油氣井壓裂作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的壓裂廢水已成為當前油田水體的主要污染源之一。壓裂后產(chǎn)生的廢水成分復雜，主要有4項特點(diǎn)：一是所含懸浮物的質(zhì)量濃度偏高，黏度較大;二是化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)質(zhì)量濃度高，一般為2000~10000mg/L;三是礦化度高(水的硬度高)，含有質(zhì)量濃度較高的重金屬陽(yáng)離子以及大量陰離子(如Cl-和SO42-等);四是含有許多有機物添加劑，具有穩定性極強、難分解且抑制生物降解、處理難度大的顯著(zhù)特點(diǎn)。壓裂廢水未經(jīng)處理直接外排或挖坑填埋會(huì )對周邊生態(tài)環(huán)境造成極大危害。

　　目前，壓裂廢水處理方法主要有物理法(包括膜分離法、氣浮法等)、物理化學(xué)法(包括混凝沉淀法、吸附法等)、生物化學(xué)法、高級氧化法等。根據不同壓裂廢水的水質(zhì)特性，可以采用單一方法或聯(lián)合工藝進(jìn)行處理。受現場(chǎng)條件和技術(shù)水平的限制，國內油田對壓裂廢水多采用采油廢水的常規處理工藝，不能實(shí)現有效的達標排放。因此，開(kāi)展壓裂廢水處理與再生利用技術(shù)研究，對于保障油田的正常生產(chǎn)和可持續發(fā)展具有重要的意義，且對環(huán)境保護和人類(lèi)健康具有深遠意義。

　　與傳統的水處理方法相比，膜分離技術(shù)具有高效節能、無(wú)相變、常溫操作、占地面積小、易操作以及穩定性好等優(yōu)點(diǎn)。納濾是一種介于反滲透和超濾之間的新型壓力驅動(dòng)膜分離過(guò)程，其截留分子量為200~1000，孔徑為納米級。與反滲透相比，納濾具有操作壓力低、滲透通量大、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。筆者采用“高效絮凝+納濾”聯(lián)用工藝技術(shù)處理油田壓裂廢水，可實(shí)現壓裂廢水的規?；赜媚康?。

　　1、膜法再生利用技術(shù)的實(shí)驗材料與工藝原理

　　1.1 膜法再生利用技術(shù)的實(shí)驗材料與試劑

　　壓裂廢水由國內某大型油田企業(yè)提供;F-01，F-02，F-033種絮凝劑與ACB-01專(zhuān)用膜清洗。

　　1.2 膜法再生利用技術(shù)的實(shí)驗儀器與設備

　壓裂廢水先經(jīng)過(guò)絮凝沉淀后，取上清液倒入膜分離實(shí)驗裝置的料桶中。依次啟動(dòng)輸料泵和高壓泵，利用高壓泵提升進(jìn)入膜表面的料液壓力，使其超過(guò)1.5MPa。通過(guò)膜的截留將進(jìn)料分成兩部分：一部分為濃縮液，回流至高壓泵前和進(jìn)料桶，繼續進(jìn)行濃縮;另一部分形成透析液，排入透析液收集槽。

　　在實(shí)驗過(guò)程中，定時(shí)記錄實(shí)驗時(shí)間、壓力、溫度等相關(guān)數據，定時(shí)測定過(guò)濾速度并取樣分析。在操作結束后，首先排除濃縮液，其次用清水沖洗系統后，再次加入ACB-01專(zhuān)用膜清洗劑的水溶液進(jìn)行清洗，在40~45℃運行40~60min，最后用清水沖洗至pH值中性即可。

　　1.3 膜法再生利用技術(shù)的工藝原理

　　1)膜通量J的測定公式為

　　2)去除率α的計算公式為

　　3)水通量恢復率βFRR的計算公式為

　　2、膜法再生利用技術(shù)的實(shí)驗結果與討論

　　2.1 絮凝沉淀

　　全面考察了F-01，F-02，F-03這3種絮凝劑在不同質(zhì)量分數下(0~0.1%)的絮凝沉淀效果。實(shí)驗結果表明，當添加質(zhì)量分數為0.05%的F-03絮凝劑時(shí)，對壓裂廢水表現出優(yōu)異的絮凝效果。深黃色、渾濁的壓裂廢水經(jīng)絮凝處理后，上清液的澄清度和色澤都大為改善。

