孟繁磊（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

某廠注水站的超濾崗采用的是一種高性能超濾膜，這種膜采用標準的8 寸設(shè)計，平均孔徑為0.025～0.028 μm。超濾裝置主要是5 組超濾裝置、1 套反洗裝置和1 套化學(xué)清洗裝置組成。目前，超濾崗的處理工藝是將來水水質(zhì)進一步超精細過濾，出水水質(zhì)懸浮物含量在1.0 mg/L以下。

1 清洗藥劑的確定

膜處理技術(shù)中常用的化學(xué)清洗藥劑包括：酸溶液、堿溶液、氧化劑、螯合劑。大慶油田某廠的水質(zhì)中，主要存在的物質(zhì)是氧化鐵、金屬硫化物、細菌藻類等。酸溶液可以去除水質(zhì)中的氧化鐵、金屬硫化物、碳酸鈣等，常用酸溶液的是鹽酸。堿溶液可以乳化、松動和分散沉淀物、有機物、大分子顆粒等，常用的是氫氧化鈉溶液。氧化劑用于去除超濾膜裝置內(nèi)的細菌和藻類。螯合劑主要去除水質(zhì)中的有機物，常用的是檸檬酸溶液[1-4]。

為了合理選用超濾裝置化學(xué)清洗藥劑，必須在化學(xué)清洗前對超濾進出水和反洗水進行分析，超濾裝置膜筒內(nèi)雜質(zhì)含量見表1。

表1 超濾裝置膜筒內(nèi)雜質(zhì)含量

2 清洗具體方法

2.1 清洗工藝

化學(xué)清洗工藝流程見圖1，加藥罐容積是1 m3，化學(xué)清洗水箱容積是5 m3，水箱里先打入清水，然后加藥泵把藥劑打入化學(xué)清洗水箱進行稀釋，提升泵再打入超濾裝置進行循環(huán)浸泡，達到清洗膜的功效。

圖1 化學(xué)清洗工藝流程

2.2 清洗方案的確定

廠家提供的標準為先用鹽酸酸洗，再加次氯酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液堿洗。由于膜每次受污染的形式、主要污染物都不一樣，受污染的程度也不一樣，一般都是膜表面污染和膜孔堵塞同時存在，所以我們要在廠家提供的清洗方案基礎(chǔ)上進行調(diào)整。首先，根據(jù)超濾進水水質(zhì)的情況，初步判斷膜受污染的狀況；然后再制定清洗的方案。超濾崗在投產(chǎn)初期，曾遇到上游的纖維球絲污染超濾膜，壓力降上升很快，按照常規(guī)的清洗方法效果不明顯，后增加了浸泡時間，在反復(fù)酸堿交替清洗后，恢復(fù)了通量。分析為纖維絲在黏上“水銹”之后，黏度較大，藥劑長時間浸泡去除了“水銹”，最終達到清洗效果。超濾進水中加入了少量深度加工處理后的水，超濾的壓力降也是快速升高，清洗發(fā)現(xiàn)酸洗的效果不明顯，堿洗的效果卻比較好，分析為水中的有機物含量較高，用堿能很好的去除[5-7]。

在超濾膜出口壓力明顯下降，膜通量也降低了，超濾裝置設(shè)置34 次正常水反沖洗后，第35 次加酸溶液化學(xué)清洗，第36 次加堿溶液和次氯酸鈉化學(xué)反沖洗，浸泡的時間為15 min，但是連續(xù)運行發(fā)現(xiàn)，這種設(shè)置方式不能很好的保持設(shè)備穩(wěn)定運行，不到一個月設(shè)備的壓力差就上升較大。后根據(jù)實際情況，設(shè)置為24 次正常水反沖洗后，第25 次加酸溶液化學(xué)清洗，第26 次加堿溶液和次氯酸鈉化學(xué)反沖洗，浸泡的時間為15 min，運行可保持平穩(wěn)，壓力降沒有明顯變化。

2.3 清洗流程

化學(xué)清洗前沖洗干凈整個系統(tǒng)及化學(xué)清洗水箱，然后停止超濾裝置運行，關(guān)閉進氣動閥和手動閥，打開化學(xué)清洗裝置出口閥和回水閥。清洗過程中主要監(jiān)測清洗液溫度、pH 值、清洗壓力和顏色變化。

