聚四氟乙烯膜处理三元驱采油废水的效能与膜污染控制

发布时间：2018-02-24 05:09

本文关键词： 三元驱采油废水聚四氟乙烯膜膜污染 Cake模型膜清洗　出处：《哈尔滨工业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：三元复合驱油技术是将碱、表面活性剂和聚合物作为驱替剂的化学驱油技术。三元复合驱采油废水中残留了大量的碱、表面活性剂和聚合物,与一般的采油废水相比,三元驱采油废水具有聚合物含量高、pH值高、水温高、矿化度高,含油量高等特点。传统方法(混凝-沉淀(气浮)-过滤)对三元驱采油废水中的油和聚合物的去除效果较差,而膜分离技术凭借其特有优势可不经过破乳过程直接实现油水分离,不过,三元驱采油废水的pH(10-13)值超过了诸如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)等膜材料的耐受范围,容易使这些膜产生化学损伤。然而,聚四氟乙烯(PTFE)膜化学稳定性好,具有耐酸碱、耐高温、耐微生物侵袭、耐氧化、耐油和耐压等诸多优点,可用于处理三元驱采油废水。本研究构建了PTFE膜处理三元驱采油废水的中试系统,并优化了该系统的运行参数;考察了PTFE膜处理三元驱采油废水的效果,以及主要污染物相互作用对污染物去除效果的影响;分析了膜污染物的成分,研究了主要污染物在PTFE膜上的吸附污染规律,并通过数学模拟确定了膜污染的型式;基于PTFE膜污染机理的分析,建立了膜清洗方法。本研究对解决三元驱采油废水的处理问题,提供了新的途径。PTFE膜处理三元驱采油废水中试系统运行参数对的优化结果表明,该系统最优运行参数:膜通量为10 L/m2·h、反洗周期为60 min、反洗通量为90 L/m2·h和气洗强度为10 m3/m2·h。此时,PTFE膜对油、聚丙烯酰胺(APAM)、TOC、浊度、SS的去除率分别为:74.82%-83.6%、95.8%-98.25%、81.56%-91.47%、84.25%-91.74%、88.42%-98.95%。论文采用PTFE膜死端过滤装置对配水水样进行了试验,研究了不同污染物相互作用对污染物去除效果的影响,结果表明:离子和表面活性剂都会降低PTFE膜对油和APAM的去除率,然而,油可以提高PTFE膜对APAM和表面活性剂的去除率,APAM可以提高PTFE膜对油和表面活性剂的去除率。论文分析了PTFE膜处理三元驱采油废水过程中膜污染物成分、污染物相互作用对膜污染的影响和膜污染型式。结果表明,PTFE膜处理三元驱采油废水过程中膜表面存在有机污染和无机污染;膜孔堵塞阻力远大于滤饼层阻力(分别为7.696±0.22×1011和2.716±0.13×1011 m-1),即有机污染物对PTFE膜的污染,以膜孔堵塞为主;采用经典“cake”模型模拟PTFE膜分离油、APAM和三元驱采油废水时通量的衰减过程,发现PTFE膜过滤油、APAM和三元驱采油废水的通量衰减过程,适应程度最好的模型分别为完全堵孔模型、标准堵孔模型和标准堵孔模型。基于油和APAM在PTFE膜上的吸附热力学和吸附动力学,研究了其吸附机理,指出,油和APAM在膜上的吸附等温线分别属于Temkin模型和Langmuir模型,两种吸附过程均属于以物理吸附为主的吸附过程,物理吸附力主要是氢键作用,油和APAM在膜上的吸附过程分别是放热和吸热过程;PTFE膜对油和APAM的平衡吸附时间分别为16 h和20 h;准一级动力学模型对油和APAM吸附过程拟合程度最好。基于PTFE膜处理三元驱采油废水的膜污染机理,建立了膜清洗方法。在单因素实验的基础上,采用Design-Expert软件对响应面法实验结果进行回归分析,得到以膜通量恢复率为响应值的二次多项回归模型,对回归模型求极值可知膜清洗的最佳条件为:NaOH浓度为1%,NaClO浓度为0.72%,HCl浓度为0.65%,浸泡时间3.35 h,温度40.06℃;在此清洗条件下PTFE膜实际通量恢复率为99.34%;SEM-EDX、AFM、FTIR等微观分析结果进一步证明了最优清洗方法的清洗效果。
[Abstract]:In this paper , the chemical stability of ASP flooding wastewater is studied . The results show that the membrane separation technology has the advantages of high polymer content , high pH value , high water temperature , high salinity , high oil content and so on . The results show that the membrane separation technology has the advantages of high polymer content , high pH value , high water temperature , high salinity and high oil content . In this paper , the effects of different pollutant interactions on the removal of oil and APAM are studied . The results show that the adsorption isotherm of PTFE membrane on oil and APAM is better than that of filter cake layer ( 7.696 卤 0.22 脳 1011 and 2.716 卤 0.13 脳 1011 m - 1 , respectively ) . SEM - EDX , AFM , FTIR and other microscopic analysis results demonstrate the cleaning effect of the optimal cleaning method .

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X741;TQ028.8

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