CN103819032B - 含油污水深度处理回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含油污水深度处理回收装置，包括油污进管、清水回用输出管、原油输出管和控制器，还包括一级电解气浮装置、管道絮凝器、二级电催化氧化气浮装置、三级电催化氧化气浮装置、缓冲罐、一级自动节能恒量供水装置、体外自动清洗果壳过滤装置、二级自动节能恒量供水装置、离子交换装置和三级自动节能恒量供水装置，本发明的结构简单，采用电解气浮装置，其可以提高处理效率，并且不容易损坏装置，一定程度上节省了检修成本，并且高效节能，使整个装置协调性一致性较强，使用稳定性好，同时采用离子交换装置，节省了酸碱使用量，而且不会出现树脂结团现象，使树脂层流化均匀，有效的提高了油田污水处理能力，适用性好，实用性强。

Description

含油污水深度处理回收装置

技术领域

本发明属于油田污水处理技术领域，具体涉及一种含油污水深度处理回收装置。

背景技术

目前，采油厂热采锅炉用火均采用清水，其造成大量清水资源的浪费，同时还需要为剩余污水排放寻找出路，一定程度影响了油田的可持续发展，同时也会污染环境和造成浪费，油田污水主要是含聚污水，其成份非常复杂，经过油田污水站处理后的外输污水，其成份也同样复杂，其中：油、聚合物，悬浮物，COD_Cr、Ca²⁺、Fe²⁺，且污水中有大量的水降解HPAM，造成聚合物污水界面活性和乳化能力较强，处理困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，使用稳定性好且油田污水处理能力强的含油污水深度处理回收装置。

实现本发明目的的技术方案是：一种含油污水深度处理回收装置，包括油污进管、清水回用输出管、原油输出管和控制器，还包括一级电解气浮装置、管道絮凝器、二级电催化氧化气浮装置、三级电催化氧化气浮装置、缓冲罐、一级自动节能恒量供水装置、体外自动清洗果壳过滤装置、二级自动节能恒量供水装置、离子交换装置和三级自动节能恒量供水装置，所述一级电解气浮装置的进入口与所述油污进管相连通，所述一级电解气浮装置的顶部与原油输出管相连通，一级电解气浮装置的输出端与所述管道絮凝器相连通，所述管道絮凝器的输出端与所述二级电催化氧化气浮装置的输入端相连通，所述二级电催化氧化气浮装置的顶部与所述原油输出管相连通，所述二级电催化氧化气浮装置的输出端与所述三级电催化氧化气浮装置相连通，所述三级电催化氧化气浮装置的顶部与所述原油输出管相连通，所述三级电催化氧化气浮装置的输出端经过分水控制器分别与缓冲罐、体外自动清洗果壳过滤装置和离子交换装置相连通，所述缓冲罐的输出端与所述一级自动节能恒量供水装置相连通，所述一级自动节能恒量供水装置的输出端与所述体外自动清洗果壳过滤装置相连通，所述体外自动清洗果壳过滤装置的输出端与所述二级自动节能恒量供水装置相连通，所述二级自动节能恒量供水装置的输出端与离子交换装置相连通，所述离子交换装置的输出端与所述三级自动节能恒量供水装置相连通，所述三级自动节能恒量供水装置与清水回用输出管相连通，所述控制器分别与所述一级电解气浮装置、管道絮凝器、二级电催化氧化气浮装置、三级电催化氧化气浮装置、缓冲罐、一级自动节能恒量供水装置、体外自动清洗果壳过滤装置、二级自动节能恒量供水装置、离子交换装置和三级自动节能恒量供水装置相连接。

在所述油污进管与一级电解气浮装置之间还设有流量计和电动控制阀。

所述管道絮凝器包括流动管道和静态反应器，在静态反应器上设有多个加药孔，所述流动管道和静态反应器均为耐腐蚀不锈钢材料。

所述一级自动节能恒量供水装置包括PID变频控制器和至少一台水泵，所述PID变频控制器与水泵并联设置。

所述离子交换装置包括依次相连接的2BV4％NaOH除油除有机物装置体、一次进水反洗装置体、3～4BV6％HCl再生装置体、二次进水反洗装置体和2～3BV6％NaOH转型装置体。

本发明具有积极的效果：本发明的结构简单，采用电解气浮装置，其可以堤高处理效率，并且不容易损坏装置，一定程度上节省了检修成本，采用自动节能恒量供水装置使供水管网一直保护在最佳工作状态，并且高效节能，使整个装置协调性一致性较强，使用稳定性好，同时采用离子交换装置，节省了酸碱使用量，而且不会出现树脂结团现象，使树脂层流化均匀，软化效果好，有效的提高了油田污水处理能力，适用性好，实用性强。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中离子交换装置的具体结构示意图。

