油田水处理(在用)

1、第一节 油田污水的来源水是石油生成、运移和储集过程中的主要天然伴生物。石油的开采经历了三次采油阶段：一次采油:油藏勘探开发初期，原始地层能量将部分油气水液体驱向井底，举升至地面，以自喷方式开采. 采出液含水率很低二次采油 有注水开发和注气开发等方式。高压水驱动原油。 存在问题：经过一段时间注水后注入水将随原油采出，且随开发时间的延长，采出油含水率不断上升。三次采油 注聚合物等驱油。油田含油污水来源原油生产过程中的脱出水:原油脱水站、联合站内各种原油储罐的罐底水、含盐原油洗盐后的水。洗井水 为提高注水量、有效保护井下管柱，需定期对注水井进行洗井作业。为减少油区环境污染，将洗井水建网回收入污水处理

2、站。钻井污水、井下作业污水、油区站场周边工业废水等全部回收处理净化，减少污染，满足环保要求。原水:未经任何处理的油田污水。初步净化水:经过自然除油或混凝沉降除油后的污水。滤后水:经过过滤的污水。净化水:凡是经过系统处理后的污水都叫净化水。第二节 污水处理利用的意义1、含油污水不合理处理回注和排放的影响油田地面设施不能正常运作 造成地层堵塞而带来危害 造成环境污染，影响油田安全生产2、油田注水开发生产带来的问题注入水的水源油田注水开发初期，注水水源为浅层地下水或地表水（宝贵的清水），过量开采清水会引起局部地层水位下降，影响生态环境。对环境的影响随着原油含水量的不断上升，大量含油污水不合理排放会引

3、起受纳水体的潜移性侵害，污染生态环境。二、腐蚀防护与环境保护油田含油污水特点：矿化度高 溶解有酸性气体 腐蚀处理设施、注水系统 溶解氧三、合理利用污水资源水源缺乏的办法之一：提高水的循环利用率油田污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。若污水处理回注率100，即油层中采出的污水和地面处理、钻井、作业过程中排出的污水全部处理回注，则注水量只需要补充由于采油造成地层亏空的水量，因而节约大量清水资源和取水设施的建设费用，提高油田注水开发的总体技术经济效益。第三节 水质标准一、油田开发对注水水质的要求油田注水的服务对象：致密岩石组成的油层要求：保证注水水质，达到“注得上，注得进，注得够”

4、 。对净化采出水的具体要求:化学组分稳定，不形成悬浮物； 严格控制机械杂质和含油；有高洗油能力；腐蚀性小；尽量减少采出水处理费用。油层条件对注水水质的要求：低渗透油田注水水质标准。目前，陆上低渗透油藏为35左右，且每年新探明的石油地质储量中低渗透油层所占的比重越来越大。二、净化污水回注水质标准1、注水水质基本要求 注水水质确定：根据注入层物性指标进行优选。具体要求：对水处理设备、注水设备、输水管线腐蚀性小；不携带超标悬浮物、有机淤泥、油；与油层流体配伍性良好，即注入油层后不使粘土发生膨胀和移动。2、注水水质标准由于各油田或区块油藏孔隙结构和喉道直径不同，相应的渗透率也不相同，因此，注水水质标准

5、也不相同。下表为石油天然气行业标准碎屑岩油藏注水水质推荐指标SYT532994水质主控指标。3、注水水质辅助性指标辅助性指标包括：溶解氧水中溶解氧时可加剧腐蚀。腐蚀率不达标时，应首先检测氧浓度。油田污水溶解氧浓度<0.05mg/l，特殊情况不超过0.1mg/l；清水中溶解氧含量要小于0.5 mg/l。硫化氢 硫化物含量过高，说明细菌增生严重，引起水中悬浮物增加。 油田污水中硫化物含量应小于2.0 mg/l。侵蚀性二氧化碳 =0，稳定侵蚀性二氧化碳含量 >0，可溶解CaCO3垢，但对设施有腐蚀<0，有碳酸盐沉淀析出pH 控制在7 0.5为宜。铁当水中含有亚铁离子时，铁细菌可将其

6、转化为三价铁离子， 生成氢氧化铁沉淀，水中含有硫化物（H2S）时, 生成FeS沉淀，使水中悬浮物增加。第四节 油田水中的杂质一、原水杂质分类按油田污水处理的观点，原水中的细小杂质分为五大类。1、悬浮固体颗粒直径范围1100m，此部分杂质主要包括：泥沙：0.054 mm的粘土、460 mm的粉砂、大于60mm的细砂；各种腐蚀产物及垢：Fe2O3、CaO、MgO、FeS、CaSO4、CaCo3等；细菌：硫酸盐还原菌（SRB）510 mm，腐生菌（TGB）1030 mm；有机物：胶质、沥青质和石蜡等重质油类。2、胶体 粒径为11031 m，主要由泥砂、腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体

7、基本相似。3、分散油与浮油 原水中一般约有1000mg/l的原油，偶尔有20001000mg/l的峰值含油量，其中90左右为10100 mm的分散油和大于100 mm的浮油。4、乳化油原水中有10左右的（ 110310m ）的乳化油。5、溶解物质在污水中处于溶解状态的低分子及离子物质。主要包括：溶解在水中的无机盐类基本上以阳离子和阴离子的形式存在，粒径在1103m以下，如Ca2、Mg2、K、Na+、Fe2、Cl、HCO3、CO32等，还包括环烷酸类等有机溶解物。溶解的气 如溶解氧、二氧化碳、硫化氢、烃类气体等，粒径一般为（35）104m二、原水杂质分析在水处理过程中，主要是从堵塞和腐蚀的角度来

