斜板除油原理

1、第六章含油污水處理海上油田污水來源于在油氣生產(chǎn)過程中所產(chǎn)出的地層伴生水。為獲得合格的油氣產(chǎn)品， 需要將伴生水與油氣進行分離，分離后的伴生水中含有一定量的原油和其它雜質(zhì)，這些含有 一定量原油和其它雜質(zhì)的伴生水稱之為含油污水。目前，國內(nèi)海上油田污水處理工藝流程，由于污水水質(zhì)差異較大，處理流程種類較多， 現(xiàn)針對不同原水水質(zhì)特點、凈化處理技術(shù)要求，按照主要處理工藝過程，大致可劃分為重力 式除油、沉降、過濾流程；壓力式聚結(jié)沉降分離、過濾流程和浮選式除油凈化、過濾流程等 幾種基本處理流程。另有除油、混凝沉降、過濾、深度凈化以及密閉隔氧等流程用于排放處理。第一節(jié)除油含油污水除油的主要方法有：重力沉降法、物理

2、化學法、化學混凝法、粗?；?、過濾 法、浮選法、活性炭吸附法、生物法、電磁法。由于水質(zhì)不同及要求處理的深度不同，單靠 一種除油方法很難達到預期的目的，所以在現(xiàn)場使用時，都是幾種方法聯(lián)合使用。一、自然除油1.基本原理自然除油是屬于物理法除油范疇，是一種重力分離技術(shù)。重力分離法處理含油污水，是 根據(jù)油和水的密度不同，利用油和水的密度差使油上浮，達到油水分離的目的。這種理論忽略了進出配水口水流的不均勻性、油珠顆粒上浮中的絮凝等影響因素，認為 油珠顆粒是在理想的狀態(tài)下進行重力分離的，即假定過水斷面上各點的水流速度相等，且油 珠顆粒上浮時的水平分速度等于水流速度；油珠顆粒是以等速上?。挥椭轭w粒上浮到水面

3、即 被去除。含油污水在這種重力分離池中的分離效率為：(6-1)式中 E 油珠顆粒的分離效率;油珠顆粒的上浮速度;Q / A 表面負荷率；Q 處理流量；A除油設(shè)備水平工作面積。這里的分離效率是以大于浮升速度u的油珠顆粒去除率來表示的，也就是除油效率。表面負荷率0/ A,是一個重要參數(shù)，當除油設(shè)備通過的流量Q 一定時，加大表面積 A,可以減小油珠顆粒的上浮速度 U ,這就意味著有更小直徑的油珠顆粒被分離出來，因此加大表面積 A,可以提高除油效率或增加設(shè)備的處理能力。浮升速度U可用斯托克斯公式計算：g ,、.2u 77-( wo)dp(6-2)18式中 u 油珠顆粒的浮升速度，m/ s2g重力加速度

4、，m s；污水的動力粘度，Pa-s;一一 .、 .一 3w、 o分別為污水和油的留度，kg/m;d p 油珠顆粒直徑，mt由斯托克斯公式可知，若污水中的油珠顆粒直徑、污水密度、油的密度和水溫一定時， 則油珠顆粒的浮升速度亦為定值，除油效率與油珠顆粒的浮升速度成正比，與表面負荷率成 反比。2.裝置結(jié)構(gòu)自然除油設(shè)施一般兼有調(diào)儲功能，其油水分離效率不夠高，通常工藝結(jié)構(gòu)采用下向流設(shè) 置。如圖6-1所示，立式容器上部設(shè)收油構(gòu)件，中上部設(shè)配水構(gòu)件，中下部設(shè)集水構(gòu)件，底 部設(shè)排污構(gòu)件。圖6-1 自然除油罐結(jié)構(gòu)圖1一進水管；2一中心反應(yīng)管；3配水管；4集水管；5一中心管柱；6一出水管；7溢流管；8一集油槽；9

5、一出油管；10一排污管二、斜板（管）除油罐1 .原理斜板（管）除油是目前最常用的高效除油方法之一，它同樣屬于物理法除油范疇。斜板 （管）除油的基本原理是“淺層沉淀”，又稱“淺池理論”，設(shè)斜管沉淀池池長為L,池中水平流速為V,顆粒沉速為u0,在理想狀態(tài)下，L/H = V/ u0?？梢奓與V值不變時，池身越淺，可被去除的懸浮物顆粒越小。若用水平隔板，將H分成3層，每層層深為 H/3,在u0與v不變的條件下，只需L/3 ,就可以將u0的顆粒去除。也即總?cè)莘e可減少到原來的1/3。如果池長不變，由于池深為 H/3,則水平流速可正加的 3v,仍能將沉速為u0的顆粒除去，也即處理能力提高倍。同時將沉淀池分成

6、 n層就可以把處理能力提高 n倍。這就是20世紀初，哈真（Hazen）提出的淺池理論。為了讓浮升到斜板（管）上部的油珠便于流動和排除，把這些淺的分離池傾斜一定角度（通常為45o60°）,超過污油流動的休止角。這就形成了所謂的斜板（管）除油罐。假設(shè)除油設(shè)備的局度為H,油珠顆粒分離時間為t,則表面負荷率可表不為Q/A= H/1 ,將其代人分離效率公式，可得u uQ/A H /tutH(6-3)從式（6-3）可見，重力分離除油設(shè)備的除油效率是其分離高度的函數(shù)，減小除油設(shè)備的分離高度，可以提高除油效率。在其他條件相同時，除油設(shè)備的分離高度越小，油珠顆粒上浮到表面所需要的時間就越短，因此在油水

7、分離設(shè)備中加設(shè)斜板，增加分離設(shè)備的工作表面積, 縮小分離高度，從而可提高油珠顆粒的去除效率。在理論上，加設(shè)斜板不論其角度如何，其去除效率提高的倍數(shù)相當于斜板總水平投影面積比不加斜板的水面面積所增加的倍數(shù)。當然，實際效果不可能達到理想的倍數(shù)，這是因為存在著斜板的具體布置、進出水流的影響、板間流態(tài)的干擾和積油等因素。但是，由于斜板 的存在，增大了濕周，縮小了水力半徑，因而雷諾數(shù)（Re）較小，這就創(chuàng)造了層流條件水流較平穩(wěn)，同時弗勞德數(shù)（Fr）較大，更有利于油水分離，這就是斜板除油所以成為高效設(shè)備的原因。斜板除油裝置基本上可以分為立式和平流式兩種，如立式斜板除油罐和平流式斜板除（隔）油罐（池）。在油田

