目前全國大多數油田基本采用注水開發方式隨著油田進入高含水后期，采出水量大幅增長；而油田采出水中不可避免地產生一些含油污水，出于環境保護和節約資源考慮，如何經濟、有效地處理含油污水是目前油田可持續發展的關鍵。近年來，隨著膜科學技術的發展，國內外都開展了利用膜分離技術處理油田含油污水的研究。經研究，人們發現膜分離技術與傳統的分離技術相比，具有設備簡單、操作方便、分離效率高和節能等優點，是油田含油污水處理技術的重點發展方向之一。但由于含油污水成分復雜，影響因素較多，再加上理論基礎不足，所以利用膜分離技術處理油田含油污水的研究目前仍停留在實驗研究階段，還沒有投入大規模的工業應用。

1 膜分離技術處理油田含油污水研究現狀

近20年來，國內外都進行了膜分離技術處理油田含油污水的研究，并取得了一些成績。目前，用于油田含油污水處理的膜分離技術主要有微濾和超濾，它們的作用主要是截留污水中的微米級懸浮固體、乳化油和溶解油。

國內，膜分離技術處理油田含油污水的研究主要是實驗研究，還沒有大規模工業應用的相關報道。李發永等采用自制的外壓管式聚砜超濾膜處理勝利油田東辛采油廠預處理過的污水，研究表明：超濾膜能有效去除含油污水中的石油類、機械雜質及腐生菌，截留率均大于97%，處理后水質的含油量、懸浮固體含量和腐生菌個數均達到了SY/T5329-1994中規定的A1標準。王生春等用聚丙烯中空纖維微濾膜處理油田含油污水，中型實驗研究表明：在不考慮細菌影響的前提下，處理后的水懸浮固體≤1mg/L，懸浮固體顆粒粒徑≤1μm，油質量濃度≤1mg/L，能滿足低滲透、特低滲透油層注水的要求，但膜易污染，清洗周期較短。王懷林等分別采用南京化工大學和美國Filter公司生產的陶瓷微濾膜對江蘇油田真二站三相分離器出水進行了實驗研究，處理后的水油質量濃度小于4mg/L，懸浮固體含量小于3mg/L，探討了不同溫度、壓差、膜面流速、孔徑等參數對過濾特性的影響，并針對膜處理中較為關鍵的清洗問題，設計了脈沖及預處理工藝，有效地延長了過濾周期。樊栓獅等采用自制膜分離器研究了自制陶瓷膜的乳化油分離特性，考察了膜內外壓差、料液流速和料液濃度等因素對乳化油滲透通量和膜截留率的影響。結果表明，陶瓷膜具有較佳的分離效率，截留率達95%以上。李發永等用自制的磺化聚砜膜進行了油田含油污水處理實驗研究，研究發現：在相同的條件下，磺化后的聚砜膜的通量比聚砜膜的通量高，截留率相當。這表明在滿足含油污水處理效果的前提下，要提高膜通量選擇親水性的膜。張裕卿等用自制的聚砜/Al₂O₃復合膜超濾處理含油廢水，濾后水中油質量濃度＜0.5mg/L，油的截留率皆在99%以上，且復合膜清洗后水通量恢復率較高。郭曉等在用管式磺化聚砜超濾膜處理遼河油田曙光采油廠低滲油層處理站的含油污水時發現：經超濾膜處理過的水質中含油量、懸浮固體濃度用7230G分光光度計已檢不出，顆粒直徑≤0.45μm，滿足低滲油層回注水質相關標準，但也存在膜通量低、膜易污染等問題。

國外，膜分離技術處理油田含油污水的研究也主要是實驗研究。A.S.Chen等用0.2～0.8μm陶瓷膜處理油田采出水時發現經過適當預處理，可使油質量分數由27×10^-6～583×10^-6降低到5×10^-6以下，懸浮固體由73×10^-6～350×10^-6降低到1×10^-6以下，通過反沖和快速沖洗，膜通量能在較長時間內達到3000L/(m2·h)。K.M.Simms等用聚合物超濾膜處理加拿大西部稠油污水，懸浮物由150～2290mg/L降低到1mg/L以下，油由125～1640mg/L降低到20mg/L以下。H.H.Hyun等用自制的Al₂O₃和ZrO₂復合膜對油質量濃度為600～11000mg/L的乳化液進行油水分離，油的去除率接近100%。

