林丹开题报告最终

1、毕业设计（论文）开题报告 课题名称：一体化含油废水设备的设计班 级： 环境科学0901班 学 号： 0909020122 姓 名： 林 丹 指导教师： 李 政 2013 年 03 月 27 日一、文献综述（一） 课题背景和选题依据含油废水是一种量大面广的工业废水1，它来自钢铁、机械、石油化工和油的运转，产生于石油的开采、加工、运输过程中，也产生于各用环节，随着我国工业的快速发展，含油废水的排放量逐年增加，成分也日趋复杂。据统计，从2000年到2004年2，我国污水排放总量从415亿t增长到482亿t，年均污水排放增长率为3.8%，其中工业废水约占46%。其若直接排入水体，因其表层的油膜会阻碍氧

2、气融入水中，从而致使水中缺氧、生物死亡、发出恶臭，严重污染环境3。因此，含油废水的处理关系到企业的发展和人们的健康。工业废处理中除油主要采用以下方法去除油污4：（1）物理法：采用重力分离去除浮油，自然沉降混凝沉降过滤出水；（2）化学法：去除分散油；（3）气浮法：去除污水中颗粒，粒径为0.2525µm的乳化油和分散油以及悬浮颗粒，含油污水气浮装置过滤出水；（4）旋流分离技术：去除浮油（将密度较小的油滴从水中分离出去），含油污水旋流分离器过滤出水。由于上述方法各有其局限性，在实际应用中通常是两三种方法联合使用，几种处理装置结合起来形成一体化处理设备。一体化处理设备，由于其投资少，运作和管

3、理方便，费用低，从而缓解了水处理行业对水处理设备的资金压力。一体化废水处理设备逐渐成为水处理中一个新的研究热点。（二） 论文研究的意义2. 1 含油废水处理的意义：（1） 如果含油废水不合理回注和排放5，不仅使地面设备不能正常工作，而且会因地层堵塞而带来危害，同时也会造成环境污染，影响油田安全生产。因此，必须合理地处理利用含油废水。另外，随着油田注水的进行带来了两大问题：一是注水的水源问题人们希望得到供水量大而稳定的水源；二是原油含水量不断上升，含油废水量越来越大，废水的排放和处理是个大问题。在生产实践中，人们认识到油田废水回注是合理开发和利用水资源的正确途径。（2） 由于工业的迅速发展和城市

4、人口的增加，生活用水和工业用水量急剧增加，因此不少国家颇感水源不足。解决水源缺乏的办法之一是提高水的循环利用率。油田废水经处理后代替地下水进行回注是循环利用水的一种方式。如果废水处理回注率是100，即不管原油含水率多高，从油层中采出的水全部回注，那么注水量中只需要补充由于采油造成地层亏空的水量便可。2.2 一体化废水处理的优越性一体化处理设备是一个集几种处理功能为一体的设备，目前一体化装置已经成为生活污水处理、工业废水处理的过程中采用的主要设备。一体化含油废水处理设备以可靠、方便、先进为目的，利用配套装置协调控制，可以达到出水水质稳定。（1） 减少资金投入：一体化废水处理设备基本上可以满足生活

5、小区以及中小企业的废水处理要求，具有投资少、见效快、操作简单、不需对操作人员进行专门培训等优点。对国内企业来说，不失为一种合理的废水处理方法。（2） 节约建筑空间：大型的污水处理厂或车间需要占用大量的建筑面积，增加企业负担。一体化设备则不需用大量土地，许多设备可以采用地埋式，节约了空间，同时也不会对生活区或者景区造成景观破坏。（3） 合理回用废水：随着生活和工业用水的逐渐增多，水资源的匮乏是人类必须面对的重大问题。未经过处理的废水直接排放到自然中造成严重的环境污染。处理后的废水大部分可以重新利用，节约了水资源。一体化设备由于不需要大规模的管道布置，可以更加灵活地布置水回用节点，较大型传统的水处

6、理设备更具优势。（4） 集成水处理技术：一体化废水处理设备实现了废水处理技术的集成化，使原本单一的技术集成到一个设备中。随着国家和企业对废水处理要求的逐渐提高，一体化设备的集成度也会越来越高，将推动废水处理技术的进步。（三） 模型的研究现状及进展3.1 含油废水处理方法的研究现状及进展3.1.1 重力分离法重力分离法是典型的初级处理方法，是利用油和水的密度差及油和水的不相溶性，在静止或流动状态下实现油珠、悬浮物与水分离。分散在水中的油珠在浮力作用下缓慢上浮、分层，油珠上浮速度取决于油珠颗粒的大小，油与水的密度差，流动状态及流体的粘度。它们之间的关系可用Stokes和Newton等定律来描述6。

