CN111392818A - 一种用于处理含油污水的动态膜及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于处理含油污水的动态膜及其制备方法与应用。该动态膜系统，由支撑体和位于所述支撑体内垂直于管径设置的吸附层；构成所述吸附层的材料为涂膜颗粒；构成所述支撑体的材料为硬性材料。该动态膜为由涂膜液于一定条件下在多孔硬性材料上涂覆而成。所述动态膜可进行在线或离线反洗或高压蒸汽射流再生。该动态膜可应用含油污水处理，具有除油效果好、抗污染、通量高、易操作、易再生等优点。

Description

一种用于处理含油污水的动态膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于含油污水处理领域，涉及一种用于处理含油污水的动态膜及其制备方法与应用。
背景技术
我国石油储量丰富，2017年我国石油储量389亿吨，技术可采储量近37亿吨，而石油开采将产生数以百亿吨的含油污水，含油污水的达标处理是石油顺利开发的关键，是保护生态环境、保障国家能源安全的有力支撑。含油污水处理方法主要包括三大类，分别为化学法、生物法和物理法，传统方法存在化学药剂加入量大、设备占地面积大、抗油污染能力差等问题，与传统分离方法相比，膜分离技术具有产水水质好、不用加入化学药剂、占地小、操作条件温和、能耗低等优点，对治理环境污染、缓解资源短缺具有重大的作用。
采用膜分离技术处理含油污水，存在膜易污染、通量低、分离效果不理想、清洗再生难等问题，而动态膜技术具有成本低、通量大、截留能力强、制备简单且清洗方便等优点，可根据分离体系情况，选择适当的涂膜材料及支撑体，通过改变基膜的亲疏水性、孔径分布、孔隙率及荷电性等，实现含油污水的高效、达标处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于处理含油污水的动态膜及其制备方法与应用。
本发明要求保护一种动态膜系统，包括支撑体和位于所述支撑体内垂直于管径设置的吸附层；
构成所述吸附层的材料为涂膜颗粒；
构成所述支撑体的材料为硬性材料。
上述动态膜系统中，所述涂膜颗粒为无机颗粒物；所述无机颗粒物具体选自高岭土、硅藻土、分子筛、TiO2和SiO2中至少一种；所述分子筛具体可为分子筛ZSM-5；
所述涂膜颗粒的平均粒径为1～15μm；具体为4μm或15μm；
所述硬性材料选自金属、陶瓷和碳中至少一种。
所述支撑体的根数为1～10根；具体为1根、2根、5根或8根；平均孔径为1～10μm；具体为5μm；孔隙率为30～75％，具体为40％、50％、55％或60％；抗弯强度为20～30MPa；具体为22MPa、25MPa或26MPa；长度为500～1500mm；具体为600mm、1000mm或1200mm；横截面面积为100～1000mm2；具体为225mm2、300mm2、200mm2或1000mm2；横截面形状为空心圆环。
本发明提供的制备所述动态膜系统的方法，包括：
1)将涂膜颗粒与去离子水混合，经搅拌与超声处理，得到涂膜液；
2)将支撑体安装到动态膜过滤器中；
3)将所述涂膜液放入原料罐中，在离心泵作用下开始循环，料液的流向与膜面保持平行，过滤，其渗透方向和料液流动方向呈垂直状态，循环后即得。
上述方法的步骤1)中，所述涂膜颗粒的浓度为1～10g/L；
所述涂膜颗粒与去离子水的用量比为10-100g：10～100L；具体为40g：20L、40g：30L、40g：40L或100g：100L；
所述搅拌和超声处理步骤中，温度为20～50℃；搅拌时间为10～30min；具体为15min、25min、搅拌速度为100～500r/min；超声处理时间为10～60min；具体为20min、30min、40min或50min；超声功率为1-2w/cm；具体为1.5w/cm；超声频率为25-35kHz；具体为30kHz；
