毕业设计49含油废处理论文

摘 要 本文分析了含油废水的几个主要的特点，对国内常用的自然沉降除油、混凝除油、过滤除油、粗粒化除油以及浮选除油等作了简要的介绍；并对浮选除油的机理及影响浮选主要因素作了较深入的分析；根据含油废水的水质特性和给定的参数，对浮选除油工艺进行了初步设计。 关键词：浮选 含油废水 Abstract This paper analyzed several main characteristics of the wastewater containing oil. It also briefly introduced several main technologies used to treat wastewater containing oil, such as settlement, coagulation, filters, enlargement of micro oil drop, flotation and so on. It analyzed the mechanism of removing oil by the flotation process and the primary factor affecting the flotation process. According to the characteristic of water quality of the wastewater containing oil and given parameters, the flotation process has been preliminary designed. keywords: wastewater treatment flotation 前 言 含油废水是油田开发过程中产生的主要废水，其具有以下几个特点 1： (1)油量高 各油田废水中都含有大量的原油，一般在 500 1000mg/l之间，有的也高达数千 mg/l。 (2)矿化度高 油田废水中的矿物质类似于深层地下水中的矿物质，具有较高的矿化度，通常在几千至几万 mg/l。 (3)悬浮物固体含量高 含油废水中的悬浮固体主要是泥砂和其他胶体物质。由于地层情况和开采工艺的不同，悬浮固体的含量有一定差异，但总的来说采油废水中悬浮固体的含量是较高的。 (4)含有腐蚀性气体 含油废水中含有 CO2、 H2S、溶解氧 (DO)等腐蚀气体。如果水中含有 CO2、DO 会在管道和设备上发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀。 H2S 会腐蚀管道和设备，严重时会使设备穿孔；另外， H2S会与腐蚀产物 Fe2+作用生成 FeS黑色沉淀物，堵塞管道和地层孔隙。 (5)溶解性有机物含量高 由于采出水与原油长期接触，以及其它增产驱油措施的应用，在稠油废水中会溶解许多有机物质，如环烷酸、脂肪酸、胺酸、聚合物等。 (6)表面张力低 由于我国油田脱水站大多采用了加破乳剂进行破乳这一工序，因此，在油水分离后，废水中含有许多非离子表面活性剂，使废水的表面张力降低，易于使油水乳化。 (7)含油废水水温很高，一般为 40 65，有的高达 70 90。 含油废水除具有含油量高、悬浮固体含量高等主要特征外，在后期开采过程中，通常都添加了大量化学药剂，形成了乳化油，增加了处理难度。 1 含油废处理工艺概述 目前国内含油废水处理采用的处理设备有：斜板隔油罐 (CPI 隔油池 )、混凝沉降罐，粗粒化罐 (聚结罐 )、气浮设备、压力滤罐、单阀滤罐、精滤器等，采用的附属设施主要有：各种缓冲罐，回收水罐、反冲洗水罐、污油罐、各种水处理药剂投配系统、各种水泵和油、气、水计量装置等。根据原水水质特点及净化水水质要求，可 将各种处理设备及附属设施组成若干种处理工艺流程。