摘要：随着我国天然气开发力度的不断加大，气田采出水的处理与回用问题日益突出。气田采出水中普遍含有高浓度有机物、油类、悬浮颗粒及无机盐等污染物，常规的单一处理工艺在去除效率和系统稳定性方面难以满足工业化需求。本文针对膜分离技术与电化学处理的优势与不足，提出一种膜分离-电化学耦合的新型预处理策略，以期在保障出水水质达标的同时，提高系统整体运行效能。研究结果表明，该耦合系统在处理 COD 浓度超过 1200mg/L 、含油量约150 mg/L 的气田采出水时，整体去除率分别可达 93.4%与97.1%，明显优于传统处理方式。同时，电化学模块的加入有效缓解了膜污染现象，延长了膜组件的使用寿命，并降低了运行能耗。通过调控耦合条件，如电流密度、膜孔径、反应时间等，可实现对不同水质特征的高效适应，展示出良好的应用前景。本文从工艺机制、影响因素、运行优化及工程实践四方面展开探讨，为实现气田水绿色处理与资源化利用提供理论依据与技术支撑。

关键词：膜分离；电化学处理；气田采出水；耦合工艺；预处理效能

引言

随着能源结构优化推进，天然气在我国一次能源消费中的比重不断上升，但在气田开采过程中，大量采出水作为副产物流出，其复杂成分对环境造成较大负担。特别是在西部、东北等气田集中区，采出水回注、达标排放等处理需求持续增加，迫切需要一种高效、可控、经济的处理技术路线。膜分离工艺因其高选择性、高通量等优点，近年来在采出水处理领域得到广泛关注，但存在膜污染严重、处理单元功能局限等问题；电化学处理则具备反应速率快、氧化能力强的优点，但能耗较高，易受水质波动影响。将二者有机耦合，可充分利用膜的物理分离功能与电化学的深度降解能力，实现优势互补，提高整体预处理系统的稳定性与水质保障能力。本文基于已有实验与工程验证数据，对膜分离-电化学耦合系统在气田采出水预处理中的应用机制、关键影响因素与优化路径展开系统研究。

一、膜分离与电化学耦合机理分析

1.1 膜分离技术在气田水中的应用特征

膜分离技术包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）等不同类型，针对不同污染物可实现粒径大小筛分、油水分离、溶解性盐类阻截等功能。以超滤膜为例，其孔径约为 0.01μm ，能够有效截留油滴和高分子有机物，是当前气田采出水处理中应用最为广泛的膜技术。然而，由于气田水中有机物浓度高、颗粒杂质丰富，膜面极易发生污染与堵塞，导致通量衰减和清洗频次增加，影响系统运行经济性。因此，如何提高膜系统的抗污染能力、延长使用寿命，是膜法预处理中必须解决的问题。研究表明，将膜组件与前端强化降解技术相结合，有助于降低膜负荷，提升整体效能。

1.2 电化学处理技术的功能优势

电化学法主要通过阳极反应产生活性氧化剂（如•OH、ClO⁻、 ）对有机污染物进行直接或间接降解，同时具备杀菌、脱色、絮凝等综合功能。在气田采出水处理中，电化学法能有效去除乳化油、COD、硫化物等污染物，同时部分无机盐析出，提高后续分离效率。例如，某研究利用钛基铂/铱涂层阳极对含油采出水进行电氧化处理，在电流密度为20 mA/cm²条件下运行2 小时，COD 去除率达到 91.6% 。此外，电化学系统可调性强，适合与其他技术形成集成式反应平台。

二、膜-电化学耦合工艺的协同效应机制

2.1 耦合系统的结构构建与运行逻辑

膜-电化学耦合系统主要有三种典型构型：串联系统（电化学在前，膜分离在后）、并联系统（独立运行后合流）、一体化反应系统（三维集成模块）。其中一体化模式最具发展前景，能够在一个反应器中实现同步降解与分离功能，具有系统紧凑、能耗低、控制便捷等优势。例如，将电极设置于膜组件上下游，通过流场设计实现溶质在电场和压力场双重驱动下高效转移与处理。

