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摘要：本文针对我国低渗透油田采出水回注的现状及水质要求，结合中石化腰英台油田采出水处理情况，重点介绍了管式膜生物反应技术（TMBR）。管式超滤膜TMBR技术是一种高效的废水处理技术，它采用特种菌生化+Berghof管式膜相结合的处理方式，通过特种菌生化可去除大部分油等有机物，通过管式膜代替活性污泥法中的二沉池，将微生物、胶体、SS以及大分子有机物等物质完全截留，出水SS、浊度几乎为零，分离效率可大大提高，解决了常规处理技术难以解决的难题。
TMBR工艺采用高速交叉流过滤模式，可有效避免膜污染，具有结构紧凑简洁、维护操作方便，系统运行稳定等特点，膜使用寿命长达7年以上。TMBR工艺不会产生二次污染，可完全实现油田采出水的回注应用，受到用户的广泛认可。
关键词： 管式膜TMBR技术 低渗透油田 采出水回注 工程实例
石油生产过程中每年约产生6亿吨油田采出水，此类废水中含有大量的难降解有机物，可生化性差，水质变化大，污水中原油主要以浮油、分散油和乳化油的形式存在，处理非常难度大，要达到回注水要求难度更大。我国低渗透油田的注水水质要求为（SY/T-5329-94）：水中粒子粒径不超过1µm，SS含量不超过1mg/L，含油量不超过5mg/L。常规法处理油田采出水，很难达到此回注水标准要求，而膜法MBR工艺由于其过滤精度高、出水水质稳定、无二次污染等特点逐步被采用。
一、应用管式膜TMBR工艺处理油田含油污水
虽然使用膜分离可以很容易满足回注水水质要求，但由于油引起的膜污染问题一直未能得到有效解决。采用一般浸没式MBR工艺，膜通量会很快下降，并且容易断丝。针对油田采出水的特性，在江苏博大环保股份有限公司多年来水处理生物技术及膜技术应用的基础上，我公司与其合作，开发了专门用于油田采出水回注的生物+管式膜TMBR联合处理工艺。该技术可使生化池内保持高的污泥浓度，增长污泥停留时间，同时借助管式膜0.03µm的截留孔径，能将微生物（细菌、病毒等）、胶体、SS、大分子有机物等完全截留，出水SS、浊度几乎为零，解决了常规处理技术难以解决的难题。
使用Berghof管式膜TMBR工艺处理含油污水，解决了满足油田回注水要求的大难题。首先利用特种菌进行生化，然后使用Berghof管式膜进行分离。采用高速交叉流过滤技术，污染物不宜在膜表面结存；而且膜的分离浓缩作用可将污泥浓度提高到10-20g/L，是常规活性污泥法的4-5倍，可有效提高生化效率。容易导致膜污堵的污染物——油、有机物等大部分已经通过微生物进行了有效降解，通过膜时含量已经很低，所以膜元件不易堵塞，一般只需3-6个月进行一次化学清洗。结果表明，以上特种生化+管式膜的TMBR技术是一种很有效实现采出水回注的方法。
经过大庆油田的工业试验确认，该技术是目前解决油田含油废水中的油和悬浮物最有效且运行费用较低的方法，目前已在中石化腰英台等三个油田回注水处理工程中（2400t/d+1400t/d+1200t/d）实现成功应用，并且大庆油田采油五厂已采用改组和工艺中的生物法建立了一套1500t/d含聚合物的采出水处理装置，大庆油田也正在论证采用管式膜TMBR技术处理15000t/d的含油污水，以达到低渗透油田回注水要求。
（一）项目概况
以腰英台2400t/d的项目为例。本项目采用德国Berghof公司的8寸管式超滤膜组件，共36支，6支一组，共6组。现场工程图如图1。
处理工艺流程：
油田采出水→油水分离罐→调节曝气池
↓
回注←除氧←膜处理单元←生化池
图1 现场工程图
进出水水质：
管式超滤膜系统结构简单，所需设备比较少，无需反冲，因此自控也比较简单。
（二）工艺特征
TMBR系统紧凑简洁，特别适合处理复杂的高浓度工业污水。以往油田废水处理普遍使用的过滤器有多层滤料（石英砂、无烟煤）过滤器和核桃壳过滤器等，此类处理工艺往往不能满足低渗透油田回注水要求，本工程中油田废水采用膜法TMBR工艺可根据废水中油粒子的大小，合理地选择膜元件，常温下操作，有高效、节能、无二次污染等特点。