具体实施方式

(实施例1)

图1和图2显示了本发明的一种具体实施方式，其中图1为本发明的结构示意图；图2为图1中离子交换装置的具体结构示意图。

见图1和图2，一种含油污水深度处理回收装置，包括油污进管1、清水回用输出管2、原油输出管3和控制器4，还包括一级电解气浮装置5、管道絮凝器6、二级电催化氧化气浮装置7、三级电催化氧化气浮装置8、缓冲罐9、一级自动节能恒量供水装置10、体外自动清洗果壳过滤装置11、二级自动节能恒量供水装置12、离子交换装置13和三级自动节能恒量供水装置14，所述一级电解气浮装置5的进入口与所述油污进管1相连通，所述一级电解气浮装置5的顶部与原油输出管3相连通，一级电解气浮装置5的输出端与所述管道絮凝器6相连通，所述管道絮凝器6的输出端与所述二级电催化氧化气浮装置7的输入端相连通，所述二级电催化氧化气浮装置7的项部与所述原油输出管3相连通，所述二级电催化氧化气浮装置7的输出端与所述三级电催化氧化气浮装置8相连通，所述三级电催化氧化气浮装置8的项部与所述原油输出管3相连通，所述三级电催化氧化气浮装置8的输出端经过分水控制器15分别与缓冲罐9、体外自动清洗果壳过滤装置11和离子交换装置13相连通，所述缓冲罐9的输出端与所述一级自动节能恒量供水装置10相连通，所述一级自动节能恒量供水装置10的输出端与所述体外自动清洗果壳过滤装置11相连通，所述体外自动清洗果壳过滤装置11的输出端与所述二级自动节能恒量供水装置12相连通，所述二级自动节能恒量供水装置12的输出端与离子交换装置13相连通，所述离子交换装置13的输出端与所述三级自动节能恒量供水装置14相连通，所述三级自动节能恒量供水装置14与清水回用输出管相连通，所述控制器分别与所述一级电解气浮装置5、管道絮凝器6、二级电催化氧化气浮装置7、三级电催化氧化气浮装置8、缓冲罐9、一级自动节能恒量供水装置10、体外自动清洗果壳过滤装置11、二级自动节能恒量供水装置12、离子交换装置13和三级自动节能恒量供水装置14相连接。

在所述油污进管1与一级电解气浮装置5之间还设有流量计16和电动控制阀17。

所述管道絮凝器6包括流动管道和静态反应器，在静态反应器上设有多个加药孔，所述流动管道和静态反应器均为耐腐蚀不锈钢材料。

所述一级自动节能恒量供水装置10包括PID变频控制器和至少一台水泵，所述PID变频控制器与水泵并联设置。

所述离子交换装置13包括依次相连接的2BV4％NaOH除油除有机物装置体131、一次进水反洗装置体132、3～4BV6％HCl再生装置体133、二次进水反洗装置体134和2～3BV6％NaOH转型装置体135。

本发明中，一级电解气浮装置5；一级电解气浮装置的主要作用是回收污水中的原油，油田污水在直流电场作用下，水被电解，在阳极析出O₂，在阴极析出H₂。电解产生的气泡粒径很小，而且密度也小。因此，电解气泡截获原油等微粒的能力比溶气气浮、机械叶轮气浮要高，而且浮载能力也高。由于电气浮处理工艺的除油原理是气浮除油，不添加任何药剂，因此污水中回收的污油性质没有发生变化，可以直接回收至好油罐。电气浮技术有以下的主要特点：

a.气泡细小，表面负荷大，处理效率高

b.无动力设备，无易损件。节约了动力消耗和维修费用

c.产生多种强氧化性物质，起到了较好的杀菌效果(杀菌率≥90)

d.对负荷变化的适应性较强

e.占地少、投资省、运行无噪声

f.对药剂的依赖性低，大幅度降低了运行成本

g.全程自动化管理，减轻了现场操作要求

管道絮凝器6：在一级电解气浮装置较好地回收优质原油后，配置一套管道絮凝器。管道絮凝器的管道及静态反应器使用耐腐不锈钢。管道絮凝器是一种管式水力反应器，主要采用FPL系列管道絮凝器，它有多个加药位置，可选择适当的加药点使药品的混合与反应达到预期的效果，特殊的静态反应设计理念使整个絮凝器无堵塞。

