油田污水处理工程

1、油田污水处理工程第一节 油田污水资源第一章 概 述 第一节 油田污水资源 第一章 概述在石油的生成、运移和储积的过程中，石油的主要天然伴生物是水。在油藏勘探开发初期，通常情况下，原始地层能量可将部分油、气、水液体驱向井底，并举升至地面，以自喷方式开采，称之为一次采油。一次采油采出液含水率很低。但是，如果油藏圈闭良好，边水补充不足，原始地层能量递减很快，一次采油方式难以维持。为获得较高采收率，需向地层补充能量，实施二次采油，二次采油有注水开发和注气开发方式等。目前全国各油田绝大部分都采用注水开发方式，即注入高压水驱动原油使其从油井中开采出来。但经过一段时间注水后，注入水将随原油被带出，随着开发时

2、间的延长，采出原油含水率不断上升。油田原油在外输或外运之前要求必须将水脱出，合格原油允许含水率为0.5%以下。脱出的水中主要污染物为原油，此污水又是在油田开发过程中产生的，因此称为油田含油污水。由此可见，污水主要来自原油脱水站，及联合站内各种原油储罐的罐底水、将含盐量较高的原油用其他清水洗盐后的污水 第一节 油田污水资源 第一章 概述如果含油污水不合理处理回注和排放，不仅使油田地面设施不能正常运作，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。因此必须合理的处理利用含油污水。 随着油田注水开发生产的进行带来了两大问题。一是注入水的水源问题，人们希望得到能提供供水量大而稳定

3、的水源，油田注水开发初期注水水源是通过开采浅层地下水或地表水来解决，过量开采清水会引起局部地层水位下降，影响生态环境；二是原油含水量不断上升，含油污水量越来越大，污水的排放和处理是个大问题，大量含油污水不合理排放会引起受纳水体的潜移性侵害，污染生态环境。在生产实践中，人们认识到油田污水回注是合理开发和利用水资源的正确途径。 由于现代工业的迅速发展和城市人口的增加，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。石油行业注水开发油田，随着开采时间的延长采出污水量逐渐增加，将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。如果污水处理回

4、注率为100%，即不管原油含水率多高，从油层中采出的污水和地面处理、钻井、作业过程排出的污水全部处理回注，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以了。这样，不仅可以节省大量清水资源和取水设施的建设费用，而且，使油田污水资源变废为宝，实现可持续发展，提高油田注水开发的总体技术经济效益。 合理利用污水资源 第一节 油田污水资源 第一章 概述第二节 原水中的杂质 第一章 概 述 第二节 原水中的杂质 第一章 概述分散颗粒 溶解物（低分子、离子） 胶体颗粒悬浮物颗粒大小 0.1毫微米 1毫微米 10毫微米 100毫微米 1微米 10微米 100微米 1毫米外 观透 明光照下混浊混 浊肉眼

5、可见 油田污水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体和溶解盐类等较复杂的多相体系。从颗粒大小和外观来看可按表1-2-1进行分类。 污水中杂质分类 表 1-2-1一、原水杂质分类 第二节 原水中的杂质 第一章 概述原水中的细小杂质，按油田污水处理的观点，可以分为五大类。 1. 悬浮固体 其颗粒直径范围取1100m，此部分杂质主要包括：泥沙 、各种腐蚀产物及垢 、细菌 、有机物 。2. 胶体 粒径为110-31m，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基本相似。 3. 分散油及浮油 污水原水中一般有1000mg/l 左右的原油，偶尔出现瞬时20005000mg/l的峰值含油量

6、，其中90%左右为10100m的分散油和大于100m的浮油。 第二节 原水中的杂质 第一章 概述4. 乳化油 原水中有10%左右的110-310m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和溶解的气体 第二节 原水中的杂质 第一章 概述二、原水杂质分析 根据净化水的不同去向，选择不同的分析项目。 1. 净化污水回注时分析项目 （1）PH值（2）悬浮固体 （3）浊度 （4）温度 （5）相对密度 （6）溶解氧 （7）硫化物 （8）细菌数量 （9）阳离子组分 （10）阴离子组分 钙、镁、铁、钡氯离子 、硫酸根、碳酸根和碳酸氢根（11）总矿化度

7、第二节 原水中的杂质 第一章 概述2. 净化污水排放时分析项目 为了使净化水达到排放标准，净化水质要按污水综合排放标准GB8978-1996有关规定执行。结合石油行业特点除严格按表1-3-2检测第一类指标外，还应对如下第二类主控指标进行分析：PH值、色度、悬浮物、BOD5、COD、石油类、硫化物、氨氮、氟化物、磷酸盐、苯胺类、硝基苯类、阴离子表面活性剂、铜、锌、锰等等。 第二节 原水中的杂质 第一章 概述3. 国内主要油田原水水质分析 国内主要油田有代表性的污水处理站原水水质分析示于表1-2-2。除表中所列数据外，还有油、悬浮固体及水温等也是原水的重要指标。含油量一般为1000mg/L左右，相

