论文部分内容阅读
摘 要：在油气田的压裂生产过程中会产生大量返排液。该废水含有大量成分复杂的有机和无机化合物（主要是盐，矿物质和油），处理难度大，对环境的污染严重，引起了全球范围的广泛关注。目前存在多种物理和化方法来处理页岩气废水，但都存在各种缺陷。只有对每个问题全面深入了解才能带来更好，更高效的解决方案。本文根据最新发现和最近发表的相关文章，对返排液的四种膜技术处理方法进行了研究。此外，对这些治理方法遇到的挑战和机遇进行了讨论分析。最后提出了返排液回用的潜在应用前景。
关键词：返排液；膜技术；废水回用
1返排液性质
返排液是油气田水力压裂生产过程中的产物，主要由含水层中的水和钻井时向地层注入的水组合。返排液通常与油藏，井或管道中的碳氢化合物接触，因此它是一种非常复杂的混合物，包括有机组分，阳离子（如镁、钙和铁），阴离子（如碳酸盐、溴化物和硫酸盐）和重金属（如钡，铀，镉，铬和铅）[1]。重金属与一般有机成分相比毒性较低[2]。另外，它还含有在钻井和生产过程中添加的化学药剂。返排液的物理化学性质根据油气田的地理位置，地质构造和生产的碳氢化合物的类型（例如重油，中油，轻油，贫煤气等）不同而发生很大差异。此外，返排液的水质特征和产水量在油气田的整个使用寿命期间都会发生变化：油气开始生产阶段，产水量非常小，随着油层变老，产量增加。返排液通常含有一些固体，包括沙子，淤泥，碳酸盐和粘土。 此外，返排液含有一些厌氧细菌，这些细菌可能会造成腐蚀。总之返排液成分复杂，产量巨大。
2 膜处理方法
目前存在多种物理和化方法来处理返排液，但高昂的处理成本，使用有毒化学品，设备安装的空间限制以及产生额外的污染等各种局限促使研究人员开发出用于该废水处理的膜方法[3]。膜是由有机和无机材料合成的薄膜，在外压力驱动下将进水中特定组分与水分离。分离的具体组分依赖于所用膜的孔径 [4]。按照孔径的由大到小分为微滤（MF），超滤（UF），纳滤（NF）和反渗透（RO）。膜工艺便根据应用的膜进行分类[5]。
微滤膜可用于悬浮颗粒的分离，因此它只能用于返排液的预处理。 Cakmakc等人[24]研究了膜工艺在返排液处理中的应用，他们使用了孔径为0.2微米的乙酸纤维素制成的MF膜，作为NF和RO工艺的预处理。 Ebrahimi等人[6]研究了用不同陶瓷膜（MF膜）处理油田返排液。
超滤膜是处理石油污染废水的膜技术之一，比其他常规方法（固液分离器、混凝、吸附等）更有效。该方法的优点包括除油效率高，无化学添加剂，低能源成本和安装空间小。在一项工作研究中，通过利用中试规模工厂比较了MF和UF膜用于油田返排液处理的效果[6]。这项工作的结果表明，与MF膜相比，UF膜出水符合排放标准。还得出结论：对于返排液处理，优选截留分子量为100至200kDa的UF膜。
实验研究表明，RO/NF膜技术处理返排液效果最好，出水水质可达到灌溉或者回用的标准。但RO/NF之前必须使用适当的预处理以降低膜污染。所有前面提到的常规方法都可以用作RO/NF膜系统的预处理阶段。RO/NF系统的资金成本取决于所需废水的回收率，膜的材料和現场位置。另外，废水水质（如总溶解固体（TDS）、有机物等）也会影响运营成本。
3 结论
这项工作主要阐述了油气压裂返排液的来源和特征。主要针对这种高盐度、高污染的废水的不同膜处理方法进行了讨论。实际工业中不会存在单一处理返排液工艺，所以开发和改进混合和综合工艺意义重大。本文对返排液处理的最佳方法的选择也进行了研究，这些工艺在很大程度上取决于返排液来源，其化学性质和设备安装的空间限制条件。最后，处理后的返排液将成为某些应用的有效水资源，例如工业和灌溉。
参考文献：
[1].Ahmadun， F. R.， Pendashteh， A.， Abdullah， L. C.， Awang Biak， D. R. Madaeni， S. S.， Abidin， Z. Z. Review of technologies for oil and gas produced water treatment. Journal of Hazardous Materials. 2009， 170（2-3）.
[2].Li， L. B.， Yan， S.， Zeng， X. D.， Lin， D. Q. Analysis of organic compounds in oilfield produced water. Petrochemical Technology. 2002， 31： 472-475.
[3].Jianwei Liu， Baicang Liu， Tao Liu， Yang Bai， Shuili Yu， Coagulation bubbling ultrafiltration： Effect of floc properties on the performance of the hybrid process， Desalination. 2014， 333：126-133.
[4].Kang， G.-D.， Cao， Y.-M. Application and modification of poly （vinylidene fluoride） （PVDF） membrane A review. Journal of Membrane Science. 2014， 463： 145-165.
[5].Fane， A. G. Membranes for water production and wastewater reuse. Desalination. 1996，106： 1-9.