　　2.2 納濾工藝

　　2.2.1 膜通量

　　圖1為膜通量隨時(shí)間的變化情況;圖2為各實(shí)驗批次的平均膜通量。從圖1可以發(fā)現，膜通量隨著(zhù)運行時(shí)間的增長(cháng)，呈逐漸降低趨勢。在運行初期的低倍濃縮階段，由滲透壓和濃差極化產(chǎn)生的膜阻力相對較小，因此膜通量相對較大，膜通量下降趨勢較為緩慢;而在運行后期的高倍濃縮階段，一方面由滲透壓和濃差極化導致的膜阻力不斷增大，另一方面膜污染程度也不斷加重，因此膜通量下降比較明顯。

　　總體而言，從圖2可以看出，在優(yōu)化后的實(shí)驗操作條件下(運行壓力為1.5MPa，運行溫度為25~35℃)，在確保高回收率(90%~95%)的同時(shí)，多實(shí)驗批次的平均膜通量達到48~55LMH，可滿(mǎn)足工業(yè)化生產(chǎn)的設計要求。

　　2.2.2 濃縮倍數

　　3個(gè)批次納濾實(shí)驗的濃縮倍數分別為13，15，11，實(shí)現壓裂廢水的回用率達到90%以上，大大降低了壓裂廢水的排放量。

　　2.2.3 膜污染與膜清洗

　　膜污染按污染位置的不同可分為膜外污染和膜內污染，其中膜外污染是由于污染物吸附沉積在膜表面而增加了過(guò)濾阻力，從而降低了膜通量;膜內污染是由于污染物在膜孔內吸附沉積而減小了膜孔徑，從而降低了膜通量。本研究一方面通過(guò)高效絮凝沉淀的預處理工藝，有效去除壓裂廢水中的懸浮物，大大降低了納濾膜分離工藝的膜外污染;另一方面，優(yōu)選適合的膜材質(zhì)、膜構型和膜孔徑的抗污染納濾膜，最大程度降低膜外污染和膜內污染。

　　在此基礎上，針對壓裂廢水中的污染物類(lèi)型，本實(shí)驗采用ACB-01專(zhuān)用膜清洗劑及清洗方案，進(jìn)行了3個(gè)批次膜清洗實(shí)驗。圖3為膜清洗后的水通量恢復情況。從圖3可知，經(jīng)純水沖洗后，納濾膜的水通量可以恢復到80%以上，再經(jīng)過(guò)ACB-01專(zhuān)用膜清洗劑清洗后，納濾膜的水通量完全恢復，表明該清洗方案高效可行。

　　2.3 濾液質(zhì)量

　　“高效絮凝+納濾”聯(lián)用工藝技術(shù)處理前的壓裂廢水為深黃色、渾濁的，經(jīng)絮凝工藝技術(shù)處理后，上清液為淡黃色，再經(jīng)過(guò)納濾膜過(guò)濾后的透過(guò)液為無(wú)色透明液體，濃縮液為深褐色。委托有資質(zhì)的第三方檢測機構對壓裂廢水、絮凝上清液、納濾透過(guò)液的主要成分進(jìn)行了分析，結果見(jiàn)表1。從表1可以看出，“高效絮凝+納濾”聯(lián)用工藝技術(shù)對各種主要雜質(zhì)去除率較高，顯著(zhù)優(yōu)于傳統水處理方法，并完全符合回用水要求，主要表現在4個(gè)方面：一是COD去除率高，超過(guò)80%;二是水的硬度去除率高，超過(guò)93%;三是二價(jià)或多價(jià)陽(yáng)離子去除率高，超過(guò)90%，且Fe2+/Fe3+>Mg2+>Ca2+;四是SO42-去除率達到100%。

　　3、結論

　　筆者采用“高效絮凝+納濾”聯(lián)用工藝技術(shù)處理某大型油田的壓裂廢水，經(jīng)過(guò)高效絮凝預處理后，納濾工藝表現出高膜通量(48~55LMH)、高濃縮倍數(大于10倍)、高膜通量恢復率(100%恢復)等優(yōu)點(diǎn)?！案咝跄?納濾”聯(lián)用工藝技術(shù)對壓裂廢水中COD去除率超過(guò)80%，對水的硬度去除率超過(guò)93%，對陽(yáng)離子去除率超過(guò)90%，對SO42-去除率達到100%。因此，“高效絮凝+納濾”聯(lián)用工藝技術(shù)對壓裂廢水表現出較好的處理效果，為高效再生利用壓裂廢水提供了新的解決方案和實(shí)驗基礎。處理后的壓裂廢水可回用，從而大大減少對環(huán)境造成的危害。