CN112408637A - 高效混凝离心气浮法含油污水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置及方法属于污水处理技术，其管道混凝器的进料口与原料液a管线连通、物料出口与絮凝槽下部的进料口连接，絮凝槽底部的排污口通过管路A与浮渣箱连接、上部的悬浮液出口通过管路B与气浮罐上部的悬浮液入口连接，气浮罐上的浮渣出口通过管路C与浮渣箱连接、底部的清水出口通过管路D与清水箱连接、底部的排污口通过管路E与浮渣箱连接。该装置运用高效混凝、溶气气浮和机械离心的方法，使絮体从絮凝槽直接落入气浮罐内，保证絮体的完整性和分离的效果；采用高效混凝和全自动在线加药调节的方式，使药剂的使用成本降低，出水指标更加稳定；使得该装置自动化程度高，设备体积小，处理精度高，提高了工作效率。

Description

高效混凝离心气浮法含油污水处理装置及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术，特别是涉及一种高效混凝离心气浮法含油污水处理装置及方法。

背景技术

在油田开发的过程中会出现大量的污水，污水的出现影响到周边居民的正常生产生活，同时会影响到油田整体开发的效率。 近年来，我国在油田开发过程中开采的效率在不断增加。与此同时，急需对油田污水进行处理。目前油田采出水处理系统规模庞大，工艺流程复杂，运行管理难度大。随着含水率不断上升，油田采出水水量不断增加，采出水处理系统规模不断扩大。至2016年底各油田采出水总量为9.33×10⁸m³。近年来随着管理的重视和技术的进步，水质达标率在不断提高，处理成本不断下降，取得了显著的进步。

随着我国油田开发的不断深入，油田污水处理工艺也在不断进步，其中气浮作为一种污水净化技术，越来越受到石油化工行业的重视和应用。目前，国内外除一些陆上油田尚未使用气浮技术外，海上平台、炼油及石油化工等含油污水的处理都采用了气浮作为中间水处理单元，天然气处理厂也使用了气浮装置。

气浮分离原理主要是利用微气泡发生装置在污水中注入大量的、高度分散的微气泡通常需要投加混凝剂或浮选剂，使之作为载体与悬浮在水中的颗粒油滴或絮状物粘附，形成整体密度小于水的浮体，依靠浮力作用一起上浮到水面， 形成浮渣后去除来达到水中固体与液体、液体与液体分离的污水净水方法。气浮分离包括三个工艺过程：气泡产生的过程、气泡与悬浮物颗粒或油滴附着的过程、气泡带着悬浮物颗粒或油滴上升到液面聚结后去除的过程。

根据气浮工作原理可分为电解气浮法、散气气浮法、涡凹气浮法、加压溶气气浮法、溶气水力旋流气浮法等。与本申请最接近的现有技术是溶气水力旋流气浮法：其是经混合器与溶气水释放出来的微气泡混合后，沿着旋流器底部入口装置进入设备，形成旋流，通过旋流产生的离心力作用，微气泡和乳化油滴向中间集聚形成浮渣，分离后浮渣从顶部排出，处理后清水从底部人水出口流出。

现有溶气水力旋流气浮法的缺点：

①加药混凝和絮凝是气浮处理污水工艺当中必不可少的预处理工艺，现有技术配套的加药工艺是利用简单的静态混料器或简单的搅拌来完成。造成药剂浪费比较大，效果不够理想；

②现有的气浮机大部分体积比较大，气浮箱开放式设计，刮油机构在气浮箱的上部，所以全封闭设计比较困难。含油污水加药处理过程当中会释放出硫化氢、氨气等有害气体，不仅给操作人员身体带来危害，对周围设备造成严重的腐蚀，而且容易造成有害气体外泄污染环境；

③现有技术采用的旋流工艺是通过螺旋通道结构和提高流体泵的扬程来完成的，所以想调节旋流离心力的大小只能通过调节流体泵的转速、泵的进出口阀门的开度来完成，而调节最适合的旋流离心力是非常困难的；