1）堿洗根據(jù)化學(xué)清洗水箱的體積，用超濾裝置出水配制好1.0%的堿溶液，用PH試紙調(diào)節(jié)溶液的pH 值為10.5 左右。起動化學(xué)清洗泵，調(diào)整出口壓力在0.05 MPa 左右，使清洗液在超濾膜筒內(nèi)循環(huán)?；瘜W(xué)清洗液約有3/4 由原水端回流至化學(xué)清洗箱，另外1/4 清洗液透過超濾膜由濾后水進入化學(xué)清洗箱。清洗液循環(huán)1 h后再浸泡1 h。清洗采用動態(tài)循環(huán)與靜態(tài)浸泡相結(jié)合。

2）檸檬酸酸洗配制1%的檸檬酸溶液，用PH試紙調(diào)節(jié)溶液的pH 值為3 左右。參照堿洗操作，也采用動態(tài)循環(huán)與靜態(tài)浸泡相結(jié)合。

3）次氯酸鈉清洗將2 L濃度為10%的次氯酸鈉濃溶液稀釋至2 t的稀溶液，配制成余氯約為50 mg/L的次氯酸鈉溶液。采用動態(tài)循環(huán)與靜態(tài)浸泡相結(jié)合的方式進行清洗。次氯酸鈉清洗可以單獨進行，也可以在酸洗結(jié)束后進行，主要超濾裝置受微生物污染程度而定。

2.4 清洗參數(shù)的控制

1） 清洗過程中，清洗泵出口壓力控制在50～80 kPa，即與膜筒正常運行時進口壓力相當，防止壓力過大損壞膜筒，控制清洗流量為20 t/h。

2）堿洗過程中監(jiān)測清洗液的pH值，如果降低較多，說明堿在溶解有機物，需加堿使pH 值恢復(fù)到10.5 左右。對回到清洗溶液箱的清洗液進行觀察，當清洗液顏色發(fā)黃、變深并出現(xiàn)大量泡沫時，表明清洗效果較好。

3）酸洗過程中，如果清洗液的pH 值升高較多，說明酸被消耗，應(yīng)添加檸檬酸至pH 值恢復(fù)到3.0 左右。清洗液顏色會出現(xiàn)紅褐色，這表明超濾膜中有鐵污染，氧化鐵與檸檬酸絡(luò)合生成檸檬酸亞鐵胺絡(luò)合物。

4）使用酸洗、堿洗或是用次氯酸鈉清洗結(jié)束后，都要將超濾裝置設(shè)置為“脫氯反洗”狀態(tài)，啟動超濾裝置反洗泵對膜筒進行反沖洗，從反沖洗水中排出大量積存在膜筒中的清洗液和清洗出的污染物。當沖洗出水的pH 值在7 左右，水樣中無可見懸浮顆粒雜質(zhì)，才可以停止反沖洗。反沖洗時間應(yīng)不少于16 min，膜筒沖洗干凈后，用超濾出水沖洗干凈清洗水箱后再繼續(xù)。

3 清洗方法的應(yīng)用

超濾裝置化學(xué)強洗的加藥量和浸泡周期進行調(diào)整，制定出適合該站生產(chǎn)需求的“壓差法加藥制度”，根據(jù)跨膜壓力差的變化，制定出最合理的加藥量和浸泡時間，大大提高膜通量[8-10]，超濾裝置膜筒內(nèi)雜質(zhì)含量見表2。

表2 超濾裝置膜筒內(nèi)雜質(zhì)含量

1）跨膜壓差0～0.1 MPa時，加入檸檬酸和鹽酸各25 kg，循環(huán)2 h，浸泡24 h 之后，加入次氯酸鈉和堿各25 kg，循環(huán)1 h，浸泡6 h。2016 年1—3 月0～0.1 MPa壓差時化學(xué)清洗膜通量前后對比如圖2。

圖2 0～0.1 MPa壓差時化學(xué)清洗膜通量前后對比

由圖2 可以看出，跨膜壓差在0.1 MPa 以內(nèi)，清洗前的膜通量在50～60 m3/h，清洗后膜通量在80～90 m3/h，產(chǎn)水率在50%～60%。