管道絮凝器原理：药品的混合过程主要在管道絮凝器的静态反应器里，静态反应器增强了径向混合和轴向反混的强度。管道里的静态反应器作为药品的混合长区，为快速混合提供相应的反应时间和强度。不同药品与液体的混合最佳强度和反应时间是通过试验确定的，合理的设计混合强度和反应时间可以为混合与反应工艺提供精确的混合能量。

轴向反混的重要性在于提高了混合药料的均匀程度，大多的加药泵是脉冲式的，也就是说药品的加入方式是脉冲而不均匀的，这样就不可避免的造成药品与液体的混合不均匀，一部分混合液药品过量，另一部分混合液则缺药。特殊设计的静态反应器能使流体产生合理的轴向反混，解决了药品与液体的混合不均匀的问题。

管道絮凝器与电气浮组合，将电解产生的氢气、氧气、氯气的微小气泡与管道絮凝器中产生的絮体充分混合形成水-气-絮体的共聚体，合适的加入位置和加入量能使水-气-絮体的共聚体的密度远小与水，对后续的电气浮分离有很大的帮助。

二级电催化氧化气浮装置7、三级电催化氧化气浮装置8；是一种多相多元催化电解氧化，用于污水处理可实现给水净化、中水回用等目的，特别是生化处理和离子交换过程中对生物和交换树脂有抑制、破坏作用的污染物的脱除、生物代谢产物的脱除、微量有机物的脱除，具有特别重要的处理效果，达到水质彻底净化的目的。本技术的基本思路是：将多相催化、电氧化、化学氧化、电絮凝、电气浮等过程结合在一起，形成多元反应过程来解决多种污染物的脱除问题。多相催化是指该技术中采用了固体催化剂，反应体系为固、液、气三相。多元是指该技术涉及的反应是多种的：固相氧化、液相氧化和气相氧化；多元还指该技术涉及的污染物脱除过程是多种的：电解、电氧化、电絮凝、电气浮等。

电极上产生的氢气泡和氧气泡的数量和大小取决于电极上的电流密度，根据法拉第电解定律，每通过1F(26.8A·h)电量时可释放出0.0224Nm³的氢气和氧气。当氢气泡和氧气泡上升过程中自下而上会形成一个速度梯度而产生搅拌作用，大大增加了偶极化的油粒子的碰撞聚合的机会，使油粒子达到0.1～1mm。这些油粒子在上升过程中因充满了大量的气体而成为海绵状，使其密度远小于水，故可以在极短的时间内迅速上浮而与水分离。在合适的电流密度和电极布设方式下，除油和悬浮物效果可达到95％以上。若再加入少量的PAC和PAM，去除效果可达到99％以上。通过电解水产生的氢、氧、氯气体，携带污水中的胶体微粒，共同上浮，从而达到分离、净化的目的。电气浮法较扩散气体浮选法和加压溶气浮选法优越，原因是电气浮法所产生的气泡粒子直径比较小，可吸付的粒子的极限直径就越小，处理后水的水质就越好，如氢泡为10～30μm，氧泡为20～60μm，比表面相对较大，因而与污水中杂质的相对接触面积较大，气泡粒子的吸附能力也较强。

实践证明电流密度越大，悬浮物与含油的去除率越高。电流密度越大，产生的活性物质越多，产生的气泡越多，处理效果越好。

电化学法反相破乳原理：

在外加电场的作用下，乳状液带电表面和附加在带电表面上的物质相对内相发生相对运动实现破乳。

电化学方法杀菌原理：

当水中氯离子浓度较大时，二级、三级电催化氧化阳极上发生的反应主要以析氯反应为主：

(1)电解含氯废水，产生HClO和少量更高价的氯酸盐。电极上的反应如下：

阳极：2Cl--2e→Cl₂

Cl₂+H₂O→HClO+HCl

OH-离子扩散到阳极周围的液层中和次氯酸反应生成ClO-，并有可能进一步反应生成氯酸：

12ClO+6H₂O-12e→4HClO₃+8HCl+3O₂

HClO和HClO₃均是强氧化剂，对微生物有很强的杀灭效果。

(2)电解过程产生H₂O₂或·OH二者均有强氧化和杀菌作用。

(3)电解直接作用于细菌细胞体，破坏某个细菌器，致使细菌死亡。在电流的作用下，

电场阻垢原理：

含有电解质的污水受电场作用，水分子的缔合现象被消解，水分子成为单个的极性分子，它吸附在刚生成的碳酸钙等的微晶上，形成水分子与微晶的分子团，由于静电作用，微晶难以作晶状有序排列，阻止微晶的同质生长，而是大量带相同静电微晶的松晶聚合，形成絮状的聚合体。经过电场处理过的水分子，不仅能使由于过饱和新析出的微晶不在器壁上粘结成垢，还会向己有垢层浸润渗透，对水垢产生吸着、束缚的作用而逐渐使之松散、剥脱。