7、3.1.2 膜分离法膜法是近20年来发展起来的一种新的分离技术7，主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透，均是利用液液分散体系中的两相与固体膜表面亲和力的不同，达到分离目的。近年来，膜法处理含油废水技术发展很快，新型膜特别是功能高分子有机膜的研制与开发使膜法处理含油废水技术趋于成熟。膜分离技术用于废水处理具有能耗低、效率高和工艺简单等特点。膜组件简洁、紧凑、易于自动化操作、维修方便，与其他废水处理方法相比具有明显的优势，所以在废水处理中已受到特别的青睐。但膜分离自身有一些缺点：如热稳定性差、不耐腐蚀、膜易被污染。3.1.3 气浮除油工艺气浮除油原理主要是利用油水间表面张力大于油气间表面张力，油疏水而

8、气相对亲水的特点，将空气通入污水中，同时加入浮选剂使油粒粘附在气泡上，气泡吸附油及悬浮物上浮到水面从而达到分离的目的，气浮法主要去除的是残余浮油和不含表面活性剂的分散油，气浮除油工艺是在20世纪90年代从国外引进污水处理装置的基础上，结合国内各油田生产实际需求而发展起来的，在炼化含油污水处理中应用较多，实际工艺中取代混凝沉降设施。3.1.4 粗粒化法粗粒化法是利用油、水两相对聚结材料亲和力相差悬殊的特性，油粒被材料捕获而滞留于材料表面和孔隙内形成油膜8，油膜增大到一定厚度时时，在水力和浮力等作用下油膜脱落合并聚结成较大的油粒。由斯托克斯公式可知,油粒在水中的浮升速度与油粒直径的平方成正比。聚结

9、后粒经较大的油珠则易于从水中被分离。经过粗粒化的废水，其含油量及污油性质并无变化，只是更容易用重力分离法将油除去。3.1.5 离心分离法离心分离技术是利用快速旋转产生的离心力，使密度大的水沿环状路径流向外侧，密度小的油集中到内圈，聚并成大的油珠而上浮进一步分离。分离效率随转速而提高，若采用超高速离心机，可分离水中的乳化油。旋流分离含油废水技术的应用研究起源于英国Southpton大学，1985年首次成功运用于英国北海油田的含油废水处理9。1989年，我国引进美国Amoco石油公司旋流分离器技术，在南海油田污水的处理上得到应用。由于旋流油水分离器的优点，目前国内外正进一步致力于对这一技术的研究和

10、开发之中10-12。3.1.6 生物氧化法生物氧化法是利用微生物的生物化学作用使废水得到净化的一种方法。油类是一种烃类有机物，可以利用微生物的新陈代谢等生命活动将其分解为二氧化碳和水。含油废水中的有机物多以溶解态和乳化态存在，BOD5较高，利于生物的氧化作用。对于含油质量浓度在3050 mg/L以下、同时还含有其他可生物降解的有害物质的废水，常用生化法处理，主要用于去除废水中的溶解油。含油废水常见的生化处理法有活性污泥法、生物过滤法、生物转盘法等。活性污泥法处理效果好，主要用于处理要求高而水质稳定的废水。生物膜法与活性污泥法相比，生物膜附着于填料载体表面，使繁殖速度慢的微生物也能存在，从而构成

11、了稳定的生态系统。但是，由于附着在载体表面的微生物量较难控制，因而在运转操作上灵活性差，而且容积负荷有限。3.1.7 EPS油水分离技术EPS油水分离器是一种高效、先进的油水分离装置。它融合了当今先进的板式除油和粗粒化聚结技术，集污水的预处理、油水分离以及二次沉淀和油的回收于一体；具有安装运行费用省、油水分离效果好、操作维护容易等特点，是立式除油罐、斜板除油装置（如美国石油协会的除油装置（API）、波纹板斜板除油装置（CPI）、平行斜板除油装置（PPI）等的更新替代产品）。EPS油水分离器目前已在韩国、美国、波兰、印度、泰国、中国等国家有了实际的应用，污水处理效果普遍良好。3.2 一体化含油废