8、上常用的是立式斜板除油罐和平流式斜板除油罐。2 .斜板板組工藝計算（1）斜板板組水力計算斜板罐（池）斜板組水力計算方法較多，斜板組水力計算大致分為田中法（分離粒徑法）、姚氏法（特性參數(shù)法）、理想分離法，三者在計算中有自己的假定條件，共同點是遵循水力學 質(zhì)點運動方程。根據(jù)含油污水油珠運動規(guī)律：當某一粒徑的油珠P,處于斜板中某一位置時，它具有上浮速度V0軸向速度V。d為板間距，為斜板的傾斜角度。(6-4 )y udt C1x vdt C2從圖6-2可知，油珠P在y方向的瞬時合速度為：u V0cosa ；中即得油珠P的運動方程，它適于各種計算方法，其運動方程式如下在x方向的瞬時合速度為：v V V0

9、sina,將上式代入式（6-4）圖6-2斜板組質(zhì)點運動圖圖6-3田中法質(zhì)點運y V0 cosadt C1(6-5)x (V V0sina)dt C2A.田中法。田中法假設(shè)油珠上浮過程中上浮速度不變，即V。為常數(shù),軸向速度采用過水斷面平均流速即V為常數(shù)，見圖6-3。依圖6-3 ,田中法認為油珠由a點進入斜板，而到 b點被截留，這樣油珠所流經(jīng)的長度為板長La與Li之和，其中L1 d cosa / sin a d/tga （ d為板距）。這樣依田中法，當t = 0時，y=-d/2 ,又=-d/ tga ,求得式（6-5）中 C =-d/2 , G=-d/ tga ;將式（6-5）積分則得：(6-6)

10、y V0tcosa d/2x Vt Votsina d/tga當油珠由a點運動到b點，即油珠由板底至板頂時在y方向位移為d, y= d/2 ,由式（6-6）求得t d/（V0 cosa）,代人式（6-6）得:t LaVdV0 cosa sin a cosa(6-7)B.姚氏法。姚氏法假定油珠在上浮過程中上浮速度V。為常數(shù),軸向速度為變值，即，見圖 6-4,由此得方程式為：yV0 cosadt C1x V (y)dt V0 sin adt C2(6-8)姚式法認為油珠由 a點至b點的歷程為Lb（板長），即t=0時，y=-d/2 ,x= 0;則，C=-d/2 ,C2=0;將此值代人式（6-8）得:

11、(6-9)y V0tcosa d /2tx 0V (y)dt V0t sin a將式（6-6）、式（6-9）相對比可知y方程完全相同，而 x方程中式（6-9）少一項（-d/tga）,這是田中法和姚氏法主要區(qū)別。關(guān)于函數(shù)V（y）可依水力學公式V2、y ）計算，此處運算結(jié)果與V等于常數(shù)時相同，則式（6-9）可求結(jié)果為:, Vdd dx Lb 一Vo cosa sin a cosa tga(6-10)從式（6-7）與式（6-10）可知，姚氏法斜板計算長度比田中法計算長度增加d/tga。式(6-10)也可寫成如下型式:xLbVd d sin aV0 cos a cosa(6-11)C.理想分離法理想分

12、離法基本假設(shè)與田中法相似，它不描述油珠在板體中上浮軌跡，它認為田中法與 姚氏法雖采用軸向速度相同與不同的假設(shè)，但二者質(zhì)點起落位置在實際中是相同的。對于層 流，即理想狀態(tài)下二者假設(shè)無質(zhì)的區(qū)別。即，當油珠的邊界條件已定時，斜板長度決定于油 珠的軸向速度與上浮速度的合成速度，也決定于板組的材質(zhì)及構(gòu)造。板長、板距、軸向速度、 上浮速度之間符合矩形或平行四邊形相似原理，下面分別對矩形與平行四邊形斜板組進行水 力計算。6-5所示。a.下向流矩形平行斜板板組，依平行四邊形相似原理如圖理想分離法圖6-5LcV0VL2 d/cos ,Vd d sinL2LcLi(6-12)L1 d sinVddsinV0 co

13、scosV0 cossin a cos tg(6-13)b.下向流平行四邊形平行斜板板組，依矩形相似原理如圖6-6(6-16 )所示。L3/d(V V)/V1(6-14)式中V1V0 cos,V2 V°sin;則:L3Vd d sinV0 coscos(6-15)式(6-15)與式(6-13)相同，但式(6-15)中L3LdL4L4 d/tg ,貝U：LdVd d sin d cosVdV0 coscossinV0 cosdsin cosc.上向流矩形與平行四邊形斜板板組及側(cè)向流斜板組的板長。6-7理想分離法質(zhì)6-7所示。(6-17)(6-18)LfVdV0 cosdsin cos(

14、6-19)上向流矩形斜板板組依據(jù)矩形相似原理如圖V1 V V2 d L式中 V1 V0 cos , V2 V0 sin ；則：Vd d sinLeVo coscos同理可計算上向流平行四邊形與側(cè)向流斜板板組板長，見下式:(6-20), Vd 皿Lg側(cè))(2)各種板組計算板長與上浮速度的對比從各種板組計算中可知，它們的計算板長并不一樣，為便于比較將計算板長與上浮速度匯成表6-1和表6-2 。在條件相同的情況下，從表 6-1、表6-2可得出如下規(guī)律：田中法與下向四邊形板組計算結(jié)果形同，姚氏法與下向流矩形板組計算結(jié)果相同。田中法與理想分離法中下向四邊形板組計算板長最短；姚氏法與下向流矩形板組長度次之

15、，上向流四邊形板組計算長度最長，上向流矩形次之，側(cè)向流板組計算長度為上述的平均值。田中法可去除較小油珠；而上向流平行四邊形板組只能去除較大的油珠，分離效果較低。板組傾角對板長與分離效果影響較大，這種影響對各種計算方法均存在隨著傾角的增加，式中Vd/cos 值增加較快，所需斜板增長；傾角接近 90°時，失去斜板隔油意義；傾角減小斜板計算長度減??；當 =0時，斜板長度最小，各種斜板組的計算長度均與側(cè)向流相等。從表中可以看出，當 =0時，平行四邊形板組已不能適用，此時隔油構(gòu)筑物水平面積將無限大。傾角小時矩形板組適用，當=0時，斜板隔油設(shè)施成為水平板隔油池，也稱PPI隔油池。表6-1板長計算

