03+含油污水处理

含油污水处理主要内容含油污水水质、处理目的及要求含油污水处理污油污水回收含油污泥回收处理1.含油污水的水质

（1）分散油：油珠在污水中的直径较大，为10~100μm易于从污水中分离出来，浮于水面而被除去。这种状态的油占污水含油量的60%~80%。

(2)乳化油：其在污水中分散的粒径很小，直径为0.1~10μm，与水形成乳状液，属于“O/W”水包油型乳状液。这部分油不易除去，必须反向破乳之后才能将其除去，其含量占污水含油量的10%~15%。

(3)溶解油：油珠直径小于0.1μm。由于在油中的溶解度很小，为5~15mg/L，这部分油是不容易除去的。起占污水含油量的0.2%~0.5%。

含油污水水质、处理目的及要求

(4)含有的离子：污水中可能含有的阳离子常见的有Ca2+，Mg2+、Ba2+、Sr2+等，阴离子有CO32-、Cl-、SO42-等。（5)有害气体：污水中还有可能含有溶解的O2、CO2、H2S等有害气体，其中氧是很强的氧化剂，它易使二价铁离子氧化成三价铁离子，从而形成沉淀。CO2能与铁反应生成碳酸铁Fe2(CO3)3沉淀，H2S与铁反应则生成腐蚀产物——黑色的硫化亚铁。（6）常见的细菌：污水中常见的细菌有硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌。这些细菌均能引起对污水处理、回注设备及管汇的腐蚀和堵塞。2.含油污水处理的目的及要求

含油污水经过处理后，要进行排放或者作为油田回注水、人工举升井动力液等。处理含油污水的目的是要求排放水或回注水达到相应的排放或回注标准，同时应考虑防止系统内腐蚀。

3.COD污水处理指标

工业废水中含有大量有机物和无机物，在生物和化学反应过程中，消耗了水中的氧气，这种耗氧指标BOD(BiochemicalOxygenDemand)即生化需氧量。而测试BOD的方法往往需要五天的时间。

COD(ChemicalOxygenDemand)即化学需氧量，同样反映水中物质耗氧情况，且由于COD测试的方法只需要几个小时，所以往往应用COD指标来控制污水指标。

BOD和COD测试方法，可依照国家标准执行：GB11914-89[水质化学需氧量的测定（重铬酸盐法）]和GB7488-87[水质五日生化需氧量的测定（稀释与接种法）]。(1)回注的污水水质要求

当污水经过处理后符合油田回注水标准时，不需增设深度处理的流程和设备，否则，需增设深度污水处理设施，对处理后的污水进行再处理，以满足各油田规定的回注水水质标准。由于各油田或区块油藏孔隙结构和喉道直径不同，相应的渗透滤也不相同，因此注水水质标准也不相同，但都要符合注水水质基本要求。石油天然气行业标准《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》SY/T5329-94水质主控指标如表3所示。

表3推荐水质主要控制指标注入层平均空气渗透率，μm2<0.100.1~0.6>0.6标准分级A1A2A3B1B2B3C1C2C3控制指标悬浮固体含量mg/l≤1.0≤2.0≤3.0≤3.0≤4.0≤5.0≤5.0≤7.0≤10.悬浮物颗粒直中值，μm≤1.0≤1.5≤2.0≤2.0≤2.5≤3.0≤3.0≤3.5≤4.0含油量，mg/l≤5.0≤6.0≤8.0≤8.0≤8.0≤10≤15≤20≤30平均腐蚀率mm/a<0.076点腐蚀A1、B1、C1级；试片各面都无点腐蚀；A2、B2、C2级；试片有轻微点蚀；A3、B3、C3级；试片有明显点蚀；SRB菌，个/ml0<10<250<10<250<10<25铁细菌，个/mln×102n×103n×104腐生菌，个/mln×102n×103n×104(2)污水综合排放标准目前，油田污水排放标准执行GB8978《污水综合排放标准》。《污水综合排放标准》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。第一类污染物表6-2第一类污染物最高允许排放浓度第二类污染物对于第二类污染物，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、等50余项。对于第二类污染物排放浓度指标详见GB8978《污水综合排放标准》。最新标准请见下面的网址。/News/N_201110111445170268_578.html

含油污水来源于在油气生产过程中所产出的地层伴生水。为获得合格的油气产品，需要将伴生水与油气进行分离，分离后的伴生水中含有一定量的原油和其它杂质，这些含有一定量原油和其它杂质的伴生水称之为含油污水。目前，国内油田污水处理工艺流程种类较多。现针对不同原水水质特点、净化处理技术要求，按照主要处理工艺过程，大致可划分为重力式除油、沉降、过滤流程；压力式聚结沉降分离、过滤流程和浮选式除油净化、过滤流程等几种基本处理流程。另有除油、混凝沉降、过滤、深度净化以及密闭隔氧等流程用于排放处理。含油污水处理

含油污水处理的主要方法

含油污水除油的主要方法有：重力沉降法、物理化学法、化学混凝法、粗粒化法、过滤法、浮选法、活性炭吸附法、生物法、电磁法。由于水质不同及要求处理的深度不同，单靠一种除油方法很难达到预期的目的，所以在现场使用时，都是几种方法联合使用

第一节除油一、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。这种理论忽略了进出配水口水流的不均匀性、油珠颗粒上浮中的絮凝等影响因素，认为油珠颗粒是在理想的状态下进行重力分离的，即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；油珠颗粒是以等速上浮；油珠颗粒上浮到水面即被去除。

第一节除油含油污水在这种重力分离池中的分离效率为：第一节除油

这里的分离效率也就是除油效率。表面负荷率Q／A，是一个重要参数，当除油设备通过的流量Q一定时，加大表面积A，可以减小油珠颗粒的上浮速度μ

，这就意味着有更小直径的油珠颗粒被分离出来，因此加大表面积A，可以提高除油效率或增加设备的处理能力。浮升速度可用斯托克斯公式计算：第一节除油

由斯托克斯公式可知，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。

2．装置结构自然除油设施—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。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。