8、应的悬浮固体含量一般为80250mg/L，少部分油田原水含油量高达30005000mg/L，相应悬浮固体含量高达10002000mg/L，这两项指标在同一污水站瞬时变化很大。 第二节 原水中的杂质 第一章 概述油田站名主要离子含量 mg/L K+ +Na+ Ca2+ Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-大庆喇二联中三污 1184.01206.0 10.08.0 1.22.4 833.1730.3 0.04.8 1549.91769.5 96.0102.8 胜利坨 四辛 一滨二首站临盘首站孤一联38371195215285745517221811661539414244421714888

9、175900218042345312223204400612050791402186048111141200017辽河兴一联高升联 887.8188.68.044.14.914.6326.2212.80.00.01672.0317.38412.0中原明一联濮一联 304284864796025021961924835378631741150959959900华北雁一联 929.729.37.81178.711.3552.30长庆中区集油站 2790.133675784849627512010江汉广华集油站 75255545571168741123220国内油田部分污水站原水水质分析表 表1-2

10、-2 第二节 原水中的杂质 第一章 概述油田站名主要离子含量 mg/L 总矿化度mg/LPH值总铁mg/LCO2mg/LH2Smg/LTGB个/mLSRB个/mL大庆喇二联中三污 3674.23824.68.858.500.150.100.00.013.04.025025250250胜利坨 四辛 一滨二首站临盘首站孤一联1076536036418972066149887.997.156.737.768.100.486.241.230.800.610.080.020.260.060.004104011.51042.51041.410401.51049.51043.1104辽河兴一联高升联 298

11、2.7289.38.608.720.070.00中原明一联濮一联 812771320816.506.502.002.0057.474.53.102.023.51033.5102华北雁一联 27097.50-长庆中区集油站 833006.4-0.051.6104江汉广华集油站 1951786.71.4297国内油田部分污水站原水水质分析表 表1-2-2 续第三节 水质标准简介 第一章 概 述 第三节 水质标准简介 第一章 概述一、净化污水回注水质标准 1. 注水水质基本要求 注水水质必须根据注入层物性指标进行优选确定。通常要求：在运行条件下注入水不应结垢；注入水对水处理设备、注水设备和输水管线腐

12、蚀性要小；注入水不应携带超标悬浮物，有机淤泥和油；注入水注入油层后不使粘土发生膨胀和移动，与油层流体配伍性良好。 2. 注水水质标准现将石油天然气行业标准碎屑岩油藏注水水质推荐指标SY/T 5329-94水质主控指标示于表1-3-1。由于净化水主要用于回注油层，所以污水处理工艺必须设法使净化水达到有关注水水质标准。 第三节 水质标准简介 第一章 概述推荐水质主要控制指标 表1-3-1 注入层平均空气渗透率 m20.100.10.60.6标准分级A1A2A3B1B2B3C1C2C3控制指标悬浮固体含量，mg/L1.02.03.03.04.05.05.07.010.0悬浮物颗粒直径中值，m1.01

13、.52.02.02.53.03.03.54.0含油量，mg/L5.06.08.08.010.015.015.02030平均腐蚀率，mm/a0.076点腐蚀 1. A1、B1、C1级；试片各面都无点腐蚀； 2. A2、B2、C2级；试片有轻微点蚀； 3. A3、B3、C3级；试片有明显点蚀；SRB菌，个/mL010250102501025铁细菌，个/mLn102n103n104腐生菌，个/mLn102n103n104注： 1n10 清水水质指标中去掉含油量 新投入开发的油田、新建污水处理站，注水水质根据油层渗透率高低要分别执行相应分级（A1、B1、C1）标准。 第三节 水质标准简介 第一章 概述

14、3. 注水水质辅助性指标 除了上述对注水注水水质的主要控制指标外，SY/T 5329-94还对注水水质的辅助性指标作出指导性规定。辅助性指标主要包括：（1）溶解氧（2）硫化氢（3）侵蚀性二氧化碳（4） PH值（5）铁 第三节 水质标准简介 第一章 概述二、污水综合排放标准 1. 主要技术内容 该标准按照污水排放去向，分年限规定了69种水污染物最高允许排放浓度及部分行业最高允许排水量。它适用于现有单位水污染物的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、建设项目环境保护设施设计、竣工验收及其投产后的排放管理。 标准主要概念定义： 污水指在生产与生活活动中排放的水的总称。 排水量指在生产过程中直接用于工

15、艺生产的水的排放量。不包括间接冷却水、厂区锅炉、电站排水。 一切排污单位指该标准适用范围所包括的一切排污单位。 其他排污单位指在某一控制项目中，除所列行业外的一切排污单位 第三节 水质标准简介 第一章 概述2. 主要控制指标 该标准将排放的污染物按其性质和控制方式分为两类。对于第一类污染物（详见表1-3-2所示），不分行业和污染排放方式，也不分受纳水体的功能分类，一律在排放口取样，其最高允许排放浓度必须达到表1-3-2要求。 序号污染物 最高允许排放浓度 mg/L1总 汞0.052烷基汞不得检出3总 镉0.14总 铬1.55六价铬0.56总 砷0.57总 铅1.08总 镍1.09苯并（a）芘0