8、考察重要的水中的离子及其物理性质。还要计算总溶解固体量（TDS）：离子浓度总和测试余氯含量（杀菌剂）或水质处理化学药剂含量：监控其在系统中的效能。总体上讲，油田污水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体以及溶解盐类等较复杂的多相体系。1、阳离子（1）钙油田盐水的主要成分，含量高达30000mg/L,能很快与碳酸根或硫酸根离子结合，沉淀生成附着的垢或悬浮固体，是造成地层堵塞的主要原因。（2）镁镁离子浓度比钙离子低得多。能形成碳酸镁（MgCO3）垢。纯的碳酸镁很难获得，溶解度是碳酸钙的50倍，在Ca-Mg碳酸盐垢的混合物中，只有极少量的MgCO3。（3）钠油田水中的主要成分，通常不会引起什么问题。

9、（4）铁地层水中天然铁含量很低。其存在标志着有金属腐蚀。存在形式：溶液中以离子形式存在（高铁（Fe3）或 低铁（Fe2）作为沉淀出来的铁化合物悬浮在水中（5）钡 与硫酸根离子结合生成及其难溶的BaSO4。（6）锶与钡和钙一样，能与SO42-形成难溶的SrSO4。比BaSO4好溶一些，但发现的常常是BaSO4和SrSO4的混合垢。2、阴离子（1）氯根主要来源是NaCl，Cl-是个稳定成分，其浓度用作水中含盐量的度量。 Cl-浓度高更容易引起腐蚀。（2） CO32-和HCO3- 能够生成不溶解的垢。 CO32-浓度表示的碱度称为酚酞碱度，HCO3-浓度表示的碱度称为甲基橙碱度。（3）SO42-与钙

10、、钡或锶反应生成不溶解的垢，也是硫酸盐还原菌的“食物”。3、其它性质（1）pH值碳酸钙和铁的化合物的溶解度很大程度上取决于pH 值。大多数油田水的pH值在48之间pH值越高，结垢趋势越大；若pH值较低，则结垢趋势减小，但其腐蚀性增大。pH值的测定：可采用高压pH值电极进行在线测试。（2）悬浮固体a、含量用膜过滤器过滤出的固体数量来衡量水中固体悬浮物含量。常用滤膜孔径为0.45 的过滤器来测定。b、颗粒大小的分布 可用于过滤器性能的监测。c、颗粒形状通过光学或扫描电镜测定，通常与颗粒大小分布结合使用。d、悬浮固体的化学组分 对化学组分的测定，可以确定其起因（腐蚀产物、垢的颗粒、地层砂等），对清除

11、堵塞的设计很重要。（3）浊度 水“混浊”程度的一个度量，反映注水过程中地层堵塞的可能性。意味着水中含有不溶物质，如分散油或气泡。通常用测定浊度来监视过滤器的性能。（4）总溶解固体量（TDS，总矿化度）已知体积的水中所溶解物质的总量 总矿化度高对抑制油层粘土膨胀有利，但易结垢，更易引起腐蚀。对水中溶解氧含量敏感。测定方法：通过水分析报告给出的阳离子、阴离子的浓度总数计算，或是通过将蒸发的水样进行干燥后称重残余物测定。（5）温度水温度影响结垢趋势、pH值、气体在水中的溶解度。 水温过低原水不易处理，水温增高，腐蚀加剧. 水的相对密度也是温度的函数。（6）相对密度相对密度的大小是水中溶解的固体总量的

12、直接标志。由于实际水中含有溶解的固体，因而相对密度1。（7）溶解氧 影响水的腐蚀性； 若水中存在溶解的铁，会与氧形成铁的氧化物沉淀，造成堵塞；助长需氧细菌的生长（8）溶解的CO2影响水的pH值、腐蚀率、碳酸钙结垢的程度。（9）硫化物（H2S）水中存在H2S会增加水的腐蚀性。自然存在于水中或由硫酸盐还原菌（SRB）产生。（10）细菌总数 细菌存在 引起腐蚀、地层堵塞。测定和监视硫酸盐还原菌（SRB）的数目，还要测定粘泥生成菌（TGB）及细菌总数。（11）油含量水中含油会降低注水效率，表现为在油层中产生“乳状块”是一些固体如硫化铁的极好粘结剂，加重堵塞。第二章 油田污水处理工艺第一节 工艺流程简介

13、一、重力式流程自然（或斜板）除油混凝沉降压力（或重力）过滤流程。重力式流程在20世纪七八十年代国内各陆上油田较普遍采用。1、该流程处理过程脱水转油站来的原水，经自然收油初步沉降后，加入混凝剂进行混凝沉降，再经过缓冲、提升、进行压力过滤，滤后水加杀菌剂，得到合格的净化水，外输用于回注。滤罐反冲洗排水用回收水泵均匀地加入原水中再进行处理。回收的油送回原油集输系统或者用作原料。2、流程特点处理效果良好。对原水含油量、水量变化波动适应性强自然除油回收油品好投加净化剂混凝沉降后净化效果好若处理规模较大时：压力滤罐数量较多、操作量大处理工艺自动化程度稍低当对净化水质要求较低，且处理规模较大时，可采用重力式

14、单阀滤罐提高处理能力。二、压力式流程 旋流（或立式除油罐）除油聚结分离压力沉降压力过滤流程。压力式流程是20世纪80年代后期和90年代初发展起来的。它加强了流程前段除油和后段过滤净化。1、流程处理过程脱水站来的原水，若压力较高，可进旋流除油器 ；若压力适中，可进接收罐除油，为提高沉降净化效果，在压力沉降之前增加一级聚结（亦称粗粒化），使油珠粒径变大，易于沉降分离。或采用旋流除油后直接进入压力沉降。根据对净化水质的要求，可设置一级过滤和二级过滤净化。2、流程特点处理净化效率较高，效果良好，污水在处理流程内停留时间较短旋流除油装置可高效去除水含油，聚结分离使原水中微细油珠聚结变大，缩短分离时间，提

