除油基本工艺方法设备

除油基本工艺方法设备 西南石油大学化工学院杜国勇 含油污水的来源 1 石油开采及加工工业2 固体燃料热加工3 纺织工业中的洗毛废水4 轻工业中的制革废水5 铁路及交通运输业6 屠宰及食品加工7 机械工业中车削工艺中的乳化液其中石油工业及固体燃料热加工工业排出的含油废水为主要来源 含油污水的危害 油污染的危害主要表现在对生态系统 植物 土壤 水体的严重影响 油田含油废水浸入土壤孔隙间形成油膜 产生堵塞作用 致使空气 水分及肥料均不能渗入土中 破坏土层结构 不利于农作物的生长 甚至使农作物枯死 含油污水进入水体会在水面形成油膜 阻碍水体的复氧 造成水体溶解氧不足而引起水质恶化 水生动植物死亡等 油田含油污水的特点 含油污水中含有原油 悬浮物 各种盐类 有机物 无机物及微生物等 含油污水具有如下特点 水温较高 矿化度较高 含有大量的细菌特别是SRB TGB 表面张力大 残存有化学药剂及其他的杂质 含油污水中的油的形态 含油污水中的油一般以4中形态存在 1 悬浮油粒径一般在100 m以上 易浮于液面形成油膜或油层2 分散油油珠粒径一般为10 100 m 以微小油珠悬浮于溶液中 不稳定 静止一段时间以后往往形成浮油3 乳化油油珠粒径小于10 m 一般为0 1 0 2 m 当溶液中含有表面活性剂时 油珠往往形成稳定的乳化液4 溶解油油珠粒径比乳化油油珠小 可以小到几纳米 是溶于溶液的油微粒 除油基本方法 1 物理法主要包括除油罐除油 斜板除油 粗粒化除油 气浮除油等 2 化学法投加破乳剂絮凝剂除油 化学氧化等 3 物理化学法通过过滤 吸附等工艺除油 4 生化法 一 物理法除油 1 重力沉降法除油重力沉降法也叫自然除油法 它是根据油和水的密度不同利用油和水的密度差使油上浮 达到油水分离的目的 基本原理自然除油的原理认为油珠颗粒是在理想状态下进行重力分离的 即假定过水断面上各类的水流速度相等 且油珠颗粒上浮时的水平分速度等于水流速度 油珠颗粒是以等速上浮 油珠颗粒上浮到水面即被去除 由斯托克斯公式可知 若污水中的油珠颗粒直径 污水密度 油的密度和水温一定时 则油珠颗粒的浮升速度也为定值 除油效率与油珠颗粒的浮升速度成正比 与表面负荷率成反比 自然除油的设备有自然除油罐 立式除油罐 和平流隔油池 1 1 立式除油罐 含油污水经进水管流入罐内中心筒 经配水管流入沉降区 水中粒径较大的油粒在油水相对密度差的作用下首先上浮至油层 粒径较小的油粒随水向下流动 在此过程中 一部分小油粒由于自身在静水中上浮速度不同及水流速度梯度的推动 不断碰撞聚结成大油粒而上浮 无上浮能力的部分小油粒随水进入集水管 经出水系统流出除油罐 油田含油污水处理统汁资料表明 若除油罐进水中含油量不超过5000mg L 自然除油的去除率可达95 以上 立式除油罐之所以具有很高的含油去除率 取决于罐内特定的油水运动过程 1 上向流速推动浮升过程 2 对流碰撞聚结过程 3 油层过滤过程 1 2平流式隔油池 平流式隔油池与立式除油罐在油水运动规律上有相同之处 不同之处最明显莫过于油水运动方向间的差异 在平流式隔油池中 水流动方向与油滴在静水中浮升方向互相垂直 油滴在浮升过程中随水流向前漂移 其运动轨迹是一条向上倾斜的直线 1 3斜板除油罐 基本原理斜板除油是目前最常用的高效除油方法之一 其基本原理是 浅层沉淀 又称 浅池理论 这种理论忽略了紊流 进出口水流的不均匀性 油滴颗粒上浮中的絮凝等因素 认为油滴是在理想状态下进行重力分离的 即假定 过水断面上各点的水流速度相等 且油珠颗粒上浮时的水平分速度等于水流速度 油滴颗粒是以等速上浮的 油滴颗粒上浮到水而即被去除 假设除油设备的高度为H 油滴颗粒分离时间为t 则表面负荷率可表示为Q A H t 将其代入分离效率公式 