CN109911981A - 一种用于含油污水处理的粗粒化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于含油污水处理的粗粒化装置，包括罐体，罐体内上部设置有收油槽，罐体内中部从外向里依次设置有环形进水分配器、大间距粗粒化填料层、小间距粗粒化填料层和中心出水套筒，含油污水通过环形进水分配器，依次通过大、小间距粗粒化填料层进行粗粒化处理，油滴再通过填料层荷叶型粗粒化填料板上叶盾型凸峰顶部脱油孔上浮至罐体顶部，经收油槽收集后排出，处理后污水进入中心出水套筒由出水口排出，污水中悬浮固体通过填料板上反向叶盾型凹谷中心排泥孔沉降到罐体底部，从排泥管排出。本发明对含油污水中微细粒级油滴分离具有粗粒化作用，结构简单，除油效果佳，油水分离效率高。

Description

一种用于含油污水处理的粗粒化装置
技术领域
本发明涉及含油污水处理技术领域，具体涉及一种用于含油污水处理的粗粒化装置，尤其适用于油田聚合驱采出水、三元复合驱采出水和油田含油作业废液的处理，也适用于机械加工、化工行业含油污水的处理。
背景技术
石油开采经历了一次采油、二次采油及三次采油三个阶段，三个阶段的采收率分别为10％～15％、30％～50％和50％～70％。随着我国油田进入中、后期高含水开采阶段，各油田为稳定产量不断加大开采力度，含油污水也产量增加。我国每年大约需处理10亿m3油田含油污水，其中大庆油田采油污水年总产量为2.3亿m3。油田含油污水处理是油田矿场开发和生态环境保护面临的重要课题。
目前，油田常规采出水处理工艺主要有“自然沉降-混凝沉降-压力过滤”、“混凝沉降-气浮-压力过滤”以及“聚结-压力过滤”，针对常规采出水处理后深度处理工艺主要是“两级沉降-两级过滤”。油田聚合物驱采出水处理主要工艺为“自然沉降-混凝沉降-压力过滤”，三元复合驱采出水处理主要工艺为“曝气沉降-高效油水分离-双滤料过滤-双滤料过滤”。含油污水处理常用的主要分离技术按机理可分为五大类，即物理法、物理化学法、化学法、生化法和电化学，处理难易程度取决于油分在水中的存在形式。
化学工艺除油效果满足油田注水的要求，化学药剂带来成本问题、污染问题，影响油田的正常生产。因此，物理除油工艺及设备、各种集成工艺及设备的研究已成为国内外除油工艺研究热点。
聚结是对流体颗粒而言的，又称为粗粒化，是通过某种或者几种复合的方法将互不相溶流体体系中分散相颗粒由小变大的过程，通常为聚结及相应分离过程的总称。根据聚结对象可以分为液气体系、液液体系两类。根据聚结机理可以分为润湿聚结和碰撞聚结。当油污水通过由颗粒状或者纤维状的聚结床层时，借助填料间隙的作用，将一定粒径的小油滴聚集为油膜，随着油膜厚度的不断增加，油膜外层的附着能力降低，在水流的作用下，油膜变形并最终破裂，形成大的油滴并迅速上升。聚结床层材料表面一般具有亲油疏水性，其聚结机理是润湿聚结。聚结填料是油水聚结分离工艺的核心部件，对于聚结分离效率有着重要的影响。
目前常用的聚结除油装置普遍存在设计不合理、分离效率低的缺点，尤其对于处理中微细粒级油滴效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于含油污水处理的粗粒化装置，以解决含油污水中微细粒级油滴分离难的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于含油污水处理的粗粒化装置，包括罐体，罐体内上部设置有收油槽，罐体内中部从外向里依次设置有环形进水分配器、大间距粗粒化填料层、小间距粗粒化填料层和中心出水套筒，所述罐体两侧设置有分别对称的进水管和出油管，所述进水管与所述环形进水分配器的进水口连通，所述出油管与所述收油槽连通，所述环形进水分配器朝向所述大间距粗粒化填料层的一侧均匀间隔设置有多个出水口，所述出水口依次与大间距粗粒化填料层、小间距粗粒化填料层和中心出水套筒连通，所述罐体下部设置有多个出水管，多个所述出水管均与中心出水套筒底部连通，所述罐体底部设置有排泥管；
排泥管所述大间距粗粒化填料层由多块间距为150～250mm的粗粒化填料板平行层叠排布组成，所述小间距粗粒化填料层由多块间距为50～150mm的粗粒化填料板平行层叠排布组成，所述粗粒化填料板呈荷叶状，粗粒化填料板上设有多个阵列排布的叶盾型凸峰和反向叶盾型凹谷，每个叶盾型凸峰顶部均开有圆形脱油孔，每个反向叶盾型凹谷中心均开有圆形排泥孔。