15、高处理效率。适应水质、水量波动能力稍低于重力式流程流程系统机械化、自动化水平稍高于重力式流程，现场预制工作量大大降低可充分利用原水来水水压，减少系统二次提升。三、浮选式流程接收（溶气浮选）除油射流浮选或诱导浮选过滤、精滤流程。浮选式流程主要是借鉴20世纪80年代末、90年代初从国外引进污水处理技术的基础上，结合国内各油田生产实际需要发展起来的。1、流程处理过程流程首端采用溶气气浮，再用诱导气浮或射流气浮取代混凝沉降设施，后端根据净化水回注要求，可设一级过滤和精细过滤装置。2、流程特点处理效率高；设备组装化、自动化程度高，现场预制工作量小；广泛用于海上采油平台；陆上油田，尤其是稠油污水处理中有较

16、多应用。流程动力消耗大，维护工作量稍大。四、开式生化处理流程隔油浮选生化降解沉降吸附过滤流程。该流程适用条件：针对部分油田污水采出量较大，但回用量不够大，必须处理达标外排而设计的。1、流程处理过程原水经过平流隔油池除油沉降，再经过溶气气浮池净化，然后进入曝气池、一级、二级生物降解池和沉降池，最后提升经砂滤或吸附过滤达标外排。2、流程净化效果一般情况，经过开式生物处理流程净化，排放水质可以达到污水综合排放标准GB89781996要求。应注意的是：少部分油田污水水温过高，若直接外排，将引起受纳水体生态平衡的破坏排放前淋水降温；少部分矿化度高的油田污水，进行除盐软化，降低含盐量，以免引起受纳水体盐碱

17、化。第二节 除油一、自然除油1、基本原理物理法除油，根据油水密度不同，达到油水分离。该种方法：忽略了进出配水口水流的不均匀性忽略油珠颗粒上浮中的絮凝等因素的影响，认为油珠颗粒是在理想状态下进行重力分离a、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；b、油珠颗粒以等速上浮；c、油珠颗粒上浮到水面即被去除。含油污水在重力分离池中的分离效率（除油效率）为：式中：E 油珠颗粒的分离效率；u 油珠颗粒上浮速度；Q/A 面负荷率；Q 处理流量；A 除油设备水平工作面积。表面负荷率Q/A是一个重要参数。当Q一定时，加大表面积A，可以减小油珠颗粒上浮速度u，意味着更小直径的油珠

18、颗粒被分离出来，从而提高除油效率或增加设备的处理能力。Stokes公式式中：u颗粒的浮升速度，m/s；w、o分别表示颗粒及水的密度，kg/m3；g重力加速度，m/s2；污水的粘度，Pas；d颗粒的粒径，m。Stokes公式说明的问题（1）颗粒与水的密度差（w-o）愈大，它的浮升速度愈大，成正比关系。当w>o时，u>0，颗粒上浮；当w<o时，u<0，颗粒下沉；当w=o时，u=0，颗粒既不下沉也不上浮。Stokes公式说明的问题（2）水的粘度愈小，上浮速度愈快，成反比关系。因粘度与水温成反比，故提高水温有利于上浮。（3）颗粒直径d愈大，浮升速度愈快，成平方关系。因此随粒度的

19、下降，颗粒的浮升速度会迅速降低。实际水处理过程中，水流呈层流状态的情况较少，所以一般只能去除d >20m的颗粒。2、装置结构自然除油设施一般兼有调储功能，油水分离效率不够高，通常工艺结构采用下向流设置。二、斜板（管）除油斜板（管）除油是目前最常用的高效除油方法之一，是一种物理法除油。1、基本原理斜板（管）除油基本原理是“浅层沉淀”，又称“浅池理论”。若将水深为H的除油设备分隔为n个水深为H/n的分离池，当分离池长度为原除油区长度的1n时，处理水量与原分离区相同，且分离效果完全相同。为便于浮升到斜板（管）上部油珠的流动和排除，把浅的分离池倾斜一定角度（一般为45°60°

20、）。除油效率：假设除油设备高度为H，油珠颗粒分离时间为t ，则表面负荷率表示为Q/AH/t，则分离效率为公式表明：重力分离除油设备的除油效率是分离高度的函数。H减小，E增大。2、斜板除油装置立式和平流式两种，油田上常用的是立式斜板除油罐和平流式斜板除油罐。（1）立式斜板除油罐结构形式与普通立式除油罐基本相同，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。对斜板材质要求：在污水中长期浸泡不软化、不变形、耐油、耐腐蚀。工作过程：含油污水从中心反应筒出来，在上部分离区进行初步的重力分离，较大油珠颗粒分离出来。污水通过斜板区进一步分离分离后的污水在下部集水区流入集水管，汇集后由中心柱

21、管上部流出。斜板区分离出的油珠颗粒上浮至水面，进入集油槽后由出油管排出到收油装置。常用的斜板规格立式斜板除油罐的主要设计参数：斜板间距 80100mm斜板倾角 45°60°斜板水平投影负荷 1.5×1042.0 ×104m3/(sm2)其它设计数据与普通除油罐基本相同。实践证明：在除油效率相同条件下，与普通立式除油罐相比，同样大小的斜板除油罐的除油处理能力可提高1.01.5倍。（2）平流式斜板隔油池平流式斜板隔油池是在普通的隔油池中加设斜板构成。一般是由钢筋混凝土做成池体，池中波纹斜板大多呈45°安装。隔油池原理：隔油池是用自然上浮法分离、去除