2 膜分離技術處理含油污水過程中破乳的研究

由于用膜分離技術處理含油污水有時會產生良好的破乳效果，因此，國內外許多學者對膜破乳機理進行了研究。研究發現膜破乳與膜的親和性、潤濕性、膜孔徑的大小、乳狀液的性質以及乳狀液和膜之間的相互作用等有關。在膜破乳過程中由于膜的親和潤濕作用，乳狀液中的分散相首先在膜表面潤濕，并發生一定程度聚集；由于膜孔徑小于液滴平均直徑，聚集在膜表面的液滴在一定壓差的推動下發生變形進入膜孔；由于變形后液滴的表面活性劑，膜受到破壞，液滴在碰撞時很容易釋放出內相，使得內相容易與膜孔壁接觸；由于膜的親和性，內向被吸附在膜孔壁上，并逐漸聚結成較大的液滴，然后在一定壓力作用下通過膜孔，同時連續相也連續地通過膜孔；過孔后的分散相與連續相很容易實現進一步分相，離開原來的分散介質，從而使透過液中油水得到很好的分離。

3 影響膜分離效果的因素

3.1 膜的選擇

膜分離除油，關鍵在于膜的選擇，而含油污水中油的存在狀態是選擇膜的首要依據。若水體中的油以浮油和分散油為主，則一般選擇孔徑在10～100μm之間的微濾膜。若水體中的油是穩定的乳化油和溶解油，則須采用親水或親油的超濾膜分離，一則是因為超濾膜孔徑遠小于10μm，二則是超細的膜孔有利于破乳或有利于油滴聚結。

3.2 操作壓差

在用膜分離技術處理含油污水的過程中存在一個臨界操作壓差，在達到臨界操作壓差之前，滲透通量隨壓差的增加而增加，超過臨界操作壓差后滲透通量隨壓差的增加反而下降。這可能是由于油滴具有可壓縮性，當壓差增大到一定程度后，油滴被擠壓變形進入膜孔，從而引起膜孔堵塞，造成膜通量降低。

3.3 操作時間

在膜分離過程中，隨著運行時間的延長，膜通量逐漸下降，這可以用膜表面受到污染或膜表面出現濃縮溶液或膠體層來解釋。因此，為了保持較高的膜通量，必須定期對膜進行清洗。

3.4 料液濃度

王蘭娟等的實驗研究發現，當料液濃度較小時，膜通量與壓力成正比；當料液濃度超過一定值時，滲透通量只與膜面流速有關，而與操作壓力無關。王春梅等認為膜過濾過程是一個料液的濃縮過程，存在著濃縮的極限。當料液濃度較小時，膜面不易形成覆蓋層，隨濃度的增大，膜面阻力增大，膜的穩定通量顯著降低；當料液濃度較大時，油滴粒徑變大，在膜表面形成薄層覆蓋層，阻擋了細小顆粒進入膜孔，減緩了膜阻塞，膜的穩定通量基本不變。

3.5 膜孔徑

一般來講，孔徑分布窄的膜的過濾性能較好；孔徑增加，膜通量會大幅提高；孔隙率越大，膜孔的曲折率越小，膜通量越大。但選用較大孔徑時，由于孔徑大的膜的內吸附大于孔徑小的膜的內吸附，有更高污染速率，反而使滲透通量下降。

3.6 溫度

對某些溶質和膜來說，溶質的截留率在很寬的溫度范圍內近似維持常數。張國勝等研究發現，溫度上升，滲透液的黏度下降，擴散系數增加，減少了濃差極化的影響，有利于提高膜通量。但溫度上升會使料液的某些性質改變，如會使料液中某些組分的溶解度下降，使吸附污染增加。此外，溫度的改變也會影響膜面及膜孔與料液中可引起污染的成分的作用力，這些都會使膜的滲透通量下降。