2）跨膜壓差0.1～0.2 MPa 時，加入檸檬酸和鹽酸各50 kg，循環(huán)2 h，浸泡24 h 之后，加入次氯酸鈉和堿各50 kg，循環(huán)1 h，浸泡6 h。2016年4—5月0.1～0.2 MPa 壓差時化學(xué)清洗膜通量前后對比如圖3。

由圖3可以看出，跨膜壓差在0.1～0.2 MPa，清洗前的膜通量在40～50 m3/h，清洗后膜通量在 80～90 m3/h，產(chǎn)水率在55%～65%。

3）跨膜壓差0.2～0.3 MPa 時，加入檸檬酸和鹽酸各100 kg，循環(huán)2 h，浸泡48 h之后，加入次氯酸鈉和堿各50 kg，循環(huán)1 h，浸泡12 h。2016年6—8月0.2～0.3 MPa 壓差時化學(xué)清洗膜通量前后對比如圖4。

由圖4 可以看出，跨膜壓差在0.2～0.3 MPa 時，清洗前的膜通量在25～35 m3/h，清洗后膜通量在85～100 m3/h，產(chǎn)水率在50%～60%。

4 清洗方法的效果分析

圖3 0.1～0.2 MPa壓差時化學(xué)清洗膜通量前后對比

圖4 0.2～0.3 MPa壓差時化學(xué)清洗膜通量前后對比

通過對超濾膜進行化學(xué)清洗后，新的化學(xué)清洗方法保證了膜通量和產(chǎn)水率，這樣就可以保證生產(chǎn)所需的水量，并且在水質(zhì)達標的前提下，可將超濾裝置的化學(xué)反沖洗周期延長，由原來浸泡22 h，循環(huán)2 h，延長到浸泡46 h，循環(huán)2 h，在試運行期間，不僅膜通量上升，產(chǎn)水率提高，而且懸浮物均在合格范圍內(nèi)，因此將反沖洗周期由24 h調(diào)至48 h是可行的，這樣不僅降低了反沖洗泵的運行時間，而且節(jié)約了水量和電量，并且大大減輕了工人的勞動量。

超濾崗每天反沖洗水量約有380 m3，啟泵（流量22 m3/h，電動機功率22 kW）反沖洗過程用時大約1 h，改成間隔48 h一次，也就是2天啟一次反沖洗水泵，2018 年與2019 年反沖洗泵電量對比試驗見表3，可見每個月能夠節(jié)省一半的水量和電量，該化學(xué)清洗方法不僅滿足了生產(chǎn)需求，還大大減少了水量和電量，年成本節(jié)約了36.3萬元，達到了節(jié)能降耗的效果。

表3 2018年與2019年反沖洗泵電量對比試驗

5 結(jié)論

1）預(yù)處理采取措施使超濾進水滿足要求比超濾膜污染后清洗要容易得多，所以要嚴格監(jiān)測好超濾進水水質(zhì)，確保其滿足水質(zhì)要求。

2）超濾膜經(jīng)過長期使用，膜表面形成了一層凝膠物質(zhì)，這層物質(zhì)是影響膜通量的主要原因，形成這層物質(zhì)的主要成分就是油田采出水中的石油類有機物，硫酸鹽，碳酸鈣、碳酸鎂、氧化鋁等無機物，還有其他膜桶內(nèi)的細菌藻類等物質(zhì)，所以目前的化學(xué)清洗中酸性溶液和堿性溶液，外加氧化劑和螯合劑，可以有效的去除膜表面的這層污染物，延長膜的使用年限。

3）當設(shè)備長期停用時，應(yīng)先對設(shè)備進行徹底的清洗和消毒，然后將濃度為30%的鹽酸作為保護劑和抑菌劑注入設(shè)備中，封閉好設(shè)備所有接口以保持膜的濕潤，防止設(shè)備內(nèi)滋生細菌和藻類。

4）超濾膜的保養(yǎng)和化學(xué)清洗方法的調(diào)整有很大關(guān)聯(lián)，調(diào)整新的化學(xué)清洗方法不僅可以滿足生產(chǎn)需求，出水水質(zhì)的達標，達到要求的“5.1.1”標準。

5）化學(xué)方法的應(yīng)用后，節(jié)約超濾崗一半的電量和水量，年成本節(jié)約了36.3萬元，這種清洗方法的應(yīng)用不僅可以延長超濾膜的使用年限，而且還降低電量水量的使用，增加了效益，降低了成本，滿足了生產(chǎn)。