纳滤在稠油采出水处理中的应用研究

杨萍萍

（中油（新疆）石油工程有限公司，新疆 克拉玛依 834000）

稠油开发过程中需要大量的蒸汽，目前普遍采用过热蒸汽锅炉和燃煤流化床锅炉来生产蒸汽，锅炉用水采用净化后的油田采出水，并且对进水水质的矿化度要求较高（过热蒸汽锅炉和燃煤流化床锅炉TDS＜3 000 mg/L）。因此，利用有效的技术处理稠油采出水来满足回用锅炉要求非常重要。

相对于其他深度处理技术来说，纳滤分离技术是一种低成本、低能耗的废水深度处理技术，在节能减排、清洁生产、资源回收等方面展现了明显的技术优势[1-4]。而在采出水处理后回用锅炉的过程中，纳滤技术的应用是稠油油田的发展方向和必然趋势[5-6]。本文研究纳滤处理技术对于稠油采出水的处理效果，评价其应用前景。

1 水质特性

新疆油田风城稠油采出水水质分析结果如表1所示，采出水具有钙镁离子含量高、硅含量高，同时含油、含悬浮物高的特点，具有很好的代表性。

表1 稠油净化采出水水质全分析

2 试验条件

2.1 膜材料选型

针对纳滤膜产品的产水量、脱盐率等，初步筛选了7种膜，编号分别为NF1～NF7。笔者通过研究这七种纳滤膜的渗透性能及其在稠油采出水处理过程中的适用性，评价处理效果。

2.2 膜材料选择

本试验先采用2 000 mg/L的NaCl溶液进行初步筛选。筛选出NF2、NF6、NF7三种纳滤膜膜通量大于25（L/h）·MPa，然后进行下一步的试验研究。

表2 7种膜的初步脱盐评价

2.3 试验参数确定

2.3.1 操作压力

选取NaCl、CaCl2、MgSO4三种无机盐配制成不同浓度的单盐体系水溶液，进行纳滤试验，其中NaCl浓度为0.1 mol/L、0.2 mol/L，CaCl2浓度为0.02 mol/L、0.04 mol/L，MgSO4浓度为0.005 mol/L、0.01 mol/L。操作时间为160 min，考察操作压力对各无机盐溶液截留率的影响，其试验结果如表3、表4和表5所示。

表3 操作压力对NaCl的截留率影响

表4 操作压力对CaCl2的截留率影响

表5 操作压力对MgSO4的截留率影响

在本试验的压力范围内，三种膜对三种单盐的截留率均在0.6 MPa时达到最大值，NF2、NF6、NF7对NaCl截留率最高分别为84.2%、88.4%、92.0%，对CaCl2截留率最高分别为99.3%、100%、100%，对MgSO4截留率均为100%。

2.3.2 操作时间

在0.6 MPa的压力下，选取NaCl（0.2 mol/L），CaCl2（0.02 mol/L），MgSO4（0.01 mol/L）三种无机盐配制成不同浓度的单盐体系水溶液，进行纳滤试验，考察操作时间对各无机盐溶液截留率的影响，其试验结果如图1所示。

由图1可以看出，操作时间对NaCl和MgSO4溶液的截留率影响较小，截留率的变化率小于5%。NF2、NF6、NF7三种纳滤膜对MgSO4的截留率在90 min时均维持在95%以上，对NaCl溶液的截留率分别维持在77.3%、84.1%、85.9%。三种纳滤膜对CaCl2溶液截留率随时间的增加均呈增大的趋势，变化较明显，对于NF7，CaCl2截留率从82.9%增加至95.2%，增加了14.8%。

图1 操作时间对NaCl、CaCl2和MgSO4的截留率

随着膜装置运行时间的延长，纳滤膜对离子的截留率不断上升，至一定数值后趋于稳定。造成该情况可能的原因为：随着时间的推移，纳滤膜逐渐被压实，促使纳滤膜产生了密实而紧凑的造构，因此膜的有效孔径有所减小，这就强化了纳滤过程的截留性能，截留了更多孔径较小的分子。

同时，这种更加密实而紧凑的结构增加了纳滤膜表面的电荷密度，由于电荷密度的增加，其对带同种电荷分子的排斥作用加强，从而提高了纳滤膜的截留率。

总之，通过试验条件筛选，NF6、NF7纳滤膜具有较好的处理效果，在操作间压力0.6 MPa，操作时间为90 min时，钠离子去除率达到85%，钙镁离子去除率达到95%，具有进行下一步试验的基础。

3 稠油采出水纳滤适应性试验

对于稠油净化采出水，经过微滤-超滤去除采出水中大部分的油、悬浮物，采用操作压力0.6 MPa，操作时间90 min进行一级纳滤处理。结果如表6、表7所示，相关水体样本比较如图2所示。

表6 纳滤工艺处理稠油采出水

通过表6可以看出，纳滤膜对于一价阳离子的去除率达到85%，二价阳离子去除率达到95%，处理效果与预期结果一致，同时pH没有变化，对于水型没有影响。但是，其对于二氧化硅的去除率只有75%，在实际应用中应予以重视。

图2 纳滤工艺处理稠油采出水的进水和出水样本比较

本项目以溶解性有机物DOC、UV254作为进水及产水中有机物含量的指标，分别考察了NF6、NF7两种纳滤膜对有机物的去除性能。

表7 操作时间对有机物去除率的影响

如表7所示，NF6、NF7膜对DOC有很好的去除效果，DOC的去除率在89.0%～93.5%，具有很好的处理效果。

4 结语

通过纳滤膜在稠油采出水处理中的研究发现，纳滤膜对于稠油采出水中钠离子去除率达到85%、钙镁离子去除率达到95%、有机物去处理达到85%，具有很好的效果。同时，纳滤膜具有操作压力低、处理效率高、运行成本低的优点，在稠油采出水处理回用锅炉方面具有很好的前景。