16、.0000310总 铍0.00511总 银0.512总放射性1 Bq/L13总放射性10 Bq/L第一类污染物最高允许排放浓度 表1-3-2 第三节 水质标准简介 第一章 概述对于第二类污染物。在排放口采样按工程建设年限不同必须达到相应指标要求。主要控制指标有：PH值、色度、悬浮物、BOD5、COD、石油类、动植物油、挥发酚、总氰化物、硫化物、氨氮、氟化物、磷（酸盐）、甲醛、苯胺类、硝基苯类、阴离子表面活性剂、总铜、总锌、总锰、彩色显影剂、粪大肠菌群数、总余氯等50余项。 第三节 水质标准简介 第一章 概述4. 主要分析检测方法 采样点：采样点应按有关污染物排放口的规定设置，在排放口必须设置排

17、放口标志、污水水量计量装置和污水比例采样装置。采样频率：工业污水按生产周期确定监测频率。生产周期在8h以内的，每2h采样一次。其他污水采样，24h不少于2次。最高允许排放浓度按日均值计算。排水量：以最高允许排水量或最低允许水重复利用率来控制，均以月均值计。统计：企业的原材料使用量、产品产量等，以法定月报表或年报表为准。测定方法：该标准采用的主要测定方法见表1-3-4所示。 第三节 水质标准简介 第一章 概述水 质 主 要 测 定 方 法 表1-3-4 序号项 目测定方法方法来源1总汞 冷原子吸收光度法GB7468-872总镉原子吸收分光光度法GB/T 14204-933总铬高锰酸钾氧化-二苯碳

18、酰二肼分光光度法GB7466-874六价铬二苯碳酰二肼分光光度法GB7467-875总砷二已基二硫代氨基甲酸银分光光度法GB7485-876总铅原子吸收分光光度法GB7475-877总镍火焰原子吸收分光光度法GB11912-898总银火焰原子吸收分光光度法GB11907-899PH值玻璃电极法GB6920-8610色度稀释倍数法GB11903-8911悬浮物重量法GB11901-8912生化需氧量(BOD5)稀释与接种法GB7488-8713生化需氧量(COD)重铬酸钾法GB11914-8914石油类红外光度法GB/T 16488-199615动植物油红外光度法GB/T 16488-19961

19、6挥发酚蒸馏后用4-氨基安替比林分光光度法GB7490-8717总氰化物硝酸银滴定法GB7486-87 第三节 水质标准简介 第一章 概述水 质 主 要 测 定 方 法 表1-3-4 续 序号项 目测定方法方法来源18硫化物亚甲基蓝分光光度法GB/T 16489-199619氨氮钠氏试剂比色法GB7478-8720氟化物离子选择电极法GB7484-8721磷酸盐钼蓝比色法*22甲醛已酰丙酮分光光度法GB13197-91 23苯胺类N-（1-萘基）乙二胺偶氮分光光度法GB11889-8924硝基苯类还原-偶氮比色法或分光光度法*25阴离子表面活性剂亚甲基蓝分光光度法GB7494-8726总铜原子

20、吸收分光光度法GB7475-8727总锌原子吸收分光光度法GB7475-8728总锰火焰原子吸收分光光度法高锰酸钾分光光度法GB11911-89GB11906-8929三氯甲烷气相色谱法待颁布30四氯化碳气相色谱法待颁布31苯酚气相色谱法待颁布32余氯量N,N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法GB11898-8933总有机碳（TOC）非色散红外吸收法待制定* 水和废水监测分析方法（第三版），中国环境科学出版社，1989年 第三节 水质标准简介 第一章 概述三、净化污水回用热采锅炉标准 油田采出水处理的水主要用于回注地层，以水中悬浮物、油的净化处理为主要对象，同时要控制水质的稳定，防止腐蚀结垢和

21、微生物繁殖产生的危害。注汽锅炉的给水除了控制净化指标和水质稳定指标外，还需控制水质软化指标。因此，需在采出水处理后的水质基础上进行深度处理。 稠油油田采出水用于注汽锅炉给水处理的技术在我国还是初级阶段，急需要不断的总结已运行工程经验，还要开展有关科学试验，引进国外相关技术，在设计中积极慎重的应用。 第三节 水质标准简介 第一章 概述注汽锅炉给水水质条件 表1-3-5 序号项目单位数量备注1溶解氧mg/l0.052总硬度mg/l0.1以CaCO3计3总铁mg/l0.054二氧化硅mg/l505悬浮物mg/l26总碱度mg/l20007油和脂mg/l2建议不计溶解油8可溶性固体mg/l70009P

22、H值7.511稠油集输系统及注蒸汽系统设计规范SY0027中注汽锅炉的给水水质条件应符合表1-3-5，同时必须满足所选设备的给水水质要求。 第三节 水质标准简介 第一章 概述采出水用于热采锅炉给水时，其水质指标应达到表1-3-6所示： 水质分析项目单位进入化学沉淀软化装置允许值进入离子交换软化装置允许值含油量mg/l102悬浮固体含量mg/l2游离CO2mg/l1010总铁mg/l0.50.05SiO2mg/l50进入热采锅炉软化装置水质表 表1-3-6 第一节 工艺流程简介 第二章 污水处理工艺 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介一、重力式流程 自然除油混凝沉降压力（或重力）过滤流程

