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
技術領域：
本發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處理、污水處理與回用、高標準用水處理的一體化微孔過濾方法及其裝置。
背景技術：
在世界上，低滲透油田資源十分豐富。在我國國內，低滲透油田的分布也很廣泛。因此，低滲透油田的開發，在我國當前和未來油田開發中具有舉足輕重的地位。
低滲透油田開發的關鍵技術之一，就是確保注水水質達標。低滲透油田注水標準的水質一般要達到下列指標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標準的要求較高，因此，研究一種適合低滲透油田注水水質處理的膜分離技術，已經成為低滲透油田開發的當務之急。因此需要一種更加可靠的、經濟簡便的技術來處理油田采出水并使處理后的排水達到低滲透油田注水標準。
膜材料是一種多孔介質材料。膜分離過程就是被處理料液中的溶劑在壓力推動下通過膜介質、而被處理料液中的部分溶質被截留的過程。一般膜處理設備對進水水質有非常嚴格的要求，需要配備大量的預處理設備，流程長、占地多、操作管理復雜。因此，膜分離技術目前主要應用在處理清水的領域。另外，由于水資源短缺已經成為制約我國可持續發展的重要因素，因此大力發展污水處理與回用技術是勢在必行的。應用膜處理技術進行污水處理，能夠確保出水水質達到回用標準，是實現污水資源化的可靠技術。
中國專利CN1451610A公開了一種利用膜分離技術進行油田采油廢水深度處理及循環利用的方法。該方法采用微濾或超微濾膜分離系統對采油廢水中的懸浮物、CODcr(化學耗氧量)、油、聚合物進行去除；處理后的水再經過納濾或反滲透，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。但是該方法的缺點是油田采油廢水經過微濾或超濾處理后后，還需要再經過納濾或反滲透處理，才能達到注水要求。由于該方法處理過程復雜、并且成本較高，因而在技術和經濟兩方面限制了其使用。
另外，中國專利CN1486936A中公開了一種造紙中段廢水的微濾膜分離與回用技術。該技術采用微濾膜過濾造紙洗滌、篩選、漂白工藝中產生的中段廢水。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機材料制備，在一定操作條件下濾后水能夠用于洗滌、冷卻等場合。該發明涉及造紙中段廢水這一特定廢水用微濾膜分離技術，因而其缺點是1.針對性太強，難以普遍推廣；2.在上述的方法中，由于膜組件本身對環境要求較高，一般都需要將膜處理設備放置在具有采暖、通風、照明條件的廠房內，因而提高了膜技術應用的成本，難以適應現場比較惡劣的環境條件，限制了其應用范圍；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，因而在經濟上無優勢。
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，然后再通過一個中空纖維膜組件的工藝路線。該方法盡管預處理過程簡單，裝置成本低，但仍然存在著膜處理設備需要放置在室內、難以適應惡劣的現場環境的缺點。
另外，在各種高標準用水如飲用水、工藝用水等的處理時，現有的微濾膜技術由于在獨立進行水處理方面還存在對進水水質要求高、反洗再生能力較差以及對應用環境條件要求較高等原因，大都作為反滲透的預處理，大大限制了應用范圍和效果。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，提供一種成本低、操作簡單、能夠適應惡劣的現場環境的用于水處理的一體化微孔過濾方法及其裝置。
本發明之一的用于水處理的一體化微孔過濾方法是這樣實現的本發明的用于水處理的一體化微孔過濾方法包括以下連續步驟，(1)使原水通過一個活性碳纖維氈的過濾層，以吸附水中的乳化油和溶解態有機物；
(2)經上述吸附處理后的原水通過一個孔徑為5微米級的聚乙烯過濾板，以截留水中的大顆粒懸浮性固體物；(3)經上述吸附處理和截留處理的原水通過一個膜孔徑為0.2-0.4微米的有機高分子中空纖維膜組件，得到處理水；上述各步驟在一個封閉容器中進行。
本發明之二的用于水處理的一體化微孔過濾裝置是這樣實現的本發明的用于水處理的一體化微孔過濾裝置是一個封閉容器，所述的封閉容器包括一個固定于封閉容器內、靠近進水端的活性碳纖維氈過濾層；一個固定于封閉容器內、在上述活性碳纖維氈過濾層之后的孔徑為5微米級的聚乙烯過濾板；一個固定于封閉容器內、在上述聚乙烯過濾板之后的有機高分子中空纖維膜組件，膜孔徑為0.2-0.4微米；所述封閉容器的進水端上部設有排除上浮物的接口，下部設有排除下沉物的接口。
本發明根據一般水處理流程特點，在一個封閉容器內從進水端到出水端依次封裝有預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需要選用各種耐壓材質，例如金屬、工程塑料等材質。
所述的預處理單元包括靠近進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微米級的聚乙烯過濾板。活性碳纖維由高分子合成纖維經碳化、活化而成，與粒狀活性碳相比具有比表面積大，細孔發達，吸附性能高，脫附速度快、可反復使用等特點，能夠吸附乳化油和溶解態有機物，其中優選粘膠基活性碳纖維氈。5微米級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。
本發明的裝置中，從簡潔實用、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，形成一個獨立的預處理單元。原水經過上述預處理單元后，水質達到膜組件的進水要求，由此可以避免膜受來水水質波動的影響，優化后續膜元件的工作狀況。
