膜組合工藝降低聚驅採油廢水礦化度的技術研究（簡體書）

本書針對目前聚驅採油廢水的處理現狀和技術難題，提出了以“陶瓷膜/改性有機超濾膜+離子交換膜”組合工藝處理聚驅採油廢水的技術路徑。通過對比，研究了改性有機超濾膜和陶瓷膜預處理聚驅採油廢水的效能，然後在預處理基礎上對離子交換膜降低聚驅採油廢水礦化度的效能進行了研究，並對“改性有機超濾膜+離子交換膜”組合工藝進行了中試研究，為降低聚驅採油廢水礦化度及資源化利用提供了理論依據和技術基礎。
本書可供從事水處理的專業技術人員和研究人員、高等院校水處理及相關專業師生參考使用。

徐俊，南陽師範學院土木建築工程學院，講師，南陽師範學院講師，南陽市市政環境領域評審專家。自2004年一直致力於含油廢水處理及資源化利用方面的工程實踐和研究工作，具有較強的專業理論、工程設計和科研能力，主持和參與多項相關領域的國家 級、省部級縱向和橫向研究課題。目前在國內外知名期刊發表含油廢水處理及資源化利用方面的學術論文20餘篇，其中SCI和EI收錄7篇，榮獲省市級自然科學學術獎2項，申報國家專利6項。