12、水处理设备研究发展从七十年代开始13，我国石油部门广泛采用了斜板或波纹板隔油池，以提高隔油池的效率及及减少停留时间。根据重力差条件不同，选用隔油池，粗粒化设备，浮选设备。随着社会经济的发展，环境污染问题越来越不容忽视，含油废水处理的工艺和装置更加需要不断的发展更新。目前，国内外废水处理设备朝着小型化的方向发展14，一体化废水处理设备应运而生。在欧美、日本等国家和地区一体化废水处理设备已经广泛应用于城市生活用水处理和工业用水处理。如日本的小型净化槽技术以及其他一系列结合生物膜技术的一体化设备15-16。我国在这方面也取得了较大的成绩，出现了许多一体化处理设备。如油田为避免造成水源土壤污染，对采油

13、废水进行处理，并用于回用。应用的采油污水处理有重力沉降分离、气浮分离、化学混凝、粗粒化除油、旋流分离器、过滤和生化处理等技术。国内采用的基本工艺为：含油废水除油罐重力混凝除油过滤器注水罐生产注水。据了解17，长庆油田属典型的低渗透油藏，储层的孔喉半径较小，地层水矿化度较高，对注水水质有较高要求。为了丰富长庆油田的采出水处理工艺，针对其采出水矿化度大、区块分散和处理量较小等特点，引进和试验了多功能一体化采出水处理设备，并在现场取得了一定的处理效果。该多功能一体化处理设备主要由含油污水处理装置和多功能一体化油田水处理器组成，其中含油污水处理装置主要是防止高浊污水对后续装置的滤层的堵塞，以延长滤层有

14、效工作时间，同时内设电极化处理防止金属膜表面结垢，确保后续过滤装置的正常运行，去除浮油和泥砂并对水进行预氧化处理。国外很早就提出了废水处理设备一体化的概念。一体化设备可以在同一地点处理各种各样的废水，处理过程中各个步骤所需的设备具有普遍性，且是最具经济潜力的废水处理系统18。国外油田含油污水处理工艺与我国大体相同，主要也是除油和过滤两个阶段，多以气浮选、水力旋流器、高效聚结除油装置为主，此外还有利用机械离心、机械过滤、减压蒸馏、吸附等原理设计的传统式的油水分离装置。美国较常用的处理方法是气浮选除油19，过滤则按注入层渗透率高低采用粗过滤和精细过滤。比较典型的是Bakers油田含油污水处理站，该

15、站采用气浮选和两级过滤工艺。另外，还有美国帕若根工程服务公司研制出的三合一含油污水处理系统（TCC），该系统把聚结、沉降、旋流和气浮方法组合成一体，除油效率高达95以上。俄罗斯油田含油污水一般采用重力沉降方法，结合聚结、气浮选等工艺，以提高设备的除油效率。由巴斯基里亚石油科技设计院研制并在油田广泛应用的污水处理工艺流程为：含油污水首先进入聚结罐除油、除机杂，然后再进立式沉降罐沉降除油，罐内设置天然气喷嘴，采用气浮选除油。日本是一个污水处理率很高的的国家20，一体化污水处理装置在日本应用的十分广泛，而且已经形成了较为完善的技术评估体系。包括法律法规、保准体系和技术服务体系，关键技术核心就是一体化

16、污水处理装置评价系统。确保在一个标准环境下进行污水处理。参考文献：1 杨瑞洪. 含油废水处理技术的研究进展J. 工程技术与应用, 2010, 7(2): 31-332 董继先, 赵志明. 废水一体化处理设备的研究进展J. 轻工机械, 2006, 24(3): 154-1553 石德金, 马骋等. 含油废水处理技术的比较研究J. 北方环境, 2011, 23(8): 124-1254 罗彩龙, 朱琴. 国内油田含油污水处理现状与展望J. 石油和化工设备, 2010, 13(11): 54-55.5 于慧卿, 田苗等. 一体化设备在水处理中的研究及应用J. 化工之友, 2006, 11(4): 1

17、1-12. 6 崔志澄, 何为庆. 工业废水处理M. 北京冶金工业出版社. 1989, 67.7 吴伟立. 含油废水处理技术研究进展J. 大众科技, 2009, 1(82): 101-102.8 王学彬. 含油废水及其处理技术的研究进展J. 化工时刊, 2008, 22(11): 56-58.9Madian E. S., etal. Treating of Produced water for surface diseharge at the Arun Gas ondensate Field.SPE Intemation Symposium on Oilfild Chemistry, San

18、Antoio, Texas, USA. 1995: 28946.10 宋振东. 水力旋流器用于含油废水处理J. 中国有色金属学报, 1999, 9(3): 610-61411 贺杰. 膜在石油领域应用研讨会. 南京, 1997: 150.12Seureaul.J., etal. A three-hase SeParator for the removal of solid from produced water,SPE Annual Teehnieal Conference and Exhlbition, New Orleans. LA USA. 1994: 25-28.13 邓汉均. 含油废