經上述預處理單元的吸附、截留處理后的原水接著進入膜單元。從具有單位平方米造價低、裝填密度高、便于反沖法清洗等特點考慮，本發明裝置中的膜單元采用有機高分子中空纖維式膜組件。該有機高分子中空纖維式膜組件可以通過把很多根外徑80-400μm、內徑40-100μm的中空纖維膜彎成U性，纖維束的一端或二端用環氧樹脂鑄成管板或封頭，再裝入圓桶型耐壓容器內而得到；也可以采用直線型中空纖維膜，一端開口，另一端封死。本發明的裝置中，有機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。中空纖維式膜組件可以采用外壓式和內壓式兩種，本發明優選采用待處理液走膜外，處理液進入膜內流出的外壓式。
本發明裝置中，所述的有機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。其中優選聚偏氟乙烯(PVDF)，這是因為它具有優良的化學穩定性、耐輻射性、耐酸堿性、耐有機溶劑性、抗污染性等，對溫度的適應能力強，并且具有孔徑分布范圍窄、孔徑均勻、空隙率高等特點。PVDF中空纖維微孔過濾膜，利用相轉化法生產。
另外，本發明的一體化微孔過濾裝置中，在所述封閉容器的進水端上部設有排除上浮物的接口，下部設有排除下沉物的接口，可以定期及時地排污，簡單易行。待處理水連續通過活性碳纖維氈、5微米級聚乙烯過濾板、有機高分子中空纖維膜組件后，得到的處理水從出水管送出，含有雜質的濃水經濃水收水管進入循環。
如上所述本發明通過將所有處理單元封裝在一個封閉容器內，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，保護膜組件不受惡劣環境的影響。因此，該裝置兼具處理設備(前半段)和為膜組件提供優良的工作環境(后半段)的雙重功能。同時本裝置能夠適應惡劣的現場環境，一般情況下不需要將其放置在室內，從而大大簡化了應用條件，對應用場所基本沒有限制，能夠節省大筆配套費用，降低處理成本。
本發明的優點1.由于本發明的裝置既是處理設備本體，又是膜組件的維護結構，使膜組件處于一個封閉的工作環境。這對環境條件惡劣的野外應用，具有十分重要的意義。
2.由于本發明所選用的預處理材料價格低廉，所采用的結構型式易于更換，使整個膜處理過程更加簡潔實用。這種自帶預處理的一體化模式，不但優化了后續膜組件的運行條件，而且由于設備本身結構緊湊，能夠節省占地、簡化處理流程，是所有用戶樂于接受的形式。
3.用于本發明所采用的中空纖維膜器件形式，裝填密度大、可反洗再生，比較適合大規模工業應用。
圖1是本發明的一體化微孔過濾裝置的示意標說明1封閉容器 2活性碳纖維氈過濾層 35微米級的聚乙烯過濾板 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濃水收水管具體實施方式
以下參照圖1對本發明詳細說明。
如圖1所示，在一個臥式的封閉容器1中，從進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。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。在封閉容器1的進水端上部設有排除上浮物的接口7，下部設有排除下沉物的接口8。
原水從進水管進入封閉容器1，然后連續通過活性碳纖維氈過濾層2、5微米級聚乙烯過濾板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，濃水經濃水收水管9進入循環。
對處理油田采出水的場合，在進水含油＜30mg/l和SS＜20mg/l的情況下，出水水質能達到低滲透油田注水水質標準，即含油＜5mg/l、SS＜1mg/l，顆粒粒徑1μm。
對處理市政污水經二級生物處理后的出水，出水水質能達到我國雜用水水質標準，即濁度1-2度、BOD5為5-10mg/l、COD為30-50mg/l、大腸菌群1-3個。
對作為反滲透處理的預處理的場合，完全能夠達到其進水水質要求，延長反滲透膜使用壽命。
對飲用水深度處理的應用場合，在使用城市自來水作原水時，出水水質達到我國飲用純凈水水質標準。
權利要求
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步驟(1)使原水通過一個活性碳纖維氈的過濾層，以吸附水中的乳化油和溶解態有機物；(2)經上述吸附處理后的水通過一個孔徑為5微米級的聚乙烯過濾板，以截留水中的大顆粒懸浮性固體物；(3)經上述吸附處理和截留處理的水通過一個膜孔徑為0.2-0.4微米的有機高分子中空纖維膜組件，得到處理水；上述各步驟在一個封閉容器中進行。
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封閉容器(1)，其中包括靠近進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微米的有機高分子中空纖維膜組件(4)；所述封閉容器(1)的進水端上部設有排除上浮物的接口(8)，下部設有排除下沉物的接口(9)。
3.如權利要求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。
5.如權利要求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。
6.如權利要求5所述的一體化微孔過濾裝置，其特征在于所述的有機高分子中空纖維膜組件(4)采用外壓式。
全文摘要
本發明涉及一種用于水處理，尤其是低滲透油田注水水質處理、污水處理與回用、高標準用水處理的一體化微孔過濾方法及其裝置。本發明的裝置是在一個封閉容器中，從進水端到出水端依次封裝有活性碳纖維氈過濾層、5微米級聚乙烯過濾板、孔徑為0.2－0.4微米的中空纖維膜組件。應用本發明處理后的水質根據不同場合能分別達到國家飲用純凈水標準、低滲透油田注水水質標準和雜用水水質標準，處理量可根據具體需要任意設計組合。
文檔編號C02F1/44GK1887733SQ20051008020
公開日2007年1月3日 申請日期2005年6月30日 優先權日2005年6月30日
發明者李宏偉, 李懷印 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院