23、。该流程如图2-1-1所示。重力式处理流程处理效果良好，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。但当处理规模较大时，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，可采用重力式单阀滤罐提高处理能力。 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介图2-1-1 重力式污水处理流程图 文一中心污水处理站 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介二、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。该流程如图2-1-2所示。压力式处理流程处理净化效率较高，效果良好，污水在处理流程内停留时间较短，

24、但适应水质、水量波动能力稍低于重力式流程。旋流除油装置可高效去除原水中含油，聚结分离可使原水中微细油珠聚结变大，缩短分离时间，提高处理效率。该流程系统机械化、自动化水平稍高于重力式流程，现场预制工作量大大降低，且可充分利用原水来水水压，减少系统二次提升。 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介图2-1-2 压力式污水处理流程图 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介三、 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。该流程如图2-1-3所示。浮选流程处理效率高，设备组装化、自动化程度高，现场预制工作量小。因此，广泛应用于海上采油平台，在陆上油田，尤其是稠油污水处理中

25、也被较多应用。但该流程动力消耗大，维护工作量稍大。 大庆油田开式浮选除油工艺 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介图2-1-3 浮选式污水处理流程图 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介四、开式生化处理流程 隔油浮选生化降解沉降吸附过滤流程。该流程如图2-1-4所示，开式生化处理流程是针对部分油田污水采出量较大，回用量不够大，必须处理达标外排而设计的。一般情况，通过上述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GB8978-1996要求。对于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。因此，尚需在排放前进行淋水降温处理；对于少部分矿化度高的油田污水

26、，有必要进行除盐软化，适当降低含盐量，以免引起受纳水体盐碱化。 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介图2-1-4 开式生化处理流程 胜利油田配套了以重力沉降、压力沉降、浮选、旋流和水质改性工艺为主的除油净化工艺 。胜利油田重力、压力、旋流除油净化工艺低渗透油田回注水处理技术 辽河油田浮选精滤处理工艺流程来水调节水罐/除油罐DAF高效气浮装置中间水箱过滤泵多介质过滤器超细滤料过滤器膜装置成品水罐外输泵 调节罐/除油罐 DAF气浮机 过滤器膜分离装置第二节 除 油 第二章 污水处理工艺 第二章 污水处理工程 第二节 除 油一、自然除油 1. 基本原理 自然除油是属于物理法除油范畴，是一种重力

27、分离技术。重力分离法处理含油污水，是根据油和水的密度不同，利用油和水的密度差使油上浮，达到油水分离的目的。含油污水在这种重力分离池中的分离效率为： 式中： E 油珠颗粒的分离效率； u 油珠颗粒的上浮速度； Q/A 表面负荷率； Q 处理流量； A 除油设备水平工作面积。 /=AQuE （式2-2-1） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油浮升速度u可用斯托克斯公式计算： 式中： u 油珠颗粒的浮升速度，m/s； g 重力加速度，m/s2； 污水的动力粘度，Pa.s； w 污水的密度，kg/m3； o 油的密度，kg/m3； （式2-2-2） 2)(18powdgurrm-= 由斯托克斯公式可

28、知，若污水中的油珠颗粒直径、污水密度、油的密度和水温一定时，则油珠颗粒的浮升速度亦为定值，除油效率与油珠颗粒的浮升速度成正比，与表面负荷率成反比。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油2. 装置结构 自然除油设施一般兼有调储功能，其油水分离效率不够高，通常工艺结构采用下向流设置。如图2-2-1所示，立式容器上部设收油构件，中上部设配水构件，中下部设集水构件，底部设排污构件。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-1A 自然除油罐结构图 图2-2-1B 大庆油田自然除油罐 第二章 污水处理工程 第二节 除 油二、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，

29、它同样属于物理法除油范畴。斜板（管）除油的基本原理是“浅层沉淀”，又称“浅池理论”，通俗的讲，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，而当分离池的长度为原除油分离区长度的1/n时，便可处理与原来的分离区同样的水量，并达到完全相同的效果。为了让浮升到斜板（管）上部的油珠便于流动和排除，把这些浅的分离池倾斜一定角度（通常为45 60），超过污油流动的休止角。这就形成了所谓的斜板（管）除油罐。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油假设除油设备的高度为H，油珠颗粒分离时间为t，则表面负荷率可表示为Q/A=H/t，将其代入分离效率公式，可得： HuttHuAQuE=/ （式2-2-3） 从

