畢業(yè)設(shè)計(jì)49含油廢處理論文

摘 要 本文分析了含油廢水的幾個(gè)主要的特點(diǎn)，對(duì)國(guó)內(nèi)常用的自然沉降除油、混凝除油、過(guò)濾除油、粗粒化除油以及浮選除油等作了簡(jiǎn)要的介紹；并對(duì)浮選除油的機(jī)理及影響浮選主要因素作了較深入的分析；根據(jù)含油廢水的水質(zhì)特性和給定的參數(shù)，對(duì)浮選除油工藝進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：浮選 含油廢水 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 含油廢水是油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的主要廢水，其具有以下幾個(gè)特點(diǎn) 1： (1)油量高 各油田廢水中都含有大量的原油，一般在 500 1000mg/l之間，有的也高達(dá)數(shù)千 mg/l。 (2)礦化度高 油田廢水中的礦物質(zhì)類(lèi)似于深層地下水中的礦物質(zhì)，具有較高的礦化度，通常在幾千至幾萬(wàn) mg/l。 (3)懸浮物固體含量高 含油廢水中的懸浮固體主要是泥砂和其他膠體物質(zhì)。由于地層情況和開(kāi)采工藝的不同，懸浮固體的含量有一定差異，但總的來(lái)說(shuō)采油廢水中懸浮固體的含量是較高的。 (4)含有腐蝕性氣體 含油廢水中含有 CO2、 H2S、溶解氧 (DO)等腐蝕氣體。如果水中含有 CO2、DO 會(huì)在管道和設(shè)備上發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕。 H2S 會(huì)腐蝕管道和設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使設(shè)備穿孔；另外， H2S會(huì)與腐蝕產(chǎn)物 Fe2+作用生成 FeS黑色沉淀物，堵塞管道和地層孔隙。 (5)溶解性有機(jī)物含量高 由于采出水與原油長(zhǎng)期接觸，以及其它增產(chǎn)驅(qū)油措施的應(yīng)用，在稠油廢水中會(huì)溶解許多有機(jī)物質(zhì)，如環(huán)烷酸、脂肪酸、胺酸、聚合物等。 (6)表面張力低 由于我國(guó)油田脫水站大多采用了加破乳劑進(jìn)行破乳這一工序，因此，在油水分離后，廢水中含有許多非離子表面活性劑，使廢水的表面張力降低，易于使油水乳化。 (7)含油廢水水溫很高，一般為 40 65，有的高達(dá) 70 90。 含油廢水除具有含油量高、懸浮固體含量高等主要特征外，在后期開(kāi)采過(guò)程中，通常都添加了大量化學(xué)藥劑，形成了乳化油，增加了處理難度。 1 含油廢處理工藝概述 目前國(guó)內(nèi)含油廢水處理采用的處理設(shè)備有：斜板隔油罐 (CPI 隔油池 )、混凝沉降罐，粗粒化罐 (聚結(jié)罐 )、氣浮設(shè)備、壓力濾罐、單閥濾罐、精濾器等，采用的附屬設(shè)施主要有：各種緩沖罐，回收水罐、反沖洗水罐、污油罐、各種水處理藥劑投配系統(tǒng)、各種水泵和油、氣、水計(jì)量裝置等。根據(jù)原水水質(zhì)特點(diǎn)及凈化水水質(zhì)要求，可 將各種處理設(shè)備及附屬設(shè)施組成若干種處理工藝流程。下面就國(guó)內(nèi)常用的工藝過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 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與水的密度差，在重力的作用下產(chǎn)生下沉作用，以達(dá)到固、液分離的水凈化過(guò)程。在整個(gè)過(guò)程中，懸浮固體間相互不干擾，顆粒各自單獨(dú)進(jìn)行沉淀，軌跡呈直線。顆粒的物理性質(zhì)，如形狀、大小和比重等均不發(fā)生變化。 4 含油廢水經(jīng)自然除油后，可使廢水中含油量由 5000mg/1 降至 500mg/l以下。 1.2 混凝除油 自然除油后廢水中一般浮油全部去除， 10um 以上的分散油也大部分去除，水腫主要含有乳化油及小顆粒的懸浮物，這要依靠混凝法來(lái)去除，以投加混凝劑起到水中產(chǎn)生大顆粒的凝聚體及礬花為止，總稱(chēng)為混凝過(guò)程。 