CN101955271B - 用于处理含油污水的多级塔式浮选装置 - Google Patents

Abstract

一种用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，浮选装置包括上下串接的至少两级浮选塔段，每级浮选塔段包括筒体，降液板，浮油捕集层，污油溢流套筒，塔板和导流管。降液板垂直连接在筒体的内部一侧；浮油捕集层连接于筒体的内部的另一侧与降液板之间，并位于筒体的中部；污油溢流套筒围设在筒体的中部的外侧，其底端面设有污油排出管，其顶端面与浮油捕集层之间的筒体设有缺口；塔板设置在筒体的底部，其上设有多个微孔；导流管连通在上下相邻的浮选塔段的筒体之间；最上方一级浮选塔段上设有进液管和排气管，最下方一级浮选塔段上设有净化水排出管和集气室，集气室上设有进气管，各污油排出管和净化水排出管上分别安装有阀门。

Description

用于处理含油污水的多级塔式浮选装置

技术领域

本发明涉及油田开采、石油化工、日常生活和其它工业生产中含油污水的处理领域，具体地讲，就是利用气-液错流流动浅层浮选理论与塔底一次曝气、逐级浮选逐级排油的操作过程相结合，同时考虑在各级浮选塔段上部液层设置浮油捕集层以抑制和减弱液面波动，并对油滴进行捕集和聚并，而形成的一种用于含油污水处理的多级塔式浮选装置。

背景技术

随着油田的不断开发，地层中的原油逐渐减少，我国大部分油田已由靠天然能量为动力的一次采油进入了中后期的二次或三次采油过程。二次采油需要大量注水来保持油层压力，三次采油是通过水与聚合物驱共同注入来提高采油率。因此目前我国大部分油田采出原油中的含水量已高达90％左右，原油经脱水处理工艺后，产生大量的油田采出水。这些油田采出水主要含有油(浓度为1000-2500mg/L)、水、由聚合物驱油剂引入的固体颗粒悬浮物，如聚丙烯酰胺(浓度高达400-500mg/L)等，因此油田采出水已成为一种量大而面广的污染源。

油田采出水大部分用作回注水而循环使用，其少部分则排于自然水体。据统计数据表明，2006年我国油田企业回注水用量达11.02亿吨。油田采出水在回注或排放之前必须进行处理，其处理的重要性体现在：a.可以防止堵塞油层，使回注水能顺利地注入油层，补充了油层的能量，能保持油田的稳产高产；b.注水压力能保持稳定，即使上升也比较缓慢，因而能降低电耗；c.经过处理的回注水腐蚀性小，能延长注水系统及水处理系统的寿命；d.可以减少洗井次数，降低洗井水处理费用；e.可以减少直接排放对土壤及水源的污染。为此，国家环保部门专门对油田回注水或排放水的水质标准制定了严格要求，主要控制的三个参数指标为：含油浓度低于10mg/L，悬浮物浓度低于5mg/L，悬浮物的平均粒径小于5μm。因此，对油田污水的处理，不仅能起到水资源的循环利用和原油的分离回收，还能起到环境保护的作用，具有重要的经济和社会效益。

随着采油技术的发展，三次采油聚合物驱得到广泛应用，许多油田都使用了聚合物驱油技术。虽然聚合物驱油技术提高了原油产量，但由于聚合物的存在，同时对油田采出水的处理带来了系列难度和问题，具体体现在：a.由于聚合物的不断加入，使含油污水粘度增大，提高了水中胶体颗粒及油珠的乳化稳定性；b.油田含聚污水在较高温度下，经地下岩层不断高速切割和撞击后，导致油水的过度混合和乳化；c.油田采出水中油珠粒径小于10μm的达90％以上，油珠中位粒径为3-5μm，油珠中位粒径的偏低，使油水体系更加稳定；d.导致了油水的界面膜强度增大，界面电荷增强。以上这些问题增加了油田采出水处理的难度。