30、（式2-2-3）可见，重力分离除油设备的除油效率是其分离高度的函数，减小除油设备的分离高度，可以提高除油效率。在其他条件相同时，除油设备的分离高度越小，油珠颗粒上浮到表面所需要的时间就越短，因此在油水分离设备中加设斜板，增加分离设备的工作表面积，缩小分离高度，从而可提高油珠颗粒的去除效率。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油2. 斜板板组工艺计算 (1) 斜板板组水力计算 根据含油污水油珠运动规律：当某一粒径的油珠P，处于斜板中某一位置时，它具有上浮速度V0，轴向速度V。由此可建立质点P的y方向与x方向瞬时合成速度u、v的方程式，即： 2Cvx+=td1Cuy+=td （式2-2-4） （式

31、2-2-5） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-2 从图2-2-2可知，油珠P在y方向的瞬时合速度为：u=V0cos；在x方向的瞬时合速度为：v=V-V0sin，将上式代入式2-2-4、式2-2-5中即得油珠P的运动方程，它适于各种计算方法，其运动方程式如下： ()20sincVVx+-=tda10coscVy+=tda （式2-2-6） （式2-2-7） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-3 A. 田中法 田中法假设油珠上浮过程中上浮速度不变，即V0为常数，轴向速度采用过水断面平均流速即V为常数，见图2-2-3。田中法认为油珠由a点进入斜板，而到b点被截留，这样油珠所

32、流经的长度为板长La与L1之和，这样依田中法，当t=0时，求得式2-2-6、式2-2-7中c1=-d/2；c2=-d/tg。将式2-2-6、式2-2-7积分则得： aatgdtvVtx/sin-=2/cos0dtVy-=a （式2-2-8） （式2-2-9） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油当油珠由a点运动到b点，即油珠由板底至板顶时在y方向位移为d，y=d/2，由式2-2-8求得：t=d/(V0cos，代入式2-2-9得： aaacossincos0-=dVdVLxa （式2-2-10） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油B. 姚氏法 姚氏法假定油珠在上浮过程中上浮速度V0为常数，轴向

33、速度为变值，即：V=f(y)，见图2-2-4，由此得方程式为： +=10coscVytda()20sincVyVx+-=ttdda （式2-2-12） （式2-2-11） 图2-2-4 第二章 污水处理工程 第二节 除 油姚式法认为油珠由a点至b点的历程为Lb（板长），即t=0时，y=-d/2，x=0；则：c1=-d/2，c2=0；将此值代入式2-2-11、式2-2-12得：2/cos0dtVy-=a()asin00tVyVxt-=td（式2-2-13） （式2-2-14） 将式2-2-8、式2-2-9与式2-2-13、式2-2-14相对比可知y方程完全相同，而x方程中式2-2-14少一项（-

34、d/tg），这是田中法和姚氏法主要区别。关于函数V(y)，可依水力学公式 计算，此处运算结果与V等于常数时相同，则式2-2-14可求结果为： -=2242ydyiVm 第二章 污水处理工程 第二节 除 油aaaatgddVdVLxb+-=cossincos0（式2-2-15） 从式2-2-10与式2-2-15可知，姚氏板计算长度比田中法计算长度增加d/tg。式2-2-15也可写成如下型式： aaacossincos0dVdVLxb-= （式2-2-16） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油C. 理想分离法 理想分离法基本假设与田中法相似，它不描述油珠在板体中上浮轨迹，它认为田中法与姚氏法虽采

35、用轴向速度相同与不同的假设，但因二者质点起落位置在实际中是相同的。对于层流，即理想状态下二者假设无质的区别。就是说，当油珠的边界条件已定时，斜板长度决定于油珠的轴向速度与上浮速度的合成速度，也决定于板组的材质及构造。板长、板距、轴向速度、上浮速度之间符合矩形或平行四边形相似原理，下面分别对矩形斜板组与平行四边形斜板组进行水力计算。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-5 a. 下向流矩形平行斜板板组，依平行四边形相似原理如图2-2-5。 120LLLVVc+= （式2-2-17） 式中：L2=d/cos，L1=dsian/cos；则： aaaaaaatgddVVddVVdLc+-=-

36、=cossincoscossincos00 （式2-2-18） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油b. 下向流平行四边形平行斜板板组，依矩形相似原理如图2-2-6。 图2-2-6 123VVVdL-= （式2-2-19） 式中：V1=V0cos，V2=V0sin；则：aaacossincos03dVVdL-=（式2-2-20） 式2-2-20与式2-2-18相同，但式2-2-20中L3=Ld+L4，又因L4=d/tg ，则： aaaaaaaacossincossincoscossincos00dVVdddVVdLd-=-= （式2-2-21） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油c. 上向流

37、矩形与平行四边形斜板板组及侧向流斜板组的板长。上向流矩形斜板板组依据矩形相似原理如图2-2-7。 图2-2-7 LVVdV21+= （式2-2-22） 式中：V1=V0cos，V2=V0sin；则：aaacossincos0edVVdL-=（式2-2-23） 同理可计算上向流平行四边形与侧向流斜板板组板长，见下式： 第二章 污水处理工程 第二节 除 油aaacossincos0dVVdLf+= （式2-2-24） acos0VVdLg= （式2-2-25） （2）各种板组计算板长与上浮速度的对比 从各种板组计算中可知，它们的计算板长并不一样，为便于比较将计算板长与上浮速度汇成表2-2-1和表2