3.7 膜面流速

膜面流速的影響與料液濃度及流體力學性質有關，一般認為增大流速可提高通量，這是因為膜面流速升高有利于減小凝膠極化的影響，使凝膠層變薄，阻力降低；但當流速過高時，通量反而降低，這可能是由操作壓差不均勻所致，也可能是料液在膜過濾器內停留時間過短所致。另外，由于流速增大，剪切力增大，造成油滴變形而被擠入膜孔，也可能引起通量的降低。因此選擇膜面流速時并不是膜面流速越大越好，當膜面流速超過臨界值后，將不會對膜分離效果有明顯改善。

3.8 料液流動狀態

姚立群等指出改變料液的流動狀態有助于改善膜分離的效率，如能根據膜分離體系中進料液的具體狀況，在考慮經濟性的原則下適當地選擇合適的進料液流動狀態，將會非常有效地增強膜分離體系的抗濃差極化和抗污染性，提高整個膜分離過程的效率和膜的壽命。

4 膜污染

在用膜分離技術處理油田含油污水的過程中，盡管選擇了合適的膜和適宜的操作條件，但在長時間運行中，膜的透水通量也必然下降，這就是膜污染。膜污染是膜分離技術處理含油污水所面臨的重要的限制因素，人們對此作了大量研究，認為控制膜污染要注意膜材料、膜孔徑和膜組件結構的選擇，溶液溫度的影響，溶液pH、溶質濃度、料液流速及壓力的控制等。具體如下：

（1）選擇熱穩定性、強度、化學穩定性、耐污染性、產水性均較好且使用壽命長、孔徑適度的膜材料，另外還需考慮膜造價等經濟性評價指標。

（2）操作條件方面，保持低水通量過濾，合理的間歇操作模式，可使膜污染速率降低，膜表面沉積污染物脫落速度加快，膜表面紊動度增加，從而防止膜污染，延長清洗周期。采用此種方式控制膜污染雖有效且容易實現，但需增加運行費用，使得膜技術不能大規模應用于污水處理。

（3）清洗是處理被污染膜的常規方法，通常包括：空氣反吹沖洗、水反沖洗、空曝氣清洗、化學清洗及近年來研究較多的超聲波清洗。清洗需定期進行，為了操作方便應盡量采用在線清洗的方式，水反沖、空氣反沖或超聲波清洗等均應采用自動控制方式；必要時還可進行化學清洗，此時應根據不同的污染物類型選用合適的清洗劑；因化學清洗要停止運行，而且較繁瑣，所以應盡量減少化學清洗的次數。

5 結束語

綜上所述，可以看到，用膜分離技術處理油田含油污水，結果可以達到油田回注水的各種特殊要求，應用前景十分誘人。但是，也應該清醒地認識到該技術還有相當的不足之處，如：

（1）膜易污染，清洗再生工作困難。

（2）膜通量較低且衰減較快，不能滿足大規模工程應用需要。

（3）對不同性質含油污水的處理是否保持同樣的效果及處理工藝的經濟性還需作進一步確認。

針對以上問題，目前油田膜分離技術應用研究工作的重點應是：

（1）深入研究分離膜的膜面特性與油田含油污水水質特性之間的關系，明確引起膜通量下降的原因和機理，從微觀上了解膜的分離過程和機理，從而尋求解決膜通量下降的方法。

（2）探索合適的清洗周期，研究合適的清洗劑和合理的清洗工藝。

（3）明確分離膜的預處理指標要求，合理選擇操作條件，提高膜處理效果。

（4）開發新工藝、新型膜組件和高通量、抗污染的新型膜。

膜分離技術只有成功解決了以上問題，才能更好地用于油田含油污水的處理。相信未來膜分離技術在油田含油污水處理中的應用將日益廣泛。