（环境科学与工程专业论文）聚结气浮法处理含油污水.pdf

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2 2 、气液比取 0 1 3 0 1 4 为宜；水温对出水含油量有一定影响，即温度升高，分离器的除油效率越高。 聚结气浮技术不仪能够进一步提高和完善我国的含油污水处理技术，而且为我国油 田新的驱油技术的工业化推广和原油稳产任务的完成提供可靠的技术保证。因此，本课 题不仅具有重大科研理论价值，而且具有重大的现实意义和经济效益，同时还具有显著 的社会效益和环境效益。 关键词：含油污水，油水分离，聚结气浮，除油效率 t h et r e a t m e n to fc o a l e s c e n c ea n df l o t a t i o no i lo i l y w a s t e w a t e r c h e n gx i a ( c o l l e g eo fc h e m i s t r y & c h e m i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f q ux i a n f e n g a b s t r a c t w i t ht h en e w t e c h n o l o g yo f o i le x t r a c t i o nw a sd e v e l o p i n gr e c e n t l y , t h ep o l l u t i o no fo i l y w a s t e w a t e rw a sm o r es e r i o u s ，t h i sr e a l i t ym a d et r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fo i l yw a s t e w a t e rn o t t om e e tt h ed e m a n do fp r o d u c t i o na n dp r o t e c te n v i r o n m e n t a tp r e s e n t ，t h e r ea r em a n y m e t h o d st ot r e a to i l yw a s t e w a t e r , b u tm o s to ft h e mh a v es o m es h o r t c o m i n g ，s u c ha sc r a f t c o m p l e x ，t h eh i g hc o s ta n dd e m a n do fm a n a g e m e n ts t r i c t ，a n ds oo n t h ec o a l e s c e n c ea n d f l o t a t i o nt e c h n i q u e sh a sl o t so fa d v a n t a g e s ，s u c ha sh i 曲p e r f o r m a n c eo fo i lr e m o v a l e f f i c i e n c y , l o wc o s t ，l o we n e r g yc o s t ，c o n v e n i e n tf o rm a i n t e n a n c ea n de t c ，s oi th a sb e e nu s e d i nm a n yi n d u s t r i a lf i e l d s t h ec o a l e s c e n c ea n df l o t a t i o nt e c h n i q u e sa r ec o m b i n e di nt h i st h e s i st od e s i g na n d c o n s t r u c tt h eo i l w a t e rs e p a r a t o r ，t h i ss e p a r a t o ri sm a i n l yu s e dt od e a lw i t hd i s p e r s e do i lf r o m o i l yw a s t e w a t e r t h ec o r eo ft h es e p a r a t o ra r et h es t r u c