CN111620404A - 一种旋流气浮分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种旋流气浮分离方法，含油废水的气液混合物从罐体下部的第二入口进入罐中，在罐内形成旋流，同时，在气循环泵的作用下均匀分布在含油废水中的气泡在罐中析出，对罐中的含油废水进行气浮处理。因此，粘附有油滴的气泡等较轻物质向罐顶移动；水流以及固相颗粒等较重物质向罐底移动，到达组合罐下部，由分离板对含油废水进行二次气浮处理。所以，含油废水相当于在罐内进行了一次旋流分离与两次气浮分离，可以达到满意的处理效果。

Description

一种旋流气浮分离方法

技术领域

本发明涉及一种用于油气田特别是天然气田开发和生产、集输过程中污水及固体污染物处理的技术领域，尤其是涉及一种旋流气浮分离方法。

背景技术

天然气是一种清洁、高效、廉价的气态能源和化工原料，其用途十分广泛，在很多领域能够代替石油和煤炭资源。天然气的地下储量相当丰富，是未来可长期依赖的战略能源之一。目前全球天然气勘探开发技术、大规模储运技术和下游应用技术发展很快，加之石油、煤炭资源的有限性与需求的高增长性相矛盾，自然环境的高标准要求与使用石油煤炭资源的高污染性相矛盾，使得天然气的战略地位和作用越来越显著。

天然气田在勘探、开发、生产、集输过程中会产生污水和固体污染物，对环境构成污染威胁。天然气田污水主要来源和性质为：1、采气伴生污水。来源于气田产气地层，伴随天然气生产而产出地面，含有油类(轻烃)物质和水溶解物，COD、BOD含量较高，矿化度较高；2、集输加工污水。天然气地面集输和加工处理时产生的污水，其中污染物含量相对较低，但有时可能含有添加的化学剂，一般并入采气污水中；3、钻井完井污水。钻井完井施工产生的废弃泥浆和污水，一般暂储在钻井泥浆池中，在泥浆池环保处理时要从废弃泥浆中分离出污水，污水中有机和无机污染物含量比较高，油类、COD、BOD、色度较高；4、气井压裂作业污水。包括天然气井压裂返排液、井下作业过程中由人工加注到地层又返排到地面的各种污水，可能含有人工加注的化学剂，有时直接排入泥浆池中，有时直接排入采气污水中。固体污染物的主要来源则为钻井废弃泥浆，部分来源于完井、压裂、作业等增产措施形成的固体废弃物，此外污水处理时也产生固体废弃物。

各种处理方法都有各自的优缺点和特定的适用范围。气浮法工艺成熟、成本低廉、处理量大，目前已被广泛应用于油田、石油化工、食品油生产等废水的处理中。其主要缺点是浮油难处理，浮选停留时间较长；在处理量大的时候，必须建造大型的气浮设备，占地面积大，投资费用高。基于水力旋流器的旋流分离技术自20世纪90年代以来在含油废水处理中得到了越来越广泛的应用，利用油、水两相的密度差由旋流器产生离心力将油、水分离，具有结构紧凑、占地面积小、运行维护简单等优点，但该法能够去除的油珠粒径范围不低于20μm。

为了克服传统气浮和旋流的缺点，进一步强化气浮法的油水分离效果，近年来不少研究人员甚至是相关水处理设备生产厂家都提出了将气浮分离技术与旋流分离技术相结合的观点，取得了一些实质性的研究成果。

目前国内的旋流气浮组合技术仅仅局限于将气浮分离技术与液-液分离用水力旋流器单体相结合来进行油水分离，正处于实验室探索阶段。由于水力旋流器单体的处理能力非常有限，当需要将多根单体并联并在适当部位注入气体时，就显得非常麻烦，因此束缚了其工业化应用。

国外近年来推出了几种气浮与低强度旋流离心力场的组合技术，该技术不仅克服了国内研究存在的处理能力低等缺陷，而且在石油工业含油废水的处理应用方面取得了一定成效。因此，在未来一段时期内，气浮与低强度旋流离心力场的组合技术将主导着气浮旋流组合处理技术的发展方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种旋流气浮分离方法，其提高净化率。