38、-2-2。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油序号计算方法表达式尾项变化范围斜角45斜角601田中-2d-2.31d2姚氏-d-1.73d3理想分离下向矩形-d-1.73d4下向四边-2d-2.31d5上向矩形+d+1.73d6上向四边+2d+2.31d7侧向00板长计算公式汇总 表2-2-1 第二章 污水处理工程 第二节 除 油序号计算方法表达式尾项变化范围斜角45斜角601田中0.4290.6192姚氏0.4410.6303理想分离下向矩形0.4410.6304下向四边0.4290.6195上向矩形0.4710.7086上向四边0.4860.7227侧向0.4550.667上浮速度计算公

39、式汇总 表2-2-2 说明：上浮速度计算值的假设条件为L=1500mm，d=50mm，V=10.0mm/s。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油从表2-2-1、表2-2-2可得出如下规律：条件相同时，田中法与下向流平行四边形板组计算结果形同，姚氏法与下向流矩形板组计算结果相同。 条件相同时，田中法与理想分离法中下向平行四边形板组计算板长最短；姚氏法与下向流矩形板组长度次之，上向流平行四边形板组计算长度最长，上向流矩形次之，侧向流为上述的平均值。 条件相同时，田中法可去除较小油珠；而上向流平行四边形板组只能去除较大的油珠，分离效果较低。 条件相同时，板组倾角对板长与分离效果影响较大，这种影响对

40、各种计算方法均存在。理想分离按下向流、上向流、侧向流，分别适应平行四边形板组与矩形板组各种情况计算。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油（3）隔油池斜板板组计算 设隔油池板组符合下向流平行四边形斜板板组条件。 A. V0的确定 V0与表面负荷si=Q/A 均为板组计算的重要参数，V0可以通过斯托克斯公式求得。 B. 斜板层流起始段计算 有关层流起始段长度计算，对于斜板隔油池，据文献介绍可用下式计算： Re052.00=dL （式2-2-26） 式中：L0 层流起始段长度，cm。 d 斜板板距，cm。 Re 雷诺数。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油C. 板长计算 斜板设计长度应为层流起始

41、段长度与计算板长之和，即： 0LLLc+= （式2-2-27） 式中：Lc 的计算见式2-2-18。 D. 板组面积与板组尺寸的确定 设斜板长为L，宽为B，间距为d，为增加表面积与刚度采用波纹板，板组斜角为，水出流量为Q，斜板块数为n，则V的理论值为： dnBQV= （式2-2-28） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油又依表2-2-2 aasin/cos0dLVdV+= （式2-2-29） 式中：Lcos 斜板水平投影长度d/sin 斜板水平距 将式2-2-28代入式2-2-29，得： aasin/cos0nBdnBLQV+=（式2-2-30） 式中：nBLcos 斜板组水平投影面积（A）

42、 nBd/sin 斜板组水平距总面积（A1） 则： 第二章 污水处理工程 第二节 除 油=+=isQEVQAAA01 （式2-2-31） 式中：E 斜板隔油池工作效率，75%85%。 因Q、E、V0或si已知，则可解。 E. 雷诺数和费罗德数计算 隔油池的水力计算均以理想流体为基础，则含油污水在层流状态运行，为此应降低雷诺数Re；但为保持水流的稳定性水体又应有一定能量以防干扰；这样就需增大费罗德数Fr，从而提高水流稳定性，Re与Fr计算如下： 第二章 污水处理工程 第二节 除 油式中：F 过水断面积（横断面积） 水的运动粘滞系数 x 湿周 V 板间轴向流速 xVFm=Re （式2-2-32）

43、FgxV2=Fr （式2-2-33） 式中：g 重力加速度。 由式2-2-32和式2-2-33知，只有增大湿周才能降低Re，同时增大Fr，因此斜板板组做成各种波纹板，其目的在于增加湿周x。通常将Re限制在500之内；而将Fr限制在10-5之外。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油3. 斜板除油装置 （1）立式斜板除油罐 立式斜板除油罐的结构型式与普通立式除油罐基本相同，其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，如图2-2-8所示。 立式斜板除油罐的主要设计参数如下：斜板间距80100mm，斜板倾角4560，斜板水平投影负荷1.510-42.010-4m3/（s.m2）

44、，其他设计数据与普通除油罐基本相同。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-8 立式斜板除油罐结构图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油常用的斜板规格有多种：一种是板长1750mm，板宽750mm，板厚1.51.9mm，每块板有6个波，波长130mm，波高16.5mm，波峰处的夹角101；另一种是板长1550mm，板宽650mm，板厚1.21.6mm，每块板有11个波，波长59mm，波高28mm；再一种是板长1360mm，板宽760mm，板厚1.61.9mm，每块板有58个波，波长120mm左右，波高1520mm。为安装和检修方便，可把斜板拼装成若干个斜板组块。斜板组块排列在除油罐内