16、公式匯總序號計算方法表達式尾項變化范圍斜角45o斜角60o田中LaVdVq cos a sin a cos a-2d2姚式Vdd sin aL b V o cos acos a-d3理想分離下向矩形Vdd sinL cV0 coscos-d4下向四邊.VddLd,Vo cossin cos-2d5上向矩形,Vdd sine V0 coscos+d+6上向四邊VddLfVo cossin cos+2d+7側(cè)向L -Vd-gV0 cos00表6-2上浮速度計算公式匯總序號計算方法表達式尾項變斜角45o化范圍斜角60o1田中VdVo L cosd / sin2姚式VdVo ;L cos d sin3

17、理想分離下向矩形Vo VdL cos d sin4下向四邊VdVo L cosd / sin5上向矩形VdVoL cos d sin6上向四邊VoXL cosd / sin7側(cè)向VoVdL cos d sin說明：上浮速度計算值的假設(shè)條件為L= 1500mm d = 50mm V= 10.0mm/s從以上對比可知，各種計算方法之間均有差別，從計算中也知差別比較小，計算板長相差為45d倍，上浮速度相差10%。但傾角對各種板組計算參數(shù)影響均比較大。為此一些文 獻資料認為：板組計算均可采用側(cè)向流方法，這樣可簡化計算公式，計算結(jié)果也無大的差別。但也有資料認為：水平面積對油水分離確有影響，所以應(yīng)計算在內(nèi)

18、。如何計算目前尚未統(tǒng)一。但在應(yīng)用中選用下向流較多。采用哪種方法一般按污水性質(zhì)、隔油設(shè)施形式與板組構(gòu)造而定。(3) 隔油池斜板板組計算設(shè)隔油池板組符合下向流平行四邊形斜板板組條件。Vo的確定Vo與表面負荷與=Q/A均為板組計算的重要參數(shù)， Vo可以通過斯托克斯公式求得。表面 負荷可以從隔油池運行中測得，無實測資料時si可取0.4mm/s。表面負荷是隔油池實際運行參數(shù)，它考慮了斜板隔油池工作效率。si 的缺點在于沒有去除油珠最小粒徑概念。斜板層流起始段計算斜板計算長度是在理想狀態(tài)下求得的，實際上，當水流剛進入斜板時并不是層流，此時水流紊亂，嚴重影響油水分離效果。水流進入斜板在形成層流之前的一段稱層

19、流起始段，此后形成層流并進入分離段，在確定斜板長度時，應(yīng)在分離段前另加層流起始段長度。有關(guān)層流起始段長度計算，對于斜板隔油池，根據(jù)相關(guān)文獻可用下式計算：Lo o.o52d Re(6-21)式中L o 層流起始段長度，cm；d 斜板板距，cm；Re 雷諾數(shù)。從式中可知，當板距與雷諾數(shù)大時，起始段增加；當板距為2050mm時，層流起始段計算值有時很長。計算時可取200400mm即認為此時水流已基本穩(wěn)定。起始段長度也可從實驗室中測得，計算層流起始段時，Re尚未最后確定，故應(yīng)先做假定，必要時進行二次計算，修正板長。板長計算斜板設(shè)計長度應(yīng)為層流起始段長度與計算板長之和，L LC L0(6-22)式中LC

20、 的計算見式(6-13) 。板組面積與板組尺寸的確定設(shè)斜板長為L,寬為B,間距為d,為增加表面積與剛度采用波紋板，板組斜角為流量為Q斜板塊數(shù)為n,則V的理論值為：、， QV (6-23)又依表6-2得：Vo式中Lcos 斜板水平投影長度； d /sin 斜板水平距。將式(6-23)代入式(6-24),得：nBdVdL cosd /sin(6-24)(6-25)nBL cos nBd / sin式中 nBLcos 斜板組水平投影面積 (A)；nBd/sin 斜板組水平距總面積 (Ai)。則：A A A1 - Q(6-26)EV。 si式中E 斜板隔油池工作效率，75%85%。因Q E、V?；?6

21、 已知，則A可解。雷諾數(shù)和費德羅數(shù)計算。隔油池的水力計算均以理想流體為基礎(chǔ)，則含油污水在層流狀態(tài)運行，為此應(yīng)降低雷諾數(shù)Re;但為保持水流的穩(wěn)定性，水體又應(yīng)有一定能量以防干擾；這樣就需增大弗羅德數(shù)Fr從而提高水流穩(wěn)定性，與計算如下：Re VF(6-27)x式中F 過水斷面積(橫斷面積)；水的運動粘滯系數(shù)；x濕周；V板間軸向流速。Fr丑Fg(6-28 )式中 g 重力加速度。由式(6-27)和式(6-28)知,各種波紋板，其目的在于增加濕周只有增大濕周才能降低Re,同時增大Fr,因此斜板板組做成X。通常將Re限制在500之內(nèi)；而將Fr限制在10-5之外。3.斜板除油裝置(1)立式斜板除油罐立式斜板

22、除油罐的結(jié)構(gòu)型式與普通立式除油罐基本相同，其主要區(qū)別是在普通除油罐中心反應(yīng)筒外的分離區(qū)一定部位加設(shè)了斜板組，如圖6-8所示。目前，綏中36-1處理廠采用的就是立式斜板除油罐。含油污水從中心反應(yīng)筒出來之后，先在上部分離區(qū)進行初步的重力分離，較大的油珠顆粒先行分離出來，然后污水通過斜板區(qū)，油水進一步分離。分離后的污水在下部集水區(qū)流入集水管、匯集后的污水由中心柱管上部流出除油罐。在斜板區(qū)分離出的油珠顆粒上浮到水面，進入集油槽后由出油管排出到收油裝置。圖6-8 立式斜板除油罐結(jié)構(gòu)圖1 一進水管；2 一中心反應(yīng)筒；3一配水管；4 一集水管；5 一中心柱管；6一出水管;7 一波紋斜板組；8溢流管；9 一集