电化学法缓蚀原理：

在电流的作用下，阳极过程中发生副反应析出氧和氯等氧化剂，可使有机物发生氧化而成为无害成分，阴极上发生的还原作用使氧化型色素还原而成为无害物质，实现缓蚀。

目动节能恒量供水装置，分别位于体外自动清洗果壳过滤装置11、离子交换装置13和外输口处，本系统工艺流程中采用了恒变量变频供水技术，是由PID变频控制系统和一台或多台水泵并联组成的尖端加压供水设备，能够自动调节以满足整个系统的恒变量供水要求。本系统中变频供水控制可以以水处理流量为控制目标，也可以以液位或压力为控制目标，实现恒流量、恒压力或恒液位控制的闭环调节，使供水管网流量、压力或液位保持恒定，整个水处理系统始终保持高效节能的最佳状态。变频供水是自动调节某台水泵的转速或多台水泵投入/退出运行，使供水管网一直运行在最理想的工况状态，高效全自动运行，达到节约电能、保证设备的正常和整个系统的协调一致运行的目的。

自动节能供水装置具备以下特点：

1)经济效益显著：使用该技术，既减少工程的施工周期，又解决了工程造价费用高的缺点，还克服了其他供水方式波动大，水泵启动频繁等不足之处。

2)设计严谨：该设备采用水泵变频恒压控制，无论系统用水量怎样变化，均能使系统要求控制的压力、液位或流量保持稳定。

3)运行可靠：该设备采用先进的变频调速器和优质水泵，具有完善的保护功能和自动、手动转换功能，使运行非常可靠。并且性能良好、控制方式灵活、抗干扰能力强

4)高效节能：该设备能根据用户用水量的变化来调节水泵转速，使水泵始终工作在高效区，节电效果明显，比恒速水泵可节电35％。

5)操作简单：该设备采用全自动控制，PID调节，键盘操作，人机界面(文本、数字)显示。操作人员只需转换电控柜开关，就可以实现用户所需工况，实现全自动无人值守。

6)保护功能齐全：具有完美的过载、短路、过压、欠压、缺相、过流、短路、水源缺水等自动保护功能。在异常情况下能进行信号报警、自检、故障判断等。

7)延长水泵及电机的使用寿命：对多台泵组均能可靠的实现软启动，使电网和管网免冲击，并且轮流运转，大大延长了水泵及电机的使用寿命。

体外自动清洗果壳过滤装置11；装置的特点是：

1)反洗用水为被过滤水，进水水泵为常开工作状态，避免了进水水泵频繁起动；

2)无需反洗水箱，反洗泵；

3)无需气冲，减少腐蚀和由此产生的环境问题；

4)无需传统果壳过滤装置反洗时所用的化学药剂；

5)反洗时间少于20分种，反洗水量只为传统过滤装置的50％；

6)反洗柔合且彻底，减少滤料流失，避免传统搅拌清洗时滤料的破碎现象；初始使用前3个月滤料的补充量为5％～10％，以后每年滤料的补充量为5％～7％；

7)反洗后的滤料靠动力摊平，防止滤床分层，保证滤层均匀；如果滤料是通过重力形成滤床，那么微小的滤料停留在滤床的顶部，而稍大的滤料停留在滤床的底部，过滤的过程就会集中到滤床顶部的200～300mm内。而反洗后的滤料靠动力摊平，能够容纳更多的污泥，增加过滤时间，减少清洗或反冲洗的流速，从而降低处理成本：