45、的钢支架上。 油田上使用立式斜板除油罐的实践证明，在除油效率相同的条件下，与普通立式除油罐相比，同样大小的除油罐的除油处理能力可提高1.01.5倍。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油（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设斜板组所构成的，如图2-2-9A、B而下的经过斜板区，油、水、泥在斜板中进行分离，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，泥砂则沿斜板组的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，由于高程上布置的原因，污水进入下一步处理工

46、序，往往需要用泵进行提升。 图2-2-9A 斜板（管）隔油器构造图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-9B 平流式斜板隔油池构造图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油三、粗粒化（聚结）除油 1. 粗化（聚结）除油机理 所谓粗粒化，就是使含油污水通过一个装有填充物（也叫粗粒化材料）的装置，在污水流经填充物时，使油珠由小变大的过程。经过粗粒化后的污水，其含油量及污油性质并不变化，只是更容易用重力分离法将油除去。粗粒化处理的对象主要是水中的分散油，粗粒化除油是粗粒化及相应的沉降过程的总称。油珠浮升符合斯托克斯公式（式2-2-2），该式这表明，对温度一定的特定污水而言，其动力粘滞系数、污

47、水密度、污油密度和重力加速度都是一定值，上式可简化为： 第二章 污水处理工程 第二节 除 油20Kdu= （式2-2-34） 可以看出，油珠上浮速度与油珠粒径平方成正比。如果在污水沉降之前设法使油珠粒径增大，则可大大增大油珠上浮速度，进而使污水在沉降罐中向下流速（v）加大，这样便可提高除油罐效率。有关学者经过大量研究，采用粗粒化法（也称聚结）可达到增大油珠粒径的目的。以上便是粗粒化除油的理论依据。 “润湿聚结” 理论建立在亲油性粗粒化材料的基础上。当含油污水流经由亲油性材料组成的粗粒化床时，分散油珠便在材料表面润湿附着，这样材料表面几乎全被油包住，再流来的油珠也更容易润湿附着在上面，因而附着的

48、油珠不断聚结扩大并形成油膜。由于浮力和反向水流冲击作用，油膜开始脱落，于是材料表面得到一定程度的更新。脱落的油膜到水相中仍形成油珠，该油珠粒径比聚结前的油珠粒径要大，从而达到粗粒化的目的。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油“碰撞聚结” 理论建立在疏油材料基础上。无论由粒状的或是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，尤如无数根直径很小交错分布的微管。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。其冲量足可以使它们合并成为一个较大的油珠，从而达到粗粒化的目的。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油 第二章 污水处理工程 第二

49、节 除 油2. 粗粒化材料（聚结板材）的选择 国内各油田目前工业化的粗粒化装置大多是用粒状材料，各种材料性能可见表2-2-3。材料名称 润湿角相对密度润湿角测定条件聚丙烯7380.91水温44C；介质为净化后含油污水润湿剂为原油无烟煤13181.60陶 粒72421.50石英砂99302.66蛇纹石7292.52粗粒化材料物性表 表2-2-3 粗粒化材料选择原则为：耐油性能好，不能被油溶解或溶涨；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；货源充足，加工、运输方便，价格便宜；粒径35mm为宜。对于聚结板材通常可采用聚氯乙烯、聚丙烯塑料

50、、玻璃钢、普通碳钢和不锈钢等。具体选用哪种材质的聚结板，要根据处理水质特性和生产实际需要来确定。一般说来，聚丙烯和玻璃钢塑料聚结板属湿润聚结范畴；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膜，吸油趋于平衡，影响聚结效果。玻璃钢材质吸油时对油水界面引起的分子膜状薄油膜影响较小，吸油功能可保持良好，但板材加工难度较大。碳钢和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，其运行寿命也大于碳钢板，但不锈钢板造价远高于碳钢板。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油 第二章 污水处理工程 第二节 除 油3. 粗粒化（聚结）装置

51、单一的粗粒化装置一般为立式结构，下部配水，中部装填粗粒化材料，上部出水。组合式粗粒化除油装置一般为卧式，装置首端为配水部分，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。粗粒化除油装置工艺结构如图2-2-10（a）所示。 1. 进水口 2. 出水口 3. 粗粒化段 4. 蜂窝斜管5. 排油口 6. 排污口 7. 维修人孔 8. 拆装斜管人孔 图2-2-10(a) 粗粒化除油器工艺原理图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油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。原水进入装置首端，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

52、大，然后再横向上移，自斜板组上部均布，经斜板分离，油珠上浮集聚，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。高效聚结分离器工艺原理图见图2-2-10（b）所示。 1. 进水口 2. 出水口 3. 排污口 4. 污油口5. 进料口 6. 蒸气、回水口 7. 安全阀 8. 出水挡板 图2-2-10(b) 聚结分离器工艺原理图 Performax聚结器工艺结构 Performax聚结器为圆形卧式工装，左端上部为进水口和配水部分，然后沿轴向径面设置若干组Perfornax聚结填料，长度从0.60962.7432m，标准单元长度为0.914m。中部为自由排污（必要时还有冲砂）系统。罐体上部设