22、含油废水中可浮油的处理筑物。构造：废水从池的一端流入池内，从另一端流出。在流经隔油池的过程中，由于流速降低，密度小于1.0而粒径较大的油类杂质得以上浮到水面上，密度大于1.0的杂质则沉于池底。在出水一侧的水面上设集油管。工作过程：进入的含油污水通过配水堰、布水栅后均匀而缓慢地从上而下经过斜板区，油水泥在斜板中分离。油珠颗粒沿斜板组的上层板下，向上浮升滑出斜板到水面，通过活动集油管槽收集到污油罐再送去脱水；泥砂沿斜板组下层斜板面滑向集泥区落到池底，定时排除；分离后的水，从下部分离区进入折向上部的出水槽，然后排出或送去进一步处理，而由于高程布置的原因，污水进入下一步处理工序，往往需要用泵进行提升。

23、三、粗粒化（聚结）除油粗粒化：含油污水流经装有填充物（粗粒化材料）的装置后，使油珠由小变大的过程。这样，更容易用重力分离法将油除去。粗粒化处理的对象：水中的分散油。2、粗粒化的机理有两种观点：润湿聚结；碰撞聚结润湿聚结理论建立在“亲油性”粗粒化材料的基础上。当含油污水流经亲油性材料组成的粗粒化床时，分散油珠在材料表面润湿吸附，材料表面几乎全被油包住，再流来的油珠更容易润湿附着在上面，油珠不断聚结扩大并形成油膜，在浮力和反向水流冲击作用下，油膜开始脱落，在水相中仍形成油珠，但比聚结前的油珠粒径大，从而达到粗粒化的目的。具有该种特性的聚结材料：聚丙烯塑料球，无烟煤等碰撞聚结理论建立在疏油材料基础上

24、。由粒状的或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，如无数根直径很小交错的微管。当含油污水流经该床时，由于粗粒化材料是疏油的，两个或多个油珠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珠，达到粗粒化目的。具有该种特性的聚结材料：蛇纹石，陶粒等。需澄清的问题无论是亲油的或是疏油的材料，两种聚结同时存在。亲油材料以“润湿聚结”为主，也有碰撞聚结。原因是污水流经粗粒化床，油滴之间也存在碰撞。疏油材料以“碰撞聚结”为主，也有润湿聚结。原因是当疏油材料表面沉积油泥时，该材料便有亲油性。无论是亲油性材料还是疏油性材料，只要粒径合适，都有较好的粗粒化效果。3、粗

25、粒化材料（聚结板材）的选择分类：形状：粒状（重复使用）；纤维状（一次性使用）材质：天然的（无烟煤、蛇纹石、石英砂等）人造的（聚丙烯塑料球、陶粒等）选用原则：耐油性好，不能被油溶解或溶胀；具有一定的机械强度，且不易磨损；不易板结，冲洗方便；一般主张用亲油性材料；尽量采用相对密度大于1的材料；粒径35mm为宜；货源充足，加工运输方便，价格便宜。目前，国内各油田工业化的粗粒化装置大多是粒状材料。各种材料性能见下表。常用聚结板材的特性：聚丙烯、塑料钢塑料聚结板属润湿聚结范畴；纯聚丙烯板材，当吸油接近饱和时，纤维周围会产生油水界面引起的分子膜状薄油摸，吸油趋于平衡，影响聚结效果；玻璃钢材质吸油时，对油水

26、界面引起的分子膜状薄油模影响较小，吸油功能可保持良好，但板材加工难度大；碳钢、不锈钢聚结板材属碰撞聚结范畴，板材表面经过特殊处理后，亲水性能良好。不锈钢板聚结效果优于碳钢板，其运行寿命大于碳钢板，但不锈钢板造价远高于碳钢。4、粗粒化（聚结）装置单一式一般为立式结构：下部配水，中部装填粗粒化材料上部出水组合式一般为卧式结构：前端为配水部分中部为粗粒化部分中后部为斜板（管）分离部分后部为集水部分聚结分离器采用卧式压力聚结方式与斜板（管）除油装置结合除油。其工艺原理图见图。工作过程：原水进入装置前端，通过多喇叭口均匀布水，水流方式横向流经三组斜交错聚结板，使油珠聚结，悬浮物颗粒增大，然后再横向上移，

27、自斜板组上部均布，经斜板分离，油珠上浮聚集，固体悬浮物下沉集聚排除，净化水由斜板下方横向流入集水腔。四、气浮除油1、基本原理气浮：在含油污水中通入空气（或天然气），使水中产生微细气泡，有时还需加入浮选剂或混凝剂，使污水中颗粒为0.250.35 m的乳化油和分散油或水中悬浮颗粒粘附在气泡上，随气体一起上浮到水面并加以回收，从而达到含油污水除油除悬浮物的目的。具体过程：通入空气产生微细气泡SS附着在气泡上上浮应用：自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近1的固体颗粒。2 气浮的理论基础水中颗粒与气泡粘附的条件水、气、固三相混合体系中，不同介质表面因受力不均衡而存在界面张力，气泡与颗粒或絮体一旦