第1章緒論1

1.1研究背景及意義1

1.2聚驅採油廢水的來源及危害2

1.2.1採油技術的發展階段2

1.2.2聚驅採油廢水的來源2

1.2.3聚驅採油廢水的水質特徵3

1.2.4聚驅採油廢水的危害4

1.3聚驅採油廢水的處理研究進展與技術現狀5

1.3.1採油廢水的常規處理技術現狀5

1.3.2聚驅採油廢水處理技術的研究進展8

1.3.3聚驅採油廢水的處理技術現狀分析10

1.4超濾和微濾技術概述12

1.4.1超濾和微濾技術簡介12

1.4.2超濾和微濾技術特點13

1.4.3超濾和微濾膜組件類型及特性13

1.4.4超濾和微濾膜的污染與控制14

1.4.5有機膜和無機膜的性能對比分析16

1.5超濾和微濾技術處理採油廢水的研究與應用17

1.5.1超濾和微濾技術處理採油廢水的國外研究現狀17

1.5.2超濾和微濾技術處理採油廢水的國內研究現狀18

1.5.3超濾和微濾技術處理採油廢水存在的問題19

1.6降低礦化度技術概述21

1.6.1相變法降低礦化度技術21

1.6.2化學法降低礦化度技術22

1.6.3電吸附法降低礦化度技術22

1.6.4反滲透法降低礦化度技術22

1.6.5離子交換膜法降低礦化度技術23

1.7降低礦化度技術處理採油廢水的研究與應用25

1.7.1降低礦化度技術處理採油廢水的國內外研究現狀25

1.7.2降低礦化度技術處理採油廢水存在的問題26

1.8本書的技術路線、研究內容及結論27

1.8.1研究來源27

1.8.2技術路線27

1.8.3研究內容28



第2章試驗材料及方法29

2.1試驗用水與裝置29

2.1.1陶瓷膜試驗用水與裝置29

2.1.2改性有機超濾膜試驗用水與裝置32

2.1.3離子交換膜試驗用水與裝置32

2.1.4中試用水與裝置34

2.1.5試驗試劑36

2.2檢測方法37

2.2.1懸浮物含量測定37

2.2.2含油量測定38

2.2.3聚丙烯醯胺(PAM)相對分子質量、水解度及含量測定40

2.2.4金屬離子和陰離子測定42

2.2.5總有機碳和溶解性有機碳測定43

2.2.6細菌類測定43

2.2.7極限電流密度測定43

2.2.8其他指標測定43

2.3儀器分析44

2.3.1原子力顯微鏡(AFM)觀察44

2.3.2掃描電鏡(SEM)顯微觀察44

2.3.3傅裡葉變換紅外(ATR-FTIR)分析44

2.3.4氣相色譜-質譜(GC/MS)分析45

2.3.5X射線能量色散譜(EDS)分析45

2.3.6X射線衍射(XRD)分析45

2.3.7粒徑分佈分析45

2.3.8接觸角的分析46

2.3.9核磁共振(NMR)分析46

2.3.10表觀黏度及流變性分析46

2.3.11流動電位、Zeta電位及電荷密度分析46



第3章陶瓷膜預處理聚驅採油廢水的試驗研究47

3.1引言47

3.2陶瓷膜預處理聚驅採油廢水的單因子試驗47

3.2.1陶瓷膜清水通量試驗48

3.2.2跨膜壓差對陶瓷膜通量發展及除汙特性的影響49

3.2.3膜面流速對陶瓷膜通量發展及除汙特性的影響50

3.2.4濃縮倍數對陶瓷膜通量發展及除汙特性的影響53

3.2.5溫度對陶瓷膜通量發展及除汙特性的影響55

3.2.6pH對陶瓷膜通量發展及除汙特性的影響57

3.2.7礦化度對陶瓷膜通量發展及除汙特性的影響62

3.3陶瓷膜預處理聚驅採油廢水的運行參數優化62

3.3.1析因交叉試驗設計及運行結果63

3.3.2膜通量預測回歸模型的建立及檢驗65

3.3.3陶瓷膜產水能耗預測模型的建立及應用分析70

3.3.4經濟預測模型的建立及參數優化75

3.3.5優化參數下陶瓷膜的通量發展77

3.4 本章小結79



第4章改性有機超濾膜預處理聚驅採油廢水及與陶瓷膜的對比研究80

4.1引言80

4.2改性有機超濾膜預處理聚驅採油廢水的單因子試驗80

4.2.1改性有機超濾膜清水通量試驗及其與陶瓷膜的比較80

4.2.2跨膜壓差對改性有機超濾膜通量發展及除汙特性的影響81

4.2.3膜面流速對改性有機超濾膜通量發展及除汙特性的影響84

4.2.4濃縮倍數對改性有機超濾膜通量發展及除汙特性的影響86

4.2.5溫度對改性有機超濾膜通量發展及除汙特性的影響89

4.2.6pH對改性有機超濾膜通量發展及除汙特性的影響91

4.2.7礦化度對改性有機超濾膜通量發展及除汙特性的影響96

4.3改性有機超濾膜預處理聚驅採油廢水的運行參數優化97

4.3.1析因交叉試驗設計及運行結果98

4.3.2膜通量預測回歸模型的建立及檢驗100

4.3.3經濟預測模型的建立及參數優化104

4.4優化參數下改性有機超濾膜通量發展及出水水質分析107

4.4.1優化參數下改性有機超濾膜的通量發展107

4.4.2優化參數下改性有機超濾膜出水水質分析108

4.5改性有機超濾膜和陶瓷膜預處理聚驅採油廢水性能對比分析115

4.5.1噸水膜投資成本預測模型的對比分析115

4.5.2產水綜合成本預測模型的對比分析115

4.5.3優化參數下產水能耗的對比分析115

4.5.4優化參數下噸水投資成本及產水綜合成本的對比分析116

4.5.5優化參數下產水率的對比分析116

4.5.6優化參數下出水水質的對比分析116

4.6本章小結119



第5章改性有機超濾膜預處理聚驅採油廢水的膜污染機理與控制技術研究120

5.1引言120

5.2改性有機超濾膜預處理聚驅採油廢水的膜阻力研究120

5.2.1聚驅採油廢水的流變性120

5.2.2改性有機超濾膜預處理聚驅採油廢水阻力模型的建立及應用122

5.3改性有機超濾膜預處理聚驅採油廢水的污染機理分析124

5.3.1污染膜AFM及SEM顯微觀察124

5.3.2污染物傅裡葉變換紅外（ATR-FTIR）分析124

5.3.3污染物核磁共振（NMR）分析127

5.3.4X射線衍射（XRD）及X射線能量色散譜（EDS）分析128

5.3.5氣相色譜-質譜（GC/MS）分析129

5.3.6膜清洗液TOC及離子含量分析130

5.3.7溶液和膜Zeta電位分析131

5.3.8溶液的粒徑分佈分析132

5.3.9膜出水HPAM相對分子質量及水解度特性133

5.3.10膜接觸角變化分析134

5.3.11改性有機超濾膜污染過程的演繹與推斷134

5.4改性有機超濾膜預處理聚驅採油廢水的膜污染控制135

5.4.1反沖洗對改性有機超濾膜污染的控制135

5.4.2NaOH堿洗對改性有機超濾膜污染的控制137

5.5有機超濾膜預處理含聚採油廢水清洗技術研究139

5.5.1單組分藥劑清洗研究139

5.5.2CaCO3粉末協同作用下的單組分藥劑清洗效果141

5.5.3CaCO3粉末協同作用下的複合藥劑及與酸交替清洗效果145

5.5.4CaCO3粉末協同作用下的清洗機理分析149

5.6本章小結151



第6章離子交換膜降低聚驅採油廢水礦化度試驗研究152

6.1引言152

6.2運行參數對離子交換膜低礦化度性能的影響152

6.2.1恒定流量下關於電流密度和脫鹽時間的脫鹽率預測模型152

6.2.2恒定流量下電流密度對淡水噸水能耗和脫鹽時間的影響153

6.2.3恒定電壓下關於流量和脫鹽時間的脫鹽率預測模型154

6.2.4恒定電壓下流量對淡水噸水能耗和脫鹽時間的影響155

6.2.5產水率和電流密度對電流效率的影響155

6.2.6極限電流密度的確定156

6.3離子交換膜去除離子效果及淡水目標電導率的確定157

6.3.1陰離子的去除效果158

6.3.2陽離子的去除效果158

6.3.3離子交換膜淡水目標電導率的確定159

6.4離子交換膜的污染與清洗161

6.5本章小結164



第7章改性有機超濾膜-離子交換膜組合工藝降低聚驅採油廢水礦化度中試研究165

7.1引言165

7.2改性有機超濾膜和陶瓷膜產水能耗模型的檢驗試驗165

7.3改性有機超濾膜抗污染負荷能力試驗167

7.3.1對二次混凝沉降罐出水的處理效果167

7.3.2改性有機超濾膜抗HPAM污染能力168

7.4改性有機超濾膜長期運行過程中的通量發展及出水水質169

7.4.1改性有機超濾膜長期運行過程中的通量發展169

7.4.2改性有機超濾膜長期運行過程中的出水水質170

7.4.3改性有機超濾膜濃縮液及膜清洗液處理研究170

7.5離子交換膜長期運行淡水電導率變化及配聚性能研究171

7.5.1離子交換膜長期運行淡水電導率變化171

7.5.2離子交換膜淡水配製聚合物溶液表觀黏度171

7.5.3離子交換膜淡水配製聚合物溶液的剪切流變性173

7.5.4離子交換膜淡水配製聚合物溶液的黏彈性173

7.6組合工藝降低聚驅採油廢水礦化度經濟評價174

7.6.1設備費174

7.6.2運行費用174

7.6.3設備維護費175

7.6.4綜合制水成本175

7.7本章小結175



第8章總結與展望176

8.1主要試驗研究內容及結論176

8.2中試研究內容及結論177

8.3主要創新點178

8.4技術展望178



參考文獻179