8)独特的设计方式使进水，集水和排污装置不易堵塞，减少了整体维修成本；

9)最少化的外部管网和启动程序，简单易行的操作平台及操作培训，为客户提供简捷可靠的环保设备。

离子交换器是完成油田污水软化的关键设备，其专用深度软化离子交换树脂及其运行技术在油田稠油污水和含聚污水处理回用方面已取得巨大成功，其最值得重视的是该工艺技术能将污水中的阳离子减少到很低，如Ca²⁺+Mg²⁺能减少到0.01mg/L以下，大大减轻了污水对回用锅炉后续RO降碱度的结垢破坏作用和回用配聚的降粘作用。油田污水水质复杂，大部分油区絮凝净化后其污水矿化度接近10000mg/L，油含量为5mg/L，COD200mg/L左右，硬度达到1500mg/L。为了达到污水回用锅炉或回用配聚效果，必须将水中的钙镁等致硬二、三价阳离子降低至ppb级。而传统离子交换软化树脂在使用过程中，存在严重的油及有机物污染问题，导致树脂软化效果不佳、使用寿命降低。课题组针对离子交换树脂的油污染问题，以辽河油田、胜利油田典型高含硅、高碱度水质为目标对象，开发了适用于油田污水水质特点的高精度抗油污软化树脂。新树脂提高了抗污染性，并在此基础上，进一步完善了树脂的再生技术，提高了树脂降硬精度与使用寿命。

传统的阳离子再生，一般采用酸再生碱转型的再生技术。在长期运行过程中发现，该再生方法导致树脂层内形成树脂被稠油包裹的“死区”和结团现象，导致出水硬度升高，运行稳定性降低。

为了解决这一技术难题，根据含油污水中油与致硬离子在树脂层中的与树脂反应的过程机制，本工艺流程中的二级离子交换器开发了碱-酸-碱再生技术，通过2BV的4％NaOH先进行除油除有机物操作，进水反洗后再加入3～4BV6％HCl进行再生，进水反洗后再加入2～3BV的6％NaOH进行转型。优化后的再生技术，不仅使酸碱用量较传统再生技术节省了1/3，而且长期运行过程观察，并未发现树脂结团现象，树脂层流化均匀，软化效果良好。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种含油污水深度处理回收装置，包括油污进管、清水回用输出管、原油输出管和控制器，其特征在于：还包括一级电解气浮装置、管道絮凝器、二级电催化氧化气浮装置、三级电催化氧化气浮装置、缓冲罐、一级自动节能恒量供水装置、体外自动清洗果壳过滤装置、二级自动节能恒量供水装置、离子交换装置和三级自动节能恒量供水装置，所述一级电解气浮装置的进入口与所述油污进管相连通，所述一级电解气浮装置的顶部与原油输出管相连通，一级电解气浮装置的输出端与所述管道絮凝器相连通，所述管道絮凝器的输出端与所述二级电催化氧化气浮装置的输入端相连通，所述二级电催化氧化气浮装置的顶部与所述原油输出管相连通，所述二级电催化氧化气浮装置的输出端与所述三级电催化氧化气浮装置相连通，所述三级电催化氧化气浮装置的顶部与所述原油输出管相连通，所述三级电催化氧化气浮装置的输出端经过分水控制器分别与缓冲罐、体外自动清洗果壳过滤装置和离子交换装置相连通，所述缓冲罐的输出端与所述一级自动节能恒量供水装置相连通，所述一级自动节能恒量供水装置的输出端与所述体外自动清洗果壳过滤装置相连通，所述体外自动清洗果壳过滤装置的输出端与所述二级自动节能恒量供水装置相连通，所述二级自动节能恒量供水装置的输出端与离子交换装置相连通，所述离子交换装置的输出端与所述三级自动节能恒量供水装置相连通，所述三级自动节能恒量供水装置与清水回用输出管相连通，所述控制器分别与所述一级电解气浮装置、管道絮凝器、二级电催化氧化气浮装置、三级电催化氧化气浮装置、缓冲罐、一级自动节能恒量供水装置、体外自动清洗果壳过滤装置、二级自动节能恒量供水装置、离子交换装置和三级自动节能恒量供水装置相连接。

2.根据权利要求1所述的含油污水深度处理回收装置，其特征在于：在所述油污进管与一级电解气浮装置之间还设有流量计和电动控制阀。

3.根据权利要求2所述的含油污水深度处理回收装置，其特征在于：所述管道絮凝器包括流动管道和静态反应器，在静态反应器上设有多个加药孔，所述流动管道和静态反应器均为耐腐蚀不锈钢材料。

4.根据权利要求3所述的含油污水深度处理回收装置，其特征在于：所述一级自动节能恒量供水装置包括PID变频控制器和至少一台水泵，所述PID变频控制器与水泵并联设置。

5.根据权利要求4所述的含油污水深度处理回收装置，其特征在于：所述离子交换装置包括依次连接的2BV4％NaOH除油除有机物装置体、一次进水反洗装置体、3～4BV6％HCl再生装置体、二次进水反洗装置体和2～3BV6％NaOH转型装置体。