下面就国内常用的工艺过程进行简要介绍。 5、 10 、 11 1.1 自然沉降除油 自然沉降除油 主要原理是利用油滴与水的密度差，在重力的作用下产生下沉作用，以达到固、液分离的水净化过程。在整个过程中，悬浮固体间相互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀，轨迹呈直线。颗粒的物理性质，如形状、大小和比重等均不发生变化。 4 含油废水经自然除油后，可使废水中含油量由 5000mg/1 降至 500mg/l以下。 1.2 混凝除油 自然除油后废水中一般浮油全部去除， 10um 以上的分散油也大部分去除，水肿主要含有乳化油及小颗粒的悬浮物，这要依靠混凝法来去除，以投加混凝剂起到水中产生大颗粒的凝聚体及矾花为止，总称为混凝过程。 20 在混凝的反应阶段靠搅拌作用使矾花不断相互碰撞、粘结、长大，在此过程中还会吸附一些小的颗粒使矾花不断加大，从而完成整个混凝过程。 1.3 过滤除油 过滤是指废水流过一个较厚而多孔的石英砂或者其它粒状物质的过滤床，杂质被留在这些介质的孔隙里或介质上，从而使水得到进一步的净化。 滤池不但能去除水中的悬浮物和胶体物质，而且还可以去除细菌、油类、在预处理中加入 的化学药品以及其他很多物质。采用过滤去除水中的杂质，所包含的机理是很多的。从性质上来说，一般可分为物理作用和化学作用。过滤机理可分为：吸附、絮凝、沉淀和截留等几个方面。 8 1.4 粗粒化除油 废水经粗粒化罐处理后，微细的油滴在粗粒化材料的捕集下，油珠粒径变大，可大大减少废水在混凝除油罐中的停留时间，一般可不加混凝剂，但当原水中泥砂含量较多时，易造成粗粒化罐堵塞，这种情况不宜采用此流程。11 1.5 浮选除油 气浮净水技术是国内外正在深入研究与不断推广的一种水处理技术。它是基本原理是在待处理水中通入大 量密集的微细气泡，使其与杂质、絮粒相互粘附，形成整体比重小于水的“结合体”，从而依靠浮力上浮至水面，以达到去除污染物的一种方法。 3、 17 、 19 在水处理中，采用的气浮处理方法较多，主要可分为四大类，即溶气气浮法、诱导气浮法、电解气浮法和化学气浮法，但其本质是没有区别的。其详细分类见表 1-1 。 电解凝聚气浮法的优点是，在通电的状况下，凝聚与气浮同时进行，效果较好，其缺点是电能消耗及极板损耗较大，运行费用较高。 微孔布气气浮法的优点是直接利用净化后的低压空气经微孔板切割成微孔泡而进行气浮，可以大大降低能耗，可惜目前的微孔板孔径太大，必须投加表面活性剂方能形成可利用的微小气泡，这样就极大地限制了它的使用范围。 叶轮散气气浮法是利用叶轮、固定孔板将水气混合流切割成含微小气泡的乳浊液，以此粘附杂质。由于该法产生的气泡大、小不均匀，无效气泡较多，目前仅用于个别 炼油厂的含油废水处理。 溶气气浮的优点是 4、 8： (1) 水在池中的停留时间较短（一般为 15min左右）， (2) 在加压的情况下，空气的溶解量增加，供气用的气泡数量能得到很大程度的满足，出水澄清度高，从而确保了气浮净水效果。 (3) 溶入的气体经骤然件压释放，产生的气泡不仅尺寸微细、均匀，而且上浮稳定，对液体扰动小，因此，能适用于疏松微粒、细小颗粒的固、液表 1-1 气浮处理方法的分类 方法名称 具体方法 气 泡 成 因 溶气气浮法 加压溶气气浮法 在加压下，使气体溶解于废水中，又在常压下释放出气体，产生微小气泡 真空气浮 法 在减压下，使溶解于水中的气体释放出来，产生微小气泡 诱导气浮法 机械鼓气气浮法 让气体通过无数个微小的孔隙或缝隙，产生微小气泡 叶轮气浮法 叶轮转动产生负压吸入气体，并依靠其剪切力使吸入气体变成小气泡 射流气浮法 依靠水射器的作用使废水中产生微小的气泡 填料气浮法 气体通过 纤维填料层面形成微小气泡 电解气浮法 电解气浮法 选用惰性电极，使废水电解产生微小气泡 电絮凝气浮法 选用可溶性电极，在阳极产生微小气泡，在阴极产生有混凝作用的离子 化学气浮法 化学气浮法 依靠物质之间的化学反应，产生微小气泡 分离。 (4) 工艺成熟工艺设备比较简单，管理维修也方便。 (5) 占地小，造价低，池体构造简单，建造费用低。 2 影响浮选的主要因素 2.1 带气絮粒的上浮速度 粘附了气泡的絮粒（带气絮粒）在水中上浮时，在宏观上将受到重力 F重、浮力 F浮和阻力 F阻等外力的影响（见图 2.1） 3。 带气絮粒上浮时的速度可借助牛顿第二定律导出： （ 1） 将重力 F重、浮力 F浮和阻力 F 阻分别以相应的公式代入后，即可求得带气絮粒的上浮速度 v上： AVCgv 水絮水上）(2（ 2） 式中： g 重力加速度（ cm/s2） 水水的密度（ g/cm3） 絮 带气絮粒密度（ g/cm3） 微气泡 絮粒 F 浮 F 阻 F 重 F 阻 图 2.1 带气絮粒上浮时的受力情况 重阻浮上） FFFm dtdv ( V 带气絮粒体积（ cm3） A 在水流方向带气絮粒的投影面积（ cm2） C 阻力系数 为了便于论证简化式（ 2），先假设带气絮粒为球形，直径为 d（ cm） ,则 32dAV 。对于球形絮粒，在牛顿阻力平方区（ Re=103 2.5 105） C 值约为 1.4。将数值代入（ 2）式，得牛顿（阻力平方区）公式： gdv水絮水上 83.1（ 3） 在层流区（ Re 1.5min 可行 该溶气罐释放的气量 QA为： QA=CaQr(fp -1) =15.74(0.64 -1)=87.92(l/h) 式中： Ca 空气在水中的溶解度（ L/ m3水）， 30时为 15.7 Qr 回注水量（ m3/h） f 溶气罐中空气饱和百分比，取 0.6 p 溶气罐的工作压力（绝对值） 溶气水释放的气量 A为 A=QA =0.088 1.3=0.1144 (kg/h) SS的总量 S 为 S=（ SS+oil） Q/1000 =（ 250+80） 10/1000=3.2 (kg/h) 则有 A/S=0.1144/3.2=0.036 按 A/S=0.02 0.025m3空气 /kg(SS 或 oil)的上限增加 20%，则A/S=0.0360.02 0.03,能满足气浮对气量的要求。 溶气罐采用钢制结构，其示意图如图 （见图 3.2）： （ 3） 释放器 由 TS型溶气释放器性能表 （表 3-3）可知，溶气罐的工作压力为 294kPa时， TS-78-型（ Dd=50mm） 一个，释放器的出流量为 4m3/h，能满足释放工艺要求。 6、 7、 14 、 20 水泵 压力溶气水出液管 压缩空气 液位传感器 220V 放气口 电磁阀 图 3.2 容器罐示意图 3.3.3 浮选池（分离室） （ 1） 分离室 分离室的水力停留时间 T = 25min，有效水深 2.0m，超高 0.4m 分离室的容积 V=（ Q+Qr） T/60 =(10+4)25/60= 5.83 (m3) 分离室的面积 S=5.83/2=2.92 (m2) 采用矩形结构，长 L：宽 B=2.5： 1 则 B=（ 2.92/2.5） 0.5=1.08 (m) L=1.082.5=2.7 (m) 取 B=1m,L=2.7m,则分离室的实际面积 Sf=2.7 (m2) 水流水平流速 v=(2.71000)/(2560)=7.8 (mm/s) 分离室的表面水力负荷 q=(10+4)/2.7=5.19 m3/(m2h) （ 2） 分离室出水方式及集水槽 采用开孔墙出水，出水口距底 20cm ，出水口宽度 100mm;外设集水槽，集水槽宽 150mm，深 150mm，槽底坡度 1%，中间排水，排水管直径 100mm。