專利名稱：用于水處理的一體化微孔過濾方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水處理方法及其裝置。尤其涉及一種低滲透油田注水水質(zhì)處理、污水處理與回用、高標(biāo)準(zhǔn)用水處理的一體化微孔過濾方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在世界上，低滲透油田資源十分豐富。在我國(guó)國(guó)內(nèi)，低滲透油田的分布也很廣泛。因此，低滲透油田的開發(fā)，在我國(guó)當(dāng)前和未來油田開發(fā)中具有舉足輕重的地位。
低滲透油田開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一，就是確保注水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。低滲透油田注水標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)一般要達(dá)到下列指標(biāo)懸浮物總量小于等于1mg/l、顆粒粒徑中值小于等于1微米、小于等于含油5mg/l。由于低滲透油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求較高，因此，研究一種適合低滲透油田注水水質(zhì)處理的膜分離技術(shù)，已經(jīng)成為低滲透油田開發(fā)的當(dāng)務(wù)之急。因此需要一種更加可靠的、經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的技術(shù)來處理油田采出水并使處理后的排水達(dá)到低滲透油田注水標(biāo)準(zhǔn)。
膜材料是一種多孔介質(zhì)材料。膜分離過程就是被處理料液中的溶劑在壓力推動(dòng)下通過膜介質(zhì)、而被處理料液中的部分溶質(zhì)被截留的過程。一般膜處理設(shè)備對(duì)進(jìn)水水質(zhì)有非常嚴(yán)格的要求，需要配備大量的預(yù)處理設(shè)備，流程長(zhǎng)、占地多、操作管理復(fù)雜。因此，膜分離技術(shù)目前主要應(yīng)用在處理清水的領(lǐng)域。另外，由于水資源短缺已經(jīng)成為制約我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，因此大力發(fā)展污水處理與回用技術(shù)是勢(shì)在必行的。應(yīng)用膜處理技術(shù)進(jìn)行污水處理，能夠確保出水水質(zhì)達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，是實(shí)現(xiàn)污水資源化的可靠技術(shù)。
中國(guó)專利CN1451610A公開了一種利用膜分離技術(shù)進(jìn)行油田采油廢水深度處理及循環(huán)利用的方法。該方法采用微濾或超微濾膜分離系統(tǒng)對(duì)采油廢水中的懸浮物、CODcr(化學(xué)耗氧量)、油、聚合物進(jìn)行去除；處理后的水再經(jīng)過納濾或反滲透，去除水中的礦化度和小分子油；最后將采出水處理到回注到油田采油過程及用于配合聚合物用水。但是該方法的缺點(diǎn)是油田采油廢水經(jīng)過微濾或超濾處理后后，還需要再經(jīng)過納濾或反滲透處理，才能達(dá)到注水要求。由于該方法處理過程復(fù)雜、并且成本較高，因而在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面限制了其使用。
另外，中國(guó)專利CN1486936A中公開了一種造紙中段廢水的微濾膜分離與回用技術(shù)。該技術(shù)采用微濾膜過濾造紙洗滌、篩選、漂白工藝中產(chǎn)生的中段廢水。其選用的膜孔徑范圍是0.1～100微米，膜層由氧化鋁或氧化鋯無(wú)機(jī)材料制備，在一定操作條件下濾后水能夠用于洗滌、冷卻等場(chǎng)合。該發(fā)明涉及造紙中段廢水這一特定廢水用微濾膜分離技術(shù)，因而其缺點(diǎn)是1.針對(duì)性太強(qiáng)，難以普遍推廣；2.在上述的方法中，由于膜組件本身對(duì)環(huán)境要求較高，一般都需要將膜處理設(shè)備放置在具有采暖、通風(fēng)、照明條件的廠房?jī)?nèi)，因而提高了膜技術(shù)應(yīng)用的成本，難以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)比較惡劣的環(huán)境條件，限制了其應(yīng)用范圍；3.另外，在上述的方法中，沒有很好地解決膜清洗問題，膜使用壽命短，因而在經(jīng)濟(jì)上無(wú)優(yōu)勢(shì)。