④现有技术采用的旋流工艺是通过高速旋转的流体泵来打入旋流分离器内部的，而这种方式会造成水流的紊流和机械剪切力易将絮体打碎，反而影响分离效果。这点正是目前水处理领域水质要求较高的项目不采用旋流气浮的原因；

⑤污水水质在变化时给药量也跟着变化才能保证出水指标的稳定，而目前全自动识别和调节加药控制方式技术比较落后。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供了一种高效混凝离心气浮法含油污水处理装置及方法。

本发明的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置，包括高效混凝器、溶气罐、清水箱和浮渣箱，所述的高效混凝器包括管道混凝器和絮凝槽，管道混凝器的进料口与原料液a管线连通、物料出口与絮凝槽下部的进料口连接，絮凝槽底部的排污口通过管路A与浮渣箱连接、上部的悬浮液出口通过管路B与气浮罐上部的悬浮液入口连接，气浮罐上的浮渣出口通过管路C与浮渣箱连接、底部的清水出口通过管路D与清水箱连接、底部的排污口通过管路E与浮渣箱连接，气浮罐的 溶气水进口通过管路F与溶气罐连接。

作为本发明的进一步改进，所述的高效混凝器是由两个管道混凝器和一个絮凝槽依次串联构成。

作为本发明的进一步改进，所述的管道混凝器是由倒U形管和搅拌浆构成，倒U形管的一端为入料口、另一端为出料口，搅拌浆置于U形管的入口管路上，搅拌浆的搅拌电机置于顶部的U形底上。

作为本发明的进一步改进，所述的絮凝槽座于底座上，絮凝槽的顶部固定有变频减速电机Ⅰ，变频减速电机Ⅰ的输出轴上安装有搅拌浆并置于絮凝槽内，絮凝槽顶部设有排气口Ⅰ、上部设有悬浮液出口、底部设有排污口、下部设有进料口与管道混凝器的出料口管路连接。

作为本发明的进一步改进，在两个管道混凝器和絮凝槽的物料入口处分别设有加药口b、加药口c 和加药口d，加药口b、加药口c 和加药口d分别与加药罐Ⅰ、加药罐Ⅱ和干粉泡药机管路连接。

作为本发明的进一步改进，所述的气浮罐是在罐体内的从下到上依次固定有孔板Ⅰ、孔板Ⅱ、孔板Ⅲ将罐体从下到上分隔成下部填料层、溶气水释放腔、上部填料层和分离腔；分离腔顶部固定有变频减速电机Ⅱ，变频减速电机Ⅱ的输出轴上固定有转子浆叶、并置于分离腔内，在分离腔的上部设有悬浮液入口、中上部设有浮渣出口，气浮罐的底部设有清水出口和排污口；溶气水释放腔内固定有溶气水释放器Ⅰ、其与溶气罐的出口管路连接。

作为本发明的进一步改进，在分离腔内悬浮液入口的管路末端固定有溶气水释放器Ⅱ、其与溶气罐的出口管路连接。

作为本发明的进一步改进，在气浮罐的罐顶设有排气孔Ⅱ；浮渣出口在分离腔内的出口端面为倾斜状。

本发明的高效混凝离心气浮法含油污水处理方法，包括如下步骤；

（1）、加药

a、在油田污水中加入PH调节剂，使该油田污水至PH值达6～9；

b、在油田污水中加入PAC溶液，高速混凝；

c、同时在该油田污水中加入PAM絮凝剂，低速絮凝；

（2）、将上述加过药剂的污水置于高效混凝器中进行高速混凝和低速絮凝；

（3）、将充分混凝与絮凝的油田污水注入气浮罐中；

（4）、在气浮罐中与溶气水充分接触吸附，并在转子提供的离心动力下絮体进一步向罐体中心凝聚上浮，上部浮渣进入浮渣箱、清水进入清水箱并外排。

本发明的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置及方法，采用全自动在线调质工艺，全封闭处理，有害污染气体统一回收并集中处理；运用高效混凝、溶气气浮和机械离心的方法，使絮体从絮凝槽直接落入气浮罐内，保证絮体的完整性和分离的效果；采用高效混凝和全自动在线加药调节的方式，使药剂的使用成本降低，出水指标更加稳定；使得该装置自动化程度高，设备体积小，处理精度高，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明高效混凝离心气浮法含油污水处理装置的工艺流程图；

