述分离膜A1的表面，收集滤液，测定该滤液的COD，记为COD1;所述截留在分离膜A1的组分的COD=COD总-COD1，根据所述截留在分离膜A1的组分的COD与所述COD总的比值，即可得出所述截留在分离膜A1的组分的COD占总COD的百分含量;
3)将步骤2)中得到的滤液透过分离膜A2，所述滤液中分子量小于等于所述分离膜A1的截留分子量且大于所述分离膜A2的截留分子量的组分被截留在所述分离膜A2的表面，收集滤液，测定该滤液的COD，记为COD2;所述截留在分离膜A2的组分的COD=COD1-COD2，根据所述截留在分离膜A2的组分的COD与所述COD总的比值，即可得出所述截留在分离膜A2的组分的COD占总COD的百分含量;
4)如此类推，均将上一步骤得到的滤液透过分离膜An，得到不同分子量范围的组分以及不同分子量范围的组分的COD和不同分子量范围的组分的COD占总的COD的百分含量。
本发明进一步提供了一种上述分离方法或分离分析方法中所使用的分离系统，所述分离系统包括多个所述不同孔径的分离膜。
上述的分离系统中，所述分离膜为平板膜。该分离系统有利于体积计量，能克服现有错流过滤装置存在的过滤不充分、难以计量等问题，便于不同膜孔径组分含量的计算。
上述的分离系统中，所述分离系统还包括用于为所述分离膜增加压力的气体加压装置，如氮气瓶。
上述的分离系统中，所述分离膜的上方还设有搅拌装置，如磁力搅拌釜。
本发明具有如下有益效果：
(1)利用孔径由大到小的分离膜形成梯度膜对油田污水矿化度、含油量、含聚量及污水中残余药剂等进行有效快速分离。
(2)将膜分离与分子量表征相结合，得到不同分子量范围的组分。可进一步对不同分子量范围的组分进行定量分析，深入解析油田污水微观组分。