28、接触，由于界面张力存在会产生表面吸附作用。2）润湿周边：三相间的吸附界面构成的交界线。与润湿接触角有关系。3）亲水吸附与疏水吸附泡沫的稳定性(1)不稳定的后果：气泡浮到水面后，水分很快蒸发，泡沫极易破灭，会使已经浮到水面的污染物又脱落回到水中。(2)方法：投加起泡剂（表面活性物质）达到易起气泡的稳定的目的。改变疏水性能向水中投加浮选剂，可以使颗粒由亲水性物质变为疏水性。结合方式（气浮中气泡对絮体和颗粒单体的结合方式）分为：气泡顶托；气泡裹携；气泡吸附3、气浮除油（除悬浮物）装置按气体被引入水中的方式分为两类：溶解气气浮选装置；分散气气浮选装置（1）溶解气气浮选装置溶气气浮原理：使空气在一定的压

29、力作用下，溶解于水并到达过饱和状态，再减至常压释放，气体便以微小气泡的形式逸出。A、容器真空气浮常压空气溶于水，负压析出。特点：整个气浮池在负压下操作，空气溶解容易，动力设备和电能消耗少。缺点：所有设备均要密封在气浮池内，构造复杂，生产中使用不多。B、 加压溶气气浮工作原理：在加压条件下，使空气溶于水，形成空气过饱和状态。然后减至常压，使空气析出，以微小气泡释放于水中，实现气浮，此法形成气泡小，约 20 100m ，处理效果好，应用广泛。其气浮工艺有三种形式：全溶气法电耗高，但气浮池溶积小。部分溶气法(应用比较广泛)省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大压力回流加压溶气法适用于SS高的原水，但

30、气浮池容积大。组成：空气饱和设备、空气释放器、气浮池加压溶气气浮法的特点：加压条件下，空气的溶解度大，能提供足够的微气泡，确保气浮效果。减压释放，产生气泡不仅微细（ 20-100µm ），粒径均匀，密集度大，而且上浮稳定，对液体扰动小。特别适合于疏松絮凝体，细小颗粒的固液分离。工艺设备和流程较为简单，便于管理维护。对回流加压，处理效果显著、稳定，节约能耗。溶解气气浮选装置工艺过程使气体在压力状态下溶于水中，再将溶气水引入浮选器首端或底部均匀配出，待压力降低后，溶入水中的气体便释放出来，使被处理水中的油珠和悬浮物吸附到气泡上，上浮聚集被去除。（2）分散气浮选装置A、旋转型浮选装置机械转

31、子旋转，在气液界面上产生液体漩涡，漩涡气液界面随着转速升高，可扩展到分离室底部以上。在漩涡中心的气腔中，压力低于大气压，引起分离室上部气相空间的蒸气下移，通过转子与水相混合，形成气水混合体。在转子的旋转推动下向周边扩散，形成与油、悬浮物混合、碰撞、吸附、聚集、上浮被去除的循环过程。大多数旋转式分散气浮选装置设有四个浮选单元室。含油污水依次流经四个浮选单元室，水中含油和悬浮物逐级被去除净化。B、喷射型浮选装置该装置每个浮选单元均设置一个喷射器，利用泵将净化水打入浮选单元的喷射器，喷射器内的喷嘴局部产生低气压，引起气浮单元上部气相空间的气体流向喷射器喷嘴，气、水在喷嘴出口后的扩散段充分混合，射流进

32、入浮选单元中下部，与被处理的污水混合，形成油、悬浮物比B型能耗高，气耗大。五、旋流除油1、基本原理利用油水密度差，在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。2、旋流除油装置水力旋流器工作过程： 含油污水切向或螺旋向进入圆筒涡旋段，并沿旋流管轴向螺旋态流动，在同心缩径段，由于圆锥截面的收缩，使流体增速，并促使已形成的螺旋流态向前流动，由于油水的密度差，水沿着管壁旋流，油珠移向中心，流体进入细锥段，截面不断收缩，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇成油芯。流体进入平行尾段，由于流体恒速流动，对上段产生一定的回压，使低压油芯向溢流口排出。水力旋流器分离效率的影响因素：离心力和介质阻力离心力：

33、油旋流管中心向器壁辐射的力。球形液滴所受的离心力为：按斯托克斯公式求得的介质阻力为：忽略重力不计，当离心力与介质阻力相等时，油滴的径向速度为：油滴在重力场内的浮升速度：分离因数Kc，是离心加速度与重力加速度的比值。统计计算表明：水力旋流器的分离因数在5002000之间。油滴直径流量随着流量的增加，离心力也相应增加。对特定的旋流器，在保证分离效率的前提下，存在最大流量和最小流量的工作范围。流量过小，离心力不足，影响油滴聚集；流量过大，油芯容易不稳定。进出口压差过大，对油滴产生剪切作用。例如：一根直径35mm的旋流管，最佳流量范围100200m3/d。密度两种液体的密度差越大，旋流产生的离心力越大

34、，分离效率越高。3、对旋流除油的要求应产生非常强烈的旋流，使分散相有足够的径向迁移；旋流器直径要小，并有足够大的长径比；油芯附近的液流层必须稳定，避免油水两相重混；旋流器应具有很小的圆锥角，导流口能使液流产生好的旋转，且旋转轴与旋转器几何轴线重合。第三节 混凝沉降一、基本概念混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。凝聚过程：水中胶体失去稳定性的过程，即脱稳。混凝絮凝过程：脱稳胶体中粒子及微小悬浮物聚集过程。混凝过程涉及：水中胶体的性质；混凝剂在水中的水解；胶体与混凝剂的相互作用。二、水中胶体的稳定性1、概念胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性

35、。2、胶体稳定性分类动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体）；水化膜的阻碍（亲水性胶体）在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒双电层结构滑动面上的电位：称为电位，决定了憎水胶体的聚集稳定性；也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当电位降低时，水化膜减薄及至消失。3、DLVO理论胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，分别由静电斥力与范德华引力产生。胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见图2。当胶体距离x<oa或x>oc时，吸引势能占优势；当oa <x< oc时，排斥势能占优