t u r ea n ds u r f a c ep r o p e r t i e so ft h e c o a l e s c e n c em a t e r i a l s ，t h e s ea r ei m p o r t a n tt oo i lr e m o v a le f f i c i e n c y t h eu s eo fz i g z a g c h a n n e l sa n de x t r a o r d i n a r yc o a l e s c i n gs u r f a c et op r o d u c es i n u s o i d a lf l o w , w h i c hg i v e sr i s et o m o r ef r e q u e n tc o l l i s i o n sb e t w e e no i ld r o p l e t s b e c a u s et h eb u b b l ei sl e s sd e n s et h a nw a t e r , a d h e s i o no fo i ld r o p l e t sa n da i rb u b b l e so c c u r r e d ，t h i sa c c e l e r a t i n gt h er i s i n gs p e e do fo i l d r o p l e t st ot h ew a t e r s u r f a c e t h r o u g hs e v e r a ld i f f e r e n tm a t e r i a l s ，d i f f e r e n ts t r u c t u r e s ，d i f f e r e n ts u r f a c ep r o p e r t i e so f m a t e r i a l s ，o i lr e m o v a lp e r f o r m a n c ec o a l e s c e n c ee x p e r i m e n tw a sr e s e a r c h e d ，a n db yav a r i e t y o fo p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，f a c t o r sa n do p e r a t i n gp a r a m e t e r sw e r ei n v e s t i g a t e d r e s u l t ss h o w e d t h a tp pt h a ta d d e d4 p v d fh a st h em a x i m u mo i lr e m o v a le f f i c i e n c y , w h i c hi sm o r et h a n 9 1 ；w h e nt h er e s i d e n c et i m ei s3 0 m i n ，o i lr e m o v a le f f i c i e n c yt e n d st ob a l a n c e ；c o a l e s c e n c e l o a ds h o u l db e0 0 5 5m h ，i n f l u e n tf l o ws h o u l db e0 3m 3 h 1 ；r e f u xr a t i os h o u l db e2 0 2 2 ； g a s l i q u i dr a t i os h o u l db e0 13 0 14 ；t h et e m p e r a t u r eo fw a s t e w a t e ra f f e c t st h eo i lr e m o v a l e f f i c i e n c y , t h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r e o fw a s t e w a t e ri s ，t h eb e t t e rt h eq u a l i t yo fe f f l u e n ti s t h ec o a l e s c e n c ea n df l o t a t i o nt e c h n i q u e sn o to n l yc