所述步骤3)中，循环时间为10～60min；具体为15-20min；循环温度为20～90℃；具体为30℃、50℃、60℃或80℃；循环跨膜压差为0.01～0.1MPa；具体为0.05MPa。
上述步骤3)中，错流过滤过程中悬浮液水平流动能防止滤饼层持续增厚，在不同的压力流量下存在不同的动态平衡厚度，使膜通量能保持较高水平，渗透侧产水出口持续出水，在一定跨膜压差下经一定时间的循环后即可得到用于处理含油污水的动态膜。
在所述支撑体与进出口管道连接处，采用O型硅橡胶密封圈密封；所述动态膜过滤器以锁紧装置与管道连接。
本发明还要求保护动态膜系统在处理含油污水中的应用。
所述处理含有污水具体可为利用动态膜分离系统进行含油污水处理；所述动态膜分离系统具体可包括进料泵、原料罐、动态膜过滤器和产水罐。该原料罐通过在其下方的管道与进料泵相连接，进料泵与动态膜过滤器相连接，动态膜过滤器有循环侧出口与渗透侧出口，都可通往原料罐，动态膜过滤器为垂直放置的膜组件及其连接结构，通过循环侧进口与进料泵相连，通过循环侧出口及渗透侧出口与原料罐相连；
上述处理含油污水的方法，具体可包括：
将待处理含油污水放入原料罐内，再进入动态膜过滤器，含油污水中的油被所述动态膜过滤，然后进入产品罐，未过滤的含油污水回到所述原料罐；
所述动态膜过滤器的循环侧入口位于所述动态膜过滤器的上部，用于引入待处理的污水，渗透侧产水出口位于所述动态膜过滤器的下部，用于排出处理后的污水；
所述动态膜过滤器的循环侧入口含有过滤网；
所述动态膜过滤器呈平板型或管式，为支撑体外侧的壳体，所述壳体内部与所述支撑体外部形成进水室；
所述循环侧入口与所述进水室连通；
所述原料罐与所述动态膜过滤器之间的管道上设有离心泵；
所述动态膜过滤器的循环侧入口、渗透侧产水出口和循环侧出口处设有压力表，动态膜过滤器的渗透侧产水出口设有出水口阀门和出水管；
所述原料罐和产水罐是圆筒形罐，外设加热装置；
所述加热装置为红外线加热灯或金属加热管；
所述动态膜过滤器为动态膜的密封和固定装置；
所述动态膜过滤器的渗透侧产水出口和循环侧出口设有流量计；
所述流量计连有电信号处理装置，实现过滤或冲洗的自动切换；
所述原料罐和产品罐上端设置有至少一个通气管；
所述原料罐和产品罐设有液位计。
具体的，所述含油污水为油田生产污水；
所述含油污水中油的种类选自轻质原油、中质原油和重质原油中至少一种。
本发明还提供一种动态膜的再生方法，该方法包括：当跨膜压差增加至0.2MPa以上时，进行反洗，反洗压力为0.1～0.2MPa；
当反洗无法完全恢复通量时，使用高压蒸汽射流清洗方法进行清洗。
具体的，所述高压蒸汽射流清洗方法包括：
1)将污染的动态膜支撑体从动态膜过滤器中拆卸出来，待清洗；
2)将油管传送至保温清洗室，使用一系列蒸汽喷嘴对动态膜支撑体进行蒸汽射流加热清洗；保温室内保持蒸汽输出；保温清洗室的材质为聚氨酯；
3)在保温清洗室内经过1～2小时的加热清洗，动态膜支撑体的外表面油污基本都被融化，并清洗干净，但内部可能仍有较少的残余油污未能完全被清洗出油管，于是在动态膜支撑体传出隔热清洗室之前，用移动式高压蒸汽射流清洗枪对隔热管内部进行移动式高压蒸汽射流清洗，这样不仅可以将融化了的残余油污清扫除隔热管，而且也可以将隔热管内部的其余杂质清扫出油管；所述的移动式高压蒸汽射流清洗枪使用拉瓦尔喷嘴作为清洗喷嘴；所述的水蒸气温度为200～220℃。
本发明提供的动态膜可用于动态膜分离系统中。该动态膜可进行在线或离线反洗或高压蒸汽射流再生。该动态膜可应用含油污水处理，具有除油效果好、抗污染、通量高、易操作、易再生等优点，具有重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明所述动态膜的截面结构示意图。1—涂膜颗粒所形成的膜层，2-多孔硬性材料孔道，3—多孔硬性材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1、
一种处理含油污水的动态膜的制备方法，包含如下步骤：