进一步，所述的粗粒化填料板由聚丙烯共混改性材料热塑制成。
进一步，所述的聚丙烯共混改性材料通过以下步骤制得：聚丙烯9份，线性低密度聚乙烯1份，于180～200℃、搅拌速度60～80r/min混合共聚10min，获得乙、丙共聚型粗粒化材料；采用石油醚清洗乙、丙共聚型粗粒化材料表面2～3次，采用七水合硫酸亚铁6.5份，质量浓度为30％的过氧化氢93.5份，于10～20℃、pH≤4.5下处理10h，获得一面亲油、一面亲水的改性乙、丙共聚型粗粒化材料；向带有换热装置的反应器中加入粒径为10～50nm并经亲水性氨基硅烷偶联剂改性的氨基化有机硅粒子0.5份，聚结材料表面用缩合剂0.5份和改性乙、丙共聚型粗粒化材料1份，在15～35℃下反应1～3h，获得表面具有微突结构、一面亲油，一面亲水的乙、丙共聚型改性材料。
优选的，所述粗粒化填料板的厚度均为3～6mm，相邻两个叶盾型凸峰中心间距为100～200mm，叶盾型凸峰的高度为20～40mm。
优选的，所述圆形脱油孔的孔径为10～20mm，所述圆形排泥孔的孔径为20～40mm。
进一步，所述的收油槽包括同轴设置的内圆槽和外环槽，内圆槽与外环槽之间的环形区域内间隔均匀设置有不少于三个的通道，所述通道的两端分别与内圆槽、外环槽连通，所述内圆槽与所述罐体内部连通，所述外环槽与所述出油管连通，内圆槽的设置高度高于外环槽。
本发明对含油污水中微细粒级油滴分离具有粗粒化作用，通过聚丙烯与线性低密度聚乙烯共聚、改性，获得表面具有微突结构、一面亲油、一面亲水的粗粒化材料，适用于油滴粗粒化。含油污水从进水口进入安装于罐体中部的环形进水分配器，从装置四周同时进水，提高了装置的处理能力。含油污水流经大间距粗粒化填料层，通过大间距填料层的粗粒化作用使含油污水中相对粒径较大的细粒级油滴粒径增大。含油污水继续流经小间距粗粒化填料层，通过小间距填料层的粗粒化作用使含油污水中在大间距填料未粗粒化的粒径更小的微细粒级油滴粒径得到增大，实现精细粗粒化处理，从而降低了含油污水中可分离油滴粒度下限，缩短了粗粒化时间，提高了油水分离效率。粗粒化处理后粒径增大的油滴分别通过大间距粗粒化填料层和小间距粗粒化填料层荷叶型粗粒化填料板的叶盾型凸峰顶部脱油孔上浮至罐体顶部，经收油槽收集后由出油管排出罐体，经过粗粒化处理的含油污水进入中心出水套筒由出水管排出罐体，含油污水中悬浮固体通过反向叶盾型凹谷中心的排泥孔沉降到罐体底部，从排泥管排出。
现场试验结果表明，进水平均含油浓度为3000mg/L的油田含油污水经处理后，出水含油浓度平均为63mg/L，除油率达97.9％。本发明与传统聚结填料相比，聚结除油率提高10个百分点以上。
附图说明
图1是本发明的用于含油污水处理的粗粒化装置结构示意图。
图2是图1中的收油槽结构示意图。
图3是图1中的大间距粗粒化填料层结构示意图。
图4是图1中的小间距粗粒化填料层结构示意图。
图5是本发明单块粗粒化填料板结构示意图。
图6是乙、丙共聚型粗粒化材料的SEM图。
图7是聚丙烯共混改性材料的SEM图。
图中：1-罐体；2-收油槽；201-内圆槽；202-通道；203-外环槽；3-环形进水分配器；301-进水口；4-中心出水套筒；5-大间距粗粒化填料层；6-小间距粗粒化填料层；7-进水管；8-出油管；9-出水管；10-排泥管；11-粗粒化填料板；1101-叶盾型凸峰；1102-反向叶盾型凹谷；1103-圆形脱油孔；1104-圆形排泥孔；12-矩形框架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种用于含油污水处理的粗粒化装置，包括罐体1，罐体1内上部设置有收油槽2，罐体1内中部从外向里依次设置有环形进水分配器3、大间距粗粒化填料层5、小间距粗粒化填料层6和中心出水套筒4，所述罐体2两侧设置有分别对称的进水管7和出油管8，所述进水管7与所述环形进水分配器3的进水口连通，所述出油管8与所述收油槽2连通，所述环形进水分配器3朝向所述大间距粗粒化填料层5的一侧均匀间隔设置有多个出水口301，所述出水口301依次与大间距粗粒化填料层5、小间距粗粒化填料层6和中心出水套筒4连通，所述罐体1下部设置有多个出水管9，多个所述出水管9均与中心出水套筒4底部连通，所述罐体1底部设置有排泥管10。