第一节除油1－进水管；2－中心反应管；3－配水管；4－集水管；5－中心管柱；6－出水管；7－溢流管；8－集油槽；9－出油管；10－排污管二、斜板(管)除油罐第一节除油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。

从式上式可见，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。第一节除油

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，可得二、斜板(管)除油罐第一节除油

在理论上，加设斜板不论其角度如何，其去除效率提高的倍数相当于斜板总水平投影面积比不加斜板的水面面积所增加的倍数。当然，实际效果不可能达到理想的倍数，这是因为存在着斜板的具体布置、进出水流的影响、板间流态的干扰和积油等因素。但是，由于斜板的存在，增大了湿周，缩小了水力半径，因而雷诺数(Re)较小，这就创造了层流条件水流较平稳，同时弗劳德数(Fr)较大，更有利于油水分离，这就是斜板除油所以成为高效设备的原因。二、斜板(管)除油罐斜板除油效率增加的原因？

斜板除油装置基本上可以分为立式和平流式两种，如立式斜板除油罐和平流式斜板除(隔)油罐(池)。在油田上常用的是立式斜板除油罐和平流式斜板除油罐。2．斜板板组工艺计算

(1)斜板板组水力计算斜板罐(池)斜板组水力计算方法较多，斜板组水力计算大致分为田中法(分离粒径法)、姚氏法(特性参数法)、理想分离法，三者在计算中有自己的假定条件，共同点是遵循水力学质点运动方程。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Vo轴向速度V。d为板间距，为斜板的倾斜角度。

第一节除油二、斜板(管)除油罐（6－4）第一节除油从图下图可知，油珠P在y方向的瞬时合速度为：；在x方向的瞬时合速度为：，将上式代入式(6-4)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：二、斜板(管)除油罐(6-5)斜板组质点运动图第一节除油

A.田中法。田中法认为油珠由a点进入斜板，而到b点被截留，这样油珠所流经的长度为板长La与L1之和，其中(d为板距)。这样依田中法，当t＝0时，y＝-d/2，x＝-d/tga，求得式(6-5)中Cl＝-d/2，C2＝-d/tga；将式(6-5)积分则得：二、斜板(管)除油罐田中法质点运动图(6-6)(6-7)B．姚氏法。姚氏法假定油珠在上浮过程中上浮速度V。为常数，轴向速度为变值，即，见图6-4，由此得方程式为：第一节除油二、斜板(管)除油罐

图6-4姚式法质点运动图(6-8)

将式(6-6)、式(6-9)相对比可知y方程完全相同，而x方程中式(6-9)少一项(-d/tga)，这是田中法和姚氏法主要区别。姚式法斜板计算长度为：

第一节除油

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；将此值代人式(6-8)得：二、斜板(管)除油罐(6-9)(6-10)第一节除油

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用轴向速度相同与不同的假设，但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。即，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，下面分别对矩形与平行四边形斜板组进行水力计算。二、斜板(管)除油罐第一节除油a.下向流矩形平行斜板板组依平行四边形相似原理如图6-5所示。二、斜板(管)除油罐图6-5理想分离法质点运动图一第一节除油b．下向流平行四边形平行斜板板组，依矩形相似原理如图6-6所示二、斜板(管)除油罐图6-6理想分离法质点运动图二第一节除油

c.上向流矩形与平行四边形斜板板组及侧向流斜板组的板长。

二、斜板(管)除油罐6-7理想分离法质点运动图三上向流矩形斜板板组依据矩形相似原理如图6-7所示。第一节除油二、斜板(管)除油罐同理可计算上向流平行四边形与侧向流斜板板组板长。

第一节除油(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6-l和表6-2。在条件相同的情况下，从表6-1、表6-2可得出如下规律：二、斜板(管)除油罐

①田中法与下向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。②田中法与理想分离法中下向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，上向流四边形板组计算长度最长，上向流矩形次之，侧向流板组计算长度为上述的平均值。③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。第一节除油二、斜板(管)除油罐

④板组倾角对板长与分离效果影响较大，这种影响对各种计算方法均存在随着倾角的增加，式中Vd/cosα值增加较快，所需斜板增长；倾角接近90°时，失去斜板隔油意义；倾角减小斜板计算长度减小；当α=0时，斜板长度最小，各种斜板组的计算长度均与侧向流相等。从表中可以看出，当α

＝0时，平行四边形板组已不能适用，此时隔油构筑物水平面积将无限大。倾角小时矩形板组适用，当α

＝0时，斜板隔油设施成为水平板隔油池，也称PPI隔油池。第一节除油二、斜板(管)除油罐序号计算方法表达式尾项变化范围斜角45o斜角60o1田中-2d-2.31d2姚式-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第一节除油二、斜板(管)除油罐序号计算方法表达式尾项变化范围斜角45o斜角60o1田中0.4290.6192姚式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第一节除油(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。二、斜板(管)除油罐V0的确定

V0与表面负荷Si＝Q/A均为板组计算的重要参数，可以通过斯托克斯公式求得。表面负荷可以从隔油池运行中测得，无实测资料时可取Si=0.15～0.4mm/s。表面负荷是隔油池实际运行参数，它考虑了斜板隔油池工作效率。的缺点在于没有去除油珠最小粒径。第一节除油(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6-l和表6-2。在条件相同的情况下，从表6-1、表6-2可得出如下规律：二、斜板(管)除油罐

①田中法与下向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。②田中法与理想分离法中下向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，上向流四边形板组计算长度最长，上向流矩形次之，侧向流板组计算长度为上述的平均值。③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。第一节除油二、斜板(管)除油罐斜板层流起始段计算斜板计算长度是在理想状态下求得的，实际上，当水流刚进入斜板时并不是层流，水流紊乱，严重影响油水分离效果。水流进入斜板在形成层流之前的一段称层流起始段，此后形成层流并进入分离段。在确定斜板长度时，应在分离段前另加层流起始段长度。斜板隔油池层流起始段长度计算：(6-21)