a nf u r t h e ri m p r o v ea n dp e r f e c tt h e t e c h n o l o g yo fo i l w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，b u ta l s o p r o v i d er e l i a b l e s c i e n t i f i cb a s i sf o r p e r f e c t i n gt r e a t m e n tp r o c e s so fo i l f i e l ds u r f a c ep r o j e c t ，a s s u r i n gs t a b l ec r u d eo i lo u t p u t ， a p p l i c a t i o na n dd i s s e m i n a t i o no fn e wt e c h n o l o g yo fo i le x t r a c t i o ni n o u rc o u n t r yo i l f i e l d i n d u s t r i a l l y s ot h i ss t u d yn o to n l yh a st h eg r e a tt h e o r e t i cs i g n i f i c a n c eo fs c i e n t i f i cr e s e a r c h ， r e a l i s m s i g n i f i c a n c e a n de c o n o m i ce f f e c t ，b u ta l s oh a st h er e m a r k a b l es o c i e t ya n d e n v i r o n m e n ts i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：o i l yw a s t e w a t e r , o i l w a t e rs e p a r a t i o n ，c o a l e s c e n c ea n df l o t a t i o n ，o i lr e m o v a l e f f i c i e n c y 目录 第一章绪论。1 1 1 含油污水的来源- 。1 1 2 含油污水的特点2 1 2 1 油滴在水中的分散状态3 1 2 2 含油污水的危害3 1 3 含油污水处理技术现状4 第二章聚结气浮法处理含油污水概况6 2 1 波纹板聚结油水分离器发展概况。6 2 1 1 油水分离器分类6 2 1 2 国内外最新研究进展7 2 2 气浮分离法概况7 2 2 1 气浮净水方法7 2 2 2 气浮在废水处理中的应用8 2 2 3 气浮技术在油田含油污水处理中的应用展望9 2 3 聚结气浮法处理油田含油污水9 2 4 聚结气浮联合工艺优点1 0 2 5 本课题研究内容1o 第三章聚结材料的优选1 2 3 1 聚丙烯的改性处理1 2 3 2 接触角的测试1 2 3 3 含油量的测定1 3 3 4 油珠粒径的观察1 4 3 4 1 静止浮升法1 4 3 4 2 显微镜观察法1 5 3 5 结果与讨论1 5 3 5 1 不同添加剂对接触角的影响1 5 3 5 2 共混改性后的除油性能1 6 3 6 j 、结2 2 第四章聚结效率影响因素的实验研究2 3 4 1 实验部分2 3 4 1 1 实验流程设计2 3 4 1 2 含油量的测定2 3 4 2 结果与讨论2 3 4 2 1 不同材质的聚结效果的比较2 3 4 2 2 乳化剪切速率对油滴粒径的影响2 4 4 2 3 乳化剂含量对除油率的影响2 5 4 2 4 材料结构对除油率的影响2 6 4 2 5 停留时间的影响2 6 4 2 6 表面聚结负荷的影响2 7 4 3 小结2 8 第五章聚结气浮法组合工艺的试验研究2 9 5 1 试验装置图2 9 5 2 试验方法3 0 5 2 1 试验步骤3 0 5 2 2 坨一站和孤五站原油标准曲线的绘制3 1 5 3 结果与分析3 2 5 3 1 处理工艺的影响3 2 5 3 2 流量的影响3 3 5 3 3 进水含油量的影响3 4 5 3 4 溶气压力对除油率的影响3 5 5 3 5 气液比的影响3 5 5 3 6 回流比的影响3 6 5 3 7 其他因素的影响3 7 5 4 聚结气浮除油装置的参数优化3 8 5 5 小结3 8 第六章聚结气浮法除油机理研究3 9 6 1 油水重力分离的原理_ 一3 9 6 2 聚结除油3 9 6 2 1 聚结除油机理3 9 6 2 2 浅池原理与聚结原理4 1 6 3 气浮理论研究4 1 6 3 1 微小气泡的形成4 1 6 3 2 溶解空气的释放4 2 6 3 3 颗粒与气泡碰撞4 3 6 3 4 悬浮粒子与气泡的粘附。