根据背景技术所述，本发明的目的在于避免上述缺点，提供一种将旋流和气浮两种油水分离的单元技术有机结合起来，使水中的分散油滴能够高效分离，达到净化处理目的的含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离方法。为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种旋流气浮分离方法，所述的旋流气浮分离方法包括采气伴生污水净化处理、钻井泥浆污水净化处理、出水生化处理与水质调节、出水精细过滤排放、污泥净化与固体污染物固化处理五个工艺单元；其中所述的钻井泥浆污水净化处理是利用旋流气浮分离设备完成，所述的旋流气浮分离设备包括分离罐，分离罐上设置有第一出口、第二出口、第一入口、第三出口、第二入口，所述的第一出口设置于分离罐的中心以上的分离罐壳体处，所述的第二出口设置于所述的分离罐的顶部，所述的第一入口设置于分离罐壳体的中间位置处，所述的第三出口设置于分离罐的中心以下的分离罐壳体处，所述的第二入口设置于所述分离罐的底部；通过上述各个出口和入口的设置，能够充分实现油水分离，并且使得气泡在气浮过程中产生最好的吸附效果，使得油渣能够高效分离；

具体地：在分离罐的内部与第一出口水平位置处设置有排渣层，排渣层能够将大量集留的油渣快速高效排出分离罐以外，有利于分离罐下部下清液的形成；

具体地，所述的第一出口外接有油渣排出管，且在油渣排出管上设置有第一阀门，第一阀门控制油渣排出管的导通与否；

具体地：所述的第一入口与所述的第三出口通过溶气管连通，所述分离罐内部的分离液能够经由第三出口经由所述的溶气管到达第一入口处最终返回到分离罐的内部；位于分离罐外部的溶气管从第三出口到第一入口上依次串联有第二阀门、循环泵、调压阀，在所述的第二阀门与循环泵之间的溶气管上接入有进气管，通过进气管将外部气源与溶气管导通，并在所述的进气管上设置有第三阀门，所述的第三阀门为流量控制阀，所述的第三阀门控制进气量的大小，通过第二阀门和第三阀门可以控制溶气管内气液混合比例，通过调压阀能够控制溶气管内部压强，进而实现溶气管内部气体溶解度的调节；

具体地：所述的第二入口处外接有原液供给管，通过原液供给泵实现分离罐内部原液的添加，且在原液供给泵与第二入口之间设置有第四阀门，通过第四阀门能够实现原液供给管的通断状态；

具体地：所述的第二入口外接有排气管，在所述的排气管上串联设置有第五阀门；

具体地：所述的溶气管通过第一入口进入到分离罐的内部，分离罐内部的溶气管具有弯头并将溶气管的末端出口向下倾斜设置，所述的末端出口上可旋转地套结有分离板；通过分离板的设置，能够使得下部已经形成的下清液与上部的油渣层形成有效的分离和隔离，避免在气浮分离过程中产生二次混合的不良效果；

具体地：所述的原液供给管通过第二入口延伸至所述分离罐的内部，原液供给管位于分离罐内部的末端入口上设置有支撑盘，所述的支撑盘上通过锥形肋条连接有轴承，通过轴承将分离板可旋转地支撑在末端出口处，分离板上面的分离液流动速度减慢，且在气泡上升的过程出现合并，体积变大的气泡不利于气浮分离效果的产生，鉴于该技术问题，通过循环泵在溶气管内部产生的流体动力驱动分离板的旋转，在旋转过程中实现对气泡的切割，提高了气浮效果；

具体地：当通过循环泵将分离罐内的分离液实现循环溶气的同时，通过向下倾斜设置的末端出口使得进入分离罐的分离液在分离板的下部形成涡旋，该涡旋能够驱使分离板在轴承的支撑下发生旋转；

具体地，所述的分离板上布置有多个气泡剪切凸台，所述的气泡剪切凸台由杆部和剪切盘构成。该杆部和剪切盘能够有效加强在分离板上表面中心区域分离液的流动速度，并通过分离板的旋转带动分离罐内部液体的旋转，而不同物质的密度不同，进而实现分离罐内分离液根据密度的不同而实现快速分离。

有益效果：

本发明的效果是由于分离板的表面设置的凸台的作用，使水与空气得到更充分的混合，使气泡再一次受到高速剪切，增加了微小气泡的数量，大大提高了气浮碎细气泡的能力，达到固、液分离，提高了水处理效果。