图2是本发明的高效混凝器的结构示意图；

图3是本发明的气浮罐的结构示意图。

具体实施方式

本发明的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置，包括高效混凝器1、浮渣箱4、气浮罐5、清水箱6和溶气罐7。

所述的高效混凝器1是由两个管道混凝器2和一个絮凝槽3依次串联构成。

所述的管道混凝器2是由倒U形管和搅拌浆8构成，倒U形管的一端为入料口9、另一端为出料口，搅拌浆8置于U形管的入口管路10上，搅拌浆9的搅拌电机11置于顶部的U形底上。而所述的絮凝槽3座于底座12上，絮凝槽3的顶部固定有变频减速电机Ⅰ13，变频减速电机Ⅰ13的输出轴上安装有搅拌浆并置于絮凝槽3内，絮凝槽3顶部设有排气口Ⅰ14、上部设有悬浮液出口15、底部设有排污口16、下部设有进料口17与管道混凝器2的出料口管路连接。

本装置中的两个管道混凝器2的出口和入口依次连接，其前端的管道混凝器2的进料口与原料液a管线连通、后端的管道混凝器2物料出口与絮凝槽3下部的进料口17连接；同时，在两个管道混凝器2和絮凝槽3的入口处分别设有加药口b、加药口c 和加药口d，加药口b、加药口c 和加药口d分别与加药罐Ⅰ33、加药罐Ⅱ34和干粉泡药机35管路连接；并在前端管道混凝器2的出口处设有PH变送器。本装置在管道混凝器配套高速搅拌机，絮凝槽配套低速变频搅拌机和液位控制系统。入口管路10内搅拌浆的高速运转形成强劲的紊流，聚集了充分的能量，有效破坏离子彼此间的排斥力的同时与加药罐Ⅰ33内的A药剂和加药罐Ⅱ34内的B药剂快速混合，增强离子间反复碰撞并快速凝集。絮凝槽的低流速低速搅拌的设计适合干粉泡药机35内配制的C药剂的絮凝架桥特性，保证絮团最大化的同时，絮团随着搅拌从底部逐渐上浮，保证已形成的絮体不被破坏。

絮凝槽3底部的排污口16通过管路A与浮渣箱4连接、上部的悬浮液出口15通过管路B与气浮罐5上部的悬浮液入口连接，所述的气浮罐5是在罐体内的从下到上依次固定有孔板Ⅰ18、孔板Ⅱ19、孔板Ⅲ20将罐体从下到上分隔成下部填料层21、溶气水释放腔22、上部填料层23和分离腔24。分离腔24顶部固定有变频减速电机Ⅱ25，变频减速电机Ⅱ25为其输出轴上固定的转子浆叶26提供旋转动力、转子浆叶26置于分离腔24内，转子浆叶26是两片弯刀式浆叶以活动销固定于轴端上，利于保持动平衡；在悬浮液进入分离腔24后，转子浆叶26旋转，在浆叶的上部形成锥形离心区，浆叶的下部形成倒锥形负压区。罐体上部锥形离心区内污水中絮体迅速向中间集聚，浆叶下部形成的负压使筒体下部溶气水释放出的微小气泡迅速上升，给中间集聚的絮团提供上浮动力。而在溶气水释放腔22内固定有溶气水释放器Ⅰ30、在分离腔24内悬浮液入口27的管路末端固定有溶气水释放器Ⅱ31，其均与溶气罐7的出口管路连接，溶气水释放器Ⅱ31释放出的微小气泡在进料管内与絮体充分混合，溶气水释放器Ⅰ30释放出的微小气泡，给污水中絮体提供上浮的二次动力。在溶气水释放腔22的上下分别设有上部填料层23和下部填料层21，上部填料层23的作用是增加水体分离的时间和溶气水的均匀分布，下部填料层21的作用是增加水体与微小气泡分离的时间。

