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第11卷第4期1999年8月中国海上油气(工程)CHINAOFFSHOREOILANDGAS(ENGINEERING)Vbl.n,No.4Aug.,1999含油污水处理技术及设备高光才中海石油工程设计公司,天津塘沽,300452摘要对含油污水处理技术的发展和含油污水处理设备的现状作了介绍、分析,并展望了含油污水处理技术及设备的发展前景。关键词含油污水分离技术石油开采过程中所形成的含油污水成份比较复杂,一般以5种形式存在【`,2]:(1)悬浮油:油品粒径大于100拜m,以连续相浮于水面;(2)分散油:油品粒径在15一100拜m之间,主要以大小不等的油滴分散悬浮在水中,一般静置4h就会聚集上浮成浮油;(3)乳化油:油在水中成乳化状态,油滴粒径小于15脚,体系较稳定;(4)溶解油:油溶解在水中,一般为5一15grn·L一1;(5)油湿固体:油粘浮在颗粒表面上。各种含油污水必须经过处理达到排放标准才能排出。从生产实际考虑,含油污水分离技术主要集中在物理或物理化学过程中,包括浮升、聚结、气浮和吸附等方法,表1是各种含油污水处理技术的比较。本文就近年来含油污水处理技术的发展及设备现状作一简要的介绍。衰1各种含油污水处理技术的对比处理技术适用范围去除粒径加n优点缺点浮升与策结浮油、分散油60简单经济,效果稳定占地面积大,温度影响大气浮分散油、乳化油、油湿固体10效果较好、工艺成熟必须加入化学药剂,浮渣难处理吸附溶解油10脱除效率高操作麻烦,费用高砂滤乳化油10脱除效率高必须反冲洗,操作麻烦,只用于后处理离心分散油、乳化油10脱除效率高能耗大膜分离乳化油10可脱除细小油滴膜孔易堵塞,滤速低活性污泥溶解油10出水水质好操作费用高生物滤池溶解油10出水水质好基建费用高1孟力分离技术在重力分离过程中,对粒径d。的油滴来说,依,氏℃K卫5定律,其脱除效率,;与污水处理量Q、浮升截面积Ap、水和油的密度pw、p。及水的粘度产有关:甲i=18产Q从式(1)可以看出,脱油效率只刀、与油水的物理性质、油滴粒径dp和表面负荷QA/p离的强化集中在以下两个方面。1.,“浅池原理”(1)有关,因此油水分由于脱油效率,、只与油水的物性、油滴粒径和表面负荷有关,与油滴浮升高度无关,油水分离可采用多层板结构,增大浮升面积Ap,降低表面负荷QA/p,而且由于采用多层板结构,使当量直径减小,这样可在较大的流量下保持层流状态,有利于油水的分离。中国海上油气(工程)1999年此项技术的应用,在70年代末期有了很大的发展,多层板隔油池有平板、斜板、波纹板及“人”字形、蜂窝形、管状结构等各种形式,应用最为广泛的是斜板(管)隔油池。图1所示是斜板隔油池的主要结构,其主要内部构件为多层波纹板组成的斜置板组。含油污水在该隔油池板与板之间所形成的平行流道中流过,油滴上浮,在板下聚集并沿斜板向前移动,在斜板出口形成大油滴,浮至水面。由于流道当量直径较小,污水可在较高的处理量下保持层流状态,且具有较大的浮升面积,因而该隔油池除油效率较高。工业用的斜板隔油池,板长一般在2一4m,板间距在20一40mrn,倾角在30’一60。。采用多层板结构虽然缩小了板距,提高了脱油效率,但也带来了结构复杂、麻烦的问题,限制了分离的进一步强化。1.2聚结技术污水进口水出口图1斜板隔油池由Sr0CKES公式可以看出,随着油滴粒径的增大,脱油效果增强,因此可采用物理方法使油滴合并成较大的油滴,这就是聚结(或称粗粒化)方法,其原理是使含油污水通过表面亲油的固体物质所构成的填充床层,水中的细小油滴粘浮在填充床层的颗粒表面上,逐步积累,形成较大的油滴。当浮力超过表面张力时,大油滴就克服表面张力上浮。设填充床层的颗粒直径为dc,表面张力为。,则其形成的大油滴的粒径dp为当_「一一』立一一1`乃d。一L(尸w一尸。)娜若J(2)聚结过程处理含油污水技术在70年代初已开始应用,所用的床层聚结颗粒为球状和纤维状,近来有采用直立的型板的,如采用波纹板、多棱形板,也有采用直立的多孔管。