23、油槽；10 一出油管；U 一排污管斜板材質(zhì)應(yīng)是在污水中長期浸泡不軟化、不變形、耐油、耐腐蝕的材料。常用的斜板規(guī)格有多種：一種是板長 1750mm板寬750mm板厚1.9mm,每塊板有6個波，波長130mm波高1525mm波峰處的夾角 101°另一種是板長 1550mm板寬650mm板厚1.6mm,每塊板有11個波，波長59mm波高2530mm還有一種是板長 1360mm板寬760mm板厚 1.9mm,每塊板有58個波，波長120mm£右，波高1525mm為安裝和檢修方便?？砂研?板拼裝成若干個斜板組塊。斜板組塊排列在除油罐內(nèi)的鋼支架上。立式斜板除油罐的主要設(shè)計參數(shù)如下：斜板

24、間距80100mm斜板傾角45o60°,斜板水平投影負荷x 10-4x 10-4m/(s R),其他設(shè)計數(shù)據(jù)與普通除油罐基本相同。油田上使用立式斜板除油罐的實踐證明，在除油效率相同的條件下，與普通立式除油罐相比，同樣大小的除 油罐的除油處理能力可提高倍。(2)平流式斜板隔油池平流式斜板隔油池是在普通的平流式隔油池中加設(shè)斜板組所構(gòu)成的， 如圖6-9所示。這種隔油池一般是由鋼筋混凝土做成的池體，池中波紋斜板大多呈45°安裝。進入的含油污水通過配 水堰、布水柵后均勻而緩慢地從上而下經(jīng)過斜板區(qū)，油、水、泥在解板申述建芬娜輜鐮麒造圖粒1-配水堰；2-布水柵；3-斜板；沿斜板組的上層板

25、下，向上浮升滑出斜板到水面，通過活動集油管槽收集到污油罐，再送去脫水，泥砂則沿斜板組的下層斜板面滑向集泥區(qū)落到池底，定時排除；分離后的水，從下部分 離區(qū)進入折向上部的出水槽，然后排出或送去進一步處理，由于高程上布置的原因，污水進 入下一步處理工序，往往需要用泵進行提升。三、粗?；?聚結(jié))除油早在50年代就有人在普通隔油池前段設(shè)填料段，填充碎石等粒狀物借以提高除油效率。 由于采用的碎石填料粒徑較大，聚結(jié)性能較差，收效不大，所以該法除油在相當長的一段時 間內(nèi)沒有引起人們的重視。直至70年代初，由于原油開采業(yè)及石油化工工業(yè)的發(fā)展，一方面待處理的含油污水量大幅度的增加，迫切要求提高除油構(gòu)筑物的處理效率

26、，從而縮小其體積；另一方面化學工業(yè)也提供了性能較好的粗?；牧?，因而粗粒化除油技術(shù)才大力發(fā)展起來。 美國及日本等國都有很多這方面資料及專利，并有大量工業(yè)化應(yīng)用的實例。1. 粗?；?（ 聚結(jié) ） 除油機理所謂粗?；?，就是使含油污水通過一個裝有填充物（ 也叫粗?；牧希?的裝置，在污水流 經(jīng)填充物時，使油珠由小變大的過程。經(jīng)過粗?；蟮奈鬯?，其含油量及污油性質(zhì)并不變化，只是更容易用重力分離法將油除去。粗粒化處理的對象主要是水中的分散油，粗?；褪谴至；跋鄳?yīng)的沉降過程的總稱。在設(shè)計除油裝置之前都要用“靜止浮升法”或顯微鏡觀察法對污水中油珠粒徑大小及分布進行測試，大量的測試結(jié)果表明：盡管隨著脫水效

27、果的好壞及污水用離心泵提升次數(shù)的不同油珠粒徑分布有較大的差異，但總的來看油田含油污水乳化程度并不高，即絕大多數(shù)是10 m 及以上的分散油和浮油。浮油在除油罐中幾分鐘之內(nèi)便可去除，乳化油則必須用化學混凝法破乳去除，分散油雖然不用混凝法但是可以靠自然沉降去除，然而沉降時間要長。例如要去除粒徑為do以上的油珠，則污水自上而下流動的速度必須小于油珠上浮速度u,油珠才可上浮至水面去除。油珠浮升符合斯托克斯公式（ 式 6-2） ，該式這表明，對溫度一定的特定污水而言，其動力粘滯系數(shù)、污水密度、污油密度和重力加速度都是定值，上式可簡化為：2u Kd 0（6-29）可以看出，油珠上浮速度與油珠粒徑平方成正比。

28、如果在污水沉降之前設(shè)法使油珠粒徑增大，則可大大增大油珠上浮速度，進而使污水在沉降罐中向下流速（ ） 加大，這樣便可提高除油罐效率。經(jīng)過有關(guān)學者的大量研究，采用粗粒化法（ 也稱聚結(jié)） 可達到增大油珠粒徑的目的。以上便是粗?；偷睦碚撘罁?jù)。關(guān)于粗?；臋C理，目前尚處在探討階段，還未形成統(tǒng)一的理論?？偟膩碚f，大體上有兩種觀點，即“潤濕聚結(jié)”和“碰撞聚結(jié)”?！皾櫇窬劢Y(jié)”理論建立在親油性粗?；牧系幕A(chǔ)上。當含油污水流經(jīng)由親油性材料組成的粗?；矔r，分散油珠便在材料表面潤濕附著，這樣材料表面幾乎全被油包住，再流來的油珠也更容易潤濕附著在上面，因而附著的油珠不斷聚結(jié)擴大并形成油膜。由于浮力和反向水流沖擊

29、作用，油膜開始脫落，于是材料表面得到一定更新。脫落的油膜到水相中仍形成油珠，該油珠粒徑比聚結(jié)前的油珠粒徑要大，從而達到粗?；哪康摹＠缬镁郾┧芰锨蚣盁o煙煤作粗?；牧系木劢Y(jié)，就是屬于“潤濕聚結(jié)”。“碰撞聚結(jié)”理論建立在疏油材料基礎(chǔ)上。無論由粒狀的或是纖維狀的粗粒化材料組成的粗?；玻淇障毒鶚?gòu)成互相連續(xù)的通道，尤如無數(shù)根直徑很小交錯的微管。當含油污水流經(jīng)該床時，由于粗粒化材料是疏油的， 兩個或多個油珠有可能同時與管壁碰撞或互相碰撞， 其沖量足可以將它們合并成為一個較大的油珠，從而達到粗?；哪康摹＠缟呒y石及陶粒 作的粗?；牧系木劢Y(jié)就是屬于“碰撞聚結(jié)”。當然，無論是親油的或是疏油的材料，