[6].Ebrahimi， M.， Ashaghi， K. S.， Engel， L.， Willershausen， D.， Mund， P. Bolduan P.， Czermak， P. Characterization and application of different ceramic membranes for the oil-field produced water treatment. Desalination. 2009，245（1-3）： 533-540.
关键词：返排液；膜技术；废水回用
1返排液性质
返排液是油气田水力压裂生产过程中的产物，主要由含水层中的水和钻井时向地层注入的水组合。返排液通常与油藏，井或管道中的碳氢化合物接触，因此它是一种非常复杂的混合物，包括有机组分，阳离子（如镁、钙和铁），阴离子（如碳酸盐、溴化物和硫酸盐）和重金属（如钡，铀，镉，铬和铅）[1]。重金属与一般有机成分相比毒性较低[2]。另外，它还含有在钻井和生产过程中添加的化学药剂。返排液的物理化学性质根据油气田的地理位置，地质构造和生产的碳氢化合物的类型（例如重油，中油，轻油，贫煤气等）不同而发生很大差异。此外，返排液的水质特征和产水量在油气田的整个使用寿命期间都会发生变化：油气开始生产阶段，产水量非常小，随着油层变老，产量增加。返排液通常含有一些固体，包括沙子，淤泥，碳酸盐和粘土。 此外，返排液含有一些厌氧细菌，这些细菌可能会造成腐蚀。总之返排液成分复杂，产量巨大。
2 膜处理方法
目前存在多种物理和化方法来处理返排液，但高昂的处理成本，使用有毒化学品，设备安装的空间限制以及产生额外的污染等各种局限促使研究人员开发出用于该废水处理的膜方法[3]。膜是由有机和无机材料合成的薄膜，在外压力驱动下将进水中特定组分与水分离。分离的具体组分依赖于所用膜的孔径 [4]。按照孔径的由大到小分为微滤（MF），超滤（UF），纳滤（NF）和反渗透（RO）。膜工艺便根据应用的膜进行分类[5]。
微滤膜可用于悬浮颗粒的分离，因此它只能用于返排液的预处理。 Cakmakc等人[24]研究了膜工艺在返排液处理中的应用，他们使用了孔径为0.2微米的乙酸纤维素制成的MF膜，作为NF和RO工艺的预处理。 Ebrahimi等人[6]研究了用不同陶瓷膜（MF膜）处理油田返排液。
超滤膜是处理石油污染废水的膜技术之一，比其他常规方法（固液分离器、混凝、吸附等）更有效。该方法的优点包括除油效率高，无化学添加剂，低能源成本和安装空间小。在一项工作研究中，通过利用中试规模工厂比较了MF和UF膜用于油田返排液处理的效果[6]。这项工作的结果表明，与MF膜相比，UF膜出水符合排放标准。还得出结论：对于返排液处理，优选截留分子量为100至200kDa的UF膜。
实验研究表明，RO/NF膜技术处理返排液效果最好，出水水质可达到灌溉或者回用的标准。但RO/NF之前必须使用适当的预处理以降低膜污染。所有前面提到的常规方法都可以用作RO/NF膜系统的预处理阶段。RO/NF系统的资金成本取决于所需废水的回收率，膜的材料和現场位置。另外，废水水质（如总溶解固体（TDS）、有机物等）也会影响运营成本。
3 结论
这项工作主要阐述了油气压裂返排液的来源和特征。主要针对这种高盐度、高污染的废水的不同膜处理方法进行了讨论。实际工业中不会存在单一处理返排液工艺，所以开发和改进混合和综合工艺意义重大。本文对返排液处理的最佳方法的选择也进行了研究，这些工艺在很大程度上取决于返排液来源，其化学性质和设备安装的空间限制条件。最后，处理后的返排液将成为某些应用的有效水资源，例如工业和灌溉。
参考文献：
[1].Ahmadun， F. R.， Pendashteh， A.， Abdullah， L. C.， Awang Biak， D. R. Madaeni， S. S.， Abidin， Z. Z. Review of technologies for oil and gas produced water treatment. Journal of Hazardous Materials. 2009， 170（2-3）.
[2].Li， L. B.， Yan， S.， Zeng， X. D.， Lin， D. Q. Analysis of organic compounds in oilfield produced water. Petrochemical Technology. 2002， 31： 472-475.
[3].Jianwei Liu， Baicang Liu， Tao Liu， Yang Bai， Shuili Yu， Coagulation bubbling ultrafiltration： Effect of floc properties on the performance of the hybrid process， Desalination. 2014， 333：126-133.
[4].Kang， G.-D.， Cao， Y.-M. Application and modification of poly （vinylidene fluoride） （PVDF） membrane A review. Journal of Membrane Science. 2014， 463： 145-165.
[5].Fane， A. G. Membranes for water production and wastewater reuse. Desalination. 1996，106： 1-9.
[6].Ebrahimi， M.， Ashaghi， K. S.， Engel， L.， Willershausen， D.， Mund， P. Bolduan P.， Czermak， P. Characterization and application of different ceramic membranes for the oil-field produced water treatment. Desalination. 2009，245（1-3）： 533-540.