如图2所示，所述的收油槽2包括同轴设置的内圆槽201和外环槽203，内圆槽201与外环槽203之间的环形区域内间隔均匀设置有不少于三个的通道202，所述通道202的两端分别与内圆槽201、外环槽203连通，所述内圆槽201与所述罐体1内部连通，所述外环槽203与所述出油管8连通，内圆槽201的设置高度高于外环槽203。采用这种由内向外辐射状结构的收油槽，便于上浮的石油类物质尽快从收油槽2中排出，而不产生拥堵现象。
如图1、图3所示，所述大间距粗粒化填料层5由多块间距为150～250mm的粗粒化填料板11平行层叠排布组成，如图1、图4所示，所述小间距粗粒化填料层6由多块间距为50～150mm的粗粒化填料板11平行层叠排布组成。粗粒化填料板11镶嵌在矩形框架12内，通过矩形框架12固定。
如图1、图3、图4、图5所示，所述粗粒化填料板11呈荷叶状，粗粒化填料板11上设置有多个阵列排布的叶盾型凸峰1101和反向叶盾型凹谷1102，所述粗粒化填料板11的厚度均为3～6mm，相邻两个叶盾型凸峰1101中心间距L为100～200mm，叶盾型凸峰1101的高度H为20～40mm。各块粗粒化填料板11之间的间隙所形成的曲折通道使流体呈近似于正弦波状态流动。
每个叶盾型凸峰1101顶部均开有圆形脱油孔1103，圆形脱油孔1103的孔径为10～20mm，每个反向叶盾型凹谷1102中心均开有圆形排泥孔1104，圆形排泥孔1104的孔径为20～40mm。
所述的粗粒化填料板11由聚丙烯共混改性材料热塑制成，其中所述的聚丙烯共混改性材料通过以下步骤制得：聚丙烯9份，线性低密度聚乙烯1份，于180～200℃、搅拌速度60～80r/min混合共聚10min，获得乙、丙共聚型粗粒化材料；采用石油醚清洗乙、丙共聚型粗粒化材料表面2～3次，采用七水合硫酸亚铁6.5份，质量浓度为30％的过氧化氢93.5份，于10～20℃、pH≤4.5下处理10h，获得一面亲油、一面亲水的改性乙、丙共聚型粗粒化材料；向带有换热装置的反应器中加入粒径为10～50nm并经亲水性氨基硅烷偶联剂改性的氨基化有机硅粒子0.5份，聚结材料表面用缩合剂0.5份和改性乙、丙共聚型粗粒化材料1份，在15～35℃下反应1～3h，获得材料表面具有微突结构、一面亲油、一面亲水的乙、丙共聚型改性材料。
具体处理方法：含油污水从进水管7进入安装于罐体1中部的环形进水分配器3，通过环形进水分配器3上的出水口301依次进入大间距粗粒化填料层5和小间距粗粒化填料层6进行粗粒化处理，粗粒化处理后油滴通过大间距粗粒化填料层5和小间距粗粒化填料层6荷叶型粗粒化填料板11的叶盾型凸峰1101顶部脱油孔1103上浮至罐体1顶部，经收油槽2收集后由出油管8排出罐体1，经过粗粒化处理的含油污水进入中心出水套筒4由出水管9排出罐体1，含油污水中悬浮固体通过反向叶盾型凹谷1102中心的排泥孔1104沉降到罐体1底部，从排泥管10排出。含油污水通过环形进水分配器3从四周进入粗粒化填料层，再通过中心出水套筒4排出，形成环流式流体运动方式，提高了装置的处理能力。含油污水依次通过大间距粗粒化填料层5和小间距粗粒化填料层6，含油污水中细小粒径油滴和更小的微细粒级油滴分别在大间距粗粒化填料层5和小间距填料层6进行粗粒化处理，实现精细粗粒化处理。
本发明通过聚丙烯与线性低密度聚乙烯共聚、改性，获得表面具有微突结构、一面亲油、一面亲水粗粒化材料，改性材料的冲击强度增大了5％以上，改性材料亲油面对油相的接触角为39.9°，亲水面对水相的接触角为50.8°，材料的亲水性得到改善。处理前材料表面整体较平整光滑(如图6所示)，改性后材料表面部分溶胀突起，表面粗糙度增加(如图7所示)，增加了油滴的润湿聚结和碰撞聚结的机率，从而可以形成大的油滴，然后浮出水面。现场试验结果表明，进水平均含油浓度为3000mg/L的油田含油污水经处理后，出水含油浓度平均为63mg/L，除油率达97.9％。本发明与传统聚结填料相比，聚结除油率提高10个百分点以上。

Claims (6)