日本專利JP4022491A公開了一種凈水方法，該方法提出了使水先通過包括活性碳的吸附劑層，然后通過孔徑為0.01～0.05微米的過濾膜，然后再通過一個(gè)中空纖維膜組件的工藝路線。該方法盡管預(yù)處理過程簡(jiǎn)單，裝置成本低，但仍然存在著膜處理設(shè)備需要放置在室內(nèi)、難以適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的缺點(diǎn)。
另外，在各種高標(biāo)準(zhǔn)用水如飲用水、工藝用水等的處理時(shí)，現(xiàn)有的微濾膜技術(shù)由于在獨(dú)立進(jìn)行水處理方面還存在對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求高、反洗再生能力較差以及對(duì)應(yīng)用環(huán)境條件要求較高等原因，大都作為反滲透的預(yù)處理，大大限制了應(yīng)用范圍和效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種成本低、操作簡(jiǎn)單、能夠適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的用于水處理的一體化微孔過濾方法及其裝置。
本發(fā)明之一的用于水處理的一體化微孔過濾方法是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的用于水處理的一體化微孔過濾方法包括以下連續(xù)步驟，(1)使原水通過一個(gè)活性碳纖維氈的過濾層，以吸附水中的乳化油和溶解態(tài)有機(jī)物；
(2)經(jīng)上述吸附處理后的原水通過一個(gè)孔徑為5微米級(jí)的聚乙烯過濾板，以截留水中的大顆粒懸浮性固體物；(3)經(jīng)上述吸附處理和截留處理的原水通過一個(gè)膜孔徑為0.2-0.4微米的有機(jī)高分子中空纖維膜組件，得到處理水；上述各步驟在一個(gè)封閉容器中進(jìn)行。
本發(fā)明之二的用于水處理的一體化微孔過濾裝置是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的用于水處理的一體化微孔過濾裝置是一個(gè)封閉容器，所述的封閉容器包括一個(gè)固定于封閉容器內(nèi)、靠近進(jìn)水端的活性碳纖維氈過濾層；一個(gè)固定于封閉容器內(nèi)、在上述活性碳纖維氈過濾層之后的孔徑為5微米級(jí)的聚乙烯過濾板；一個(gè)固定于封閉容器內(nèi)、在上述聚乙烯過濾板之后的有機(jī)高分子中空纖維膜組件，膜孔徑為0.2-0.4微米；所述封閉容器的進(jìn)水端上部設(shè)有排除上浮物的接口，下部設(shè)有排除下沉物的接口。
本發(fā)明根據(jù)一般水處理流程特點(diǎn)，在一個(gè)封閉容器內(nèi)從進(jìn)水端到出水端依次封裝有預(yù)處理單元和中空纖維微孔膜組件兩段主體處理單元。所述的封閉容器可以根據(jù)需要選用各種耐壓材質(zhì)，例如金屬、工程塑料等材質(zhì)。
所述的預(yù)處理單元包括靠近進(jìn)水端的活性碳纖維氈過濾層和該活性碳纖維氈過濾層之后的5微米級(jí)的聚乙烯過濾板?；钚蕴祭w維由高分子合成纖維經(jīng)碳化、活化而成，與粒狀活性碳相比具有比表面積大，細(xì)孔發(fā)達(dá)，吸附性能高，脫附速度快、可反復(fù)使用等特點(diǎn)，能夠吸附乳化油和溶解態(tài)有機(jī)物，其中優(yōu)選粘膠基活性碳纖維氈。5微米級(jí)聚乙烯濾板具有一定的孔徑分布，能夠截留大顆粒懸浮性固體，兼具表面過濾和深層過濾兩種功效。
本發(fā)明的裝置中，從簡(jiǎn)潔實(shí)用、易于更換的角度考慮，活性碳纖維氈和5微米聚乙烯濾板可以固定在兩片穿孔布水鋼板之間，該穿孔布水鋼板再固定于封閉容器內(nèi)，形成一個(gè)獨(dú)立的預(yù)處理單元。原水經(jīng)過上述預(yù)處理單元后，水質(zhì)達(dá)到膜組件的進(jìn)水要求，由此可以避免膜受來水水質(zhì)波動(dòng)的影響，優(yōu)化后續(xù)膜元件的工作狀況。