4 3 6 3 5 颗粒从气泡表面的脱附4 5 6 4 细微气泡的性质4 5 6 5 油水乳状液聚结破乳机理4 6 6 5 1 液滴聚结破乳的过程4 6 6 5 2 液滴聚结破乳的一般条件。4 7 总结4 9 参考文献5 1 致 射5 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 含油污水的来源 石油工业作为现代能源和国民经济的重要组成部分，自建国以来，得到迅猛发展。 然而随着石油勘测开采活动的剧烈增多，油田开采时间的延长，油田随之而产生的污染 量也在增加，对环境造成的污染也日益严重。在开采原油的过程中，要不断向油层内补 充能量来弥补油层压力的降低，其中注水采油就是用来维持油层压力的重要手段之一。 目前我国各油田基本都在采用注水开发的方式，即通过注入高压水来驱动原油，使其从 油井中开采出来。但经过一段时间注水后，原油将带出注入水。因此随着油田开发时间 的逐渐延长，采出液的含水率不断上涨，这种从地层随原油一起开采出来的含有原油的 废水即被称之为含油污水。在开采原油的过程中，原油的开采绝大部分是在中高含水期 情况下进行的，而无水采油期往往很短暂。一般到了油田生产后期，油井采出液的含水 率可以高达9 0 以上，于是产生了大量的含油污水。含油污水中往往含有大量污染物， 如果任意排放，必将造成严重的环境污染，并可能危及油田的安全生产；与此同时，由 于注入地层的生产用水量越来越大，这又导致了水资源紧张匮乏的严重问题。针对这一 严峻的情况，我国各个油田都采取了含油污水经过处理后回注地层的技术路线。将净化 后满足注入标准的含油污水作为生产用水的补充水回注地层，是我国油田生产过程中解 决污水排放所造成的环境污染问题和水资源紧张匮乏问题的理想方法。 为了使含油污水经净化后能达到回注地层的标准，我国油田在最初开始进行原油脱 水的时候( 1 9 6 3 年) ，便开始了含油污水处理技术的深入研究工作。1 9 6 9 年，处理规模 为5 0 0 0 m 3 - d 。的大庆东油库沽油污水处理站建成并且投产，将经过处理的净化水代替地 下水回注到地层中，成为我国第一座油田含油污水处理回注站。此后，此项技术在大庆 油田及后来开发的全国各个油田得到了大力推广应用。在推广应用过程中，根据各个油 田含油污水水质的不同以及注水水质要求的不同，含油污水处理技术不断得到了逐步的 改进。目前，全国各个油田已经建成含油污水处理站1 0 0 余座，净化后的含油污水已经 成为我国各个油田的主要注水水源。 近几年来，我国各油田加强了对旧的污水处理设施的更新改造工作，并且引进吸收 了国外的先进技术，使各个油田的含油污水处理水平得到了不同程度的提高，平均污水 回注率一直都保持在9 0 以上。由于对含油污水都采取了处理后回注的方法，使得各个 油田从中获益匪浅：一是从含油污水中回收了部分原油，大大减小了损失。据统计，全 第一章绪论 国各个油田平均每年可以从污水中回收原油接近4 0 万吨；二是节约了用作油田回注水 的新鲜水资源的用量。因为处理后的水可以用作回注水，因此在一定程度上大大节约了 新鲜水水费的开支；三是处理后的含油污水不往外界排放，这从根本上不会造成对生态 环境的破坏。所以总的来说，对含油污水的净化处理具有很好的社会效益、经济效益和 环境效益，是一项十分利国利民的事情，有利于整个国家乃至社会的长期发展。 当然，实行污水回注也存在很多弊端：为了防止注水井井底地带堵塞并维持其具有 较高的吸收能力，经过净化的污水必须达到一定的程度，这就需要建造相当复杂、十分 昂贵、占地面积较大的净化设施，而且回注污水容易对建筑结构、设备、管道和注水井 造成腐蚀和结垢。此外，在恢复注水井压力的过程中，还容易造成污水外流等一系列问 题。但伴随着水处理技术的不断完善与发展，油田生产管理水平的不断提高，以上问题 己经逐步得到了解决，含油污水经净化后回注地层仍然是目前油田处理利用含油污水的 理想途径之一。 