30、兩種聚結(jié)都是同時存在的，只是前者以“潤濕聚結(jié)”為主，也有“碰撞聚結(jié)”，原因是污水流經(jīng)粗?；矔r，油珠之間也有碰撞；后者以“碰 撞聚結(jié)”為主，也有“潤濕聚結(jié)”，原因是當疏油材料表面沉積油泥時，該材料便有親油性， 自然有“潤濕聚結(jié)”現(xiàn)象。因此無論是親油性材料或是疏油性材料只要粒徑合適，都有比較 好的粗?；Ч?。2 .粗?；牧希ň劢Y(jié)板材）的選擇粗?；牧蠌男螤顏砜捶至畹暮屠w維狀的兩大類，從材質(zhì)上分為天然的（如無煙煤、蛇紋石、石英砂等）和人造的（如聚丙烯塑料球和陶粒等）兩類。國外應(yīng)用的粗?；牧虾芏?，以 各種化工產(chǎn)品居多，如聚酪、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等等。作為一次性使用，主張用纖 維性材料，重

31、復使用主要用粒狀材料。國內(nèi)各油田目前工業(yè)化的粗粒化裝置大多是用粒狀材 料，各種材料性能可見表 6-3 。表6-3粗?；牧衔镄员聿牧厦Q潤濕角相對密度潤濕角測定條件聚丙烯7o38水溫44 C,介質(zhì)為凈化后含油污水；潤濕劑為原油無煙煤1318陶粒7242石英砂9930蛇紋石72o9圖6 10（a）粗?；推鞴に囋韴D粗?；牧线x擇原則為：耐油性能好，不能被油溶解或溶漲；具有一定的機械強度，且不易磨損；不易板結(jié)，沖洗方便；一般主張用親油性材料；盡量采用相對密度大于 l的材料；貨源充足,1-進水口； 2-出水口； 3-排污口;加工、運輸方便，價格便宜；粒徑35mm宜。對于聚結(jié)板材通常可采用聚氯乙烯

32、、聚丙烯塑料、玻璃鋼、普通碳鋼和不銹鋼等。具體 選用哪種材質(zhì)的聚結(jié)板，要根據(jù)處理水質(zhì)特性和生產(chǎn)實際需要來確定。一般說來，聚丙烯和 玻璃鋼塑料聚結(jié)板屬濕潤聚結(jié)范疇；純聚丙烯板材，當吸油接近飽和時纖維周圍會產(chǎn)生油水 界面引起的分子膜狀薄油膜，吸油趨于平衡，影響聚結(jié)效果。玻璃鋼材質(zhì)吸油時對油水界面 引起的分子膜狀薄油膜影響較小，吸油功能可保持良好，但板材加工難度較大。碳鋼和不銹 鋼聚結(jié)板材屬碰撞聚結(jié)范疇，板材表面經(jīng)過特殊處理后，親水性能良好。不銹鋼板聚結(jié)效果 優(yōu)于碳鋼板，其運行壽命也大于碳鋼板，但不銹鋼板造價遠高于碳鋼板。3 .粗?；ň劢Y(jié)）裝置單一的粗?；脱b置一般為立式結(jié)構(gòu)，下部配水，中部裝填

33、粗?；牧?，上部出水。組合式粗?；脱b置一般為臥式，裝置首端為配水部分，中部為粗?；糠?，中后部為斜板（管）分離部分，后部為集水部分。粗?；脱b置工藝結(jié)構(gòu)如圖6 10（a）所示。聚結(jié)分離器:（管）圖610（b）聚結(jié)分離器工藝原理圖除油裝置結(jié)合除油。原水進入裝置首端，通過多喇叭口均勻布水，水流方式橫向流經(jīng)三 組斜交錯集結(jié)板，使油珠聚結(jié)，懸浮顆粒增大, 然后再橫向上移，自斜板組上部均布，經(jīng)斜板 分 離，油珠上浮集聚，固體懸浮物下沉集聚 排除，l 一進水口； 2出水口； 3粗?；?4 一污油口； 5進料口； 6 一蒸氣回水口;凈化水由斜板下方橫向流人集水腔。高效 聚結(jié) 分離器工藝原理圖見圖 6

34、-10（b）所示。四、氣浮除油（除懸浮物）目前渤海各平臺均未采用單獨的粗?；ň劢Y(jié)）除油設(shè)備，通常是在斜板除油或重力沉 降除油后進入氣浮設(shè)備繼續(xù)深度除油。(1) 浮除油的基本工作原理氣浮就是在含油污水中通入空氣 （或天然氣）設(shè)法使水中產(chǎn)生微細氣泡，有時還需加入浮選劑或混凝劑，使?水中顆粒為25 m的乳化油和分散油或水中懸浮顆粒粘附在氣泡上，隨氣體一起上浮到水面并加以回收，從而達到含油污水除油除懸浮物的目的。(1)油粒和懸浮物具有吸附氣泡浮上的性能當天然氣被射流器吸入并在浮選器內(nèi)形成微氣泡時，由于含油污水中的油粒和懸浮物為疏水性，且油粒比重小于1,便會立即吸附到微氣泡表面，并以 0.9m/s的高

35、速上浮分離在液面上形成浮渣層。(2) 過濾原理生產(chǎn)水中的油和懸浮物在浮上時脫油，水則向下作層流，并從浮選器下部的出水口流出，由于水向下流動時必須穿過上升的微氣泡層，因此如果向下流動的水中存在油粒和絮凝的懸 浮物，必然會被上升的氣泡吸附“過濾”，并送到液面浮渣層。(3) 微氣泡原理根據(jù)原理(1)推斷，若要將污水中的分散狀的油粒(包括經(jīng)破乳后，乳化油變成粒徑大的 油粒)和大小不一的磯花最大限度的被氣泡所吸附，最有效的技術(shù)措施就是要能夠在污水中 不斷的釋放(供給)粒徑比較理想的微氣泡。氣浮選器內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖如 6 11所示。圖611加氣浮選器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖為使污水中有些親水性的懸浮物用氣浮法分離，則應(yīng)