19、水处理工艺及设备选择J. 水处理技术, 1988, 14(2): 115-120.14 李芳, 郭辉. 含油废水处理技术J. 油气田地面工程, 2008, 27(9): 69-70.15 Ham J. H., Yoon C. G., Jeon J. H. Feasibility of a construc-ted wetland and wastewater stabilisation pond system as asewage reclamation system for agricultural reuse in a de-cent ralised rural areaJ. Water

20、Sci Techno, 2007, 55(1/2): 503-511.16 Sari Luostarinena, Wendy Sandersb, Katarzyna Kujawa-Roeleveldb, etal. Effect of temperature on anaerobictreatment of black water in UASB-septic tank systems J. Bioresour Techno, 2007, 98(5): 980-986.17 张随望. 新型油田采出水处理设备在长庆油田中的应用. 石油天然气学报, 2012, 34(11): 318-320.18

21、 Hykan E. H. Optimize Your Wastewater Treatment J. Power, 1978, 122(12): 78-81.19 陈李斌. 国外油田含油污水处理技术现状与发展J. 中国石油和化工, 2005, 3(1): 38-40.20 白璐, 宋乾武, 等. 日本一体化污水处理装置评价系统J. 国外环保, 2011, 67(3): 67-69.二、研究内容1研究思路和主要研究内容 由于油田采出水的含油量随原油种类、工艺设备、操作条件、生产流程的不同而存在很大差异，如果只使用单一的处理方法，难以达到满意的效果。因此在实际应用中就必须选择合适的处理工艺。例如超

22、滤法处理工艺，虽能取得较好的处理结果，但由于膜成本高、管理水平有限，使得处理成本居高不下；加之膜质量不过关及现场水质波动较大等原因，常常造成设备堵塞，无法保证生产正常运行，CASS反应池建设费用低。省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备；运转费用省；有机物去除率高；管理简单，运行可靠，不易发生污泥膨胀；污泥产量低，性质稳定。斜板的放入，沉淀池水力半径大大减小，从而使雷诺数大为降低，而弗劳德数则大大提高，因此，斜板沉淀池也满足水流的稳定性和层流的要求。从而提高沉淀效果。研究内容：水解（酸化）工艺、生化法CASS工艺、沉淀池结合的一体化处理装置，为了确保粗粒化发挥，设计了利用陶瓷滤球进行小油珠

23、粗粒化工艺，该装置不会带来二次污染，处理效果好，经处理后的油田采出水能得到回用。 2拟采取的技术路线及详细的实验方案2.1 水解（酸化）的工艺设计水解池内分污泥床区和清水层区，待处理污水以及滤池反冲洗时脱落的剩余微生物膜由反应器底部进入池内，并通过带反射板的布水器与污泥床快速而均匀地混合。污泥床较厚，类似于过滤层，从而将进水中的颗粒物质与胶体物质迅速截留和吸附。由于污泥床内含有高浓度的兼性微生物，在池内缺氧条件下，被截留下来的有机物质在大量水解产酸菌的作用下，将不溶性有机物水解为溶解性物质，将大分子、难于生物降解的物质转化为易于生物降解的物质（如有机酸类）。经过水解后的污水的可生化性进一步提高

24、，通过清水区排出池外进入后续好氧系统进一步处理。由于上述原因以及水解酸化的污泥龄较长，所以在污水处理的同时，污泥得以稳定兼容。在水解酸化池中，主要以兼性微生物为主，另含有部分甲烷菌。水解酸化池中COD的降低，主要是由于微生物的生长过程中吸收有机污染物作为营养物质，以及大分子物质降解为有机酸过程中产生二氧化碳，同时还包括硫酸盐的还原、氢气的产生及少量的甲烷化过程等。水解（酸化）工艺下特点：该工艺着眼于整个系统的处理效率和经济效益，放弃了厌氧反应中甲烷发酵阶段利用水解、酸化作用使污水、污泥一次得到处理。整个过程中，因大量悬浮物水解成可溶性物质，大分子降解为小分子，因此工艺过程中有一系列不同于传统工

25、艺流程的特点。采用水解（酸化）池较之全过程的厌氧池或曝气。2.2 生化法的设计CASS工艺的核心为CASS池，其基本结构是：在SBR的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法中的二沉池和污泥回流系统，同时可连续进水，间断排水。CASS工艺的优势：建设费用低。省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省20%30%。工艺流程简单，污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池，布局紧凑，占地面积可减少35%；运转费用省。由于曝气是周期性的，池内溶解氧的浓度也是变化的，沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10%25%；有机物去除率高。出