从式中可知，当板距与雷诺数大时，起始段增加；当板距为20~50mm时，层流起始段计算值有时很长。计算时可取200~400mm，即认为此时水流已基本稳定。起始段长度也可从实验室中测得，计算层流起始段时，Re尚未最后确定，故应先做假定，必要时进行二次计算，修正板长。第一节除油板长计算斜板设计长度应为层流起始段长度与计算板长之和.二、斜板(管)除油罐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α,出流量为Q，斜板块数为n，则V的理论值为：

(6-22)

(6-23)

(6-22)第一节除油又依表6-2得:二、斜板(管)除油罐——斜板水平投影长度；

——斜板水平距；

(6-24)

(6-25)

(6-26)(6-23)带入（6－24）得:

——斜板组水平投影面积(A)；

——斜板组水平距总面积(A1)。式中E——斜板隔油池工作效率，75％～85％。

第一节除油雷诺数和费德罗数计算。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；这样就需增大弗罗德数Fr从而提高水流稳定性，与计算如下：二、斜板(管)除油罐式中F——过水断面积(横断面积)；

μ——水的运动粘滞系数；

x——湿周；

V——板间轴向流速。

(6-27)第一节除油二、斜板(管)除油罐

由式(6-27)和式(6-28)知，只有增大湿周x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。通常将Re限制在500之内；而将Fr限制在10-5之外。

(6-28)第一节除油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6-8所示。二、斜板(管)除油罐含油污水从中心反应筒出来之后，先在上部分离区进行初步的重力分离，较大的油珠颗粒先行分离出来，然后污水通过斜板区，油水进一步分离。分离后的污水在下部集水区流入集水管、汇集后的污水由中心柱管上部流出除油罐。在斜板区分离出的油珠颗粒上浮到水面，进入集油槽后由出油管排出到收油装置。

1一进水管；2一中心反应筒；3一配水管；4一集水管；5一中心柱管；6一出水管；7一波纹斜板组；8一溢流管；9一集油槽；10一出油管；11一排污管第一节除油

斜板材质应是在污水中长期浸泡不软化、不变形、耐油、耐腐蚀的材料。常用的斜板规格有多种，如下表所示。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的钢支架上。二、斜板(管)除油罐

规格种类板长（mm）板宽（mm）板厚（mm）波数（个）波长（mm）波高（mm）117507501.5～1.9613015～25215506501.2～1.6115925～30313607601.6～1.95～812015～25

立式斜板除油罐的主要设计参数：斜板间距80～100mm，斜板倾角45o～60o，斜板水平投影负荷1.5×10-4～2.0×10-4m3/(s·m2)，其他的与普通除油罐基本相同。油田上的使用实践证明，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1.0～1.5倍。第一节除油(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，如图所示。这种隔油池一般是由钢筋混凝土做成的池体，池中波纹斜板大多呈45o安装。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、泥在斜板中进行分离，油珠颗粒沿斜板组的上层板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。二、斜板(管)除油罐配水堰布水栅斜板集泥区出水槽集油管第一节除油

早在50年代就有人在普通隔油池前段设填料段，填充碎石等粒状物借以提高除油效率。由于采用的碎石填料粒径较大，聚结性能较差，收效不大，所以该法除油在相当长的一段时间内没有引起人们的重视。直至70年代初，由于原油开采业及石油化工工业的发展，一方面待处理的含油污水量大幅度的增加，迫切要求提高除油构筑物的处理效率，从而缩小其体积；另一方面化学工业也提供了性能较好的粗粒化材料，因而粗粒化除油技术才大力发展起来。美国及日本等在这方面有大量工业化应用的实例。三、粗粒化（聚结）除油第一节除油

1.粗粒化(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。三、粗粒化（聚结）除油理论依据润湿聚结碰撞聚结第一节除油理论依据

在设计除油装置之前都要用“静止浮升法”或显微镜观察法对污水中油珠粒径大小及分布进行测试，大量的测试结果表明：总的来看油田含油污水乳化程度并不高，即绝大多数是10m及以上的分散油和浮油。浮油在除油罐中几分钟之内便可去除，乳化油则必须用化学混凝法破乳去除，分散油虽然不用混凝法但是可以靠自然沉降去除，然而沉降时间要长。例如，要去除粒径为以上的油珠，则污水自上而下流动的速度必须小于油珠上浮速度，油珠才可上浮至水面去除。油珠浮升符合斯托克斯公式表明，对温度一定的特定污水而言，其动力粘滞系数、污水密度、污油密度和重力加速度都是定值三、粗粒化（聚结）除油第一节除油三、粗粒化（聚结）除油

(6-29)

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()加大，这样便可提高除油罐效率。经过有关学者的大量研究，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。关于粗粒化的机理，目前尚处在探讨阶段，还未形成统一的理论。总的来说，大体上有两种观点，即“润湿聚结”和“碰撞聚结”。第一节除油润湿聚结理论

“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。

例如，用聚丙烯塑料球及无烟煤作粗粒化材料的聚结，就是属于“润湿聚结”。三、粗粒化（聚结）除油第一节除油碰撞聚结理论

“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成为一个较大的油珠，从而达到粗粒化的目的。例如，蛇纹石及陶粒作的粗粒化材料的聚结就是属于“碰撞聚结”。三、粗粒化（聚结）除油第一节除油

当然，无论是亲油的或是疏油的材料，两种聚结都是同时存在的，只是前者以“润湿聚结”为主，也有“碰撞聚结”，原因是污水流经粗粒化床时，油珠之间也有碰撞；后者以“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，自然有“润湿聚结”现象。因此无论是亲油性材料或是疏油性材料只要粒径合适，都有比较好的粗粒化效果。三、粗粒化（聚结）除油第一节除油2.粗粒化材料(聚结板材)的选择