附图说明

图1为本发明结构总体剖视示意图；

图2为本发明在末端出口和末端入口处的放大图；

图3为本发明分离板以及分离板上杆部和剪切盘的轴侧图。

分离罐1、分离罐上设置有第一出口3、第二出口4、第一入口5、第三出口6、第二入口7、排气管8、第五阀门9、溶气管10、调压阀11、第二阀门12、进气管13、第三阀门14、原液供给管15、第四阀门16、油渣排出管17、第一阀门18、循环泵19、原液供给泵20、支撑盘21、末端入口22、锥形肋条23、轴承24、分离板25、杆部26、剪切盘27、末端出口28。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行进出、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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1-3所示，一种旋流气浮分离方法，所述的旋流气浮分离方法包括采气伴生污水净化处理、钻井泥浆污水净化处理、出水生化处理与水质调节、出水精细过滤排放、污泥净化与固体污染物固化处理五个工艺单元；其中所述的钻井泥浆污水净化处理是利用旋流气浮分离设备完成，所述的旋流气浮分离设备包括分离罐1，分离罐上设置有第一出口3、第二出口4、第一入口5、第三出口6、第二入口7，所述的第一出口3设置于分离罐1的中心以上的分离罐壳体处，所述的第二出口设置于所述的分离罐的顶部，所述的第一入口5设置于分离罐壳体的中间位置处，所述的第三出口6设置于分离罐1的中心以下的分离罐壳体处，所述的第二入口设置于所述分离罐的底部；通过上述各个出口和入口的设置，能够充分实现油水分离，并且使得气泡在气浮过程中产生最好的吸附效果，使得油渣能够高效分离；

在分离罐1的内部与第一出口水平位置处设置有排渣层2，排渣层能够将大量集留的油渣快速高效排出分离罐以外，有利于分离罐下部下清液的形成；

所述的第一出口3外接有油渣排出管17，且在油渣排出管17上设置有第一阀门18，第一阀门18控制油渣排出管14的导通与否；

所述的第一入口5与所述的第三出口6通过溶气管10连通，所述分离罐内部的分离液能够经由第三出口6经由所述的溶气管10到达第一入口5处最终返回到分离罐的内部；位于分离罐外部的溶气管10从第三出口6到第一入口5上依次串联有第二阀门12、循环泵19、调压阀11，在所述的第二阀门12与循环泵19之间的溶气管上接入有进气管13，通过进气管13将外部气源与溶气管导通，并在所述的进气管13上设置有第三阀门14，所述的第三阀门14为流量控制阀，所述的第三阀门14控制进气量的大小，通过第二阀门12和第三阀门14可以控制溶气管内气液混合比例，通过调压阀11能够控制溶气管10内部压强，进而实现溶气管内部气体溶解度的调节；

所述的第二入口7处外接有原液供给管15，通过原液供给泵20实现分离罐内部原液的添加，且在原液供给泵20与第二入口7之间设置有第四阀门16，通过第四阀门16能够实现原液供给管15的通断状态；

所述的第二入口4外接有排气管8，在所述的排气管8上串联设置有第五阀门9；

所述的溶气管10通过第一入口5进入到分离罐1的内部，分离罐1内部的溶气管具有弯头并将溶气管的末端出口28向下倾斜设置，所述的末端出口上可旋转地套结有分离板25；通过分离板的设置，能够使得下部已经形成的下清液与上部的油渣层形成有效的分离和隔离，避免在气浮分离过程中产生二次混合的不良效果；

所述的原液供给管15通过第二入口7延伸至所述分离罐1的内部，原液供给管15位于分离罐内部的末端入口22上设置有支撑盘21，所述的支撑盘21上通过锥形肋条23连接有轴承24，通过轴承24将分离板可旋转地支撑在末端出口28处，分离板上面的分离液流动速度减慢，且在气泡上升的过程出现合并，体积变大的气泡不利于气浮分离效果的产生，鉴于该技术问题，通过循环泵在溶气管内部产生的流体动力驱动分离板的旋转，在旋转过程中实现对气泡的切割，提高了气浮效果；

当通过循环泵19将分离罐1内的分离液实现循环溶气的同时，通过向下倾斜设置的末端出口28使得进入分离罐的分离液在分离板25的下部形成涡旋，该涡旋能够驱使分离板25在轴承24的支撑下发生旋转；

所述的分离板25上布置有多个气泡剪切凸台，所述的气泡剪切凸台由杆部26和剪切盘27构成。该杆部和剪切盘能够有效加强在分离板上表面中心区域分离液的流动速度，并通过分离板的旋转带动分离罐内部液体的旋转，而不同物质的密度不同，进而实现分离罐内分离液根据密度的不同而实现快速分离。

