美国采用叶轮式气浮工艺处理油田污水

华北石油设计1989年第2期(总第l6期)美国采用叶轮式气浮工艺处理油田污水韩玉生编译(胜利油田规划设计研究院)气浮污水处理工艺是通过气泡对油珠和固体颗粒的附着，加速油和固体的上浮来净化油田污水的。气浮工艺的除油效率高，处理速度快，运行安全可靠，在世界各油田得到广泛的应用，已成为一种主要的油田污水处理技术。叶轮式气浮工艺于1969年首先成功地用于处理美国长滩油田的污水，7O年代便在美国广泛地用于处理城市污水、工业废水和油田污水。该工艺的停留时间仅为4—5分钟，除油效率高达95％以上。固此，在美国成为采用最普遍的油田污水处理方法。一、工艺原理和-性能评价在叶轮式气浮装置的运行中，来水流入进水箱，叶轮旋转产生的低压使水流入叶轮。叶轮旋转，起泵的作用，把水通过叶轮周围的环形微孔板甩出，于是装叶轮的主管成了真空，使气从水层上l的气顶进入立管，同时水也进入立管，水气混合，被一起高速甩出当混合流体通过微孔板时，剪切力将气体破碎为徽细气泡。气泡在上浮过程中附着到油珠和固体颗粒图1叶轮式气浮净化油田污水示意图维普资讯http://www.cqvip.com望墨墨!丝查兰三圭竺兰塑竺———————————一上，见图1。气泡通过水面时冒出，又开始新的循环。油和固体留在水面，形成浮渣，用刮渣板撤除。叶轮式气浮污水净化装量有两个流体通路，气体通路和液体通路。另外分为三个不同的区，浮渣区、气浮区和混合区，对于提高设备的除油效率，三个区都是重要的，见图2。气体从气浮室的上部气顶进入液体中，这就是气通路A。同时液体从气浮室的下部向上循环，这就是液体通路B液体向上循环到两相混合区，与气体混合。混合区对于该工艺非常重要，必须注入足够量的气体，在足够的剪切力下破碎为徽细气泡，使气泡与油珠和固体颗粒附着，形成附着有气泡的油和固体的絮凝体。图2叶轮式气浮装置气浮室水力特性图气浮区要完全平稳，这样絮凝体才可上浮并从液体中分离出来。气浮区紊流过量会使气泡与絮凝体分离，甚至污染物会重新乳化到水中去。因此，在气浮区要把紊流降低到最小程度，形成适于絮凝体上浮并从装置中去除的流型。在气浮区，油珠和气泡的有效密度和直径必须适合快速分离，因此要在混合区达到要求的密度和直径。也就是说，油珠直径必须充分大，气泡直径必须充分小，油珠与气泡的接触效率要高。由于气泡与油珠和固体颗粒之间的相互作用受系统表面化学的影响，因此通常多通过添加混凝剂、气浮助剂和发泡荆的办法，加快油珠和固体颗粒的絮凝效果，提高絮凝体与气泡的附着力。混凝剂多为有机聚甩解质，无机混凝剂在叶轮式气浮法处理油田污水中效果则不太好，处理水排放后还常常造成问题。叶轮式气浮油田污水净化工艺的主要优点是；(1)溶气量大，多数叶轮式气浮污水处理装置的溶气率都在600％以上，为全流加压成溶气气浮溶气率的5o倍；(2)停留时间短四级叶轮式气浮污水处理工艺的停留时间仅为4—5分钟，这是溶气气浮和大罐除油等污水处理工艺所不能比拟的，因此具有处理速度快的优点；(3)除油效率高，造价低，国外四级叶轮式气浮装置的除油效率高于单级溶气气浮装置，而其造价仅为后者的60％；(4)适于处理油田污水，适应来水含油量的变化，有资料说明，采用佩特罗利特公司生产的叶轮式气浮污水处理系统，处理美国普拉森夏油田的含油污水，由于上游脱水器中界面的变化造成气浮装置进口含油急骤提高到850ppm，出口含油仍低于10ppm。由于叶轮式气浮污水处理工艺具有经济，高效、运行安全可靠、适应性强和结构紧凑等明显的优点，因此广泛在美国各油田用于污水处理。二、叶轮式气浮装置的设计叶轮式气浮装置在不断改进，除油效率和经济性在不断提高，但其设计原则却是不变的。多数叶轮式气浮装置有四个串联在一起的气浮室，见图3。水在每个气浮室的停留时间均为37维普资讯http://www.cqvip.com华北石油设计1989年第2期(总第l6期)1分钟，在四个气浮室的停留时间为4分钟，做设计时常加上1分钟的安全系数，因此总停留时间为5分钟。采用标准叶轮式气浮装置在现场进行的大量试验说明，5分钟的停留时间是可靠的。浮渣槽马进／齿轮变速装置浮渣／水位位图3叶轮式气浮装置的结构在叶轮式气浮装置的运行中，污水通过进水箱进入气浮装置，通过出口水箱排出。进水箱，四个气浮室和出口水箱之阃都装有挡板。各气浮室单独运行，液流通过挡板底部的开孔从一个气浮室流入另一个气浮室。挡板要高于液位；这样接近装置顶部的液体表面没有液体流动。浮渣通过堰板进入浮渣槽，然后排出。在出口水箱中，残余的气泡和油珠从液体中分离出来。该室中装有控制液位的浮子，装爱的下游装有液位控制阀，调节液位，保证浮渣比较平稳地溢出。现在的叶轮式气浮装置都是密闭的，空气(氧气)不可进入，气浮净化在气顶下进行。采用天然气密闭的话，要从水中脱氧。图4是一种类型的叶轮式气浮装