經(jīng)上述預(yù)處理單元的吸附、截留處理后的原水接著進(jìn)入膜單元。從具有單位平方米造價(jià)低、裝填密度高、便于反沖法清洗等特點(diǎn)考慮，本發(fā)明裝置中的膜單元采用有機(jī)高分子中空纖維式膜組件。該有機(jī)高分子中空纖維式膜組件可以通過把很多根外徑80-400μm、內(nèi)徑40-100μm的中空纖維膜彎成U性，纖維束的一端或二端用環(huán)氧樹脂鑄成管板或封頭，再裝入圓桶型耐壓容器內(nèi)而得到；也可以采用直線型中空纖維膜，一端開口，另一端封死。本發(fā)明的裝置中，有機(jī)高分子中空纖維膜組件呈水平列管式排列固定于帶孔的固定板上，所述固定板固定于封閉容器內(nèi)。中空纖維式膜組件可以采用外壓式和內(nèi)壓式兩種，本發(fā)明優(yōu)選采用待處理液走膜外，處理液進(jìn)入膜內(nèi)流出的外壓式。
本發(fā)明裝置中，所述的有機(jī)高分子中空纖維膜組件的膜材料具體例如纖維素衍生物類、聚砜類、聚酰胺類、聚酯類、聚烯烴類、含氟聚合物等高分子膜。其中優(yōu)選聚偏氟乙烯(PVDF)，這是因?yàn)樗哂袃?yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐輻射性、耐酸堿性、耐有機(jī)溶劑性、抗污染性等，對(duì)溫度的適應(yīng)能力強(qiáng)，并且具有孔徑分布范圍窄、孔徑均勻、空隙率高等特點(diǎn)。PVDF中空纖維微孔過濾膜，利用相轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)。
另外，本發(fā)明的一體化微孔過濾裝置中，在所述封閉容器的進(jìn)水端上部設(shè)有排除上浮物的接口，下部設(shè)有排除下沉物的接口，可以定期及時(shí)地排污，簡(jiǎn)單易行。待處理水連續(xù)通過活性碳纖維氈、5微米級(jí)聚乙烯過濾板、有機(jī)高分子中空纖維膜組件后，得到的處理水從出水管送出，含有雜質(zhì)的濃水經(jīng)濃水收水管進(jìn)入循環(huán)。
如上所述本發(fā)明通過將所有處理單元封裝在一個(gè)封閉容器內(nèi)，使其成為一體化微孔過濾裝置。封閉容器的前端是濕室，充滿一定工作壓力的待處理水；封閉容器的后端為干室，保護(hù)膜組件不受惡劣環(huán)境的影響。因此，該裝置兼具處理設(shè)備(前半段)和為膜組件提供優(yōu)良的工作環(huán)境(后半段)的雙重功能。同時(shí)本裝置能夠適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，一般情況下不需要將其放置在室內(nèi)，從而大大簡(jiǎn)化了應(yīng)用條件，對(duì)應(yīng)用場(chǎng)所基本沒有限制，能夠節(jié)省大筆配套費(fèi)用，降低處理成本。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明的裝置既是處理設(shè)備本體，又是膜組件的維護(hù)結(jié)構(gòu)，使膜組件處于一個(gè)封閉的工作環(huán)境。這對(duì)環(huán)境條件惡劣的野外應(yīng)用，具有十分重要的意義。
2.由于本發(fā)明所選用的預(yù)處理材料價(jià)格低廉，所采用的結(jié)構(gòu)型式易于更換，使整個(gè)膜處理過程更加簡(jiǎn)潔實(shí)用。這種自帶預(yù)處理的一體化模式，不但優(yōu)化了后續(xù)膜組件的運(yùn)行條件，而且由于設(shè)備本身結(jié)構(gòu)緊湊，能夠節(jié)省占地、簡(jiǎn)化處理流程，是所有用戶樂于接受的形式。
3.用于本發(fā)明所采用的中空纖維膜器件形式，裝填密度大、可反洗再生，比較適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的一體化微孔過濾裝置的示意標(biāo)說明1封閉容器 2活性碳纖維氈過濾層 35微米級(jí)的聚乙烯過濾板 4中空纖維膜組件 5穿孔布水鋼板 6固定板 7排除上浮物的接口 8排除下沉物的接口 9濃水收水管具體實(shí)施方式
以下參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說明。
如圖1所示，在一個(gè)臥式的封閉容器1中，從進(jìn)水端到出水端依次封裝有活性碳纖維氈過濾層2、5微米級(jí)聚乙烯過濾板3、孔徑為0.2-0.4微米的聚偏氟乙烯中空纖維膜組件4。所述的活性碳纖維氈過濾層2和5微米級(jí)聚乙烯過濾板3固定在兩片穿孔布水鋼板5之間，該穿孔布水鋼板5固定于封閉容器1內(nèi)。所述的聚偏氟乙烯中空纖維膜組件4呈水平列管式排列固定于帶孔的固定板6上，該固定板6固定于封閉容器1內(nèi)。在封閉容器1的進(jìn)水端上部設(shè)有排除上浮物的接口7，下部設(shè)有排除下沉物的接口8。
