污水分离（共7篇）
污水分离 篇1
燃煤锅炉的湿法烟气除尘与干式除尘系统相比, 不但除尘效率高、运行可靠、投资小、运行费用低, 而且, 还能通过提高洗涤水的p H值, 净化烟气中的S O2。但是, 如何采用更简单、经济的方法, 来分离洗涤污水中的尘灰, 并尽可能循环使用洗涤水, 成为燃煤锅炉湿法除尘广泛应用的瓶颈。本文通过成功实例, 介绍一项逐步改进完善的高位沉淀池灰水分离技术。
1 除尘洗涤污水高位沉淀分离工艺及工作原理
2台35 t/h燃煤锅炉, 配置花岗石水膜除尘烟气处理系统, 除尘效率达95%。根据质点群动态分布律和斯托克斯分离技术理论, 研究及参考大量的工程实例, 结合实际, 设计出了十二个高位池“十一循环、一除灰”的灰水沉淀分离系统。
1.1 工艺流程
水膜除尘系统工艺流程是水膜除尘洗涤水、锅炉正常生产情况下的排放水如锅炉排污水、水处理废水、冲煤渣水、卫生用水等经收集到地下灰水池, 由灰水泵送到高位池进行沉淀分离。沉淀分离出来的灰泥由刮板输泥机送到集中除灰场运走, 清水再次供给水膜除尘、锅炉冲煤渣及搞卫生等使用。
1.2 灰水沉淀分离系统的结构
水膜除尘高位沉淀分离刮板输泥工艺流程共设置了12个标高7.2 m的斗状高位沉淀池, 每池容积为50m3, 流宽4m, 总流长50m, 池外设两环沟, 内高外低, 内沟分流洗涤污水, 外沟汇集灰水分离后的清水, 池与池、池与沟两两相通, 根据需要由阀门调节。每池底部均有一排放口, 下设刮板输泥机, 输送沉淀后的灰泥, 实现任意“十一池循环沉淀、一池除灰”。
锅炉烟气中的灰尘, 经水膜除尘工序后, 尘灰吸湿后比重约为1.6。灰水混合物通过沉淀池的流速约0.0 0 3 5 m/s, 沉淀时间约2 1 0 m i n, 尘灰沉淀分离充分。
1.3 除灰
设置高位沉灰池的目的在于快捷、高效卸除灰泥的同时, 减少系统占地面积。当某一沉淀池沉满灰泥时, 该池所有进水阀关闭, 微开下方落灰门, 排出池内余水, 待灰水分离完毕后, 全开落灰门, 灰泥落下, 通过刮板输泥机, 将灰泥输至集中除灰场, 由砖厂运去做建筑用砖。
1.4 水的循环利用
将锅炉排污水、水处理废水、冲煤渣水、卫生用水都引到地下灰水沟, 和水膜除尘后的洗涤污水一起流入地下灰水池, 由灰水泵送到高位沉淀池。在充分利用这些废水作为补充水的同时, 还提高了除尘洗涤水的p H值, 有利于除去烟气中的S O2。
当灰水由A池顺序流至K池, 经过3个多小时的沉淀分离, 清水通过清水沟流至清水池, 清水泵再次把水供给水膜除尘器、锅炉输渣机及卫生用水, 使除尘洗涤污水、锅炉工艺废水无限循环使用, 从而实现了除尘污水零排放。
2 完善性改造
由于灰泥太细, 当某一灰池沉满灰泥时, 关闭该池所有进水阀, 微开下方落灰门, 长时间都不能将池内余水排干。因而, 全开落灰门卸除的灰泥含水较多, 有时呈泥浆水状态, 大大降低了刮板输泥机的输泥效率。经水膜除尘系统处理后排放的锅炉烟气, 含尘量达到排放标准, 但是SO2介于达标临界点, 不能满足环保要求。为此, 引进集除尘脱硫为一体的湿法除尘脱硫专利技术产品, 替代水膜除尘系统, 如图1所示。
增设碱液供应系统, 从清水池加入石灰乳化液, 将洗涤水的p 值提高到10左右, 除尘脱硫洗涤用水还由原来水膜除尘工艺下的70 m3/h, 增加到130 m3/h, 经模拟实验, 原高位池沉淀灰水分离系统不能满足要求, 为此作了如下完善性改造。
2.1 改造要点