(1)将40g平均粒径为4μm的高岭土与20L的去离子水混合，经15min的搅拌与20min的超声处理，超声功率为1.5w/cm，超声频率为30kHz，制备成稳定的涂膜液。
(2)将1根支撑体安装到动态膜过滤器中。支撑体的平均孔径为1μm，孔隙率为50％，抗弯强度为20MPa，长度为1000mm，横截面面积为225mm2；横截面形状为空心圆环。
(3)将步骤(1)涂膜液放入原料罐中，在离心泵作用下循环15min，循环温度为50℃，循环跨膜压差为0.1MPa。
该实施例所得动态膜系统，包括支撑体和位于所述支撑体内垂直于管径设置的吸附层；
构成所述吸附层的材料为平均粒径为4μm的高岭土；
构成所述支撑体的材料为硬性材料；具体为金属。
所述支撑体的根数为1根；支撑体的平均孔径为1μm，孔隙率为50％，抗弯强度为20MPa，长度为1000mm，横截面面积为225mm2；横截面形状为空心圆环。
经试验，渗透通量为500L/m2·h以上，动态膜的入水油含量为53mg/L，出水油含量为2mg/L；动态膜的入水悬浮物含量为72mg/L，出水悬浮物含量<1mg/L。
清洗方法：当用于处理含油污水一段时间后，跨膜压差增加至0.2MPa以上时，进行反洗，当反洗无法完全恢复通量时，使用高压蒸汽射流清洗方法进行清洗。
实施例2、
一种处理含油污水的动态膜的制备方法，包含如下步骤：
(1)将40g平均粒径为10μm分子筛(ZSM-5，卓然环保科技有限公司)与30L的去离子水混合，经10min的搅拌与30min的超声处理，超声功率为1.5w/cm，超声频率为30kHz，制备成稳定的涂膜液。
(2)将2根支撑体安装到动态膜过滤器中。支撑体的平均孔径为5μm，孔隙率为60％，抗弯强度为25MPa，长度为1500mm，横截面面积为300mm2；横截面形状为空心圆环。
(3)将步骤(1)涂膜液放入原料罐中，在离心泵作用下循环15min，循环温度为60℃，循环跨膜压差为0.1MPa。
该实施例所得动态膜系统，包括支撑体和位于所述支撑体内垂直于管径设置的吸附层；
构成所述吸附层的材料为平均粒径为10μm的分子筛ZSM-5；
构成所述支撑体的材料为硬性材料；具体为金属。
所述支撑体的根数为2根；支撑体的平均孔径为5μm，孔隙率为60％，抗弯强度为25MPa，长度为1500mm，横截面面积为300mm2；横截面形状为空心圆环。
经试验，渗透通量为1000L/m2·h以上，动态膜的入水油含量为83mg/L，出水油含量为5mg/L；动态膜的入水悬浮物含量为65mg/L，出水悬浮物含量3mg/L。
清洗方法：当用于处理含油污水一段时间后，跨膜压差增加至0.2MPa以上时，进行反洗，当反洗无法完全恢复通量时，使用高压蒸汽射流清洗方法进行清洗。
实施例3、
一种处理含油污水的动态膜的制备方法，包含如下步骤：
(1)将40g平均粒径为15μm高岭土与40L去离子水混合，经30min的搅拌与40min的超声处理，超声功率为1.5w/cm，超声频率为30kHz，制备成稳定的涂膜液。
(2)将5根支撑体安装到动态膜过滤器中。支撑体的平均孔径为10μm，孔隙率为40％，抗弯强度为22MPa，长度为600mm，横截面面积为200mm2；横截面形状为空心圆环。
(3)将步骤(1)涂膜液放入原料罐中，在离心泵作用下循环15min，循环温度为30℃，循环跨膜压差为0.05MPa。
该实施例所得动态膜系统，包括支撑体和位于所述支撑体内垂直于管径设置的吸附层；
构成所述吸附层的材料为平均粒径为15μm的高岭土；
构成所述支撑体的材料为硬性材料；具体为金属。
所述支撑体的根数为5根；支撑体的平均孔径为10μm，孔隙率为40％，抗弯强度为22MPa，长度为600mm，横截面面积为200mm2；横截面形状为空心圆环。
经试验，渗透通量为1000L/m2·h以上，动态膜的入水油含量为74mg/L，出水油含量为7mg/L；动态膜的入水悬浮物含量为64mg/L，出水悬浮物含量9mg/L。
清洗方法：当用于处理含油污水一段时间后，跨膜压差增加至0.2MPa以上时，进行反洗，当反洗无法完全恢复通量时，使用高压蒸汽射流清洗方法进行清洗。
