同济大学环境科学与工程学院上海200092
摘要：在稠油开采中，会产生大量的采油污水，由于该污水含油量高、悬浮物高、含盐量高难以回用，随着对污水的资源化利用的力度加大，对于具有高脱盐能力的反渗透在此过程中起到了十分重要的作用。
关键词：稠油污水；反渗透
1.引言
稠油污水是稠油开采过程中产生的污水，该污水含油量高、悬浮物高、含盐量高，回用难度大。反渗透是将进料中的水（溶剂）和离子（或小分子）分离，从而达到纯化和浓缩的目的。该过程无相变化，不需要加热，工艺过程简单，操作和控制容易[1]。某稠油采出污水处理站，该污水矿化度高，硬度高。为了节约水资源，计划将其污水进行深度处理，回收利用于注气水系统及热采锅炉。故为验证反渗透运行的稳定性及脱盐效果，进行本次中试研究。
2中试项目简介
2.1废水水质
根据现场采样分析外送水水质指标如表1所示。
表1设计进水水质
项目结果项目结果
温度，℃50K＋，mg/L120
Na＋，mg/L6.2X103Ca2＋，mg/L90
Mg2＋，mg/L60pH值7
游离二氧化碳，mg/L＜4碳酸盐（以CaCO3计），mg/L＜1
重碳酸盐
（以CaCO3计），mg/L300含油量，mg/L5
悬浮物，mg/L20Cl－，mg/L9.70X103
SO42－，mg/L30含盐量，mg/L1.7X104
CODCr，mg/L420五日生化需氧量，mg/L60
由表1所知，前级处理工艺出水对反渗透主要存在温度、硬度、碱度、COD和油份等影响。
1.温度
根据水质表，水温为50℃，而反渗透厂家的产品手册，反渗透的最高操作温度≤45℃[2]，所以在前级增加换热器对来水进行降温；
2.硬度及碱度
由于水中存在一定的硬度，且碱度较高，反渗透浓水侧的水硬度会被浓缩，在碱度较高的情况下会形成碳酸钙沉淀，污堵反渗透膜。所以在中试装置中增加石灰及氢氧化钠药剂的投加，去除碱度及硬度。
3.油份
根据反渗透厂家的设计导则，建议反渗透进水的含油量小于0.1mg/L[2，由于进水含油量为5mg/L，考虑对膜的污堵，所以在中试装置中增加气浮，投加破乳化剂，并在后级增加活性炭过滤器。
4.COD
由于COD过高，容易造成反渗透有机物污染，工程阶段可以考虑增设生化系统去除COD，但是中试装置主要为了验证反渗透的性能，故采用活性炭吸附COD，达到保护反渗透的作用。
2.2工艺改造
该污水厂原有的处理流程和中试所采用的的工艺流程如图1和图2所示.
图1原污水厂流程图
图2中试装置流程图
由于来水的含盐量较高，中试装置的规模较小，采用了6支4寸的海水淡化反渗透膜，设计回收率控制在40%，处理能力为2m3/h。并配有阻垢剂、还原剂、非氧化杀菌剂加药装置以及反渗透冲洗及清洗设备。
3运行结果及分析
本次试验共进行了23天，记录反渗透数据有：进出水电导、进水压力，浓水压力，进水温度等。
图3产水含盐量
由图3可以看出反渗透产水含盐量远远小于注气锅炉给水水质条件可溶性固体≤7000mg/L[3]。如果后续进行离子交换处理，完全可以满足汽包锅炉氢电导率≤0.30[4]。但是当可溶性固体＞500mg/l时，仅仅采用离子交换作为处理是不经济的[5]。故采用反渗透是必须的。
通过反渗透标准化公式，绘制反渗透标准化曲线：
图4反渗透标准化脱盐率
图5反渗透标准化产水量
通过图4可知反渗透系统脱盐率基本维持在98%左右，说明反渗透的运行基本正常，系统脱盐率稳定。由图5的数据可以看出流量波动较小基本反渗透基本能稳定运行。
对反渗透的出水进行了水样分析，结果如表3所示。
表3反渗透产水水质
日期CO32-HCO3-CL-Mg2+Ca2+SO42-K++Na+含盐量
第5天00.0650.0013079275
第10天00.0500.00136175220
第20天00.0540.007870210
单位：mg/l
综上所述，根据反渗透的标准化图表分析以及上表反渗透产水水质分析可知：
1.反渗透基本能稳定运行；
2.产水水质基本能满足注气锅炉给水水质条件[3]，可以回用；
结论：
反渗透在稠油污水的深度处理中，有着相当重要的作用，可以有效得降低水中的含盐量，达到回用的目的，实现水的资源化利用。
但是在工程实践中仍然存在如下问题及解决讨论：
1.反渗透的浓水的去向，随着环保要求的提高，由于反渗透的浓缩作用，反渗透的浓水去向仍有待解决，现在可以采用蒸发结晶处理实现零排放，但是此处理方法处理成本较高。
2.稠油污水中存在的油份，而反渗透是有机材料，油份会使膜污染甚至破坏，影响使用。所以对于采用反渗透进行深度处理的工艺，必须做好预处理的配置。
3.由于反渗透的脱盐是通过渗透压的作用，所以含盐量越高的水需要提供的压力也就越高，故需要消耗电能，运行费用较高，现在对于高含盐量的来水，一般可以通过设置能量回收装置，降低反渗透的电耗，采用能量回收可以回收40%~90%的电能。
参考文献：
[1]高从堦，陈国华.海水淡化技术与工程手册[M].北京：化学工业出版社，2004.132-133
[2]陶氏化学公司.FILMTECTM反渗透和纳滤膜元件产品技术手册2017版[M].北京：陶氏化学公司，2017.56，187
[3]SY/T0027-2014，注气站汽水系统[S].
[4]GBT12145-2008，火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量[S]