当前油田采出水处理的工艺技术归纳起来主要为三段处理工艺，即隔油-混凝沉降-过滤。随着环保要求的提高和油田回注水水质的严格化，近年来国内外油田采出水的治理技术已得到改进和提高。采出水的治理工艺已由原来的隔油-混凝(或浮选、旋流分离)-过滤技术改变为隔油-混凝浮选(或旋流分离)-生化-过滤技术。与这些油田回注水处理工艺相对应的设备主要有自然沉降罐、粗粒化罐、重力沉降罐、浮选池、水力旋流分离器、过滤罐与精细过滤装置等。其中浮选技术是近年来先进的油田采出水处理工艺的一个重要环节。

浮选技术最早产生于20世纪20年代，最初主要应用于矿物浓集，后来逐渐应用于各种污水处理过程。其原理是从液体中分离固体或液态颗粒的单元操作，被分离的颗粒密度与液体介质密度相近。在工艺上是利用高度分离分散的微气泡吸附悬浮颗粒，使其成为视密度小于液体介质的复合体而上浮到悬浮液表面，从而实现两相分离的目的。对油水体系，主要用来处理含油污水中靠重力分离自然上浮难以去除的分散油、乳化油和细小悬浮物。实现浮选分离必须具备两个条件：一是必须向浮选液中提供足够数量的微细气泡，气泡直径必须适当；二是固体或液体颗粒必须具有疏水性质或使其具有疏水性质，从而附着于气泡表面。

根据气泡的产生方式，目前发展的浮选技术有电浮法(例如中国专利ZL02260687.4)、加压溶气浮选法(例如中国专利ZL 200620091901.7)和扩散板散气浮选法。为了提高浮选效率，还可以加入无机或有机絮凝剂、破乳剂等，但药剂的加入会使净化后的水产生二次污染。一些研究者把浮选与溶剂萃取相结合，开发了一种气助溶剂萃取浮选法。

浮选技术从问世至今，其设备构型主要为浮选池，而浮选池的发展相继经历了三个阶段。第一阶段为狭长的矩形通道状，池深很浅；第二阶段，浮选池的池深、池宽逐渐加大，而长度却大大缩小；第三阶段，人们致力于高负荷浮选技术的开发，浮选池的池深可达3.0-4.0m，表面负荷也进一步加大，相应分离区上部气泡层厚度为1.5-2.5m，此时浮选池分离区流态已由层流转化为紊流。随着浮选技术的不断发展，还逐渐发展了浮选柱分离设备。浮选池(柱)虽然具有处理时间短、效果好的优点，但存在的缺点为占地面积大，浮油难及时去除，其浮选液位较高，气泡从浮选池底部上升至液面过程中不断聚并变大，大气泡的上升速度过快，导致液层波动剧烈，使油滴与气泡之间的吸附减弱，油滴脱离气泡而返混，造成污水的二次污染，从而限制了分离效率的提高。

也就是说，在实际浮选处理含油废水过程中，单级浮选处理效果并不十分理想，特别是一级出水水质常达不到排放标准。因此，传统浮选池(柱)设备具有下述缺点：第一，浮选池内液位过高，液层波动剧烈，泡沫层不够稳定，泡沫破碎导致油份重新进入液相主体造成返混；第二，被气泡携带至浮选池(柱)液层表面的浮油不能及时排出；第三，常规浮选过程中的气-液流动方式为并流或逆流，如果浮选池内气泡的分布稍有不均匀，那么浮选池内就会形成液相的内循环流动，这就会造成油份随液相循环而形成返混，从而会严重降低分离效率。

以引入方式将上述技术内容合并于本申请。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，以解决常规的浮选池(柱)存在的液层波动，浮油返混和浮油不能及时排出造成分离效率低的问题，同时克服常规浮选池占地面积大的问题。