粗粒化材料从形状来看分粒状的和纤维状的两大类，从材质上分为天然的(如无烟煤、蛇纹石、石英砂等)和人造的(如聚丙烯塑料球和陶粒等)两类。国外应用的粗粒化材料很多，以各种化工产品居多，如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等等。作为一次性使用，主张用纤维性材料，重复使用主要用粒状材料。国内各油田目前工业化的粗粒化装置大多是用粒状材料，各种粗粒化材料物理性能见下表。三、粗粒化（聚结）除油材料名称润湿角相对密度润湿角测定条件聚丙烯0.91水温44℃，介质为净化后含油污水；润湿剂为原油无烟煤1.60陶粒1.50石英砂2.66蛇纹石2.52第一节除油

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l的材料；货源充足，加工、运输方便，价格便宜；粒径3～5mm为宜。三、粗粒化（聚结）除油

对于聚结板材通常可采用聚氯乙烯、聚丙烯塑料、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。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。第一节除油3．粗粒化(聚结)装置单一的粗粒化除油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下图所示。三、粗粒化（聚结）除油进水口出水口排污口污油口进料口蒸气回水口安全阀出水挡板第一节除油

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集结板，使油珠聚结，悬浮颗粒增大，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人集水腔。高效聚结分离器工艺原理图见下图所示。三、粗粒化（聚结）除油进水口出水口粗粒化段出水挡板污油口进料口蒸气回水口安全阀第一节除油

目前渤海各平台均未采用单独的粗粒化（聚结）除油设备，通常是在斜板除油或重力沉降除油后进入气浮设备继续深度除油。四、气浮除油(除悬浮物)

1．气浮除油的基本工作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0.25～25μm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。第一节除油油粒和悬浮物具有吸附气泡浮上的性能当天然气被射流器吸入并在浮选器内形成微气泡时，由于含油污水中的油粒和悬浮物为疏水性，且油粒比重小于1，便会立即吸附到微气泡表面，并以0.5～0.9m/s的高速上浮分离,在液面上形成浮渣层。过滤原理生产水中的油和悬浮物在浮上时脱油，水则向下作层流，并从浮选器下部的出水口流出，由于水向下流动时必须穿过上升的微气泡层，因此如果向下流动的水中存在油粒和絮凝的悬浮物，必然会被上升的气泡吸附“过滤”，并送到液面浮渣层。四、气浮除油(除悬浮物)

第一节除油

微气泡原理根据原理(1)推断，若要将污水中的分散状的油粒（包括经破乳后，乳化油变成粒径大的油粒）和大小不一的矾花最大限度的被气泡所吸附，最有效的技术措施就是要能够在污水中不断的释放（供给）粒径比较理想的微气泡。四、气浮除油(除悬浮物)

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。

图6－11加气浮选器内部结构示意图气浮选器工作原理结构图`第一节除油四、气浮除油(除悬浮物)

第一节除油2．气浮除油(除悬浮物)装置

气浮除油(除悬浮物)装置，按照气体被引人水中的方式分为两大类，其一是溶解气浮选装置，其二是分散气浮选装置。四、气浮除油(除悬浮物)

图6-12溶解气浮选装置工艺示意图（1）溶解气浮选装置

该装置首先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。图6-12即为溶解气浮选装置工艺示意图。第一节除油(2)分散气浮选装置

A.旋转型浮选装置四、气浮除油(除悬浮物)

图6-13(a)旋转型分散气浮选装置横截面图

该装置机械转子旋转在气液界面上产生了一个液体淤涡，旋涡气液界面随着转速升高可扩展到分离室底部以上。在涡游中心的气腔中，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。第一节除油(2)分散气浮选装置

B.喷射型浮选装置四、气浮除油(除悬浮物)

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，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。喷射型分散气浮选装置可设计为单浮选室、三浮选室和四浮选室，具体根据处理污水水质情况确定。生产实践证明，旋转型分散气浮选装置比喷射型的能耗稍高，气耗也稍大。

图6-13(b)喷射型分散气浮选装置横截面图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。其基本工艺结构如图6-14所示。第一节除油五、旋流除油含油污水入口（切向入口）圆锥体涡流腔（加速部分）水出口污油出口等截面尾部

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，密度较大的水及固体颗粒靠近管壁，而密度较小的油则集中到中心部位，即，使水沿着管壁旋流，而油珠移向中心。流体进入细锥段，截面不断缩小，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇成油心。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，使低压油心向污油出口排出。从而回收了水中的悬浮物（或分散油），并净化了水质。第一节除油五、旋流除油当固体颗粒含量大于200mg/L时，水力旋流器最好应立式安装。根据处理量大小也可以选择多个水力旋流器并联方式来加大处理量。第一节除油五、旋流除油(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：（6-30）

——离心加速度，cm／s2；

按斯托克斯公式求得的介质阻力为：

（6-31）第一节除油五、旋流除油式中μw——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Fl和介质阻力F2相等时，油滴的径向速度为：(6-34)说明是离心加速度和重力加速度的比值称为分离因数。统计计算表明，水力旋流器的分离因数在500~2000之间。(6-34)

(2)油滴直径

(6-38)第一节除油五、旋流除油

需要指出的是，式(6-38)的唯一条件是在旋流管内油滴尺寸及数量的分布是固定的，但在液—液分离体系中，上述情况是变化的。可以采取的措施是，在流程设计中尽量增加油滴的聚集，减少泵、阀对油滴的剪切。

(3)流量

随着流量增加，离心力也相应增加，对一个特定的旋流器来说，在保证分离效率的前提下，有一个最小流量和最大流量的工作范围。流量过小则由于离心力不足影响油滴的聚集，流量过大油芯容易变得不稳定。另外，由于进出口压差过大会对油滴产生剪切。一根直径35mm的旋流管最佳流量范围为100～200m3/d。