在分离腔24的罐顶设有排气孔Ⅱ32、上部设有悬浮液入口27、中上部设有浮渣出口28，浮渣出口28伸向罐体中心内部对浮渣进行收集，在锥形离心区分离出的浮渣迅速导出筒体外,浮渣出口28在分离腔24内的出口端面为倾斜状.在气浮罐5的底部设有清水出口29和排污口。

气浮罐5中上部的浮渣出口28通过管路C与浮渣箱4连接、底部的清水出口29通过管路D与清水箱6连接、底部的排污口通过管路E与浮渣箱5连接，气浮罐5内的两个溶气水释放器Ⅰ30和溶气水释放器Ⅱ31均通过对应的溶气水进口与溶气罐7通过管路F连接。溶气罐7上设有压缩空气e入口，且其罐体上安装有磁板阀液位变送器37，清水箱6的清水出口通过溶气泵36与溶气罐7管路连接，在其管路上安装有浊度变送器40和粘度变送器41。

本装置中，在加药罐Ⅰ33、加药罐Ⅱ34、干粉泡药机35、浮渣箱4中均固定有搅拌电机；在加药罐Ⅰ33、加药罐Ⅱ34、干粉泡药机35的输出管路上分别安装有计量泵A、计量泵B和计量泵C；浮渣箱4和清水箱6上均安装有压力变送器，并在其箱体上开有排污口。

浮渣箱4、絮凝槽3、气浮罐5、清水箱6上的排气口均与废气收集装置管路连接，进行后续统一处理；本装置中还设有控制箱。

本发明的高效混凝离心气浮法含油污水处理方法，包括下列步骤：

（1）备制药剂

A药剂：将PH调节剂（液体）加入加药罐33中；

B药剂：将PAC溶液（液体）加入加药罐34中；

C药剂：将PAM干粉加入干粉泡药机35中，配制成0.1～0.2%的溶液备用；

本发明的PH调节剂、PAC、PAM的具体型号和用量需根据现场待处理污水的特性进行药剂筛选和调节；

（2）备制溶气水：清水通过溶气罐7在0.4-0.5MPa压力下溶解空气，溶气水通过释放器，释放至气浮罐内，循环运行至使清水变成乳白色；

（3）混凝絮凝：含油污水通过自动加药方式在高效混凝器内完成高速混凝低速絮凝；

（4）气浮除渣：絮凝后的污水首先进入气浮罐的上部接触区，溶气水释放出的微气泡与污水进行均匀混合，使其中的悬浮颗粒黏附于气泡上，使絮体的比重变轻，同时转子浆叶产生的离心力作用和罐体底部溶气水释放出的上浮的微气泡的作用下，絮体迅速向中间集聚并上浮，上部聚结形成的浮渣，通过溢流方式流入浮渣箱里，浮渣箱达到设定液位时自动外排；

（5）清水外排：在气浮罐里分离后的清水从底部以溢流方式流入到清水箱，分离后的清水一部分作为溶气循环水使用，清水箱达到设定液位时自动外排。

下面根据我们根据处理现场的条件 ，设计了一套完整的20m³/h处理量的含油污水处理装置，其现场条件：

地点：中石油大庆龙凤炼油厂常减压联合车间

原料来源：电脱盐污水

生产试验时间：2020年7月25日至2020年8月23日

清水源：0.15Mpa自来水

压缩空气源：0.7Mpa干气（由现场空压机提供）

电力源：380V,50HZ(由现场50Kw配电箱提供)