1.一种用于含油污水处理的粗粒化装置，其特征在于，包括罐体(1)，罐体(1)内上部设置有收油槽(2)，罐体内中部从外向里依次设置有环形进水分配器(3)、大间距粗粒化填料层(5)、小间距粗粒化填料层(6)和中心出水套筒(7)，所述罐体(1)两侧设置有分别对称的进水管(7)和出油管(8)，所述进水管(7)与所述环形进水分配器(3)的进水口(301)连通，所述出油管(8)与所述收油槽(2)连通，所述环形进水分配器(3)朝向所述大间距粗粒化填料层(5)的一侧均匀间隔设置有多个出水口(301)，所述出水口(301)依次与大间距粗粒化填料层(5)、小间距粗粒化填料层(6)和中心出水套筒(4)连通，所述罐体(1)下部设置有多个出水管(9)，多个所述出水管(9)均与中心出水套筒(4)底部连通，所述罐体(1)底部设置有排泥管(10)；
所述大间距粗粒化填料层(5)由多块间距为150～250mm的粗粒化填料板(11)平行层叠排布组成，所述小间距粗粒化填料层(6)由多块间距为50～150mm的粗粒化填料板(11)平行层叠排布组成，所述粗粒化填料板(11)呈荷叶状，粗粒化填料板(11)上设置有多个阵列排布的叶盾型凸峰(1101)和反向叶盾型凹谷(1102)，每个叶盾型凸峰(1101)顶部均开有圆形脱油孔(1103)，每个反向叶盾型凹谷(1102)中心均开有圆形排泥孔(1104)。
2.根据权利要求1所述的一种用于含油污水处理的粗粒化装置，其特征在于，所述的粗粒化填料板(11)由聚丙烯共混改性材料热塑制成。
3.根据权利要求2所述的一种用于含油污水处理的粗粒化装置，其特征在于，所述的聚丙烯共混改性材料通过以下步骤制得：聚丙烯9份，线性低密度聚乙烯1份，于180～200℃、搅拌速度60～80r/min混合共聚10min，获得乙、丙共聚型粗粒化材料；采用石油醚清洗乙、丙共聚型粗粒化材料表面2～3次，采用七水合硫酸亚铁6.5份，质量浓度为30％的过氧化氢93.5份，于10～20℃、pH≤4.5下处理10h，获得一面亲油、一面亲水的改性乙、丙共聚型粗粒化材料；向带有换热装置的反应器中加入粒径为10～50nm并经亲水性氨基硅烷偶联剂改性的氨基化有机硅粒子0.5份，聚结材料表面用缩合剂0.5份和改性乙、丙共聚型粗粒化材料1份，在15～35℃下反应1～3h，获得表面具有微突结构、一面亲油、一面亲水的乙、丙共聚型改性材料。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种用于含油污水处理的粗粒化装置，其特征在于，所述粗粒化填料板(11)的厚度均为3～6mm，相邻两个叶盾型凸峰(1101)中心间距为100～200mm，叶盾型凸峰(1101)的高度为20～40mm。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种用于含油污水处理的粗粒化装置，其特征在于，所述圆形脱油孔(1103)的孔径为10～20mm，所述圆形排泥孔(1104)的孔径为20～40mm。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种用于含油污水处理的粗粒化装置，其特征在于，所述的收油槽(2)包括同轴设置的内圆槽(201)和外环槽(203)，内圆槽(201)与外环槽(203)之间的环形区域内间隔均匀设置有不少于三个的通道(202)，所述通道(202)的两端分别与内圆槽(201)、外环槽(203)连通，所述内圆槽(201)与所述罐体(1)内部连通，所述外环槽(203)与所述出油管(8)连通，内圆槽(201)的设置高度高于外环槽(203)。
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桑义敏, 李发生, 谷庆宝, 何绪文, 王建泰, 韩梅: "基于石化污泥的新型碳-无机吸附剂材料的粗粒化除油行为研究", 北京石油化工学院学报, no. 02, pages 55 - 58 *

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CN110606528A (zh) * 2019-08-28 2019-12-24 北京石油化工学院 便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统

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