(4)密度

两种液体的密度差越大则分离效率越高。第一节除油五、旋流除油2．旋流除油器

旋流器产品就结构形式而言，有静态和动态两种；按其用途分为：油水预分离旋流器，污水除油旋流器及原油脱水旋流器。对于液-液旋流分离具有更大的难度，原因是：液-液之间密度差太小，产生的分离力量太小；剪切力使油滴不是聚结而是进一步破碎。在对液-液旋流分离进一步研究得到：第一节除油五、旋流除油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、水两相的重混；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，旋转轴与旋流器几何轴线重合。

影响油、水两相溶液分离效果的因素除了旋流器本身的结构尺寸和操作条件(压力、压差和流量)外，起决定作用的是分离液的物理性质。第一节除油五、旋流除油图6-15多管污水除油水力旋流器结构图水的相对密度大、液体温度高、分散相(油)液滴尺寸大，有利；油的相对密度大、油的粘度高、表面活性剂含量高，不利;旋流器的入口流速，过高则液漓易分裂，过低则离心力不足

一、混凝机理

混凝含指“凝聚”和“絮凝”过程。一般认为水中胶体失去稳定性，即“脱稳”的过程称为“凝聚”；而脱稳胶体中粒子及微小悬浮物聚集的过程称为“絮凝”。油田含油污水处理中的混凝现象比较复杂，不同的凝聚剂、絮凝剂组合，不同的水质条件，混凝作用机理也有所不同。第二节混凝沉降

一般说来，混凝剂对水中胶体颗粒的混凝作用有三种：电性中和、吸附桥架和卷扫作用。这三种作用以何者为主，取决于混凝剂的种类、投加量、水中胶体粒子的性质、含量和水的pH值等因素。

1.电性中和

要使胶体颗粒通过布朗运动相互碰撞聚集，就必须消除颗粒表面同性电荷的排斥作用，即在水中投入电解质便可达此目的。含油污水中胶体颗粒大都带负电荷，故通常投入的电解质—凝聚剂是带正电荷的离子或聚合离子。第二节混凝沉降

一、混凝机理

2.吸附桥架

当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。高分子物质在这里起到了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用，故称吸附桥架。

3.网扫作用

当水中投加的混凝剂量足够大，便可形成大量絮体。成絮体的线性高分子物质，不仅具有一定长度，且大都有一定量的支链，絮体之间也有一定的吸附作用。混凝过程中在相对较短的时间内，在水体中形成大量絮体，趋向沉淀，便可以网捕，卷扫水中的胶体颗粒，以致产生净化沉淀分离，这种作用基本上是一种机械作用。

1.混合

投药口的位置和混合设备的选择必须使加入的混凝剂与水急剧、充分混合。当进行配伍性试验时，几种药剂投入污水后必须有利于混凝沉淀处理，而且不能起相反的作用。由于受污水处理站处理工艺的限制，两种药剂投入口不可能相隔太远，但至少应有10s左右的混合时间。目前各油田投药口大部分都设在压力管线上。

第二节混凝沉降二、混凝工艺图6-16简易管式混合器示意图图6-17叶片涡流管式混合器示意图

2.反应

油田污水处理站一般不设单独的反应构筑物，大都是反应与分离(沉淀)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上分为旋流式中心反应器和涡流式中心反应器，及旋流涡流组合式反应器。。第二节混凝沉降二、混凝工艺

(1)旋流式中心反应器有效反应时间一般为8～15min，喷嘴进口流速2～3m/s。其计算式如下：有效容积。W1——反应筒有效容积，m3；

T——反应时间，min；

Q1——单罐设计水量，m3/h。第二节混凝沉降二、混凝工艺

由图6-18可以看出，反映器总高度应包括上部椭圆形封头高度、中下部整流格板高度、配水及排污部分高度之和。即：②直径。③反应筒总高度图6-18旋流式中心反应器工艺结构图

(2)涡流式中心反应器

有效反应时间一般为6～10min，进水管流速0.8～1.0m/s，锥底夹角口为30o～45o。第二节混凝沉降二、混凝工艺图6-19涡流中心反应器工艺结构有效容积②有效高度

根据几何关系列出：可求出及

经重力除油或其他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，对下向流沉降罐，反应器采用上配水式，污水经多点配水喇叭口均匀分配至配水断面。污水在自上而下流动过程中，污油携带大部分悬浮物上浮至油层，经出油管流出。部分相对密度比较大的悬浮物下沉至罐底。因此，混凝沉降包括：上浮除去油和悬浮物，下沉部分悬浮物，一般认为若污水中油是主要污染指标，固体悬浮物为次要污染指标，多采用下向流模式，这种罐也称混凝除油罐；若污水中主要污染指标是固体悬浮物，而油是次要污染指标，常采用上向流(也称逆向流)模式，通常叫做混凝沉降罐，其意义是以除固体悬浮物为主。第二节混凝沉降三、沉降分离工艺

1.下向流混凝沉降罐工艺结构简介第二节混凝沉降三、沉降分离工艺

2.上向流混凝沉降罐工艺结构简介

重力式上向流混凝沉降罐为立式装配。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。图6-20上向流混凝沉降罐工艺结构图1—进水口；2—收油口；3—出水口；4—呼吸口；5—排污口；6—进料口；7—人孔；8—冲洗口；9—蒸汽回水口；10—密封口3.压力式混凝逆流沉降罐工艺结构简介

第二节混凝沉降三、沉降分离工艺

压力式混凝逆流沉降罐为卧式装配。设备首段为组合式混凝反应部分，外侧环空为旋流反应，内侧锥形空间为涡流反应；中段为整流过渡和配液区，中后段为逆流斜板(管)沉降分离区，后段为集水出流部分。设备中段、中后段上部为浮渣、污油收除内件，中部为配水分离内，下部为污泥集聚和排除内件。

图6-21压力式逆向流沉降罐工艺

1—进水口；2—出水口；3—收油口；4—安全口5—排污口；6—进料口；7—人孔；8—冲洗水口9—蒸气回水口；10—放空口一、基本原理第三节过滤

过滤是指水体流过有一定厚度(一般为700mm左右)且多孔的粒状物质的过滤床，这些粒状物滤床，通常是由石英砂、无烟煤、磁铁矿、石榴石、铝矾土等组成，并由垫层支撑。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。滤池不但能去除水中的悬浮物和胶体物质，而且还可以去除细菌、藻类、病毒、油类、铁和锰的氧化物、放射性颗粒、在预处理中加入的化学药品、重金属以及很多其他物质。