20 在混凝的反應(yīng)階段靠攪拌作用使礬花不斷相互碰撞、粘結(jié)、長(zhǎng)大，在此過(guò)程中還會(huì)吸附一些小的顆粒使礬花不斷加大，從而完成整個(gè)混凝過(guò)程。 1.3 過(guò)濾除油 過(guò)濾是指廢水流過(guò)一個(gè)較厚而多孔的石英砂或者其它粒狀物質(zhì)的過(guò)濾床，雜質(zhì)被留在這些介質(zhì)的孔隙里或介質(zhì)上，從而使水得到進(jìn)一步的凈化。 濾池不但能去除水中的懸浮物和膠體物質(zhì)，而且還可以去除細(xì)菌、油類(lèi)、在預(yù)處理中加入 的化學(xué)藥品以及其他很多物質(zhì)。采用過(guò)濾去除水中的雜質(zhì)，所包含的機(jī)理是很多的。從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，一般可分為物理作用和化學(xué)作用。過(guò)濾機(jī)理可分為：吸附、絮凝、沉淀和截留等幾個(gè)方面。 8 1.4 粗?；?廢水經(jīng)粗?；尢幚砗?，微細(xì)的油滴在粗?；牧系牟都?，油珠粒徑變大，可大大減少?gòu)U水在混凝除油罐中的停留時(shí)間，一般可不加混凝劑，但當(dāng)原水中泥砂含量較多時(shí)，易造成粗粒化罐堵塞，這種情況不宜采用此流程。11 1.5 浮選除油 氣浮凈水技術(shù)是國(guó)內(nèi)外正在深入研究與不斷推廣的一種水處理技術(shù)。它是基本原理是在待處理水中通入大 量密集的微細(xì)氣泡，使其與雜質(zhì)、絮粒相互粘附，形成整體比重小于水的“結(jié)合體”，從而依靠浮力上浮至水面，以達(dá)到去除污染物的一種方法。 3、 17 、 19 在水處理中，采用的氣浮處理方法較多，主要可分為四大類(lèi)，即溶氣氣浮法、誘導(dǎo)氣浮法、電解氣浮法和化學(xué)氣浮法，但其本質(zhì)是沒(méi)有區(qū)別的。其詳細(xì)分類(lèi)見(jiàn)表 1-1 。 電解凝聚氣浮法的優(yōu)點(diǎn)是，在通電的狀況下，凝聚與氣浮同時(shí)進(jìn)行，效果較好，其缺點(diǎn)是電能消耗及極板損耗較大，運(yùn)行費(fèi)用較高。 微孔布?xì)鈿飧》ǖ膬?yōu)點(diǎn)是直接利用凈化后的低壓空氣經(jīng)微孔板切割成微孔泡而進(jìn)行氣浮，可以大大降低能耗，可惜目前的微孔板孔徑太大，必須投加表面活性劑方能形成可利用的微小氣泡，這樣就極大地限制了它的使用范圍。 葉輪散氣氣浮法是利用葉輪、固定孔板將水氣混合流切割成含微小氣泡的乳濁液，以此粘附雜質(zhì)。由于該法產(chǎn)生的氣泡大、小不均勻，無(wú)效氣泡較多，目前僅用于個(gè)別 煉油廠的含油廢水處理。 溶氣氣浮的優(yōu)點(diǎn)是 4、 8： (1) 水在池中的停留時(shí)間較短（一般為 15min左右）， (2) 在加壓的情況下，空氣的溶解量增加，供氣用的氣泡數(shù)量能得到很大程度的滿足，出水澄清度高，從而確保了氣浮凈水效果。 (3) 溶入的氣體經(jīng)驟然件壓釋放，產(chǎn)生的氣泡不僅尺寸微細(xì)、均勻，而且上浮穩(wěn)定，對(duì)液體擾動(dòng)小，因此，能適用于疏松微粒、細(xì)小顆粒的固、液表 1-1 氣浮處理方法的分類(lèi) 方法名稱(chēng) 具體方法 氣 泡 成 因 溶氣氣浮法 加壓溶氣氣浮法 在加壓下，使氣體溶解于廢水中，又在常壓下釋放出氣體，產(chǎn)生微小氣泡 真空氣浮 法 在減壓下，使溶解于水中的氣體釋放出來(lái)，產(chǎn)生微小氣泡 誘導(dǎo)氣浮法 機(jī)械鼓氣氣浮法 讓氣體通過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)微小的孔隙或縫隙，產(chǎn)生微小氣泡 葉輪氣浮法 葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生負(fù)壓吸入氣體，并依靠其剪切力使吸入氣體變成小氣泡 射流氣浮法 依靠水射器的作用使廢水中產(chǎn)生微小的氣泡 填料氣浮法 氣體通過(guò) 纖維填料層面形成微小氣泡 電解氣浮法 電解氣浮法 選用惰性電極，使廢水電解產(chǎn)生微小氣泡 電絮凝氣浮法 選用可溶性電極，在陽(yáng)極產(chǎn)生微小氣泡，在陰極產(chǎn)生有混凝作用的離子 化學(xué)氣浮法 化學(xué)氣浮法 依靠物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生微小氣泡 分離。 (4) 工藝成熟工藝設(shè)備比較簡(jiǎn)單，管理維修也方便。 (5) 占地小，造價(jià)低，池體構(gòu)造簡(jiǎn)單，建造費(fèi)用低。 2 影響浮選的主要因素 2.1 帶氣絮粒的上浮速度 粘附了氣泡的絮粒（帶氣絮粒）在水中上浮時(shí)，在宏觀上將受到重力 F重、浮力 F浮和阻力 F阻等外力的影響（見(jiàn)圖 2.1） 3。 帶氣絮粒上浮時(shí)的速度可借助牛頓第二定律導(dǎo)出： （ 1） 將重力 F重、浮力 F浮和阻力 F 阻分別以相應(yīng)的公式代入后，即可求得帶氣絮粒的上浮速度 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 帶氣絮粒密度（ g/cm3） 微氣泡 絮粒 F 浮 F 阻 F 重 F 阻 圖 2.1 帶氣絮粒上浮時(shí)的受力情況 重阻浮上） FFFm dtdv ( V 帶氣絮粒體積（ cm3） A 在水流方向帶氣絮粒的投影面積（ cm2） C 阻力系數(shù) 為了便于論證簡(jiǎn)化式（ 2），先假設(shè)帶氣絮粒為球形，直徑為 d（ cm） ,則 32dAV 。對(duì)于球形絮粒，在牛頓阻力平方區(qū)（ Re=103 2.5 105） C 值約為 1.4。將數(shù)值代入（ 2）式，得牛頓（阻力平方區(qū)）公式： gdv水絮水上 83.1（ 3） 在層流區(qū)（ Re 1.5min 可行 該溶氣罐釋放的氣量 QA為： QA=CaQr(fp -1) =15.74(0.64 -1)=87.92(l/h) 式中： Ca 空氣在水中的溶解度（ L/ m3水）， 30時(shí)為 15.7 Qr 回注水量（ m3/h） f 溶氣罐中空氣飽和百分比，取 0.6 p 溶氣罐的工作壓力（絕對(duì)值） 溶氣水釋放的氣量 A為 A=QA =0.088 1.3=0.1144 (kg/h) SS的總量 S 為 S=（ SS+oil） Q/1000 =（ 250+80） 10/1000=3.2 (kg/h) 則有 A/S=0.1144/3.2=0.036 按 A/S=0.02 0.025m3空氣 /kg(SS 或 oil)的上限增加 20%，則A/S=0.0360.02 0.03,能滿足氣浮對(duì)氣量的要求。 溶氣罐采用鋼制結(jié)構(gòu)，其示意圖如圖 （見(jiàn)圖 3.2）： （ 3） 釋放器 由 TS型溶氣釋放器性能表 （表 3-3）可知，溶氣罐的工作壓力為 294kPa時(shí)， TS-78-型（ Dd=50mm） 一個(gè)，釋放器的出流量為 4m3/h，能滿足釋放工藝要求。 6、 7、 14 、 20 水泵 壓力溶氣水出液管 壓縮空氣 液位傳感器 220V 放氣口 電磁閥 圖 3.2 容器罐示意圖 3.3.3 浮選池（分離室） （ 1） 分離室 分離室的水力停留時(shí)間 T = 25min，有效水深 2.0m，超高 0.4m 分離室的容積 V=（ Q+Qr） T/60 =(10+4)25/60= 5.83 (m3) 分離室的面積 S=5.83/2=2.92 (m2) 采用矩形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng) L：寬 B=2.5： 1 則 B=（ 2.92/2.5） 0.5=1.08 (m) L=1.082.5=2.7 (m) 取 B=1m,L=2.7m,則分離室的實(shí)際面積 Sf=2.7 (m2) 水流水平流速 v=(2.71000)/(2560)=7.8 (mm/s) 分離室的表面水力負(fù)荷 q=(10+4)/2.7=5.19 m3/(m2h) （ 2） 分離室出水方式及集水槽 采用開(kāi)孔墻出水，出水口距底 20cm ，出水口寬度 100mm;外設(shè)集水槽，集水槽寬 150mm，深 150mm，槽底坡度 1%，中間排水，排水管直徑 100mm。