本发明要解决上述技术问题的技术方案为：

一种用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，所述浮选装置包括上下串接的至少两级浮选塔段，每级浮选塔段包括：筒体；降液板，其垂直连接在筒体的内部的一侧，降液板的底端面与筒体的底部间隔有间距；浮油捕集层，其连接于筒体的内部的另一侧与降液板之间，浮油捕集层位于筒体的中部；污油溢流套筒，其围设在筒体的中部的外侧，污油溢流套筒与筒体之间具有环隙空间，污油溢流套筒的底端面设有污油排出管，污油溢流套筒的顶端面与浮油捕集层之间的筒体设有缺口；塔板，其设置在筒体的底部，每个塔板上嵌设有多个以相互交错的方式布置的气体分布板，每个气体分布板上均设有微孔；以及导流管，其连通在上下相邻的浮选塔段的筒体之间，所述导流管的上端连接口与所述塔板对应，导流管的下端连接口与所述降液板相对；

其中，最上方一级浮选塔段的筒体上靠近降液板的一侧设有进液管，最上方一级浮选塔段的筒体的顶部设有排气管，最下方一级浮选塔段的塔板上设有净化水排出管，最下方一级浮选塔段的塔板下方为集气室，集气室上设有进气管，各污油排出管和净化水排出管上分别安装有阀门。

本发明的特点和优点是：

1、常规浮选池(柱)内的气液总体流动为并流或逆流流动方式，液体中气泡的分布稍有不均匀就会造成液体的内循环流动而引起液层表面油滴的返混；本发明在气液总体流动方面采用了错流流动方式，即气相主体沿纵向流动，液相主体沿横向流动，即这种气液错流流动的方式，可以较大程度地减弱油滴返混现象。

2、本发明采用多级浅层液位浮选并逐级排油的操作方式，一方面可以克服深层液位浮选时气泡上升到一定高度发生聚并而导致油滴脱落返混的问题，另一方面将各级浮选出的油层及时排除，从而起到提高分离效率的目的。

3、本发明在各级塔段的液层上部加入浮油捕集层，具有消除液面波动并捕集和聚并油滴的作用，从而可以减小液面上浮油的返混程度。

4、本发明设计的浮选装置结构紧凑，占地面积小，便于工程实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的多级塔式浮选装置的主视剖面示意图；

图2是本发明的塔板的气体分布板的布局示意图；

图3是本发明的顶端具锯齿形的污油溢流堰的主视示意图；

图4是本发明的入口溢流堰的主视示意图；

图5是本发明的浮油捕集层为金属丝网的实施例的立体示意图；

图6是本发明的浮油捕集层为V型底捕油槽的立体示意图；

图7是图6所示实施例的每个V型底捕油槽的第一种实施例的立体示意图；

图8是图6所示实施例的每个V型底捕油槽的第二种实施例的立体示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明是利用气-液错流流动浅层浮选理论与塔底一次曝气、逐级浮选逐级排油的操作过程相结合，同时考虑在各级浮选塔段中部液层设置浮油捕集层以抑制和减弱液面波动，并对油滴进行捕集和聚并，而形成的用于油田含油污水处理的多级塔式浮选装置。

参见图1和图2所示，本发明实施例提出的用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，其包括上下串接的至少两级浮选塔段，此处具有三级浮选塔段，从上至下依次称为第一级浮选塔段，第二级浮选塔段，第三级浮选塔段。每级浮选塔段包括筒体1，降液板2，浮油捕集层3，污油溢流套筒4，塔板5和导流管61。降液板2垂直连接在筒体1的内部的一侧，降液板2的底端面与筒体1的底部间隔有间距，以使液体能够流过；浮油捕集层3连接于筒体1的内部的另一侧与降液板2之间，浮油捕集层3位于筒体1的中部；污油溢流套筒4围设在筒体1的中部的外侧，污油溢流套筒4与筒体1之间具有环隙空间，污油溢流套筒4的底端面设有污油排出管41，污油溢流套筒4的顶端面与浮油捕集层3之间的筒体1设有缺口11；塔板5设置在筒体1的底部，塔板5上设有多个微孔；导流管61连通在上下相邻的浮选塔段的筒体1之间，以将上一级的浮选塔段内的液体导流到下一级的浮选塔段内。其中，最上方一级浮选塔段(即第一级浮选塔段)的筒体1上靠近降液板2的一侧设有进液管62，最上方一级浮选塔段的筒体1的顶部设有排气管63，最下方一级浮选塔段(即第三级浮选塔段)的塔板5上设有净化水排出管64，最下方一级浮选塔段的塔板5下方为集气室7，集气室7上设有进气管65，各污油排出管41和净化水排出管64上分别安装有阀门，例如截止阀，以调节液体流量的大小。