1 2 含油污水的特点 含油污水不仅携带了大量的原油，而且在高温高压的油层中大量溶入了地层中的各 种盐类和气体，并且在采油过程中从地层中携带出大量的悬浮物固体，在原油输送过程 中添加了大量的各种化学药剂，含有很多种有机物，适合各种细菌的生长。总的来说， 含油污水是一种性质复杂、包含各种各样杂质的特殊的工业废水。具有以下特点 1 - 4 ： ( 1 ) 含原油。含油污水的含油量大多数在1 0 0 0 m g l 1 以上，其中绝大多数为分散 油和浮油，因为经过一段时间分散油可以部分转化为浮油，剩余的极少部分为乳化油和 溶解油。 ( 2 ) 悬浮物含量高。悬浮物主要是泥沙，这些泥沙不同于地表的沙石，由砂质、 粉质和泥质泥沙组成，还包括各种细菌、有机物和腐蚀产物等杂质。由于悬浮物的粒径 很小，质量很轻，所以单纯依靠重力作用，沉降速度十分缓慢。 ( 3 ) 含有大量的成垢离子。含油污水中含有的s p 、b a 2 + 离子易与5 0 4 2 - 离子相结 合而产生大量的硫酸盐垢：含油污水中含有的大量m 9 2 + 、c e + 、b a ：+ 、c 0 3 2 、h c 0 3 、 s 0 3 2 。等极易结垢的离子，当c 0 2 气体失去平衡、水温、水压、p h 值发生变化时，很容 易产生碳酸盐垢。 ( 4 ) 矿化度高。含油污水的矿化度一般在1 0 0 0m g l j 以上。高矿化度使水的电导 率大大增大，因此加快了对金属的腐蚀，并且给废水的生化处理带来很大的困难。溶解 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 性盐类主要为氯化钠，因此，污水中含有大量的钠离子和氯离子。由于氯离子体积小、 活性大，对金属表面形成的保护膜穿透力极强，因此不利于金属的防腐。 ( 5 ) 含有大量的有机物。污水中除了含有大量的原油外，大部分有机物来源于开 采过程中添加的各种化学药剂( 破乳剂、缓蚀剂、防垢剂等) ，这些使得污水的c o d 较 高，从而为微生物的繁殖提供了十分有利的条件。 ( 6 ) 含有微生物。含油污水中含有铁细菌、腐生菌、硫酸盐还原菌( s r b ) 等很 多种类型的微生物。 ( 7 ) 水温高。胜利油田含油污水的水温一般在4 5 左右。 ( 8 ) 含有h 2 s 等有害气体。含油污水中本身不含有0 2 ，但由于处理过程中没有严 格的密封措施，使空气中的氧气很容易进入水中。0 2 是强的阴极去极化剂，可以产生 电化学腐蚀作用；0 2 与h 2 s 、c 0 2 的协和作用，会使腐蚀速度成倍地增加。 1 2 1 油滴在水中的分散状态 通常油类在水中以五种分布状态存在，不同状态的油所产生的物理性质不同，由此 决定了选择相应的处理方式来处理这些油。 ( 1 ) 浮油( 油滴粒径一般大于1 0 0 9 m ) ：由于油滴在水中的粒径比较大，所以静置 一段时间后能较快地浮到水面上，并且形成一层稳定的油膜漂浮在水面上。 ( 2 ) 分散油( 油滴在水中的分散粒径一般为1 0 1 0 0 p m ) ：粒径比较微小，一般在 水中悬浮。一般情况下静置几分钟后，由于油珠很容易上浮，就能形成浮油漂浮到水面。 ( 3 ) 乳化油( 油珠粒径一般为1 0 - 31 0 p m ) ：乳化油的稳定性与废水的性质和自身 的分散度有关。一般情况下，油滴在水中越分散，相互之间碰撞聚结的几率很小，乳化 油就越稳定。由于在原油的开采过程中，注入了许多化学药剂，使得油珠和水形成稳定 的乳状液，对于除油率造成不良的影响。 ( 4 ) 溶解油( 粒径一般小于1 0 。3 岫) ：水中的油滴一般以分子状态的形式存在，形 成稳定的均相体系。 ( 5 ) 固体附着油：一般是在污水中固体颗粒表面吸附着的油滴。 含油污水中的油滴在水体中往往以几种状态同时并存，极少以单一的状态存在。因 此，含油污水的处理一般以多级处理为主，分级处理后方能达到标准。 1 2 2 含油污水的危害 由于含油污水具有以上特点，如果不经过处理而任意排放的话，必将会对环境带来 第一章绪论 十分严重的影响。排入水中的浮油，会在水面形成油膜，隔绝空气，降低水中的溶解氧， 使水体处于缺氧的状态，由此造成水生生物体的大量死亡；溶解于水中的石油，鱼类摄 入后不但会中毒，影响其生长，而且会导致鱼体带有异味，不能食用；沉积于水底的原 油，经厌氧水解会产生硫化氢气体等有毒气体；粘附在泥沙上的重质油，影响水生生物 的栖息繁殖环境；含油污水排入城市排水管道系统，会对排水系统和城市污水处理厂造 成十分严重的影响。所以必须对含油污水加以严格治理，达到标准后才能排放。 