过滤法的机理很多，从过滤性质来说，一般可以分为物理作用和化学作用。过滤机理可分为：吸附、絮凝、沉淀和截留等几个方面。1.吸附第三节过滤

滤池功能之一是把悬浮颗粒吸附到滤料颗粒表面。

吸附性能是滤料颗粒尺寸、絮体颗粒尺寸以及吸附性质和抗剪强度的函数。

吸附的影响因素影响吸附的物理因素包括滤池和悬浮液的性质。影响吸附的化学因素包括悬浮颗粒、悬浮液水体以及滤料的化学性质，其中电化学性质和范德华力(颗粒间分子的内聚力)是两个最重要的化学性质。2.絮凝第三节过滤

为了得到水的最佳过滤性，有两种基本方法。一种是按取得最佳过滤性而不是为产生最易沉淀的絮凝体，来确定混凝剂的最初投药量。另一种是在沉淀后的水进入滤池时，向其投加作为助滤剂的二次混凝剂。

为了得到有效的过滤，进行预处理以产生小而致密的絮凝体，使之能穿透表面而进入滤床。絮粒的形成，大大地提高了与滤料颗粒表面之间的接触机遇。在滤床内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来去除絮凝体。接触主要是滤料颗粒之间的孔隙通道的弯折处由于流水线的汇集而造成的。当絮体被截留在个别孔隙中时，其孔隙流速必有所增高。然而，水流通道受到的这种侵占将造成末絮凝的固体穿透至滤池的深处。第三节过滤

温度对絮凝的影响在低温时，水的粘度增高，絮凝作用有所减弱。同时，水的剪力也有所增强，当这种力超过絮粒的抗剪强度时，絮粒即被撕碎破裂。这样，它们就将穿透至滤床的更深远处。因此，使得过滤的效率随着温度的下降而降低。第三节过滤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。据此联想，用粒径为5×10-2cm的球状砂粒为例，1m3体积中，所含的空隙空间为40％，有9.15×109个颗粒，其总表面积为7.2×103m2。假定只有1/6的面积是水平的和面向上的，其中1/2又是同其他砂粒相接触的，而余留下的1/3是受冲刷的，则相当于一个沉淀池的有效面积为100m2，或相当于每米深度中布置着400个浅盘，按斯托克斯和有关公式计算，可得出被去除颗粒的沉降速度和直径是同等负荷沉淀池中可被沉淀掉颗粒的1/4和其直径的1/20。由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。4.截留第三节过滤

截留也可以说成筛滤，这是最简单的过滤。它几乎全部发生在滤层的表面上，也就是水进入到滤床的孔隙之处。开始时，筛滤只能去除比孔隙大的那些物质。随着过滤的进行，筛滤出的物质贮积在滤池滤料的表面上形成一层面膜，此时水必须先通过它方能到达过滤介质。这样，杂质的去除也就更限制在滤层的表面上。

当被过滤的水含有很多有机物质时，只要那层面膜是被长久的遗留着，那么外来的生物（主要是腐生菌）将利用其作为能量来源而在这层面膜上繁育。胶团性生物的繁殖将使这层面膜具有粘性，使筛滤过程的效率有进一步的增强。这样所造成的效率的逐渐增长，称为滤池的成熟或突破。滤池成熟所需用的时间，主要是随着作为微生物养料的杂质的浓度、可利用程度以及水温而变化的。高浓度、高营养和高温度有助于细菌繁育并产生一层厚的面膜。富含藻类或类似生物的水，可能形成一层很厚的面膜，当过滤的阻力升高到一个过大的数值时，或表面膜有破裂的危险时，就必须把这层面膜和支承它的滤料表面层加以清理。第三节过滤1.滤速以过滤面积除过滤流量而得的商为过滤速度，过滤速度的单位有：m/d、m3/d·m2、m/h、m3/h·m2等。范围：100～1000m/d；一般单层过滤：120～250m/d；一般双层过滤：200～400m/d；二、过滤工艺设计

当滤速超过400m/d时，常使用高分子絮凝剂来提高净化效果。究竟采用多大滤速合适，这是设计中最重要的问题之一。如果滤速小，必然使过滤面积大，因而不经济；如果滤速过大，则过滤持续时间太短。然而通过计算求出最佳滤速也是很困难的。所以必须在综合考虑经济性、过滤持续时间和滤过水质的基础上，参照上述滤速范围，并根据经验加以确定。

第三节过滤2.过滤阻力

当水体通过滤层时，在滤层的进水和两侧便产生水头差。这个水头差称为过滤水头损失或过滤阻力，其值随过滤时间延长而增大。

滤池常以过滤阻力达到顶定值作为结束过滤的标志。当然，当过滤阻力在某一值以下时，如果事先知道滤过水质符合容许值范围以内，那么即使把过滤阻力作为终止过滤的标志，仍能保证滤过水的水质。从下图亦可看出，可能达到的最大过滤阻力与滤池高度有关。二、过滤工艺设计过滤阻力在设计上是构筑物高低的一个指标，运行上是停止过滤的时间指标，所以是很重要的。第三节过滤

重力式过滤一般采用的最大过滤阻力的数值如下：范围：1.3～3.0m水柱；一般：1.5～2.0m水柱。二、过滤工艺设计(1)清洁滤层的过滤阻力(初期水头损失)

滤层尚未截留悬浮物时的过滤阻力，称为初期水头损失。流体流过颗粒材料滤层时的水头损失，常用利瓦(Leva)公式或弗—哈奇(Fair-Hatch)公式表示，即，利瓦公式：（6-47）（6-48）第三节过滤