原水從進(jìn)水管進(jìn)入封閉容器1，然后連續(xù)通過活性碳纖維氈過濾層2、5微米級(jí)聚乙烯過濾板3、聚偏氟乙烯中空纖維膜組件4后，得到的處理水從出水管送出，濃水經(jīng)濃水收水管9進(jìn)入循環(huán)。
對(duì)處理油田采出水的場(chǎng)合，在進(jìn)水含油＜30mg/l和SS＜20mg/l的情況下，出水水質(zhì)能達(dá)到低滲透油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，即含油＜5mg/l、SS＜1mg/l，顆粒粒徑1μm。
對(duì)處理市政污水經(jīng)二級(jí)生物處理后的出水，出水水質(zhì)能達(dá)到我國(guó)雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，即濁度1-2度、BOD5為5-10mg/l、COD為30-50mg/l、大腸菌群1-3個(gè)。
對(duì)作為反滲透處理的預(yù)處理的場(chǎng)合，完全能夠達(dá)到其進(jìn)水水質(zhì)要求，延長(zhǎng)反滲透膜使用壽命。
對(duì)飲用水深度處理的應(yīng)用場(chǎng)合，在使用城市自來水作原水時(shí)，出水水質(zhì)達(dá)到我國(guó)飲用純凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于水處理的一體化微孔過濾方法，其特征在于，該方法包括以下連續(xù)步驟(1)使原水通過一個(gè)活性碳纖維氈的過濾層，以吸附水中的乳化油和溶解態(tài)有機(jī)物；(2)經(jīng)上述吸附處理后的水通過一個(gè)孔徑為5微米級(jí)的聚乙烯過濾板，以截留水中的大顆粒懸浮性固體物；(3)經(jīng)上述吸附處理和截留處理的水通過一個(gè)膜孔徑為0.2-0.4微米的有機(jī)高分子中空纖維膜組件，得到處理水；上述各步驟在一個(gè)封閉容器中進(jìn)行。
2.一種用于水處理的一體化微孔過濾裝置，其特征在于所述的一體化微孔過濾裝置是一個(gè)封閉容器(1)，其中包括靠近進(jìn)水端的活性碳纖維氈過濾層(2)；位于上述活性碳纖維氈過濾層(2)之后的孔徑為5微米級(jí)的聚乙烯過濾板(3)；位于上述聚乙烯過濾板(3)之后的膜孔徑為0.2-0.4微米的有機(jī)高分子中空纖維膜組件(4)；所述封閉容器(1)的進(jìn)水端上部設(shè)有排除上浮物的接口(8)，下部設(shè)有排除下沉物的接口(9)。
3.如權(quán)利要求2所述的一體化微孔過濾裝置，其特征在于所述的活性碳纖維氈過濾層(2)采用粘膠基活性碳纖維氈。
4.如權(quán)利要求2所述的一體化微孔過濾裝置，其特征在于所述的活性碳纖維氈過濾層(2)和5微米級(jí)的聚乙烯過濾板(3)固定在兩片穿孔布水鋼板(5)之間，所述的穿孔布水鋼板(5)固定于封閉容器(1)內(nèi)。
5.如權(quán)利要求2所述的一體化微孔過濾裝置，其特征在于所述的有機(jī)高分子中空纖維膜組件(4)呈水平列管式排列固定于帶孔的固定板(6)上，所述固定板(6)固定于封閉容器(1)內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的一體化微孔過濾裝置，其特征在于所述的有機(jī)高分子中空纖維膜組件(4)采用外壓式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于水處理，尤其是低滲透油田注水水質(zhì)處理、污水處理與回用、高標(biāo)準(zhǔn)用水處理的一體化微孔過濾方法及其裝置。本發(fā)明的裝置是在一個(gè)封閉容器中，從進(jìn)水端到出水端依次封裝有活性碳纖維氈過濾層、5微米級(jí)聚乙烯過濾板、孔徑為0.2－0.4微米的中空纖維膜組件。應(yīng)用本發(fā)明處理后的水質(zhì)根據(jù)不同場(chǎng)合能分別達(dá)到國(guó)家飲用純凈水標(biāo)準(zhǔn)、低滲透油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，處理量可根據(jù)具體需要任意設(shè)計(jì)組合。
文檔編號(hào)C02F1/44GK1887733SQ20051008020
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者李宏偉, 李懷印 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院