可得 在其他条件相同时 除油设备的分离高度越小 油滴颗粒上浮到表面所得要的时间就越短 因此在油水分离设备中加设斜板 增加分离设备的工作表面积 缩小分离高度 从而可提高油滴颗粒的去除效率 斜板除油装置可分为立式和平流式两种 一般常用的是立式斜板除油罐 立式斜板除油罐的结构型式与普通立式除油罐基本相同 其主要区别是在普通除油罐中心反应筒外的分离区一定部位加设了斜板组 如图 含油污水从中心反应简出来之后 先在上部分离区进行初步的重力分离 较大的油滴颗粒先行分离出来 然后污水通过斜板区 油水进一步分离 分离后的污水在下部集水区流入集水管 汇集后的污水由中心柱管上部流出除油罐 在斜板区分离出的油滴颗粒上浮到水而 进入集油槽后由出油管排出到吸油装置 斜板材质应是在污水中长期浸泡不软化 不变形 耐油 耐腐蚀的材料 目前常用的材料有聚氯乙烯和不饱和聚酯玻璃钢 2 粗粒化除油 2 1 粗粒化除油机理当含油污水通道一个装有填充物的装置时 污水中的油滴会由小变大 这一过程就称为粗粒化 所用的填充材料称为粗粒化材料 经过粗粒化后的污水 其含油量与污油性质并没有发生变化 只是更容易用重力分离法将油除去 关于组粒化的机理 大体上有两种观点 即 润湿聚结 和 碰撞聚结 润湿聚结理论建立在亲油性粗粘化材料的基础上 当含油污水流经由亲油性材料组成的粗粒化床时 分散油滴便在材料表面湿润附着 这样材料表面几乎全被油包住 再流来的油滴也更容易润湿附着在上面 因而附着的油滴不断聚结扩大并形成油膜 由于浮力和反向水流冲击作用 油膜开始脱落 于是材料表面得到一定更新 脱落的油膜到水相中仍形成油滴 该油滴粒径比聚结前的油滴粒径要大 从而达到粗粒化的目的 碰撞聚结理论建立在疏油材料基础上 无论由粒状的还是纤维状的粗粒化材料组成的粗粒化床 其空隙均构成互相连续的通道 犹如无数根直径很小 相互交错的微管 当含油污水流经该床时 由于粗粒化材料是疏油的 两个或多个油滴有可能同时与管壁碰撞或互相碰撞 其冲量足可以将它们合并为一个较大的油滴 从而达到粗粒化的目的 无论是亲油的还是疏油的材料 两种聚结都是存在的 只是前者以 润湿聚结 为主 但也有 碰撞聚结 原围是污水流经粗粒化床时 油摘之间也有碰撞 后者以 碰撞聚结 为主 它们也有 润湿聚结 原因是当疏油材料表而沉积油泥时 该材料便有亲油性 自然有 润湿聚结 现象 因此无论是亲油材料或是疏油材料 只要粒径合适 都有比较好的粗粒化效果 粗粒化材料组粒化材料选择原则为 耐油性能好 不能被油溶解或溶涨 具有一定的机械强度 且不易磨损 不易板结 冲洗方便 一般用亲油性材料 尽量采用密度大于1的材料 选样价格便宜 加工运输方便的材料 粒径3 5mm为宜 2 2粗粒化除油装置 粗粒化除油装置有分建式及合建式两种 3 气浮除油 气浮就是在含油污水中通人空气 或天然气 或设法使水中产生气体 有时还需加入浮选剂或混凝剂 使污水中颗粒为0 25 25 m的乳化油和分散油或水中悬浮颗粒粘附在气泡上 随气泡一起上浮到水面上并加以回收 从而达到合油污水除油除悬浮物的目的 与自然沉降法相比 气浮法具有以下特点 由于气浮法的表面负荷有可能高达12m3 m2 h 水在池中停留时间只需10 20min 而且池深只需2m左右 故占地面积小 节省基建投资 气浮池具有预曝气作用 出水和浮渣都含有一定量的氧 有利于后续处理或再利用 泥渣不易腐化 对那些很难用沉降法处理的含油污水 气浮法处理效率高 出水水质好 气浮法的缺点是电耗较大 处理每吨污水要比沉降法多耗电约0 02 0 04KW H 气浮过程包括气泡产生 气泡与油滴附着 以及上浮分离等连续步骤 实现气浮法分离有两个必要条件 第一 必须向水中提供足够数量的微细气泡 气泡理想尺寸为15 30 m 第二 必须使污汉物呈悬浮状态或具有疏水性质 