如同快滤池的滤层一样，具有层状构造时，滤层的过滤阻力可表示如下。但假定孔隙度，形状系数及阻力系数对整个滤层都是相同的，则利瓦公式。

二、过滤工艺设计弗尔—哈奇公式：（6-49）（6-50）（6-51）

（6-52）（6-53）第三节过滤

利瓦公式和弗尔—哈奇公式都是从科泽尼一卡曼(Kozeny－Carman)公式推导出来的。特别是弗尔—哈奇公式是以滤池为对象求出的，所以与实测吻合，但以及Re＝1为界，公式的形式有变化，所以在Re＝1附近探讨过滤阻力有些不便。然而利瓦公式适用于及Re＜10的范围，所以是个便于应用的公式。

为了便于应用上述公式，对一般快滤池可采用下列数值：

动力粘滞系数：1.0×10-3kg／m·s(水温20℃)；形状系数：0.7～0.85；形状系数：5.5～5.7；空隙度：0.4～0.5。二、过滤工艺设计第三节过滤

(2)堵塞滤层的过滤阻力

过滤阻力是随截留悬浮物的增加而加大的。当然，即使在截留悬浮物总量相同，但截留方式不同的话，其过滤阻力的增加情况也不同。例如，下向流过滤时，悬浮物多被截留于滤层的表层，那么过滤阻力增加得很快；但悬浮物若能到达滤层深处而被截留，那么过滤阻力的增加也就要慢一些。各位专家提出的过滤阻力公式，都是以与利瓦公式相同形式的科泽尼一卡曼(Kozeny－Carman)公式为基础推导出来的。这些数学式表示的都是微分厚度滤层中的微分过滤阻力。全滤层的过滤阻力只能通过对这些公式由Z＝0至Z＝L进行积分的方法才能求出来，即二、过滤工艺设计（6-54）第三节过滤

单位体积滤料的截留悬浮物的值随滤层深度而异。因此对上式进行积分时，必须知道与Z的关系。但由于从上述过滤方程式中得不到解析性解答，所以用一般函数形式来表示过滤阻力公式也是很困难的。

过滤阻力的一般规律归纳起来如下：滤料粒径愈粗，过滤阻力的绝对值增大得也愈慢；对悬浮物截留量及截留模式都相同的滤层来说，过滤阻力与滤速成比例变化；滤速变大时，初期过滤阻力也大；但悬浮物进入滤层的深度也大。所以对同一截留悬浮物数量而言，过滤阻力的增高较慢；对一定浓度的原水进行等速过滤时，过滤阻力开始时按比例上升，随后则急剧加大。二、过滤工艺设计第三节过滤3.反冲洗

影响滤料反冲洗效果的最重要的因素是反冲洗强度。为保证反冲洗强度，必须维持必要的反冲洗压力。现行的反冲洗方式有水冲洗和气—水冲洗两种。单独用水冲洗滤层时，依靠从滤层下部喷出的压力水使滤层处于流态化，并利用滤料颗粒相互碰撞将截留的悬浮物冲洗下来。这种方法在日本和美国得到广泛应用，并且在多数情况下还辅以表面冲洗。气—水冲洗滤层用于欧洲式滤池。它是用空气气泡搅动滤层，使悬浮物自滤料颗粒上脱落下来，再用水将其冲走。二、过滤工艺设计第三节过滤

二、过滤工艺设计

影响滤料反冲洗效果的最重要的因素是反冲洗强度。为保证反冲洗强度，必须维持必要的反冲洗压力。现行的反冲洗方式有水冲洗和气—水冲洗两种。单独用水冲洗滤层时，依靠从滤层下部喷出的压力水使滤层处于流态化，并利用滤料颗粒相互碰撞将截留的悬浮物冲洗下来。这种方法在日本和美国得到广泛应用，并且在多数情况下还辅以表面冲洗。

气—水冲洗滤层用于欧洲式滤池。它是用空气气泡搅动滤层，使悬浮物自滤料颗粒上脱落下来，再用水将其冲走。第三节过滤

二、过滤工艺设计(1)反冲洗水头

当反冲洗强度由零开始逐渐增大时，反冲洗水头按式(6-47)直线增大。但当滤层开始流态化后，即使再增大流速，水头也不再随反冲洗强度的增大而增大了。这时的水头，即流态化滤层中的水头损失，在数值上恰等于单位面积滤层上滤料在水中的重量，可以下式表示。——静止滤层的厚度，m；

——静止滤层的孔隙度；

——分别为水和滤料的密度，kg/m3。

第三节过滤

二、过滤工艺设计实际上，反冲洗所需水头等于滤层、砾石承托层和集水装置中的水头损失之和，即——砾石承托层的厚度，m；

——砾石层的孔隙度；

——集水装置喷水子L的流量系数；——集水装置喷水孔总面积与滤池面积之比，称为开孔比。

——砾石的形状系数；第三节过滤

二、过滤工艺设计

图6-23反冲洗水头的表示方法

(反冲洗水头是h，而不是h′)

在有管路的情况下，还必须加上在管路中的水头损失。在表示反冲洗强度时，应注意正确选择基准面。有些书籍中常以集水装置部位为基准来表示反冲洗水头，如图6-23之中。但反冲洗水头应为与之差，即以排水槽上缘为基准表示的水头。

很显然，正确的表示方法是入，而且在本节中，反冲洗水头A皆以排水槽上缘为基准，或以滤池进水口和出水口处的水头差来表示。第三节过滤

二、过滤工艺设计(2)最佳反冲洗强度反冲洗强度是指单位时间内单位面积上所通过的冲水量。如果说，当滤料颗粒相互碰撞最多时，其反冲洗的效果最好，那么，我们就可以说明上述的试验结果。根据这个假定，流态化冲洗方式中最佳反冲洗强度可表示如下。

——最佳反冲洗强度，m/s；——单一滤料颗粒的沉降速度，m/s；

D——滤料粒径(调和平均粒径)，m。第三节过滤

二、过滤工艺设计

图6-25说明了在常温下石英砂、无烟煤和石榴石的最佳反冲洗强度与滤料粒径的关系。在常温以外的温度下进行冲洗时，可由图6-24求得修正系数，然后与图6-25所得值相乘即可。