2.2 去除机理与效能提升机制分析

在实际运行中，电化学模块通过对原水中的可降解有机物进行氧化处理，降低其对膜表面的污染潜能，并促使乳化油破乳、悬浮颗粒絮凝，从而降低膜污 率 时 在 场作用下可引发电泳效应，增强污染物与膜界面间的脱附能力，提升膜表面抗污染性能。 研究表明，该耦合 工艺在处理模拟气田水（含油量 150mg/L 、COD 1200mg/L 、TSS 90 mg/L）时，出水含油可降至 4.2mg/L ，COD 降至 79mg/L ，优于国家《污水综合排放

标准》中一级排放限值，系统稳定运行时间提升 35%

2.3 工艺参数对系统效能的影响规律

影响耦合系统性能的关键参数包括电流密度、电解时间、膜材类型、进水pH 值、温度等。电流密度与氧化剂生成速率呈正相关，但过高将加剧能耗并引发副反应，控制在 1525 mA/cm²较为合适；电解时间建议控制在60120 min 之间，可平衡反应效率与运行周期。膜材方面，采用亲水性高、机械强度大的复合膜材料更适合长周期运行；此外，维持进水pH 在中性至微碱性（7.0\~8.5）范围，有利于电化学反应中氧化剂生成与稳定性。

三、工程应用示范与运行经济性评估

目前，国内多个中型气田已开展膜分离-电化学耦合处理系统的小试与中试应用，主要用于采出水的预处理与回注水提标。以某西部气田为例，日处理采出水能力为 500m³ ，系统采用并联双模块模式，电化学单元前置脱乳降解，后接超滤+纳滤膜组合。连续运行 30 天，膜污染指数（SDI）由原水的 6.4 降至 1.9，膜通量保持率维持在 87%rλ.E ，清洗周期由原 4 天延长至10 天，年运行维护成本下降近 30% 。从经济性角度分析，该系统单位水处理成本为3.1 ，较传统“混凝+沉降+砂滤+RO”流程节约 15% 以上。

四、面临问题与优化建议

膜分离 - 电化学耦合技术在气田水处理中前景可观，但推广面临挑战。其一，系统智能控制与动态调节能力不足。原水水质多变，而当前系统难以根据其变化自适应调整参数，这成为保障系统长期稳定运行的阻碍。其二，膜组件性能有待提升。膜组件寿命短、耐污染性能差，开发具有自清洁功能的动态膜或电驱动膜材料是重要方向。其三，电极材料存在短板。耐腐蚀性、催化效率不足，且成本较高，限制了技术的广泛应用。

为推动该技术发展，未来可借助大数据平台与 AI 算法，构建智能化运维平台。通过该平台，能够实时监测系统运行状态，动态优化系统参数，实现能效管理，从而提高技术成熟度，增强其与工业的适配性，助力膜分离 - 电化学耦合技术在气田水处理领域实现更广泛的应用。

五、结论

膜分离-电化学耦合技术作为气田采出水预处理的有效手段，凭借其高效去除有机物、油类污染物与抑制膜污染等优势，展现出优于传统工艺的综合效能。本文从原理构建、系统运行、参数优化到工程实践层面系统论述了该技术的可行性与应用价值，指出其在气田采出水绿色处理与水资源循环利用中的重要作用。未来应进一步加强多模块集成优化研究，提升运行智能化与材料性能，推动该技术在天然气开发与环保治理领域实现更广泛的应用，助力我国能源行业绿色可持续发展。

参考文献

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作者简介：陕军军，性别：男，出生年月：1982/06，学历：本科，籍贯：甘肃临夏，民族：回族，研究方向：天然气及气田采出水处理，职称：高级技师。