电脱盐污水处理过程：

（1）备制药剂

根据电脱盐污水特性，PH调节剂选用工业碱，

A药剂：将PH调节剂（5～20%浓度）加入加药罐33（有效容积0.5～1m³）中，制得A药剂；

B药剂：将PAC（选用KET-820聚合氯化铝）溶液，（5～20%浓度）加入加药罐34（有效容积0.5～1m³）中，制得B药剂；

C药剂：将PAM（选用KET-6632阳离子聚丙烯酰胺）干粉倒入干粉泡药机35中，配制成0.1～0.2%的溶液备用(选用全自动干粉泡药机，泡药能力为1000～2000L/h) ，制得C药剂；

（2）备制溶气水：启动溶气泵36（扬程50～90m，流量8～12m³/h），压缩空气e进气阀拨到“自动”档位，溶气罐7的压力控制在0.4～0.5MPa，溶气罐7液位设定在（0.4～0.9m）。待溶气罐压力和液位稳定（10～30min）后，取样确认溶气效果，并进入正常处理程序；

（3）混凝絮凝：启动加药A、B、C计量泵（扬程30～50m，流量500～1000L/h），启动干粉螺旋给料机38，频率设置为20～50Hz，启动原料泵39（扬程30～50m，流量20～30m³/h），设定高效混凝器液位（低液位0.6～0.8m，高液位0.9～1m），启动高效混凝器的三个搅拌器（手动调节絮凝槽的搅拌转速20～50Hz，速比为40～70），污水通过自动加药方式在高效混凝器内完成高速混凝低速絮凝工艺。同时将PH变送器检测的数据的读取时间设定为10～30min，计量泵A的每次自动变频调节量设置为±1～3Hz，浊度变送器40检测的数据的读取时间设定为10～30min、计量泵B的每次自动变频调节量设置为±1～3Hz，粘度变送器41检测的数据的读取时间设定为10～30min、计量泵C的每次自动变频调节量设置为±1～3Hz。根据气浮出水的化验指标和变送器读取的数据来确定A、B、C计量泵自动调节的基点；

（4）气浮除渣：启动气浮罐变频减速电机25（速比为40～70），手动调节气浮罐变频减速电机的转速（20～50Hz），絮凝后的污水首先进入气浮罐的上部接触区，溶气水释放器Ⅱ31（压力0.4-0.5MPa，流量4～6m³/h）释放出的微气泡与污水进行均匀混合，使其中的悬浮颗粒黏附于气泡上，使絮体的比重变轻，同时转子产生的离心力作用和罐体底部溶气水释放器Ⅰ30（压力0.4-0.5MPa，流量4～6m³/h）释放出的上浮的微气泡的作用下，絮体迅速向中间集聚并上浮，上部形成的浮渣，溢流方式流入浮渣箱4里，根据浮渣的含水量（浮渣体积比含水率控制在20～50%）调节液位调节机构，保证产生的浮渣及时排出。浮渣箱达到设定液位（低液位0.2～0.5m，高液位1～2m）时通过浮渣泵42（扬程50～90m，流量8～12m³/h）自动外排；

（5）清水外排：在气浮罐5里分离后的清水从底部以溢流方式流入到清水箱6，分离后的清水一部分作为溶气循环水使用（回流比30～80%），清水箱达到设定液位（低液位0.5～1m,高液位1.5～2m）时通过清水泵43（扬程30～50m，流量20～30m³/h）自动外排。

上述对炼油厂电脱盐污水进行处理，其处理产物均达到如下指标：

（1）处理量大于20m³/h；

（2）处理后水中含油小于20mg/l；

（3）处理后水中悬浮物小于20mg/l；

（4）处理后水中COD小于200mg/l；

（5）处理后水中氨氮小于20mg/l；

（6）处理后PH值6～9。

下表为上述中石油大庆龙凤炼油厂污水处理72小时连续生产水质化验数据

注：原液为待处理含油污水；滤液为处理后达标水。

Claims (9)