本发明实施例以处理某一含油浓度为1500mg/L的污水为例，来说明浮选操作过程如下：含油污水从进液管62，沿降液板2向下流入浮选装置的第一级浮选塔段，并进入塔板5，且能通过导流管61进入第二、三级浮选塔段，又由于净化水排出管64上安装有可控制液体流量的阀门，通过控制该阀门，可控制各级浮选塔段的液面高度，在此处，是将各级浮选塔段的液面高度分别控制在稍微高于浮油捕集层3的上表面；同时，连续气体流股由进气管65进入集气室7，向上经过各级浮选塔段的塔板5，并经塔板5上的微孔后喷射入含油污水中形成微小气泡；含油污水中的油滴被气泡吸附并随气泡上升至液面，在浮油捕集层3附近油滴被浮油捕集层3捕集聚并成更大直径的油滴，并上浮至液面，气泡在上升过程中不断聚并成大气泡，大气泡在液面处发生破碎并从浮选装置顶部的排气管63放空。由大气泡上升扰动和在液面的破碎引起的液层剧烈波动被浮油捕集层3所抑制并减弱，从而防止了液层表面的浮油返混，在液面处的浮油从缺口11流入污油溢流套筒4内，并沿污油排出管41排出筒体1；经过该级塔段分离后的污水沿导流管61进入下一级塔段，按照前述相同的浮选过程进行再一次的浮选和排油，由上至下经过多段塔段进行气液接触浮选并逐级排油，直到到达塔底。因此，通过这样的多级浮选和逐级排油，最终使净化水从净化水排出管64排出塔体，从而使含油污水中的油-水相得以分离开。

其中，在最顶端的排气管63和最底端的集气室7之间，可根据实际生产过程的油水分离效率要求，来决定需要串接的浮选塔段的数量，并不以上述的三级浮选塔段为限。

可通过各级浮选塔段的筒体1上下相互串接而将各级浮选塔段上下串接。

本发明实施例中，该浮选装置的各级浅层浮选塔段可以克服单级浮选池(柱)深层浮选时由于气泡在上升过程中的不断聚并造成液滴的脱落所造成的返混问题；其次通过逐级排油的方式及时将液层表面的浮油排出，以提高油水的分离效率；同时在各级的液层上部加入浮油捕集层3，起到抑制和减弱液面波动并捕集聚并油滴的作用，减小液面上浮油的返混；通过这种多级塔式浮选结构，可以使整个装置结构更加紧凑，解决常规浮选池由于构筑物庞大引起占地面积大的工程实施问题。

降液板2垂直连接在筒体1的内部的一侧，具体是，降液板2的上端可弯折地固定焊接在筒体1上，也可以是其它的连接方式，例如，在此，第一级浮选塔段上的降液板2的上端焊接在筒体1的上盖板12上，其它各级浮选塔段上的降液板2的上端则可直接焊接在上一级浮选塔段的塔板5的下底面上。降液板2的底端面与筒体1的底部，确切地是指塔板5的上表面之间的距离为10-30mm。其中，第一级浮选塔段的降液板2的设置位置与进液管62相对应，以使含油污水能沿着降液板2流下，不会四处喷溅；其它各级浮选塔段上的降液板2的设置位置则与导流管61相对，以使从上一级浮选塔段内的液体沿导流管61流入下一级浮选塔段时，可沿着降液板2流下，不会四处喷溅。