36、势；当x=ob时，排斥势能最大，称为排斥能峰。胶体的布朗运动能量Eb1.5kT，当其大于排斥能峰时，胶体颗粒能发生凝聚。以上称为DLVO理论，只适用于憎水性胶体，由德加根（Derjaguin）、兰道（Landon）(苏联，1938年独立提出，伏维（Verwey）、奥贝克（Overbeek）（荷兰，1941年独立提出）。三、 混凝机理1电性中和作用机理电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电中和作用机理，见图3。（1）压缩双电层随着电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。压缩双电层机理适用于叔采哈代法则，即：凝聚能力离子价数6。该机

37、理认为电位最多可降至0。因而不能解释以下两种现象：混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。压缩双电层压缩双电层是指在胶体分散系中投加能产生高价反离子的活性电解质，通过增大溶液中的反离子强度来减小扩散层厚度，从而使电位降低的过程。该过程的实质是新增的反离子与扩散层内原有反离子之间的静电斥力把原有反离子程度不同地挤压到吸附层中，从而使扩散层减簿。压缩双电层的机理可以分为憎水性胶体和亲水性胶体两种类别：1、憎水性胶体 当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。 加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩

38、散层厚度减小。由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。 重新稳定现象: 当混凝剂投量过多时，凝聚效果下降的现象。胶体吸附电解质，表面电荷重新分布。2、亲水性胶体： 水化作用是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响（2）吸附电性中和这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位。其特点是：当药剂投加量过多时，电位可反号。总之，要使胶体颗粒通过布朗运动相互碰撞聚集，必须消除颗粒表面同性电荷的

39、排斥作用，即“排斥能峰”。降低排斥能峰的办法：降低或消除胶体颗粒的电位，即在水中投入电解质。含油污水中胶体颗粒大都带负电荷，故投入的电解质为带正电荷的离子或聚合离子，如Na、Ca2、Al3等。2吸附架桥不仅带异性电荷的高分子物质（即絮凝剂）与胶体颗粒具有强烈的吸附作用，不带电的甚至带有与胶粒同性电荷的高分子物质与胶粒也有吸附作用。“吸附架桥”：高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附了另一胶粒，形成“胶粒高分子胶粒”的絮体。高分子物质起到了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用。架桥模型示意见图4。如果投加的药剂是水溶性链状高分子聚合物并具有能与胶粒和细微悬浮物发生吸附的活性部位，那末它就能通过

40、静电引力、范德华引力和氢键力等，将微粒搭桥联结为一个个絮凝体(俗称矾花)。这种作用就称为吸附桥联。聚合物的链状分子在其中起了桥梁和纽带的作用。在吸附桥联形成絮凝体的过程中，胶粒和细微悬浮物并不一定要脱稳，也无需直接接触，电位的大小也不起决定作用。但聚合物的加入量及搅拌强度和搅拌时间必须严格控制，如果加入量过多，一开始微粒就被若干个高分子链包围，微粒再没有空白部位去吸附其它的高分子链，结果形成无吸附部位的稳定颗粒。如呆搅拌强度过大或时间过长，桥联就会断裂，絮凝体破碎，并形成二次吸附再稳颗粒。起架桥作用的高分子都是线性高分子且需要一定长度 ，当长度不够时，不能起到颗粒间的架桥作用，只能吸附单个胶粒

41、 。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；但投加过多，会出现“胶体保护”3网捕或卷扫作用（网扫作用）水中投加混凝剂量足够大 形成大量絮体。具有一定长度成絮体的线性高分子物质 有一定量的支链絮体之间有一定吸附作用混凝过程中，在相对短的时间内，水体中形成大量絮体，趋向沉淀，便可以网铺，卷扫水中的胶体颗粒，产生净化沉淀分离。是一种机械作用。当用铁、铝盐等高价金属盐类作混凝剂，而且其投加量和介质条件足以使它们迅速生成难溶性氢氧化物时，沉淀就能把胶粒或细微悬浮物作为晶核或吸附质而将其一起除去。四、混凝工艺1、混合 若使加入的混凝剂与水急剧、充分混合，关键是投药

42、口的位置和混合设备的选择。投加两种及两种以上混凝剂或助凝剂时，应事先进行配伍性试验：几种药剂投入污水后必须有利于沉降处理，且不能起相反的作用。药剂投入还要考虑先后顺序。投药口位置根据采用流程不同而异。受污水处理站工艺限制，两种药剂的投入口不可能相隔太远，但至少应有10s左右混合时间。油田投药口大部分设在压力管线上。混合设备的选择各油田为保证投加药剂的充分混合，采用的混合器有两种： 静态简易管式混合器 静态叶片涡流管式混合器喷嘴流速34m/s。两种混合器混合时间一般为1020s左右，混合管线流速为1.01.5m/s。当原水投加絮凝剂或助凝剂后，要求水流在剧烈的紊流流态下进行快速混合，为絮凝创造良

43、好条件。80年代初，开发应用了多种新型快速混合设备，如网格、多孔隔板、弯管以及管式静态混合器等，不仅节省投药量，缩短了混合时间，而且提高了效率。管式静态混合器是利用在管道内设置的多节固定分流板，使水流成对分流，同时又产生交叉旋涡起反向旋转作用，实现快速混合。快速混合器有二种结构型式，一种是在原水进水管内设固定叶片，而另一种是借助外部动力，带动管内叶片运动而扩散的。目前国内有三种型式，即螺旋浆片混器、SMM型混合器及komax管式静态混合器，其中komax型管式混合器又可分为成对分流式、交流混合式、涡流反应旋流式等。采用静态混合器，可在瞬间完成被处理和中和剂的混合，因而能缩短处理时间。由于没有可