一般来说,聚结床层所用的材料是表面亲油疏水的物质,油在固体表面的接触角应小于900,并且接触角越小,亲油润湿性越好。常用于含油污水聚结的材料有塑料、石蜡、不锈钢、无烟煤、活性碳等。聚结技术在含油污水中的应用受到3方面的限制:(1)流速不能太大,应保持层流,紊流时不但聚结不成较大油滴,反而使油滴分布更均匀;(2)须有必要的浮升分离空间,一般在聚结后应有多层板隔油池或分离罐;(3)需要定期反冲洗,这提高了投资和操作费用。克服多层板隔油和聚结除油不足的方法是将两种技术结合起来。美国QLJ(〕NTEK公司的聚结板油水分离器(CP)S就是典型的代表[’]。这种聚结板分离器的结构如图2所示,其主要._/、~曰谬`、~。~,’”、~~/,’一”H“曰谬~’子户n~“尸’J”产、一~进口构件为水平放置的聚丙烯波纹板组,板间距为13~或65一~,且波纹板的波纹方向与水流方向一致,而一般斜板或多层水平波纹板油水分离器的波纹方向与水流方向垂直,这是CPS油水分离器与一般多层板油水分离器在结构上的最大区别。针对CPS的缺点,石油大学发明了斜通道波纹板油水分离器和翼斜板油水分离器。油出口UUUUUUUUU{{{次分·……...IIIIIIIIIIIIIIlllllllIIIIIII.......二二二二.....,,lllllll.......lllll...lllllIII二二二二沉淀物排放沉淀物排放图2聚结板油水分离器(CPS)2气浮分离技术气浮分离技术的工作原理是用大量的小气泡与油滴粘浮,形成气泡一油滴聚合体,这些聚合体在浮力的作用下上升到液面,实现油水分离。污水处理多用溶气浮选。该操作的优点是脱除效率高,操作稳定;缺点是流程比较复杂,停留时间长(一般0.5一lh),设备庞大,操作麻烦。70年代末期,吸气浮选技术被用于污水处理,取得了较好的效果囚。wEMCO公司的叶轮吸气浮选机已被广泛应用,除油效果较好,其结构如图3所示;但叶轮浮选机制造、维修麻烦,能耗较高。为克服叶轮吸气浮选机的缺点,又出现了喷射浮选装置,如图4所示川。喷射浮选装置用液气射流泵代替旋转叶轮,这样可用一个水泵提供动力,大大节省了能耗,且制造、安第n卷第4期高光才:含油污水处理技术及设备装、维修方便,操作安全,具有很大的研究和应用前景。……’’’’’{{{〔〔〔)))、、、、、、、、、)))`````1一立管;2一叶轮;3一分散器;4一帽罩;5一吸人管;1一除沫室;2一外壳;3一除沫器;4一进气口;6一除沫器;7一气体入口;8一电动机;9一.油箱5一循环水管;6-喷嘴;7一分离室圈3叶轮吸气浮选装置图4喷射吸气浮选装置不论是溶气浮选还是吸气浮选,实施高效脱油除了有适宜的操作条件外,还必须有适宜的药剂。浮选所用的药剂一般有如下作用:(1)捕集;(2)破乳及絮凝;(3)起泡;(4)协同。一般情况下,无药剂或药剂选用不当,脱油效率只有70%一80%;而使用合适的药剂,脱油效率可达90%一95%;因此应当按照所处理水质及浮选形式的不同,采用多种药剂配方,筛选出适宜的药剂。另外,电化学一物理过程处理含油污水技术近年来也得到了重视。其过程是将电化学过程的产物用于污水的气浮分离或絮凝过程,所以又称为电浮选(electorflotation)或电絮凝(electorfloceulation),目的是脱除污水中的分散油和固体悬浮物。电浮选装置所用电极为水平放置在设备底部的板状(多孔板或筛网)电极,阳极材料为不锈钢或表面镀Pl丈无的钦板,阴极为不锈钢。通直流电后,阴极产生氢气,阳极产生氧气,大量的气泡逸出,能有效地将污水中分散的油滴和固体悬浮物夹带浮升至水面而除去。电絮凝装置的主要特点是使用可溶性阳极,一般用铝或铁作阳极,不锈钢筛或板作阴极;阴极产生氢气,阳极产生金属离子,通过电化学反应,不但产生了气浮分离所需要的气泡,而且产生了使水中细小颗粒凝聚的絮凝剂。对处理量小于50衬·h一1或浮升面积小于5时的小规模气浮分离,电浮选要比溶气浮选或吸气浮选经济。