导流管61的上端连接口的位置可与塔板5对应，即，导流管61的上端连接口的下管面可与塔板5的上表面对齐，以使塔板5上的液体尽可能地流入导流管61内；导流管61的下端连接口可位于筒体1的上部。各导流管61的安装位置可视需要任意设置，只需避免与污油溢流套筒4干涉，以及使导流管61的下端连接口与降液板2相对即可，在此处，各导流管61的安装位置相互错开，例如第一、二级浮选塔段之间的导流管61位于图1的左侧，第二、三级浮选塔段之间的导流管61位于图1的右侧。

根据本发明的一个实施方式，每级浮选塔段的塔板5的上方连接有入口溢流堰8，每个入口溢流堰8与同级的降液板2错开设置，且入口溢流堰8的上端面高于降液板2的下端面。入口溢流堰8可使得沿着降液板2流下的含油污水不会瞬间，而是缓慢地流到塔板5上，以防止塔板5上的液体受到冲击。进一步而言，入口溢流堰8的上端面距同级的浮选塔段的塔板5的上表面的距离为30-100mm(例如为60mm)，入口溢流堰8的二分之一高度处沿横向均匀布置有多个小孔81，小孔直径为6-10mm(例如为8mm)。如此使得沿着降液板2流下的含油污水在流过降液板2底端与筒体1底部的间距后，可通过入口溢流堰8上的小孔和/或通过入口溢流堰8的顶部缓慢地溢流到塔板5上。

根据本发明的一个实施方式，每级浮选塔段的筒体1上对应上述缺口11的位置设有污油溢流堰9，污油溢流堰9的上端面与污油溢流套筒4的顶端面之间具有流通间隙，以使浮油捕集层3所捕集的油液溢过污油溢流堰9而从流通间隙流入污油溢流套筒4与筒体1的环隙空间中，并最终从污油排出管41排出。污油溢流堰9可用于维持塔板5上方液面的高度稳定。进一步而言，每个污油溢流堰9的上端面为锯齿形，齿的深度范围为8-20mm(例如为15mm)，齿的角度为50-70°(例如为60°)，污油溢流堰9的最上端面至浮油捕集层3的上端面的距离为30-50mm(例如为40mm)。

每个塔板5上嵌设有多个以相互交错的方式布置的气体分布板51，每个气体分布板51上均设有上述微孔。其中，气体分布板51可为矩形气体分布板，但并不以此为限。每个气体分布板51由金属粉末烧结而成，其上的微孔的平均直径为10-30μm(例如为20μm)，开孔率为30-50％(例如为20％)。

根据本发明的一个实施方式，如图2所示，每个污油溢流套筒4沿筒体1的圆周四分之三弧长范围与筒体1同心布置，每个污油溢流套筒4的顶端面和侧面均封闭。其中，污油溢流套筒4与筒体1之间的环隙空间的宽度可为200mm；在污油溢油套筒4的下端面的封板上开孔以连接污油排出管41。

所述集气室7的底部设有排液管66，排液管66上分别安装有阀门，例如截止阀。虽然由于集气室7的气体往上的喷射作用，使从塔板5上掉落集气室7内的液体很少，但不可避免地会有少量液体落入集气室7，排液管66可方便集气室7内的液体的排出。

根据本发明的一个实施方式，浮油捕集层3为具有一定厚度(该厚度例如为50mm)的规整金属丝网构成，如图5所示，金属丝网的开孔率达90％以上；或者，浮油捕集层3’由多个并列的V型底捕油槽构成(如图6所示)，每个V型底捕油槽的侧面开有导流缝31’(如图7所示)或导流孔32’(如图8所示)。

本发明实施例中，其净化水排出管64的内直径可为φ60mm，污油排出管41的内直径可为φ60mm，污油溢流套筒4的内直径可为φ500mm，筒体1的内直径可为φ300mm，入口溢流堰8的堰高可为50mm，导流管64的内直径可为φ80mm，排气管63的内直径可为φ150mm，进液管62的内直径可为φ60mm，进气管65的内直径可为φ150mm，排液管66的内直径可为φ60mm。