图6-24温度修正系数

图6-25常温下的最佳反冲洗强度

第三节过滤

二、过滤工艺设计(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。最佳反冲洗强度时的滤层膨胀率可表示如下。

图6-26反冲洗的最佳膨胀率（最佳膨胀率由膨胀前滤料的孔隙度决定）

可见，滤层的最佳膨胀率只用膨胀前滤层的孔隙度来表示。

第三节过滤

二、过滤工艺设计(4)冲洗时间反冲洗时间因滤层污染程度而异，所以应根据运行情况来确定。但一般反冲洗所需的时间为5～10min，因此设计时采用10min左右已足够。当然这只是实际反冲洗时间。反冲洗操作尚包括启闭阀门的时间和表面冲洗时间，总计需15～30min。冲洗废水的浊度在冲洗开始后立即急剧升高，并到达顶峰后逐渐降低。如果认为滤池是由流态化滤层和滤层上面水层这两个完全混合区组成的模型的话，那么就可以用非常接近于实际的方法表示冲洗废水浊度随时间的变化。

从完全混合模型来看，冲洗废水浊度随时间的变化情况因滤池的构造不同而有所不同，但在实用范围内可表示如图6-27。第三节过滤

二、过滤工艺设计

排出截留悬浮物的99％和90％所需时间和表示为

滤层中残留悬浮物量与冲洗废水浊度的关系为：图6-27完全混合模型的冲洗废水浊度变化曲线（t—冲洗时间(s)；T—冲洗前单位面积滤层上截留的悬浮物(kg/m2)）第三节过滤

二、过滤工艺设计(5)气—水冲洗

在欧洲式的滤池中，常用空气和水自滤层下部送入的气—水冲洗方式。气—水冲洗方式是利用空气气泡在滤层中上升时引起的搅动使滤层截留的悬浮物自滤料颗粒上脱落下来，并被水流冲走。由于它不需要使滤层全部流态化，所以与流态化冲洗比起来有以下不同点。

滤层不产生分层现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的高度可以减小，槽间间距可以加大。即或使用粗重的滤料，也不必增大反冲洗强度；为使空气和水在滤层中能均匀分布，需设特殊的集水装置。第三节过滤

二、过滤工艺设计

到目前为止，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。若以有效粒径为0.9mm、滤层厚度为0.8～1.0m的砂层为例，其数据如下。

第一阶段：以0.1m/min的水冲洗4～6min；第二阶段：水0.1m/min，空气lm/min，冲洗8～10min；第三阶段：水0.3m/min，冲洗5～6min。

近来，将气—水冲洗用于多层滤池和双向流滤池等深层滤池的情况越来越多。这时，由于上层比重小的无烟煤能随空气气泡逸出，所以有必要采取分别进行气冲洗和水冲洗等措施。第三节过滤

三、滤料及垫层

1．滤料

(1)滤料的性能

滤料具有能吸附悬浮物的表面，滤池主要是靠滤料使水净化。常用的滤料有石英砂和无烟煤粒。此外，核桃壳、石榴石、钻铁矿砂、磁铁矿砂、金刚砂、铝矾土等也可使用。近年来还创造了人工优质滤料，例如陶粒、活性炭、聚苯乙烯球粒、聚氯乙烯球粒等。

A．有足够的机械强度。B．具有足够的化学稳定性。C．能就地取材，货源充足，价格合理。D．具有一定的颗粒级配和适当的孔隙度。E．外形接近于球状，表面比较粗糙而有棱角。第三节过滤

表6-4滤料的比表面积（指单位体积滤料的表面积）

三、滤料及垫层粒度mm石英砂无烟煤石榴石空隙度%比表面积空隙度%比表面积cm2/cm3空隙度%比表面积cm2/cm3cm2/gcm2/cm32.5~1.20.4425.537.80.5530.40.4537.11.2~0.60.4450.675.10.5560.40.4574.80.6~0.30.4687.31250.551040.501160.3~0.150.461742490.552080.56203第三节过滤

(2)滤料颗粒级配

滤料颗粒的大小用“粒径”表示，因为滤料不是球形，所以粒径是指能把滤料颗粒包围在图6-28滤料粒径示意图内的一个假想的球面直径。通常用不同网孔的筛子来确定滤料的粒径。

为了更明确地选择滤料，只有最大和最小粒径是不够的，还必须考虑滤料的均匀程度，也就是滤料的级配情况。

滤料级配是指滤料粒径大小不同的颗粒所占比例。具有适当的滤料级配，才能取得良好的过滤效果。三、滤料及垫层图6-28滤料粒径示意图第三节过滤

滤料级配的表示方法是规定最大、最小两种粒径和K80。我国现行规范即采用这种表示方法。

三、滤料及垫层类别滤料组成无烟煤m/h强制滤料m/h粒径，mm不均匀系数K80厚度，mm单层石英砂滤料dmax=1.2dmin=0.52.07008~1210~14双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.82.0400~50012~1614~18石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400~500表6-5快滤池单层及双层滤料组成

这种滤料级配的表示方法用起来十分方便，在加工滤料时，只要按照这个要求把砂样中不合用的两头颗粒筛去就行了。以最小和最大粒度为规格滤料，其最小粒径和最大粒径一般分别和它的d10和d80接近，故k80值也就自动定下来了。第三节过滤

在进行有关滤料水力计算时，往往用当量粒径来表示粒径大小。当量粒径de按下计算：

式中符号的意义是将筛分级配曲线分为若干段，每段在粒径众di1及di2之间，其平均粒径为di，其相应的颗粒重量，用数值小的表示为pi。平均粒径d50为滤料重量的50％通过的筛孔孔径。当量粒径de与平均粒度数值d50一般都很接近。三、滤料及垫层第三节过滤

计算当量直径de时，往往要用