44、动部分，所以不会发生故障；因为能给流体以有效的搅拌，所以动能耗也少。2、反应油田污水处理站一般不设单独的反应构筑物，大都是反应分离（沉降）合建在一起的卧式或立式混凝沉降设施。反应部分从反应的水力原理来看，分为：旋流式中心反应器涡流式中心反应器旋流涡流组合式反应器旋流式中心反应器有效反应时间815min，喷嘴进口流速23m/s。也可根据原水水质情况、投加的混凝剂性能通过实验确定。 旋流式中心反应筒有效容积 旋流式中心反应筒直径 反应筒总高度反应器总高度为：上部椭圆形封头高度、中下部整流隔板高度、配水及排污部分高度之和。HHrH1H2H3涡流式中心反应器有效反应时间610min，喷嘴进口流速0.8

45、1m/s，椎底夹角为30°45°。 有效容积 有效高度HrH4H5五、沉降分离工艺经重力除油或其它除油设备初步净化后的污水加入混凝剂，通过进水管道混合后分别进入两种型式的中心反应筒，反应后形成矾花的污水经布水管进入混凝沉降罐沉降分离部分。混凝沉降过程包括：上浮除油和部分悬浮物下沉部分悬浮物污水中油是主要污染指标固体悬浮物次要污染指标固体悬浮物主要污染指标油是次要污染指标1、下向流混凝沉降罐反应器采用上配水式，污水自上而下流动，污油携带大部分悬浮物上浮至油层，经出油管流出；部分密度较大的悬浮物沉至罐底。与混凝除油罐的工艺构造基本一致。其结构与立式除油罐基本相同，不同的是在罐中

46、增设一个反应中心筒，使废水与混凝剂在反应筒内进行充分反应，以发挥药剂的混凝破乳作用。2、上向流混凝沉降罐重力式上向流混凝沉降罐为立式装配。工艺结构简介：设备中心的中下部为混凝反应部分；环空底部为集泥、排污和冲洗系统，中部为下向逆流配水系统，上部为逆流斜板（管）分离部分；设备中上部为周向斜挡板集水部分；设备上部为浮渣污油加热收除系统。3、压力式混凝逆流沉降罐压力式混凝逆流沉降罐为卧式装配。工艺结构简介：设备首段为混凝反应部分 中段为整流过渡和配液区 上部为浮渣、污油收除内件中后段为逆流斜板（管） 中部为配水分离内件沉降分离区 下部为污泥集聚和排除内件 后段为集水出流部第四节 过滤过滤：水体流过有

47、一定厚度（一般为700mm左右）且多孔的粒状物质的过滤床，杂质被截留在这些介质的孔隙里和介质上，从而使水得到进一步净化。过滤能去除的杂质：水中的悬浮物和胶体物质细菌、藻类、病毒油类铁和锰的氧化物放射性颗粒预处理中加入的化学药品重金属一、基本原理采用过滤方式去除水中杂质，所包括的机理很多。从过滤性质来说，一般可分为物理作用和化学作用。过滤机理分为：吸附，絮凝，沉淀，截留等。1、吸附滤池功能之一是把悬浮颗粒吸附到滤料颗粒表面。滤料的颗粒尺寸吸附性能 颗粒 尺寸絮体 吸附性质 抗剪强度影响吸附的因素滤池的性质物理因素悬浮液的性质悬浮颗粒化学因素 悬浮液水体 电化学性质滤料范德华力（颗粒间分子内聚力）

48、2、絮凝得到水的最佳过滤性的基本方法（1）按取得最佳过滤性而不是产生最易沉淀的絮凝体，来确定混凝剂的最初投药量；（2）在沉淀后的水进入滤池时，投加作为助滤剂的二次混凝剂。污水预处理的目的生成小而致密的絮粒而不是大而松散的絮状体，穿透表面进入滤床，从而提高絮粒与滤料颗粒表面间的接触机率。滤床内絮凝体的去除机理主要依靠絮体颗粒与滤料颗粒表面或先前已沉积的絮凝体相接触产生吸附。3、沉降小于孔隙空间的颗粒的过滤去除，同一个布满着极大数目浅盘的水池中的沉淀作用是类似的。颗粒的沉降速度和直径可用Stokes公式计算。慢速砂滤池同沉淀池比较：预期可去除掉沉降速度为1/4000的和直径小于1/60的那些颗粒。

49、4、截留也称筛滤，是最简单的过滤，发生在滤层的表面，即水进入滤床的孔隙之处。筛滤过程：开始时只能去除比孔隙大的物质，随着筛滤过程的进行，筛滤出的物质在滤料的表面形成一层面膜，水必须先通过它才能到达过滤介质。杂质的去除被限制在滤层的表面。当被过滤的水中含有有机物质时，外来的生物腐生菌会利用这些物质作为能量来源而繁育在滤层表面的面膜上使面膜具有粘性，增强筛滤过程的效率。滤池的成熟或突破：由胶团性生物的繁殖造成的过滤效率的逐渐增长。作为微生物养料的杂质的浓度滤池成熟需要的时间 作为微生物养料的杂质的可利用程度水温度高浓度、高营养价值、高温度有助于细菌的繁育并产生一层厚的面膜；富有藻类或类似生物的水，