53、有排气口和安全阀口，罐体右端为出水口和液位，界面监控系统。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油 第二章 污水处理工程 第二节 除 油四、气浮除油（除悬浮物） 1. 基本原理 气浮就是在含油污水中通入空气（或天然气）设法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0.2525m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。由物理学基本概念得知，各种液体都有表面能，其表达式为： SW=s （式2-2-35） 式中： W 表面能，J； 表面张力，N/m；S 液体表面面积，m2。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油

54、同样界面能也等于界面张力乘界面面积，界面能也有减小至最小的趋势，所以水中油呈圆球形。当把空气通入含有分散油的污水中，形成大量微小气泡，油粒同样具有粘附到气泡上的趋势以减少其界面能。 为使污水中有些亲水性的悬浮物用气浮法分离，则应在水中加入一定量的浮选剂使悬浮物表面变为疏水性物质，使其易于粘附在气泡上去除。浮选剂是由极性-非极性分子组成，为表面活性物质，例如含油污水中的环烷酸及脂肪酸都可起浮选剂作用。有时水中乳化油含量较高时，气浮之前还需加混凝剂进行破乳，使水中油呈分散油状态以便于气泡粘附易于用气浮法分离。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油2. 气浮除油（除悬浮物）装置 （1）溶解气浮选装置

55、 图2-2-11 溶解气浮选装置工艺示意图 该装置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。如图2-2-11所示，为溶解气浮选装置工艺示意图。 低渗透油田回注水处理技术 DAF高效溶气气浮装置混凝器DAF气浮机气浮机原理图主要技术参数: （1）停留时间：10分钟 ;（2）溶气压力：0.6MPa （3）回 流 比：2030 （4）出水水质：悬浮物20.0mg/L， 含油量10.0mg/L溶气浮选装置构造图溶气浮选装置外形图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油（2）分散气浮选

56、装置 图2-2-12 分散气浮选分散装置图 A. 旋转型浮选装置 该装置机械转子旋转在气液界面上产生了一个液体漩涡，漩涡气液界面随着转速升高可扩展到分离室底部以上。在涡漩中心的气腔中，压力低于大气压，这就引起分离室上部气相空间的蒸汽下移，通过转子与水相混合形成气水混合体。而后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。图2-2-12示出了分散气浮选装置的横截面图。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-13 喷射型分散气浮选装置图 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，如图2-2-1

57、3所示，在喷射器内的喷嘴局部产生低气压，这就引起气浮单元上部气相空间的气体流向喷射器喷嘴，从而使气、水在喷嘴出口后的扩散段充分混合，然后射流入浮选单元中下部与被处理的污水混合，形成油、悬浮物与气泡吸附、聚集，上浮被去除。 图2-2-13A 诱导气浮选装置示意图 图2-2-13B 诱导气浮选装置动态模拟图 图2-2-13C 诱导气分散状态放大图 图2-2-13D 诱导气浮选装置总装图 图2-2-13E 聚结、浮选工艺装置 第二章 污水处理工程 第二节 除 油五、旋流除油 1. 基本原理 水力旋流器是利用油水密度差，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。其基本工艺原理、结构如图2-2

58、-14A、B所示。 图2-2-14A 水力旋流器工艺原理示意图 图2-2-14B 水力旋流器单芯工艺结构图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油高速旋转的物体能产生离心力。含悬浮物（或分散油）的水在高速旋转时，由于颗粒和水的质量不同，因此受到的离心力大小也不同，质量大的被甩到外围，质量小的则留在内围，通过不同的出口分别导引出来，从而回收了水中的悬浮颗粒（或分散油），并净化了水质。 （1）离心力和介质阻力 由旋流管中心向器壁辐射的力为离心力。具有球形液滴所受的离心力可按下式： ()rgVdFtow6231rrp-= （式2-2-37） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油式中：d 液滴直径；cm

59、 r 旋转半径；cm o 分散相密度；kg/cm3 Vt 切向速度；cm/s w 连续相密度；kg/cm3 g 重力加速度；cm/s2 Vt2/r 离心加速度；cm/s2按斯托克斯公式求得的介质阻力为： rwVdFmp32= （式2-2-38） 式中：w 连续相的运动粘度；Ns/cm2 Vr 液滴的径向速度；cm/s 忽略重力不计，当离心力F1和介质阻力F2相等时，油滴的径向速度为： 第二章 污水处理工程 第二节 除 油()rVdVwtowrmrr1822-= （式2-2-39） 油滴在重力场内的升浮速度： ()gdVwowgmrr182-= （式2-2-40）比较式2-2-39和式2-2-4

60、0可得出： rgVVVKtgrc2= （式2-2-41） 式2-2-41说明Kc是离心加速度和重力加速度的比值称为分离因素。统计计算表明，水力旋流器的分离因素在5002000之间。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油（2）油滴直径 由式2-2-39可知： owrwtVrVdrrm-=181 （式2-2-42） 24inintDQVp= （式2-2-43） 式中：Qin 旋流管的进口流量；m3/s Din 旋流管进口当量直径；m trVr= （式2-2-44） 式中：t 液体在旋流管内的停留时间；s 第二章 污水处理工程 第二节 除 油()tQrDdowwininrrmp-=1842 （式2-