据计算,当气浮面积为1讨时,电浮选的费用相当于溶气浮选的33%,而当气浮面积为5时时,电浮选的费用则为溶气浮选的85%。3吸附分离技术所谓吸附分离技术,是用表面亲油的聚合物纤维作吸油毡,吸附分离含油污水中的油份。该处理技术是将吸油毡做成滤层,让含油污水通过,而将油滴截留。一般经过多次吸附,可使含油量降至sgrn·L一`,但此方法流速较慢,一般为10衬·h一1,且必须反冲洗,操作麻烦。4膜分离技术膜分离技术是一项综合技术,包括电渗析、反渗透、超过滤、微孔过滤、自然渗析和热渗析等。在油水处理中,主要应用混合过滤和超过滤技术。混合过滤(见图5),利用一对多孔滤膜将油水分离。一个膜为亲水膜(经化学处理的尼龙无纺布),另一个膜为亲油膜(聚丙烯无纺布),膜孔一般为1一100哪,油滴通过亲油膜而得到分离。\\\\\油出口水出口图5混合过滤示意图中国海上油气(工程)1999年超过滤滤膜的平均孔径为10一IO0mn,其膜材料为二醋纤维素(SA)、聚矾(P)S、聚矾酞胺(PSA)等,操作压力为2一6Ml〕a。超过滤滤膜可将10脚以下的油滴除去,其滤速不大,一般在0.05一0.lm·h一1范围内,故多做成管状;因其孔:易堵塞,需经常冲洗。5离心分离技术利用高速回转的离心分离设备分离油水,其代表设备是水力旋流器。该技术分离效果好,但结构复杂。外形为长套衬形,内部包括渐开线进口,圆柱段,同心缩径段,细锥段和平行尾管段。其分离原理是基于离心沉降,其工作过程是处理液沿进口切向进人旋流器,建立高速旋涡流,产生离心加速度;受离心力的作用,密度大的水相向边壁运动,通过底流出口排出旋流器,而密度小的油相则向轴中心聚集,通过上游口排出。旋流分离器在高含水的原油开采中,可使水中含油小于1偏,脱水原油的含水量低于20%,还可把低含水原油中的水脱至低于1%,达到外输要求;在污水处理中,可使含油浓度达到巧x10一6一25X10一6。脱油旋流分离器,在国外已有成熟的产品,如英国OON〔犯O公司的VORTOIL双锥旋流器,其型号有35,38,58,60(其长度与直径比在10一25之间),K型,F型,G型(其除油效率进一步提高,压力降低,高效率区变宽)。AMOCO公司的单锥旋流器,其性能比THEW35旋流器大大提高。在国内,江汉石油机械厂设计的XL一10型液一液旋流器,分离效率达到90%。我国南海流花11一1油田用2台60四合一的VOR卫卫L旋流器处理含油污水,进口含油量大于150叨·L一1,出口含油量平均在35grn·L一l以下;惠州26一1油田,惠州32一2油田,惠州32一3油田,陆丰13一1油田均采用了水力旋流器,取得了较好的效果。6含油污水处理技术及设备应用展望(l)各种含油污水处理技术各有自己的优缺点和适用范围,欲开发一种普遍适用的技术是很难的,因此单独使用某种分离方法效果往往不佳。在实际应用中,必须把若干种方法联合使用,组成完整的处理工艺。如现在广泛应用的处理工艺是隔油、气浮和过滤。(2)选择合适的污水处理技术,不但要考虑技术本身的特点,还要考虑含油污水的性质,包括:水温,水中含油量,水溶解的无机盐和其他化学药品,水中油滴的粒度分布,油的凝点,水中固体颗粒含量及其粒度分布。(3)一般说来,如果油的密度较小,乳化不很严重,可采用浮升一聚结技术,因其可以在较短的时间内达到较高的脱油效率。对于油密度较大,固体悬浮物较多的含油污水,可采用吸气浮选。如果对处理水质要求较高,则采用多级串联处理工艺,如浮升聚结一吸气浮选一过滤。(4)化学药剂的使用非常重要。在处理含油污水中,加人适宜的化学药剂,可达到较好的处理效果。适宜的化学药剂不但与水质有关,而且与药剂的种类和浓度有关,必须通过实验进行选择,以达到最佳处理效果。(5)现有污水处理设备的改进主要是其内部构件的改进和采用新技术。7参考文献1孙日圣等.含油废水处理的新工艺.工业污水处理.1996,16(2)2李化民等.油田含油污水处理.北京:石油工业出版社
本文标题:含油污水处理技术及设备高光才
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