36、在水中加入一定量的浮選劑使懸浮物表面變?yōu)槭杷晕镔|(zhì)，使其易于粘附在氣泡上去除。浮選劑是由極性-非極性分子組成，為表面活性物質(zhì)，例如含油污水中的環(huán)烷酸及脂肪酸都可起浮選劑作用。有時水中乳化油量較高時，氣浮之前還需加混凝劑進行破乳，使水中油呈分散油狀態(tài)以便于氣泡粘附易于用氣浮法分離。2.氣浮除油(除懸浮物)裝置氣浮除油(除懸浮物)裝置，按照氣體被引人水中的方式分為兩大類，其一是溶解氣浮選上浮聚集他若夠。溶淵鵬狂冊況簿總夢選裝置裝置，其二是分散氣浮選裝置。(1)溶解氣浮選裝置該裝置首先使氣體在壓力狀態(tài)下溶于水中，再將溶氣水引入浮選器首端或底部均勻配 出，待壓力降低后，溶入水中的氣體便釋放出來, 使被

37、處理水中的油珠和懸浮物吸附到氣泡上， 工藝示意圖。(2)分散氣浮選裝置A.旋轉(zhuǎn)型浮選裝置。該裝置機械轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)在氣液界面上產(chǎn)生了一個液體淤渦，波渦氣液 界面隨著轉(zhuǎn)速升高可擴展到分離室底部以上。在渦游中心的氣腔中，壓力低于大氣壓，這就 引起分離室上部氣相空間的蒸汽下移，通過轉(zhuǎn)子與水相混合形成氣水混合體。而后在轉(zhuǎn)子的 旋轉(zhuǎn)推動下向周邊擴散，形成與油、懸浮物混合、碰撞、吸附、聚集，上浮被去除的循環(huán)過 程。圖6-13(a)示意出了旋轉(zhuǎn)型分散氣浮選裝置的橫截面結(jié)構(gòu)。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)式分散氣浮選裝置設(shè)置有四個浮選單元室。含油污水依次流經(jīng)四個浮選單元 室，水中含油和懸浮物逐級被去除凈化。B.噴射型浮選裝置。該裝置每

38、個浮選單元均設(shè)置一個噴射器，利用泵將凈化水打入浮選 單元的噴射器，如圖 6-13(b)所示，在噴射器內(nèi)的噴嘴局部產(chǎn)生低氣壓，這就引起氣浮單元 上部氣相空間的氣體流向噴射器噴嘴，從而使氣、水在噴嘴出口后的擴散段充分混合，然后 射流入浮選單元中下部與被處理的污水混合，形成油、懸浮物與氣泡吸附、聚集，上浮被去除。噴射型分散氣浮選裝置可設(shè)計為單浮選室、三浮選室和四浮選室，具體根據(jù)處理污水水 質(zhì)情況確定。生產(chǎn)實踐證明，旋轉(zhuǎn)型分散氣浮選裝置比噴射型的能耗稍高，氣耗也稍大。圖6-13(a)旋轉(zhuǎn)型分散氣浮選裝置橫截面圖圖6-13(b)噴射型分散氣浮選裝置橫截面圖五、旋流除油1 .基本原理水力旋流器是利用油水密

39、度差，在液流調(diào)整旋轉(zhuǎn)時受到不等離心力的作用而實現(xiàn)油水分離。其基本工藝結(jié)構(gòu)如圖 6-14所示。圖6-14水力旋流器結(jié)構(gòu)示意圖1含油污水入口（切向入口）；2圓錐體渦流腔（加速部分）；(6-30 )6gr3一等截面尾部；4水出口； 5污油出口含油污水切向或螺旋向進入圓筒渦旋段，并沿旋流管軸向螺旋態(tài)流動。在同心縮徑段，由于圓錐截面的收縮，使流體增速，并促使已形成的螺旋流態(tài)向前流動，由于油、水的密度 差，密度較大的水及固體顆?？拷鼙?，而密度較小的油則集中到中心部位，即，使水沿著 管壁旋流，而油珠移向中心。流體進入細錐段，截面不斷縮小，流速繼續(xù)增大，小油珠繼續(xù) 移到中心匯成油心。流體進入平行尾段，由于流

40、體恒速流動，對上段產(chǎn)生一定的回壓，使低 壓油心向污油出口排出。高速旋轉(zhuǎn)的物體能產(chǎn)生離心力。含懸浮物（或分散油）的水在高速 旋轉(zhuǎn)時，由于顆粒和水的質(zhì)量不同，因此受到的離心力大小也不同，質(zhì)量大的被甩到外圍， 質(zhì)量小的則留在內(nèi)圍，通過不同的出口分別導引出來，從而回收了水中的懸浮物（或分散油）， 并凈化了水質(zhì)。當固體顆粒含量大于200mg/L時，水力旋流器最好應(yīng)立式安裝。根據(jù)處理量大小也可以選擇多個水力旋流器并聯(lián)方式來加大處理量。（1） 離心力和介質(zhì)阻力由旋流管中心向器壁輻射的力為離心力。具有球形液滴所受的離心力可按下式：F1d3( wo)Vt2式中 d液滴直徑， cm; 3w 連續(xù)相密度，kg/cm

41、；o 分散相密度，kg/cm3;Vt切向速度)cm/ s ；旋轉(zhuǎn)半徑，cm;Vt2/r離心加速度， cm!/ s重力加速度,一 /_2cm/ s 。按斯托克斯公式求得的介質(zhì)阻力為:式中 w 連續(xù)相的運動粘度,Vr 液滴的徑向速度,F23 wdVr2Ns/cm ，cm/s。(6-31 )忽略重力不計，當離心力 Fi和介質(zhì)阻力F2相等時，油滴的徑向速度為:Vr22d2( wo)V；18 wr(6-32)油滴在重力場內(nèi)的升浮速度:Vgd2( wo)18 wg(6-33)比較式(6-32)和式(6-33)可得出:KcVl V2Vggr(6-34)式(6-34)說明Kc是離心加速度和重力加速度的比值稱為