進(jìn)入集水槽的出水墻高度 h的計(jì)算： 出流速度 v=0.94 29.8(2 -h)0.5 過(guò)水面積 S=1.5（ 2-h） 表 3-3 TS型 溶 氣釋放器性能表 型號(hào) 規(guī)格尺寸 接口尺寸 不同壓力下的流量（ m3/h） 作用范圍 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 采用橋式刮渣機(jī)刮渣，集渣室的寬度 300mm，側(cè)向出渣，底部一端深度150mm，排渣端深度 200mm，排渣管直徑 100mm，污泥直接排到干化池。 行車(chē)速度 5 6 m/min。 （ 4） 接觸室 取接觸時(shí)間 t=5min，有效水深 h=2.0m，則 體積 V =(Q+Qr)5/60 =145/60=1 .17 (m3) 面積為 S =1.17/2=0.585 (m2) 與浮選池連在一起，接觸室的長(zhǎng)度等于浮選池的寬度，則接觸室的長(zhǎng)度L=1 m，寬度 B=0.585 m。 長(zhǎng)度不變，寬度取 B=0.6 m。 浮選室與接 觸室作為一體，池體采用鋼制結(jié)構(gòu)，鋼板厚為 8mm，內(nèi)涂防銹漆。 6、 7、 14 、 20 3.3.4 反應(yīng)室 取反應(yīng)時(shí)間 t=5min,則容積 V為： V=Q t/60 =105/60=0.83 (m3) 取長(zhǎng)度 L=1m，水深 2.0m 則面積 S =V/2=0.83/2=0.415 (m2) 寬度 B=0.415/1=0.415 (m) 反應(yīng)室采用鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)涂防銹漆，反應(yīng)內(nèi)設(shè)一折板，以減少短流，廢水從底部經(jīng)一根直徑 100mm的水管流入接觸室，接觸室內(nèi)的管段上等距離地開(kāi)6個(gè) 37mm孔徑的小孔出水。 6、 7、 14 、 20 反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)示意圖如 圖 (見(jiàn)圖 3.3)： 3.3.5 清水池 清水池是供回用水和氣浮加壓溶氣水所用，按泵量 5min計(jì)， 則容積為 V=14 5/60=1.67m3。 回流水管距底部 20cm，管徑 50mm； 回用水管距底部 30cm ，管徑 80mm； 溢流口距頂部 20cm，溢流管直徑 100mm,溢流管出水直接排到排放口； 底部設(shè)排空管，排空管直徑 50mm； 清水池尺寸： L B H=1000 1000 1700。 清水池采用鋼制結(jié)構(gòu)，內(nèi)涂防銹漆，其示意圖見(jiàn)圖 3.4。 6、 7、 14 、 20 3.4 氣浮裝置示意圖 見(jiàn)附圖。 4.建議和體會(huì)： 溶氣氣浮是經(jīng)典的工藝，具有效果穩(wěn)定的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，主要在溶氣水釋放器上有較多改進(jìn)。此工藝的缺點(diǎn)是能耗大，流程相對(duì)較長(zhǎng)，操作相對(duì)較復(fù)雜。目前已有被微細(xì)氣浮取代的跡象。微細(xì)氣浮是利用機(jī)械原理在水中噴氣，氣泡粒度幾乎可達(dá)到溶氣水氣泡的粒徑。但是，該技術(shù)目前進(jìn)水 放空 進(jìn)接觸室 圖 3.3 反應(yīng)室示意圖 回用水管（ 50） 用水管（ 80） 溢流管（ 100） 放空管（ 50） 圖 3.4 清水池示意圖 僅為少數(shù)有技術(shù)實(shí)力的大公司控制。建議以后注意這方面的技術(shù)積累和技術(shù)開(kāi)發(fā) 10。 致 謝 本設(shè)計(jì)是在杜國(guó)勇老師的悉心指導(dǎo)下順利完成的。在設(shè)計(jì)工作中，杜老師不僅對(duì)存在的 問(wèn)題給予及時(shí)的解答，更注重對(duì)我們思考及動(dòng)手能力的提高，在此表示深深的感謝。 在設(shè)計(jì)工作中劉宇程老師也給予了具體的指導(dǎo)和幫助。最后，對(duì)給予支持和幫助的老師和同學(xué)們一并表示誠(chéng)摯的謝意 ! 參考文獻(xiàn) 1 張金波，傅少斌，曾玉彬 油田采出水回注處理技術(shù)進(jìn)展 J 工業(yè)水處理 2000.20（ 10） 5-8 2喬玉芬 含油廢水處理及回注系統(tǒng)綜合治理建議 石油規(guī)劃設(shè)計(jì) 1998.9（ 2） 1-4 3國(guó)家環(huán)境保護(hù)局