从而附着于气泡上浮升 当污水中有气泡存在时 悬浮的油滴或颗粒都能黏附上去 它们能否与气泡黏附取决于水对该种颗粒的润湿性 容易被水润湿的物质称为亲水性物质 反之为疏水性物质 当颗粒润湿性很好时 颗粒不易与气泡黏附 不能用气浮法除去 当颗粒润湿性很差时 颗粒易与气泡黏附适宜用气浮法去除 乳化油属疏水性颗粒 其本身相对密度又小于1 因而特别适宜用气浮法进行分离 含油污水处理常采用气浮法 按气泡产生方式的不同 可分为充气气浮 溶气气浮等 3 1充气气浮充气气泞是采用扩散板或微孔管直接内气浮池中通入压缩空气 或借水泵吸水管吸入空气 也可以来用水力喷射器 高速叶轮等向水中充气 形成的气泡直径大约为1000 m 1 射流气浮由喷嘴射出的高速水流被吸入室内形成真空 并从吸气管吸人空气 气水混合物在喉管内进行激烈的能量交换 空气被粉碎成细微的气泡 进入扩散段后 动能转化为势能 近一步压缩气泡 增大了空气在水中的溶解度 随后进入气浮池 2 叶轮气浮叶轮高速旋转时 盖板下方形成负压 空气从进气管进入 污水由盖板上的圆孔进入 在叶轮的搅动下 空气被粉碎成细小的气泡 并与水充分混合后一起被导向叶片甩出再经过整流板稳流后 在池体内垂直上升 进行气浮 形成的泡沫不断被缓慢转动的刮沫板刮出他外 这种气浮设备适用于处理水量不大 但含油量较高的污水 其除油率一般在80 左右 叶轮直径多为200 400mm最大不超过600 700mm 转速多采用900 1500r min 圆周线速度为10 15m s 气浮池的充水深度与吸气量有关 一般为1 5 2m 不超过3m 3 2溶气气浮 溶气气浮是使空气在一定压力下溶于水中呈饱和状态 然后使含油污水压力骤然降低 这时空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮 用这种方法形成气泡的直径只有80 m左右 并且可以人为地控制气泡与污水的接触时间 因而净化效果比充气气浮好 应用也更为广泛 溶气气浮可以分为两种方式 一种是空气在常压或加压下溶于水中 而在负压下析出 称为溶气真空气浮 另一种是空气在加压下溶于水中 而在常压下析出 称为加压溶气气浮 后者广泛用于含油污水的处理 通常作为隔油后的处理和生化处理前的顶处理 不论何种溶气气浮流程 其主要设备有加压泵 溶气罐 减压阀和气浮池 加压泵的作用一是提升污水 二是对水气混合物加压 溶气罐是一个密封的钢罐 为了防止短路 使水气充分接触 罐内常设水平或垂直的隔板若干块 或在罐内填充瓷环 罐顶设排气阀排除多余的空气 罐底设放空阀 用来排空溶气罐 水气混合物在罐内在停留时间通常为2 3min 减压阀的作用是保持溶气罐出口压力恒定 从而控制出罐后气泡的直径和数量 气浮池的构造与隔油池相似 通常采用平流式 在处理含油污水时 气浮池是隔油池的后续处理设备 所以池中不必再设集泥装置 加压溶气气浮有全部进水加压 部分进水加压和部分回流水加压三种基本流程 1 全加压溶气气浮流程 2 部分加压溶气气浮流程 二 化学法除油 4 1乳化物及破乳油田合油污水中由于有乳化剂的存在并搅拌激烈 油滴表面便形成了一层稳定的薄膜 油和水不会完全分层 污水形成了不透明的乳状掖 当分散的液滴是油滴时叫水包油型乳状液 以O W表示 当分散的液滴是水滴时叫油包水型乳状液 以W O表示 油田含油污水主要是水包油型乳状液 乳状液形成主要是由于下列原因1 充分搅拌2 污水中乳化剂的作用表面活性剂 固体粉末常用的破乳方法有 1 化学法加破乳剂 混凝剂或加酸 碱调整pH值等 2 加热法水温在70 80 时 可达到很好的破乳效果3 电泳法乳化油在电场作用下 可中和油滴的负电荷压缩双电层 达到很好的破乳效果 4 过滤法对处理以粉末为乳化剂的乳化油尤为有效 