1 3 含油污水处理技术现状 处理含油污水的难易程度随着污水的来源以及油滴的状态不同而有所差异。根据其 处理原理可以分为物理法、物理化学法、化学法、生物化学法。其中，物理法包括沉降、 离心、粗粒化、过滤、膜分离等；物理化学法包括浮选法、离子交换、电解等；化学法 包括凝聚、酸化、盐析等；生物化学法包括活性污泥法等。 各种类型的处理方法及其特点比较见表1 1 【5 】： 表1 1 油田采出水处理方法及其特点比较 t a b l e l - 1 c o m p a r i s o no ft r e a t i n gm e t h o d sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fo i l - f i e l dp r o d u c e dw a t e r 下边介绍国内外常见的含油污水处理方法喵】： ( 1 ) 重力分离法：利用两相密度差以及油和水的不相溶性进行分离。常见的沉降 分离设备有平流式( a p i ) 、平行板式( p p i ) 、波纹板式( c p i ) 等。最初的平流式除油 设备的设计原理是基于斯托克斯公式，由公式可以求出具有一定表面积的设备可以去除 的油滴的粒径。平流式除油设备对水流状态是有要求的，最好的水流状态是处于层流状 态下，这有利于油珠的上浮和固体颗粒的沉降，根据以上理论，后来又设计出了p p i 式、c p i 式等除油效果更好的除油设备。p p i 、c p i 等与a p i 相比较，具有占地面积小、 除油能力高等特点，因此被广泛推广应用。重力分离法虽然结构简单、容易操作、除油 效果稳定，但是对溶解油、乳化油的去除基本上没有效果。 ( 2 ) 聚结法( 粗粒化法) ：利用两相( 油和水) 对聚结材料的不同的亲和力来进行 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 分离，主要用来处理分散油。粗粒化法的优势在于整个处理过程不需要添加任何化学试 剂，因此没有二次污染。用于粗粒化处理的基建费用比较低，而且设备的占地面积小， 可以完全分离5 1 0 岬粒径以上的油珠。但如果含油污水中悬浮物浓度过高，容易造成 对聚结材料的阻塞。粗粒化材料的选择是聚结法的关键技术。 ( 3 ) 气浮法：加压溶气浮选法是通常采用的方法，用来去除乳化油。气泡由非极 性分子组成，可以与疏水性的油结合在一起，带着油滴一起上升，上浮速度可以得到大 幅度提高。通常在含油废水中加入絮凝剂，能进一步提高油水的分离效果，但是动力消 耗较大，构造比较复杂，维修保养十分困难。 ( 4 ) 生物法：生物处理法近几年来得到了不少改进，其中活性污泥法和生物滤池 法属于生物法中的二级处理方法。由于含油废水经过隔油、浮选等处理后，出水含油量 仍然很高，一般高达2 0 3 0 m g l 1 ，达不到国家规定的排放标准；废水中存在大量溶解 性有机物，c o d 和b o d 5 比较高，因此还需要采用二级处理。 ( 5 ) 膜分离方法：膜分离法是在近4 0 多年以来迅速发展起来的分离技术，整个技 术的核心部分在于对膜组件的选择。一般在实际的实验过程中，由于浓差极化等原因， 使得膜通量大大降低，造成对膜的污染，所以采用膜分离法处理含油污水，对原水的水 质要求比较严格，并且实验过程中要经常清洗、更换膜组件。膜的使用寿命短暂，清洗 困难，操作费用比较高。 ( 6 ) 磁分离法：目前已经研制出了高梯度磁分离器和磁过滤器等装置，主要是针 对钢铁企业废水含有大量的氧化铁皮磁性颗粒等，不但可以防止结垢现象，而且可以去 除废水中粘附在悬浮物上的油。尽管如此，磁分离法仍未得到十分广泛的推广应用。磁 分离法就是首先将磁性颗粒与含油废水混合后，这时磁性粒子大量吸附油珠，然后含油 磁粒被磁分离装置分离出来，最后污水便可以得到净化。在实际应用通常是联合分级使 用几种方法，从而使出水水质达到规定的排放标准。 第二章聚结气浮法处理含油污水概况 第二章聚结气浮法处理含油污水概况 2 1 波纹板聚结油水分离器发展概况 2 1 1 油水分离器分类 ( 1 ) 波纹板聚结油水分离器 波纹板处理含油污水的原理主要是利用油、水两相的密度差，使油珠上浮到板的波 峰处而分离得以去除。波纹板油水分离器中水流呈扩散、收缩状态不断交替流动，整个 过水断面是不断发生变化的，由此产生了脉动( 正弦) 水流，整个水流流线呈现变水流、 变间距状态，油珠之间的碰撞机率得到增加，从而使小油珠变为大油珠，油珠粒径的增 大使油珠以更快的速度向水面上浮，达到油水分离的目的。 ( 2 ) 聚集型油水分离器 c p s 一体化的波纹板式重力加速聚集型油水分离器是由奥地利费雷公司在世界上 率先开发出来的。波纹板组由很多块波纹板叠加而成，间距一般为几m m ，当水中悬浮 物含量比较高时，可将间距设计的适当大一些。该波纹板具有抗老化、亲油但是不粘油 等一系列特点，属于费雷公司的专利产品。产品以聚丙烯为基础材料，内含很多种添加 剂9 1 。 ( 3 ) 新型高效除油器 当今世界普遍认为的高效的除油技术主要包括旋流除油、粗粒化除油以及斜板除油 技术。高效除油器是利用多种高效除油技术于一体的除油器，其总体结构设计成为卧式， 由旋流( 涡流段) 粗粒化段及斜板除油段两部分组成。它不仅可提高除油效率，而且具 有操作方便、占地面积小的特点。 ( 4 ) e p s 油水分离技术 e p s 油水分离器是立式除油罐、斜板除油装置等的更新替代产品，融合了当今先进 的板式除油和粗粒化聚结技术于一体，是一种除油效率高、设备先进的油水分离装置。 含油污水流经整个e p s 油水分离器时，首先进行预处理，使油和水得到初步的分离， 然后进行一级处理，进行油水的分离，为了提高除油效果，还要进行二次沉淀，最后使 原油进入原油回收室。由于e p s 油水分离器的分离效果比较好、比较容易操作和维修， 所以目前已经在世界各个国家有了实际的推广应用，经过一系列推广应用证实污水处理 效果普遍十分良好。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 2 1 2 国内外最新研究进展 经过半个多世纪的发展，波纹板聚结油水分离技术尽管存在一系列问题，但是却被 应用地越来越广泛，因为波纹板油水分离器具备其它分离器所没有的优点。国内外研究 人员【l o 】通过大量调查研究直接影响设备分离效果和油水流动特性的内部构件，通过实验 对比进液分布器的不同形式和倾角，结果表明：只有当设备的内部空间得到充分利用， 安装倾角比较平稳且液流的流动状态比较稳定时，除油效率能达到比较高的水平。 波纹板填料有好几种，包括平行波纹板填料、峰谷搭片式波纹填料和自支撑式波纹 板填料。为了防止波纹板组容易被泥沙阻塞，可以将波纹板组倾斜放置，将波纹板组的 上面设计为平面，下面设计为波纹面，所以当油滴浮升到波峰处发生聚结后，沿着板面 滑动直至脱落，当泥沙沉降到平板板面后，也会滑落，这样就避免了波纹板被沉积的悬 浮颗粒阻塞的问题。在高效复合板油水分离器中，可以将亲油性材料聚丙烯进行改性， 从而得到一种新型的聚结材料。具体做法是：保留聚丙烯的一面材质不变，而氧化处理 另一面，氧化处理的目的是使其由亲油性变为亲水性。因为改性聚丙烯的两个表面分别 具有亲水性、亲油性，所以当油和水聚结在材料的两个表面时，互相不干扰，即使流体 流动比较剧烈，也不会发生水和油的互相夹带现象，并且能形成连续的水膜、油膜，而 且复合聚结板式油水分离器比普通聚结板式分离器的处理能力和分离效率提高了很多。 由于国内对聚结机理的研究不够充分、对影响聚结除油效率的因素了解的不是很成熟， 目前我国各油田分别对几种不同性质、不同形状的聚结材料进行了对比实验研究，最后 得出结论：当采用聚结法除油时，应重点考虑聚结填料之间的空间组合形式；如果聚结 材料表面能同时实现润湿聚结和碰撞聚结，则对聚结除油效果更有利。 2 2 气浮分离法概况 2 2 1 气浮净水方法 气浮方法有很多种，大体上包括电解气浮法、溶气气浮法、诱导气浮法和化学气浮 法四种【1 1 】。利用电解气浮法处理含油污水时，会在电极的阴极产生大量的氢气泡，气泡 粘附废水中的大量悬浮颗粒，起浮选机的作用，随气泡一起上浮而达到净化污水的作用。 溶气气浮法是在一定的压力下，使空气不断地溶解于水中，当水中溶解的空气过多时， 便达到一种饱和状态，然后再使压力骤然降低，此时溶解于水中的空气便以小气泡的形 式释放出来，用以进行气浮废水的处理。溶气气浮法包括加压溶气气浮和真空溶气气浮 两种，其中，水处理经常采用的工艺是部分回流式压力溶气气浮法，可以说，它在某些 第二章聚结气浮法处理含油污水概况 方面可以作为代替沉淀法的新技术。尽管如此，仍然按照中试和实验决定气浮工厂的设 计和最佳操作。因此，尚需要进一步的调查研究有关于气浮机理、气浮设备和气浮工艺 组合的内容。 