其中，进液管62上可安装有阀门。

本发明实施例提出的多级油水浮选塔，不仅可用于油田含油污水和石油化工含油污水的处理过程，而且还可用于日常生活中的含油污水以及其它工业生产过程含油污水的处理过程，如造纸废水、机械厂乳化液废水、钢铁厂废水、印染纺织废水、合成橡胶废水和食品加工厂废水等。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，其特征在于，所述浮选装置包括上下串接的至少两级浮选塔段，每级浮选塔段包括：

筒体(1)；

降液板(2)，其垂直连接在筒体(1)的内部的一侧，降液板(2)的底端面与筒体(1)的底部间隔有间距；

浮油捕集层(3)，其连接于筒体(1)的内部的另一侧与降液板(2)之间，浮油捕集层(3)位于筒体(1)的中部；

污油溢流套筒(4)，其围设在筒体(1)的中部的外侧，污油溢流套筒(4)与筒体(1)之间具有环隙空间，污油溢流套筒(4)的底端面设有污油排出管(41)，污油溢流套筒(4)的顶端面与浮油捕集层(3)之间的筒体(1)设有缺口(11)；

塔板(5)，其设置在筒体(1)的底部，每个塔板(5)上嵌设有多个以相互交错的方式布置的气体分布板(51)，每个气体分布板(51)上均设有微孔；以及

导流管(61)，其连通在上下相邻的浮选塔段的筒体(1)之间，所述导流管的上端连接口与所述塔板对应，导流管的下端连接口与所述降液板相对；

其中，最上方一级浮选塔段的筒体(1)上靠近降液板(2)的一侧设有进液管(62)，最上方一级浮选塔段的筒体(1)的顶部设有排气管(63)，最下方一级浮选塔段的塔板(5)上设有净化水排出管(64)，最下方一级浮选塔段的塔板(5)下方为集气室(7)，集气室(7)上设有进气管(65)，各污油排出管(41)和净化水排出管(64)上分别安装有阀门。

2.根据权利要求1所述的用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，其特征在于，每级浮选塔段的塔板(5)的上方连接有入口溢流堰(8)，每个入口溢流堰(8)与同级的降液板(2)错开设置，且入口溢流堰(8)的上端面高于降液板(2)的下端面。

3.根据权利要求2所述的用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，其特征在于，入口溢流堰(8)的上端面距同级的浮选塔段的塔板(5)的上表面的距离为30-100mm，入口溢流堰(8)的二分之一高度处沿横向均匀布置有多个小孔(81)，小孔直径为6-10mm。

4.根据权利要求3所述的用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，其特征在于，每级浮选塔段的筒体(1)上对应上述缺口的位置设有污油溢流堰(9)，污油溢流堰(9)的上端面与污油溢流套筒(4)的顶端面之间具有流通间隙。

5.根据权利要求4所述的用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，其特征在于，每个污油溢流堰(9)的上端面为锯齿形，齿的深度范围为8-20mm，齿的角度为50-70°，污油溢流堰(9)的最上端面至浮油捕集层(3)的上端面的距离为30-50mm。

6.根据权利要求1所述的用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，其特征在于，每个气体分布板(51)由金属粉末烧结而成，其上的微孔的平均直径为10-30μm，开孔率为30-50％。

7.根据权利要求6所述的用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，其特征在于，每个污油溢流套筒(4)沿筒体(1)的圆周四分之三弧长范围与筒体(1)同心布置，每个污油溢流套筒(4)的顶端面和侧面均封闭；降液板(2)的下端面至同级的浮选塔段的塔板(5)的上表面的距离为10-30mm。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，其特征在于，浮油捕集层(3)为具有一定厚度的规整金属丝网构成，金属丝网的开孔率达90％以上；或者，浮油捕集层(3’)由多个并列的V型底捕油槽构成，V型底捕油槽的侧面开有导流缝(31’)或导流孔(32’)。

9.根据权利要求1至5任意一项所述的用于处理含油污水的多级塔式浮选装置，其特征在于，所述集气室(7)的底部设有排液管(66)；所述排液管(66)上安装有阀门。

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