管式超滤膜TMBR技术是一种高效的废水处理技术。以膜分离代替活性污泥法中的二沉池，分离效率可大大提高，而且微生物反应器内活性污泥的浓度从3-5g/l提高到15-20g/l，使微生物反应器体积减小，反应效率提高，出水中无菌体和悬浮物。采用高速交叉流过滤技术，污染物不易在膜表面结存，而使膜堵塞的污染物——油、有机物等大部分已通过微生物反应器进行了有效降解,通过膜时含量已经较低，膜元件不易堵塞，一般只需3-6个月进行一次清洗。系统水回收率高，几乎100%，只有化学清洗时损失部分超滤产水。
该工艺流程短，占地面积小（W×L×H =10m×6m×4m），可去除气浮、粗精过滤，大罐沉降后的污水直接进本工艺管式膜TMBR系统，处理后的水符合低渗透油田回注水要求，而运行费用不超过2.5元/m3（直接成本）。由于管式超滤膜无需反冲及正冲，只需要定期化学清洗，因此自控比较简单，操作维护方便，日常无需人工维护。
（三）工程运行效果
含油废水进水进行预处理后进入TMBR系统，生物反应器内的高的污泥浓度可使处理效率大幅度提高，主要污染物CODCr、BOD和氨氮得到有效降解，超滤产水中悬浮物、细菌、含铁量的去除率基本达到100%，含油量的平均去除率达到96%，最高可达到98.6%。TMBR处理工艺不管从投资成本、处理效果，还是自动化程度均优于目前采用的传统物化处理工艺。整个处理系统一直运行稳定，出水水质远远超出回注水的要求，并且实现了水的循环利用。
二、管式膜MBR技术基本原理
（一）管式膜介绍
管式膜TMBR工艺核心部件选用的是德国BERGHOF管式膜，膜管直径从5mm到12.7mm，具有优异的强度，最大压力可达到8bar，抗污染、抗氧化、耐酸碱（pH1-13），工作温度可高达60℃，纯水通量高达750LMH，即使直接过滤活性污泥浓度高达40g/L的生化污水，膜通量仍然高达80-140LMH，寿命长达7年以上。管式膜组件除常规3"、4"、6"、8"规格外，还特有8"4m、10"3m、10"4m超大型膜组件，灵活满足不同规模客户需要。Berghof管式膜在垃圾渗透液、含油废水、电子废水、焦化废水、纺织等化工废水以及果汁、食品、茶饮料等物料分离领域已得到成功应用，拥有上千个工程案例。.
（二）TMBR工艺介绍
膜生物反应器（MBR）是膜分离技术与生物技术相结合的新型废水处理技术，是废水处理技术领域的一项创新。根据膜的放置形式不同，膜生物反应器分为浸没式（也叫内置式或一体式）和外置式（或分体式）。由于高浓度有机废水去除需要较高的生化污泥浓度，因此浸没式MBR很容易造成膜管堵塞、断丝，以致系统瘫痪。管式膜TMBR技术是外置式MBR，通过水泵将泥水混合液打入膜管内，在压力驱动下进行膜分离，出水透过膜进入产水箱，而污泥回到生化池继续参与生化。
与传统的生化处理工艺相比，活性污泥通过超滤（UF）系统进行固液分离，将粒径大于0.03微米的颗粒、悬浮物等截留在系统内，超滤出水清澈。有单独的循环泵已产生较大的过滤通量，流速为3-5m/s，避免膜管堵塞。超滤最大压力可达8bar，膜管无需反冲，一般2-6个月化学清洗一次，为了达到更好的出水水质（如锅炉用水），超滤后产水可再进入RO或NF系统，使各指标达到更高要求。
（三）膜污染及膜堵塞
目前制约膜技术发展的一个重要问题是膜污染及膜堵塞，污水中纤维太多、流速太慢或部分膜管流速太慢、非正常停机等均会容易造成膜管堵塞，主要表现为膜通量降低、清洗后通量恢复效果差、膜进口处压力异常升高、膜出口处压力异常降低、泵流量下降等现象。
BERGHOF管式超滤膜在世界各地的应用案例已有一千余项，无需反冲，定期化学清洗就可以恢复通量，使用寿命可达7年以上。化学清洗时建议在 pH值范围1-11、温度低于40℃的条件下进行膜清洗。清洗时将清洗溶液在膜管内循环3小时左右（总时间）即可。根据通量变化，1-3个月清洗一次，如果水质较好，清洗周期可达6个月甚至一年。
三、前景与展望
目前膜分离技术处理在国外已经成熟，该技术具有受原水水质影响小、出水水质好、运行稳定和占地面积小等明显优势。我国膜分离技术发展至今已有40多年历史，但与世界发达国家相比还有较大差距。浸没式MBR处理工艺容易造成膜断丝，且运行维护费用高，清洗不方便，管式膜TMBR技术逐渐在国内应用并得到推广。Berghof管式膜在含油污水处理方面具有优越的抗污染性能和针对性，随着废水处理要求的日益提高以及TMBR膜处理技术的日益成熟，相信TMBR管式膜技术在含油污水等领域中的应用具有广阔的发展空间。
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