各种气浮方法的优缺点如表2 1 所示【1 2 】： 表2 - 1 各种气浮方法的优缺点 t a b l e 2 1v a r i o u sa d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ff l o a t a t i o n 方法具体方法 主要优点 主要缺点 加压溶气 溶气气气浮法 浮法 真空浮选 法 机械鼓气 浮选法 诱导气叶轮浮选 浮法法 射流浮选 法 电解浮选 电解气法 浮法 电絮凝浮 选法 气泡微小且均匀分散、设备简单易于操作和流程较繁琐、循环周期长、设 维修、除油效率高 备体积大 溶气量小、结构及操作方法复 气泡稳定、絮凝体不易被破坏、能耗小 杂 需投加表面活性剂、使用范围 设备简单、能耗小 小、微孔易堵塞 溶气量大、循环周期短、处理速度高、除油需添加浮选助剂、气泡不均匀 效率高、设备成本低、耐冲击力强 且利用率低、不易维修 噪音小、流程简单、能耗低 气泡微小、除油效率高 对水射器要求高 极板损耗大、设备费用高 气泡微小、同时存在浮选与絮凝两个过程、 极板损耗大、设备费用高 除油效率高 化学气化学浮选费用低、易控制气泡的数量、易于处理悬浮 。 产生较多污泥量、劳动强度大 浮法法物含量高的污水 2 2 2 气浮在废水处理中的应用 气浮法作为一种快速、高效的固液分离技术，不但适用于给水净水，而且适用于多 种废水的处理；不仅能够代替水处理中的沉淀、澄清，而且可以作为废水深度处理的预 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 处理和浓缩污泥之用。对于一些沉淀法难以取得良好净化效果的原水的处理，气浮法效 果更好【1 3 】。 ( 1 ) 处理石油化工以及机械制造业的含油污水； ( 2 ) 处理造纸废水、回收纸浆纤维以及填料； ( 3 ) 处理印染废水和洗毛废水； ( 4 ) 处理电镀废水和含重金属离子废水： ( 5 ) 处理制革废水、城市生活污水以及富营养化前驱物。 2 2 3 气浮技术在油田含油污水处理中的应用展望 由于各油田含油污水的含油量不同，致使污水所呈现的颜色不一样，一般情况下， 含油量随着颜色的变深而增高。原油以小颗粒的形式不规则地分散在水中，形成“水包 油”的状态。目前，油田回注水大多数使用经过处理后的含油污水，通过对气浮技术的 不断深入理论研究，可以肯定气浮技术在油田污水处理中有着十分广阔的应用前景【1 4 】。 ( 1 ) 到了油田开采后期，由于大量回注水的不断注入，使得采出液中的含水率不 断上升，因而会产生大量的含油污水。每年各油田都要投入大量的资金来处理含油污水， 因此人们越来越注重用于污水处理的费用问题和处理后的水质标准问题。气浮技术使含 油污水经过比较简单的处理工艺，所以整个流程比较简单，费用比较低。采用气浮技术 可以大大缩短污水在罐内的停留时间，提高除油效率和悬浮固体的去除率，大大地降低 了污水的处理费用和基建费用，提高了处理后的水质指标。 ( 2 ) 气浮技术的好坏，取决于所用气浮设备以及所用的配套药剂。因此，应该加 强研制开发成本低廉、结构简单、占地面积小、操作维修方便的高效气浮除油设备以及 配套药剂的开发。 ( 3 ) 为了提高处理水的水质，气浮处理工艺还要与其他污水处理方法结合使用， 来提高处理含油污水的效率。 2 3 聚结气浮法处理油田含油污水 聚合物驱与油田常规水驱的回注污水相比较，由于大量化学药剂的注入，使得油水 乳化程度严重；污水的粘度增大，油滴和固体颗粒在水中下沉或上浮比较困难；大量的 固体颗粒被污水携带；污水吸附大量的化学药剂。由于聚合物驱采油污水的特殊性，所 以目前各个油田普遍采用的“自然沉降一混凝沉降一过滤”联合处理工艺因为除油效率 比较低，已经不再适应处理含大量含聚合物的污水。这主要表现在4 个方面【”】： 9 第二章聚结气浮法处理含油污水概况 ( 1 ) 污水沉降分离时间大大增加； ( 2 _ ) 絮凝沉淀后所产生的污泥量增大； ( 3 ) 净化剂投加量日益增大； ( 4 ) 污油回收品质下降，严重影响了电脱水器的正常生产。 传统的自然沉降和混凝沉降处理含聚合物采出水时具有处理成本较高、处理效果较 差的缺点。而聚结气浮法除油技术采用溶气气浮和聚结技术相结合，整个过程不添加任 何化学药剂。含油污水首先进入聚结气浮装置，利用特殊亲油材料表面的聚结特性，使 细小油珠得到聚并，在聚结气浮装置中将油和水进行一次分离，同时向装置通入定量的 气液混合物。进入气浮室后，气液混合物中的气体由于压力减小，膨胀产生大量的微小 气泡，污水中的油滴和其他悬浮颗粒粘附到气泡表面，随气泡一起上浮到水面，剩余的 油滴和固体悬浮物随着水流向下进入聚结材料。在随水流向下流动的过程中