综上所述，含油废水的气液混合物从罐体下部的第二入口进入罐中，在罐内形成旋流。同时，在气循环泵19的作用下均匀分布在含油废水中的气泡在罐中析出， 对罐中的含油废水进行气浮处理。因此，粘附有油滴的气泡等较轻物质向罐顶移动；水流以及固相颗粒等较重物质向罐底移动，到达组合罐下部，由分离板25对含油废水进行二次气浮处理。所以，含油废水相当于在罐内进行了一次旋流分离与两次气浮分离，可以达到满意的处理效果。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种旋流气浮分离方法，所述的旋流气浮分离方法包括采气伴生污水净化处理、钻井泥浆污水净化处理、出水生化处理与水质调节、出水精细过滤排放、污泥净化与固体污染物固化处理五个工艺单元；其中所述的钻井泥浆污水净化处理是利用旋流气浮分离设备完成，所述的旋流气浮分离设备包括分离罐（1），分离罐上设置有第一出口（3）、第二出口（4）、第一入口（5）、第三出口（6）、第二入口（7），所述的第一出口（3）设置于分离罐（1）的中心以上的分离罐壳体处，所述的第二出口设置于所述的分离罐的顶部，所述的第一入口（5）设置于分离罐壳体的中间位置处，所述的第三出口（6）设置于分离罐（1）的中心以下的分离罐壳体处，所述的第二入口设置于所述分离罐的底部；在分离罐（1）的内部与第一出口水平位置处设置有排渣层（2）；所述的第一出口（3）外接有油渣排出管（17），且在油渣排出管（17）上设置有第一阀门（18），第一阀门（18）控制油渣排出管（14）的导通与否；所述的第一入口（5）与所述的第三出口（6）通过溶气管（10）连通，所述分离罐内部的分离液能够经由第三出口（6）经由所述的溶气管（10）到达第一入口（5）处最终返回到分离罐的内部；位于分离罐外部的溶气管（10）从第三出口（6）到第一入口（5）上依次串联有第二阀门（12）、循环泵（19）、调压阀（11），在所述的第二阀门（12）与循环泵（19）之间的溶气管上接入有进气管（13），通过进气管（13）将外部气源与溶气管导通，并在所述的进气管（13）上设置有第三阀门（14），所述的第三阀门（14）为流量控制阀，所述的第三阀门（14）控制进气量的大小，通过第二阀门（12）和第三阀门（14）可以控制溶气管内气液混合比例，通过调压阀（11）能够控制溶气管（10）内部压强，进而实现溶气管内部气体溶解度的调节；所述的第二入口（7）处外接有原液供给管（15），通过原液供给泵（20）实现分离罐内部原液的添加，且在原液供给泵（20）与第二入口（7）之间设置有第四阀门（16），通过第四阀门（16）能够实现原液供给管（15）的通断状态；所述的第二入口（4）外接有排气管（8），在所述的排气管（8）上串联设置有第五阀门（9），其特征在于：所述的溶气管（10）通过第一入口（5）进入到分离罐（1）的内部，分离罐（1）内部的溶气管具有弯头并将溶气管的末端出口（28）向下倾斜设置，所述的末端出口上可旋转地套结有分离板（25）；所述的原液供给管（15）通过第二入口（7）延伸至所述分离罐（1）的内部，原液供给管（15）位于分离罐内部的末端入口（22）上设置有支撑盘（21），所述的支撑盘（21）上通过锥形肋条（23）连接有轴承（24），通过轴承（24）将分离板可旋转地支撑在末端出口（28）处，当通过循环泵（19）将分离罐（1）内的分离液实现循环溶气的同时，通过向下倾斜设置的末端出口（28）使得进入分离罐的分离液在分离板（25）的下部形成涡旋，该涡旋能够驱使分离板（25）在轴承（24）的支撑下发生旋转，所述的分离板（25）上布置有多个气泡剪切凸台，所述的气泡剪切凸台由杆部（26）和剪切盘（27）构成。

2.如权利要求1所述的旋流气浮分离方法，其特征在于，所述的末端出口（28）为高压出口。

3.如权利要求1所述的旋流气浮分离方法，其特征在于，所述的循环泵为叶片泵。

4.如权利要求1所述的旋流气浮分离方法，其特征在于，所述的排渣层（2）为旋转的刮渣板。

5.如权利要求1所述的旋流气浮分离方法，其特征在于，所述的排渣层（2）为疏水亲油材料制成。

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