进入集水槽的出水墙高度 h的计算： 出流速度 v=0.94 29.8(2 -h)0.5 过水面积 S=1.5（ 2-h） 表 3-3 TS型 溶 气释放器性能表 型号 规格尺寸 接口尺寸 不同压力下的流量（ m3/h） 作用范围 Dg(mm) Dg(mm) 98(kPa) 196(kPa) 294(kPa) 490(kPa) （ cm） TS-78- 15 15 0.25 0.32 0.38 0.45 25 TS-78- 25 20 0.52 0.70 0.83 1.00 35 TS-78- 32 25 1.01 1.30 1.59 1.91 50 TS-78- 40 25 1.68 2.13 2.52 3.10 60 TS-78- 50 40 2.34 3.47 4.00 4.92 70 由 Vs=Q， 得出 h=1989 (mm) （ 3） 排渣 方式及集渣室 采用桥式刮渣机刮渣，集渣室的宽度 300mm，侧向出渣，底部一端深度150mm，排渣端深度 200mm，排渣管直径 100mm，污泥直接排到干化池。 行车速度 5 6 m/min。 （ 4） 接触室 取接触时间 t=5min，有效水深 h=2.0m，则 体积 V =(Q+Qr)5/60 =145/60=1 .17 (m3) 面积为 S =1.17/2=0.585 (m2) 与浮选池连在一起，接触室的长度等于浮选池的宽度，则接触室的长度L=1 m，宽度 B=0.585 m。 长度不变，宽度取 B=0.6 m。 浮选室与接 触室作为一体，池体采用钢制结构，钢板厚为 8mm，内涂防锈漆。 6、 7、 14 、 20 3.3.4 反应室 取反应时间 t=5min,则容积 V为： V=Q t/60 =105/60=0.83 (m3) 取长度 L=1m，水深 2.0m 则面积 S =V/2=0.83/2=0.415 (m2) 宽度 B=0.415/1=0.415 (m) 反应室采用钢结构，内涂防锈漆，反应内设一折板，以减少短流，废水从底部经一根直径 100mm的水管流入接触室，接触室内的管段上等距离地开6个 37mm孔径的小孔出水。 6、 7、 14 、 20 反应室的结构示意图如 图 (见图 3.3)： 3.3.5 清水池 清水池是供回用水和气浮加压溶气水所用，按泵量 5min计， 则容积为 V=14 5/60=1.67m3。 回流水管距底部 20cm，管径 50mm； 回用水管距底部 30cm ，管径 80mm； 溢流口距顶部 20cm，溢流管直径 100mm,溢流管出水直接排到排放口； 底部设排空管，排空管直径 50mm； 清水池尺寸： L B H=1000 1000 1700。 清水池采用钢制结构，内涂防锈漆，其示意图见图 3.4。 6、 7、 14 、 20 3.4 气浮装置示意图 见附图。 4.建议和体会： 溶气气浮是经典的工艺，具有效果稳定的特点。经过几十年的发展，主要在溶气水释放器上有较多改进。此工艺的缺点是能耗大，流程相对较长，操作相对较复杂。目前已有被微细气浮取代的迹象。微细气浮是利用机械原理在水中喷气，气泡粒度几乎可达到溶气水气泡的粒径。但是，该技术目前进水 放空 进接触室 图 3.3 反应室示意图 回用水管（ 50） 用水管（ 80） 溢流管（ 100） 放空管（ 50） 图 3.4 清水池示意图 仅为少数有技术实力的大公司控制。建议以后注意这方面的技术积累和技术开发 10。 致 谢 本设计是在杜国勇老师的悉心指导下顺利完成的。在设计工作中，杜老师不仅对存在的 问题给予及时的解答，更注重对我们思考及动手能力的提高，在此表示深深的感谢。 在设计工作中刘宇程老师也给予了具体的指导和帮助。最后，对给予支持和帮助的老师和同学们一并表示诚挚的谢意 ! 参考文献 1 张金波，傅少斌，曾玉彬 油田采出水回注处理技术进展 J 工业水处理 2000.20（ 10） 5-8 2乔玉芬 含油废水处理及回注系统综合治理建议 石油规划设计 1998.9（ 2） 1-4 3国家环境保护局