50、可能形成一层很厚的面膜，当过滤的阻力达到一定的数值，或表面膜有破裂的危险时，必须把这层面膜和支承它的滤料表面层加以清理。二、过滤工艺设计1、滤速单位过滤面积上的过滤流量，即为滤速。当滤速超过400m/d时，常使用高分子絮凝剂提高净化效果。滤速的确定是设计中最重要的问题之一。滤速小，过滤面积大，不经济；滤速大，过滤持续时间太短；2、过滤阻力水体通过滤层时，滤层的上下两侧产生水头差，称为过滤水头损失或过滤阻力随过滤时间延长而增大。过滤阻力在设计上是决定构筑物高低的一个指标，在运行上是停止过滤的时间指标。重力式过滤采用的最大过滤阻力：范围：1.33.0m水柱一般：1.52.0m水柱过滤阻力并非一层不

51、变，不同时期过滤阻力不同。清洁滤层的过滤阻力（初期水头损失）初期水头损失：滤层尚未截流悬浮物时的过滤阻力。流体流过颗粒材料滤层的水头损失计算式：层状构造的滤层，假定整个滤层的孔隙度0 、形状系数/及阻力系数CD都相同，则滤层的滤阻力为：堵塞滤层的过滤阻力过滤阻力h 随截留悬浮物的增加而增大。但截留方式不同，过滤阻力增加的程度有所差异。对于下向流过滤，悬浮物多被截留在滤层表面，过滤阻力增加快；悬浮物到达滤层深处被截留，过滤阻力增加较慢。不同研究者给出的过滤阻力的计算公式，都是微分厚度Z滤层中的微分过滤阻力h。全滤层的过滤阻力需在Z=0至Z=L上积分求得。过滤阻力的一般规律滤料粒径愈粗，过滤阻力的

52、绝对值增大愈慢；对悬浮物截留量及截留模式都相同的滤层，过滤阻力与滤速成比例变化；滤速增加，初期过滤阻力增大；但悬浮物进入滤层的深度大，对相同的截留悬浮物数量而言，此时过滤阻力增加缓慢。对一定浓度的原水进行等速过滤时，过滤阻力在开始时按比例上升，随后则急剧加大。3、反冲洗影响滤料反冲洗效果的最重要因素：反冲洗强度（必须维持必要的反冲洗压力）反冲洗方式水冲洗依靠从滤层下部喷出的压力水使滤层处于流态化，利用滤料颗粒相互碰撞将截留的悬浮物冲洗下来。日美广泛应用。气水冲洗依靠空气气泡搅动滤层，使悬浮物自滤料颗粒上脱落下来，再用水将其冲走。用于欧洲式滤池。采用粗滤的滤池中使用气水法比较经济。气水反冲洗的操

53、作过程（1）反冲洗水头（水冲洗方式）滤层无流态化前，当反冲洗强度由零开始逐渐增大时，反冲洗水头直线增大。当滤层开始流态化后，即使再增大流速，水头也不随反冲洗强度的增大而增大。此时的水头，即流态化滤层中的水头损失，在数值上等于单位面积滤层上滤料在水中的重量。反冲洗所需水头等于滤层、砾石承托层、集水装置中的水头损失之和，即（2）最佳反冲洗强度滤料颗粒相互碰撞最多，其反冲洗效果最好。据此，流态化冲洗方式中最佳反冲洗强度为：（3）最佳膨胀率滤层的膨胀率常用来作为反冲洗操作的控制指标。最佳反冲洗强度时，滤层膨胀率为：（4）反冲洗时间反冲洗时间因滤层污染程度而异。一般为510min。反冲洗操作包括启闭阀门

54、的时间和表面冲洗时间，总计需1530min。排除截留悬浮物的99和90所需时间t993.5 LT/uBt902.0 LT/uBLTLA+L00（5）气水冲洗不需要使滤层全部流态化，与流态化冲洗相比： 滤层不产生分层现象； 不必担心由于滤层膨胀而导致滤料流失，所以排水槽到滤层表面高度可以减小，槽间间距可以加大； 即使使用粗重的滤料，也无需增大反冲洗强度； 为使空气和水在滤层中均匀分布，需设特殊的集水装置。目前为止，还没有从理论上推导出气水冲洗最佳空气流量和冲洗水量的大小。三、滤料及垫层1、滤料（1）滤料的性能滤料的种类常用滤料：石英砂，无烟煤等；其它滤料：核桃壳，石榴石，钛铁矿砂，磁铁矿砂，金刚

55、砂，铝矾土等；人工优质滤料：陶粒，活性炭，聚苯乙烯球粒，聚氯乙烯球粒。作为滤料的要求 有足够的机械强度在冲洗过程中，机械强度低的颗粒由于摩擦会破碎，破碎的细颗粒容易进入过滤水中。摩擦与破碎使颗粒粒径变小，增加了“干净滤层的水头损失”；破碎的细粒在冲洗时会被水流带出滤池，增加滤料的损耗。 具有足够的化学稳定性过滤过程中，滤料与水发生化学反应会恶化水质。滤料尤其不能含有对人体健康和生产有害的物质。 就地能取材，货源充足，价格合理； 具有一定的颗粒级配和适当的孔隙度； 外形接近于球形，表面比较粗糙且有棱角。球状颗粒间的孔隙较大；表面粗糙的颗粒，其比表面较大；棱角处吸附力量强。（2）滤料的颗粒级配滤料颗粒的大小用“粒径”表示。因为滤料不一定是球形，所以粒径指的是：能把滤料颗粒包围在内的一个假想的球面直径。通常用不同网孔的筛子确定滤料粒径。如：一般快滤池中的滤料，能通过18目/英寸（孔径为1mm）的网孔，但截留在36目/英寸（孔径为0.5mm）的筛上，则滤料最大粒径为1mm，最小粒径为0.5mm最大粒径选择滤料的考虑因素