实施例4、
一种处理含油污水的动态膜的制备方法，包含如下步骤：
(1)将100g平均粒径为15μm高岭土与100L去离子水混合，经25min的搅拌与50min的超声处理，超声功率为1.5w/cm，超声频率为30kHz，制备成稳定的涂膜液。
(2)将8根支撑体安装到动态膜过滤器中。支撑体的平均孔径为10μm，孔隙率为55％，抗弯强度为26MPa，长度为1200mm，横截面面积为1000mm2；横截面形状为空心圆环。
(3)将步骤(1)涂膜液放入原料罐中，在离心泵作用下循环20min，循环温度为80℃，循环跨膜压差为0.05MPa。
该实施例所得动态膜系统，包括支撑体和位于所述支撑体内垂直于管径设置的吸附层；
构成所述吸附层的材料为平均粒径为15μm的高岭土；
构成所述支撑体的材料为硬性材料；具体为金属。
所述支撑体的根数为8根；支撑体的平均孔径为10μm，孔隙率为55％，抗弯强度为26MPa，长度为1200mm，横截面面积为1000mm2；横截面形状为空心圆环。
经试验，渗透通量为1000L/m2·h以上，动态膜的入水油含量为169mg/L，出水油含量为8mg/L；动态膜的入水悬浮物含量为156mg/L，出水悬浮物含量11mg/L。
清洗方法：当用于处理含油污水一段时间后，跨膜压差增加至0.2MPa以上时，进行反洗，当反洗无法完全恢复通量时，使用高压蒸汽射流清洗方法进行清洗。

Claims (9)

1.一种动态膜系统，包括支撑体和位于所述支撑体内垂直于管径设置的吸附层；
构成所述吸附层的材料为涂膜颗粒；
构成所述支撑体的材料为硬性材料。
2.根据权利要求1所述的动态膜系统，其特征在于：所述涂膜颗粒为无机颗粒物；所述无机颗粒物具体选自高岭土、硅藻土、分子筛、TiO2和SiO2中至少一种；
所述涂膜颗粒的平均粒径为1～15μm；
所述硬性材料选自金属、陶瓷和碳中至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的动态膜系统，其特征在于：所述支撑体的根数为1～10根；平均孔径为1～10μm，孔隙率为30～75％，抗弯强度为20～30MPa，长度为500～1500mm，横截面面积为100～1000mm2，横截面形状为空心圆环。
4.一种制备权利要求1-3任一所述动态膜系统的方法，包括：
1)将涂膜颗粒与去离子水混合，经搅拌与超声处理，得到涂膜液；
2)将支撑体安装到动态膜过滤器中；
3)将所述涂膜液放入原料罐中，在离心泵作用下开始循环，料液的流向与膜面保持平行，过滤，其渗透方向和料液流动方向呈垂直状态，循环后即得。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述涂膜颗粒的浓度为1～10g/L；
所述涂膜颗粒与去离子水的用量比为10-100g：10～100L；
所述搅拌和超声处理步骤中，温度为20～50℃；搅拌时间为10～30min；搅拌速度为100～500r/min；超声处理时间为10～60min；超声功率为1-2w/cm；超声频率为25-35kHz。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，循环时间为10～60min；循环温度为20～90℃；循环跨膜压差为0.01～0.1MPa。
7.权利要求1或2所述动态膜系统在处理含油污水中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述含油污水为油田生产污水；
所述含油污水中油的种类选自轻质原油、中质原油和重质原油中至少一种。
9.一种动态膜的再生方法，包括：当跨膜压差增加至0.2MPa以上时，进行反洗，反洗压力为0.1～0.2MPa；
当反洗无法完全恢复通量时，使用高压蒸汽射流清洗方法进行清洗。
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