42、分離因素。統(tǒng)計計算表明，水力旋流器的分離因素在 5002000之間。(2)油滴直徑由式(6-32)可知:dVt18 wVr(6-35)4QinVt號(6-36)D：式中 Qin 旋流管的進口流量，m3/s ；Din 旋流管進口當量直徑，mr，、Vr -(6-37 )式中t 液體在旋流管內(nèi)的停留時間，s。D2 18d _DL ,18 w(6-38)VtQin ( wo)t油滴直徑對分離效率有很大影響，研究旋流器進出口水樣中油滴直徑的分布可用以評價旋流器的分離效果。假定，在特定的油品試樣中，旋流管分離粒徑為40 m油滴所需時間為 1s,分離20 m粒徑油滴所需時間則為 4s,而分離粒徑為10 m油

43、滴所需時間為16s。液體在旋流管內(nèi)的停留時間僅為12s,因此，當小粒徑油滴占很大比例時，不可能有高的分離效率。需要指出的是，式(6-38)的唯一條件是在旋流管內(nèi)油滴尺寸及數(shù)量的分布是固定的，但在液一液分離體系中，上述情況是變化的。采樣分析的樣品和實際也會產(chǎn)生一定差異?？梢圆扇〉拇胧┦?，在流程設(shè)計中盡量增加油滴的聚集，減少泵、閥對油滴的剪切。(3)流量隨著流量增加，離心力也相應(yīng)增加，對一個特定的旋流器來說，在保證分離效率的前提下，有一個最小流量和最大流量的工作范圍。流量過小則由于離心力不足影響油滴的聚集，流量過大油芯容易變得不穩(wěn)定。另外，由于進出口壓差過大會對油滴產(chǎn)生剪切。一根直徑35mm的旋流

44、管最佳流量范圍為100200m/d。(4)密度兩種液體的密度差越大則分離效率越高。2 .旋流除油器旋流除油器自20世紀80年代開始應(yīng)用以來，很快在全世界各國油田得到了推廣應(yīng)用， 特別是海上油田。旋流器產(chǎn)品就結(jié)構(gòu)形式而言，有靜態(tài)和動態(tài)兩種；按其用途分為：油水預分離旋流器，污水除油旋流器及原油脫水旋流器。對于液-液旋流分離由固-液（氣）分離發(fā)展而來，但是具有更大的難度， 原因是：液-液之 間密度差太小，產(chǎn)生的分離力量太??；剪切力使油滴不是聚結(jié)而是進一步破碎。在對液 -液旋 流分離進一步研究得到：應(yīng)產(chǎn)生非常強烈的旋流，使分散相有足夠的徑向遷移；旋流器直徑要小，并有足夠大的長徑比；油芯附近的液流層必須

45、穩(wěn)定，避免油、水兩相的重混；旋流器應(yīng)具有很小的圓錐角，導流口能使液流產(chǎn)生好的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸與旋流器幾何軸 線重合。影響油、水兩相溶液分離效果的因素除了旋流器本身的結(jié)構(gòu)尺寸和操作條件（壓力、壓差和流量）外，起決定作用的是分離液的物理性質(zhì)。水的相對密度大、液體溫度高、分散相（油）液滴尺寸大，對分離效果有利；油的相對密度大、油的粘度高、表面活性劑含 量高，對分離效果不利。增加壓差， 可提高處理量，便于調(diào)節(jié)，在操作 范圍內(nèi)對分離效果影響不大。 在保 證溢液比大于1 %情況下，增加溢 流量對離效果沒有影響。 旋流器的入口流速，過高則液漓易分裂，過低則離心力不足。圖 6-15為多管污水除油水力旋流器結(jié)構(gòu) 圖

46、。圖6-15 多管污水除油水力旋流器結(jié)構(gòu)圖第二節(jié)混凝沉降一、混凝機理混凝含指“凝聚”和“絮凝”過程。一般認為水中膠體失去穩(wěn)定性，即“脫穩(wěn)”的過程稱為“凝聚”；而脫穩(wěn)膠體中粒子及微小懸浮物聚集的過程稱為“絮凝” 。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中 很難將“凝聚”和“絮凝”兩者截然分開，只是在概念上可以這樣理解。油田含油活水處理中的混凝現(xiàn)象比較復雜，室內(nèi)試驗研究證實，不同的凝聚劑、絮凝劑組合，不同的水質(zhì)條件，混凝作用機理也有所不同。一般說來，混凝劑對水中膠體顆粒的混凝作用有三種：電性中和、吸附橋架和卷掃作用。這三種作用以何者為主，取決于混凝劑的種類、投加量、水中膠體粒子的性質(zhì)、含量和水的pH 值等因素。1. 電性

47、中和要使膠體顆粒通過布朗運動相互碰撞聚集，就必須消除顆粒表面同性電荷的排斥作用，亦稱“排斥能峰”。降低排斥能峰的辦法是降低或消除膠體顆粒的Z電位，即在水中投入電解質(zhì)便可達此目的。含油污水中膠體顆粒大都帶負電荷，故通常投入的電解質(zhì)凝聚劑是帶正電荷的離子或聚合離子，如Na+、 Ca2+、 Al 3+等。2. 吸附橋架不僅帶異性電荷的高分子物質(zhì)（ 即絮凝劑） 與膠體顆粒具有強烈地吸附作用，不帶電的甚至帶有與膠粒同性電荷的高分子物質(zhì)與膠粒也有吸附作用。當高分子鏈的一端吸附了某一膠粒后，另一端又吸附了另一膠粒，形成“膠粒高分子膠?！钡男躞w。高分子物質(zhì)在這里起到了膠粒與膠粒之間相互結(jié)合的橋梁作用，故稱吸附

48、橋架。起橋架作用的高分子都是線性高分子且需要一定長度，當長度不夠時，不能起到顆粒間橋架作用，只能單個吸附膠粒。3. 網(wǎng)掃作用當水中投加的混凝劑量足夠大，便可形成大量絮體。成絮體的線性高分子物質(zhì)，不僅具有一定長度，且大都有一定量的支鏈，絮體之間也有一定的吸附作用?；炷^程中在相對較短的時間內(nèi)，在水體中形成大量絮體，趨向沉淀，便可以網(wǎng)捕，卷掃水中的膠體顆粒，以致產(chǎn)生凈化沉淀分離，這種作用基本上是一種機械作用。二、混凝工藝1 . 混合投藥口的位置和混合設(shè)備的選擇必須使加入的混凝劑與水急劇、充分混合，如投加兩種及兩種以上混凝劑或助凝劑時，應(yīng)事先進行配伍性試驗。所謂配伍性試驗是幾種藥劑投入污水后必須有利