1.高效混凝离心气浮法含油污水处理装置，包括高效混凝器、溶气罐、清水箱和浮渣箱，其特征在于所述的高效混凝器（1）包括管道混凝器（2）和絮凝槽（3），管道混凝器（2）的进料口与原料液a管线连通、物料出口与絮凝槽（3）下部的进料口连接，絮凝槽（3）底部的排污口通过管路A与浮渣箱（4）连接、上部的悬浮液出口通过管路B与气浮罐（5）上部的悬浮液入口连接，气浮罐（5）上的浮渣出口通过管路C与浮渣箱（4）连接、底部的清水出口通过管路D与清水箱（6）连接、底部的排污口通过管路E与浮渣箱（5）连接，气浮罐（5）的 溶气水进口通过管路F与溶气罐（7）连接。

2.如权利要求1所述的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置，其特征在于所述的高效混凝器（1）是由两个管道混凝器（2）和一个絮凝槽（3）依次串联构成。

3.如权利要求2所述的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置，其特征在于所述的管道混凝器（2）是由倒U形管和搅拌浆（8）构成，倒U形管的一端为入料口（9）、另一端为出料口，搅拌浆（8）置于U形管的入口管路（10）上，搅拌浆（9）的搅拌电机（11）置于顶部的U形底上。

4.如权利要求2所述的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置，其特征在于所述的絮凝槽（3）座于底座（12）上，絮凝槽（3）的顶部固定有变频减速电机Ⅰ（13），变频减速电机Ⅰ（13）的输出轴上安装有搅拌浆并置于絮凝槽（3）内，絮凝槽（3）顶部设有排气口Ⅰ（14）、上部设有悬浮液出口（15）、底部设有排污口（16）、下部设有进料口（17）与管道混凝器（2）的出料口管路连接。

5.如权利要求2所述的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置，其特征是在两个管道混凝器（2）和絮凝槽（3）的物料入口处分别设有加药口b、加药口c 和加药口d，加药口b、加药口c 和加药口d分别与加药罐Ⅰ（33）、加药罐Ⅱ（34）和干粉泡药机（35）管路连接。

6.如权利要求1所述的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置，其特征在于所述的气浮罐（5）是在罐体内的下部从下到上依次固定有孔板Ⅰ（18）、孔板Ⅱ（19）、孔板Ⅲ（20）将罐体从下到上分隔成下部填料层（21）、溶气水释放腔（22）、上部填料层（23）和分离腔（24）；分离腔（24）顶部固定有变频减速电机Ⅱ（25），变频减速电机Ⅱ（25）的输出轴上固定有转子浆叶（26）、并置于分离腔（24）内，在分离腔（24）的上部设有悬浮液入口（27）、中上部设有浮渣出口（28），气浮罐（5）的底部设有清水出口（29）和排污口；溶气水释放腔（22）内固定有溶气水释放器Ⅰ（30）、其与溶气罐（7）的出口管路连接。

7.如权利要求6所述的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置，其特征是在分离腔（24）内悬浮液入口（27）的管路末端固定有溶气水释放器Ⅱ（31）、其与溶气罐（7）的出口管路连接。

8.如权利要求6所述的高效混凝离心气浮法含油污水处理装置，其特征是在气浮罐（5）的罐顶设有排气孔Ⅱ（32）；浮渣出口（28）在分离腔（24）内的出口端面为倾斜状。

9.高效混凝离心气浮法含油污水处理方法，包括如下步骤；

（1）、加药

a、在油田污水中加入PH调节剂，使该油田污水至PH值达6～9；

b、在油田污水中加入PAC溶液，高速混凝；

c、同时在该油田污水中加入PAM絮凝剂，低速絮凝；

（2）、将上述加过药剂的污水置于高效混凝器中进行高速混凝和低速絮凝；

（3）、将充分混凝与絮凝的油田污水注入气浮罐中，污泥进入浮渣箱；

（4）、在气浮罐中与溶气水充分接触吸附，并转子提供的离心动力下絮体进一步向罐体中心凝聚上浮，上部浮渣进入浮渣箱、清水进入清水箱并外排。

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