对油田含油污水处理最常用的最有效的方法是向水中投加絮凝剂进行破乳 4 2絮凝目前常用的絮凝剂有无机多价金属盐类和高分子聚合物两人类 前者主要有铝盐和铁盐 后者主要有聚丙烯酰胺等有机高分子化合物 投加絮凝剂可以加速水中胶体颗粒絮凝成大颗粒 其作用机理的解释有以下几种 压缩双电层与电荷中和作用 高分子絮凝剂的吸附架桥作用 絮凝的卷扫沉淀作用 影响絮凝的因素1 污水水质的影响浊度 pH值 水温及共存杂质2 絮凝剂的影响絮凝剂种类 投加量和投加顺序都会对絮凝效果产生影响3 水力条件的影响搅拌强度和搅拌时间整个絮凝过程包括絮凝剂的配制与投加 混合 反应 沉淀几个步骤 溶药池空气搅拌溶药设备 机械搅拌溶药设备 絮凝反应设备有机械搅拌和水力搅拌两种 机械搅拌反应池用隔板分为2 4格 每格装一搅拌叶轮 叶轮有水平和垂直两种 水力搅拌反应池类型也较多 主要有隔板反应池 旋流反应池 涡流式反应池等 其中在污水处理中用的较多的是隔板反应池 油田合油污水站不设单独的反应构筑物 都是反应与沉淀合建在一座立式混凝除油罐内 反应部分有两种 1 旋流式中心反应筒2 涡流式中心反应筒 4 3化学氧化化学氧化是指利用强氧化剂氧化分解污水中油和COD等污染物质以达到净化污水的一种方法 1 空气氧化法空气氧化法以空气为氧化剂 是一种简单 经济的处理方法 2 湿式氧化法湿式氧化是指高温高压下利用空气氧化污水中有机物和还原性无机物 高温指温度大丁180 高压是指压力大于5MPa 现在发展的超临界湿式氧化 水的温度在其临界点以上 其操作压力已达到43 8MPa 3 臭氧氧化法4 氯氢化法常用的含氯药剂有液氯 漂白粉 次氯酸钠 二氧化氯等 5 H2O2氧化法6 Fenton试剂氧化法过氧化氢与催化剂Fe2 构成的氧化体系通常称为Fenton试剂 H202和FeSO4按一定的比例混合得到氧化性极强的药剂 处理含油石水时不仅有氧化作用 而且还有絮凝作用 三 物理化学法除油 吸附法是用含有多孔的固体物质 使水中汕分和其他污染物被吸附在固体孔隙内而去除的方法 常用的吸附剂有活性炭和大孔吸附树脂等 活性炭是用木质 煤质 果壳 核 等含碳物质通过化学法活化或物理法活化制成的 它有非常多的微孔和巨大的比表面积 因而具有很强的物理吸附能力 能有效地吸附水中的油分和其他有机污染物 市售的活性炭有粉末活性炭 不定形颗粒活性炭 圆柱形活性炭 球形活性炭四种 活件炭的特性活性炭的物理特性主要指孔隙结构及其分布 在活化过程中晶格间生成的孔隙形成各种形状和大小的微细孔 因而构成巨大的吸附表面积 所以吸附能很强 良好活性炭的比表而积一般在1000m2 g 细孔一般总容积可达0 6 1 18mL g 1 0 104nm 活性炭的吸附能力以物理吸附为土 但也进行一些化学选择性吸附 这是由于在制造过程中还形成部分表面氧化基团 使炭具有一定极性所致 活性炭吸附器活性炭吸附器型式较多 按炭床形式可分为固定床 膨胀床和移动床三种 按水流方向可分为上向流式和下向流式 一般固定床多用下向流 而膨胀床为上向流 移动床可用上向流或下向流 按枝体承受的压力可分为重力式和压力式两种 固定床吸附装置构造类似快滤池 当活性炭吸附污染物达到饱和时 把容器中失效的活性炭全部取出 更换新的或再生的话性炭 膨胀床吸附装置 水流自下而上通过炭层 使活性炭体积大约膨胀10 膨胀床内水流阻力增加缓慢 不需要领繁地进行反冲洗 因而具有校长时间连续运转的优点 但因炭层底郎污染严重 与下向流相比 活性炭的冲洗因难得多 移动床有吸附剂连续移动和间歇移动两种形式 通常的移动床是指间歇移动吸附装置 水从上向流或下向流通过固定床炭层 运行一定时间后 停止进水 按与水流相反的方向将炭移动排出 排出量一般为总量的2 10 同时 把新的或再生的炭补充到炭层内 在实际生产中 