49、于混凝沉淀處理，而且不能起相反的作用。例如用聚合氯化鋁做凝聚劑，用 CG-A作絮凝劑時， 應(yīng)先投聚合氯化鋁后再投CG-A。 由于受污水處理站處理工藝的限制，兩種藥劑投入口不可能相隔太遠，但至少應(yīng)有10s 左右的混合時間。投藥口的位置根據(jù)采用流程不同而異。目前各油田投藥口大部分都設(shè)在壓力管線上，為保證充分混合一般采用圖6-16所示的靜態(tài)簡易管式混合器，其噴嘴流速 34m/s,也有采用圖6-17所示的靜態(tài)葉片渦流形式的管式混合器?；旌蠒r問一般為1020s左右，混合管線流速為 1.5m/s。圖6-16簡易管式混合器示意圖圖6-17葉片渦流管式混合器示意圖2 .反應(yīng)油田污水處理站一般不設(shè)單獨的反應(yīng)構(gòu)筑

50、物，大都是反應(yīng)與分離（沉淀）合建在一起的臥式或立式混凝沉降設(shè)施。反應(yīng)部分從反應(yīng)的水力原理上分為旋流式中心反應(yīng)器和渦流式中心 反應(yīng)器，及旋流渦流組合式反應(yīng)器。（1）旋流式中心反應(yīng)器旋流式中心反應(yīng)器，有效反應(yīng)時間一般為815min,噴嘴進口流速23m/s。也可根據(jù)原水水質(zhì)情況，投加的混凝藥劑性能通過實驗確定。旋流式中心反應(yīng)筒計算公式如下：有效容積。山水1皿 -（6-39）60式中Wi反應(yīng)筒有效容積，m；T反應(yīng)時間， min;Q i單罐設(shè)計水量，nm/h。直徑5 個（6-40）式中D1 反應(yīng)簡直徑，m;Hr 反應(yīng)筒有效高度,反應(yīng)筒總高度由圖6-18可以看出，反映器總高度應(yīng)包括上部橢圓形封頭高度、中下

51、部整流格板高度、 配水及排污部分高度之和。即：H Hr Hi H2 H3(6-41)圖6-18 旋流式中心反應(yīng)器工藝結(jié)構(gòu)圖1一進水口； 2一噴嘴；3防沖導流板；4一整流格板;5一出口配水；6排污口(2)渦流式中心反應(yīng)器渦流式中心反應(yīng)器工藝構(gòu)造圖如圖6-19所示。有效反應(yīng)時 間一般為610min,進水管 流速1.0m/s ,錐底夾角口為30o45°。渦流式中心反應(yīng)簡有關(guān) 計算公式如下：有效容積TQ60(6-42 )有效高度Hr H4 H5(6-43)根據(jù)幾何關(guān)系列出:旦tg12H42_ 2叫一D1(H5423H4)圖6-19渦流中心反應(yīng)器工藝結(jié)構(gòu)圖(6-44 )解聯(lián)立方程式可求出D1及

52、H4。三、沉降分離工藝經(jīng)重力除油或其他除油設(shè)備初步凈化后的污水加入混凝劑，通過進水管道混合后分別進入兩種型式的中心反應(yīng)筒。反應(yīng)后形成礬花的污水經(jīng)布水管進入混凝沉降罐沉降分離部分，對下向流沉降罐，反應(yīng)器采用上配水式，污水經(jīng)多點配水喇叭口均勻分配至配水斷面。污水在自上而下流動過程中，污油攜帶大部分懸浮物上浮至油層，經(jīng)出油管流出。部分相對密度比較大的懸浮物下沉至罐底。因此，混凝沉降包括：上浮除去油和懸浮物，下沉部分懸浮物，一般認為若污水中油是主要污染指標，固體懸浮物為次要污染指標，多采用下向流模式，這種罐也稱混凝除油罐；若污水中主要污染指標是固體懸浮物，而油是次要污染指標，常采用上向流 （ 也稱逆向

53、流）模式，通常叫做混凝沉降罐，其意義是以除固體懸浮物為主。1. 下向流混凝沉降罐工藝結(jié)構(gòu)簡介下向流混凝沉降罐與混凝除油罐的工藝構(gòu)造基本一致。工藝結(jié)構(gòu)圖參見圖6-8 。2. 上向流混凝沉降罐工藝結(jié)構(gòu)簡介重力式上向流混凝沉降罐為立式裝配。設(shè)備中心的中下部為混凝反應(yīng)部分；環(huán)空底部為集泥、排污和沖洗系統(tǒng)，中部為下向逆流配水系統(tǒng)，上部為逆流斜板（管 ） 分離部分；設(shè)備中上部為周向斜擋板集水部分，設(shè)備上部為浮渣污油加熱收除系統(tǒng)。圖 6-20 為上向流混凝沉降罐工藝結(jié)構(gòu)示意圖。3. 壓力式混凝逆流沉降罐工藝結(jié)構(gòu)簡介壓力式混凝逆流沉降罐為臥式裝配。設(shè)備首段為組合式混凝反應(yīng)部分，外側(cè)環(huán)空為旋流反應(yīng)，內(nèi)側(cè)錐形空間為渦流反應(yīng)；中段為整流過渡和配液區(qū)，中后段為逆流斜板（ 管 ） 沉降分離區(qū)，后段為集水出流部分。設(shè)備中段、中后段上部為浮渣、污油收除內(nèi)件，中部為配水分離內(nèi)，下部為污泥集聚和排除內(nèi)件。圖6-21 為壓力式混凝逆流沉降罐工藝結(jié)構(gòu)示意圖。圖6-20上向流混凝沉降罐工藝結(jié)構(gòu)圖1進水口； 2收油口； 3一出水口；圖6-21壓力式逆向流沉降罐工藝結(jié)構(gòu)圖1進水口； 2出水口； 3收油口； 4安全口4呼吸口； 5一排污口； 6進料口；7一人孔；8沖洗口； 9蒸汽回水口；5一排污口； 6進料口； 7一人孔；8一沖洗水口9一蒸氣回水口； 10一放空口10密封口第三節(jié)過 濾