目前广泛使用的是固定床吸附装置 压力式吸附装置的结构形式与压力过滤器类似 它既可做成申纯的吸附器 也可与细滤料组合成吸附过滤器 两者均可除去有机物 又可过滤右除悬浮固体 四 生化法除油 在含油污水处理过程中 净化污水的微生物主要是细菌 真菌 藻类 原生动物等 BOD5和COD是污水生物处理过秤中常用的两个水质指标 用BOD5 COD值评价污水的可生化性是广泛采用的一种最简易的方法 在一般倩况下 BOD5 COD值愈大 说明污水可生物处理性愈好 4 1活性污泥法活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理含油污水的好氧生物的处理方法 这种生物絮体叫做活性污泥 它由好氧性微生物及其代谢的和吸附的有机物 无机物组成 具有降解水中油分和其他有机污染物的能力 各种活性污泥系统1 普通活性污泥法以推流式曝气池为核心2 渐减曝气法系统和逐步曝气法系统3 吸附再生法系统 4 2生物膜法生物膜法属于好氧生物处理方法 利用围着固体介质表面的微生物来净化有机物的 也称为生物过滤法 生物膜法具有以下儿个特点 附着于固体表面上的微生物对污水水质 水量的变化有较强的适应性 和活性污泥法相比 管理较方便 由于微生物附着于固体表面 即使增殖速度慢的微生物也能生存 从而构成了稳定的生态系统 高营养级的微生物越多 污泥量就越少 一般认为 生物过滤法比活性污泥法的剩余污泥量要少 根据生物膜与污水的接触方式及接触介质的种类 生物膜法可分为以下三类 润壁型生物膜法 污水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过 如生物滤池和生物转盘等 浸没型生物膜法 接触滤料固定在曝气池内 完全浸没在水中 在鼓风曝气作用下 依靠滤料上的生物膜净化污水 如接触氧化法 流动床型生物膜法 使附着有生物膜的活性炭 砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池内 4 3生物滤池生物滤他主要由滤料 池壁 池底 布水设备和排水系统组成 生物滤池一般构造如图 常用的可动式布水装置是旋转布水器 它由进水竖管和可旋转的布水横管组成 竖管是固定不动的 它通过轴承和外部配水短管相连 横管上开有布水小孔 可用电力驱动和水力驱动而旋转 4 4塔式生物滤池塔式生物滤池是一种池身较高 高负荷运行的生物滤池 出于池身加高 需增大通风量 从而提高了滤池的处理能力 塔式滤池犹如几个单层的普通生物滤池串联运行 塔式生物滤池一般采用焦炭 炉渣 碎石等作滤料 为了增大滤料表面积 提高处理能力 减少质量及造价 也可采用蜂窝状 波纹状的塑料人工滤料 人工滤料结构均匀 有利于布水和通风 由于轻质滤料的采用 使生物滤池平面尺寸可以扩大 由塔式向高层建筑发展 4 5生物转盘生物转盘又称旋转式生物反应器 它是由盘片 接触反应槽 转轴和驱动装置等部分组成 盘片成组串联在转轴上 转轴支承在半圆形反应槽两端的支座上 距槽中水面10 25cm 由电机带动旋转 转盘约有40 浸没在槽内的污水内 生物转盘系统布置形式生物转盘系统污泥不需回流 其工艺流程比较简单 它的布置形式一般分为单轴单级 单相多级和多轴多级 4 6厌氧生物处理厌氧生物处理是在无氧的条件下 利用兼性菌和厌氧菌分解有机物的一种生物处理方法 厌氧生物处理技术适用于高浓度和中等浓度含油污水的处理 含油污水的厌氢生物处理方法1 厌氧悬浮生长系统处理技术1 厌氧接触法此法又称厌氧活性污泥法 2 升流式厌氧污泥床法 UASB法 升流式厌氧污泥床法一般不适用与高浓度悬浮固体污水 进水的总悬浮固体应控制在500mg L以下 2 厌氧附着生长系统处理技术1 厌氧滤池2 厌氧膨胀床和厌氧流化床 3 厌氧塘厌