除尘脱硫高位沉淀分离梭槽排泥工艺改造要点是取消2 7个污水阀和1 1个清水阀, 沉淀池顺序联通, 刮板输泥机改为尘泥排放槽, 集中除灰场改为泥水分离与集中除渣场。扩大原集中除灰场, 用铲运车就近在场上取煤渣围堰成泥水分离池, 由尘泥排放槽将高位沉淀池排放的尘泥放入围堰中进行沉淀及过滤分离, 实现“十二池循环沉淀、定时除灰”。
2.2 改造成效
“十一池循环沉淀”改为“十二池循环沉淀”后, 沉淀分离有效流长由45.8 m, 增加到50 m, 有利于灰水的沉淀分离;“一池除灰”改为“定时除灰”, 由于除灰及时, 使斗状沉淀池的有效沉淀水深从1.4 m增加到2.3 m, 增强了灰水的沉淀分离效果。虽然洗涤用水由70 m3/h变到130 m3/h, 增加了85%, 灰水混合物通过沉淀池的流速由0.0035 m/s增加到0.004 m/s, 略有增加, 沉淀时间由3.6 h降低到3.5 h, 略有降低, 但总的沉淀分离效果还是很好的, 能满足除尘脱硫工艺用水的需要。而且, 用尘泥排放槽取代刮板输泥机, 不但节省了驱动电能及运行维护费用 (13.9万元/年) , 还从根本上消除了刮板输泥机输泥效率低下、故障多的弊端。经处理后排放的锅炉烟气, 指标远远好于国家标准, 含尘<150 m g/m3、含。
3 结语
企业自行设计的“高位沉淀灰水分离系统”, 在1 0多年的使用过程中, 经过不断改进, 日趋完善。
(1) 在对重力自然沉淀过滤技术研究的基础上, 结合实际, 因地制宜, 开发出锅炉烟气湿法除尘脱硫洗涤污水沉淀分离系统, 核心是“高位池沉淀分离灰水、梭槽排放灰泥、煤渣围堰过滤灰泥”, 有效分离湿法除尘洗涤污水中的灰与水, 为燃煤锅炉湿法除尘洗涤污水的处理, 提供了一个切实可行的参考实例。
(2) 由于能够较彻底地实现燃煤锅炉烟气除尘脱硫洗涤污水中灰与水的有效分离, 从而实现除尘脱硫洗涤水、锅炉冲渣水、锅炉卫生用水无限循环使用。除尘脱硫工艺蒸发耗损水, 由锅炉排污水、水处理工艺废水补充。通过高位沉灰池澄清处理后的水质达到国家一级排放标准。
(3) 不但实现了锅炉烟气除尘脱硫洗涤污水零排放, 而且还基本实现了整个锅炉系统污水的零排放。锅炉所有灰渣全部用于制砖, 彻底杜绝了灰水污染问题, 灰与水的有效利用达到较理想的状态。在极大降低生产用水成本的前提下, 彻底改变了锅炉系统脏、乱、差的面貌, 完善了生产工艺, 同时也为环境保护、能源的高效利用拓宽了渠道, 可谓一举多得。
摘要：介绍除尘洗涤污水高位沉淀分离工艺及工作原理, 完善性改造及效果。
关键词：燃煤锅炉,除尘洗涤污水,沉淀分离
污水分离 篇2
一株光合细菌的分离鉴定及污水处理能力研究
光合细菌(photosynthetic bacteria, 简称PSB)是一种在自然界广泛存在的具有光能合成体系的.原核微生物,除可用作饲料添加剂外,还具有在好氧、微氧、厌氧多种条件下代谢废水中有机化合物、难降解卤化物等的能力,具有一定的工农业应用前景.本实验以实验室废水处理反应器活性污泥为材料,采用液体富集培养、平板反复划线分离方法,得到一株光合细菌,命名为PSB-O.经菌落形态特征、细胞形态特征、活细胞光吸收光谱特征、生理生化特性及16S rRNA基因分析,将PSB-O菌株鉴定为Rhodopseudomonas sp..将该菌用于连续培养反应器处理合成有机废水试验,结果表明PSB-O可以有效去除合成有机废水中的COD,在稀释率为0.025 h-1时去除率达到最高62.8%,可以用于有机废水处理.
作 者：周洪波 刘飞飞 邱冠周 ZHOU Hongbo LIU Feifei QIU Guanzhou 作者单位：中南大学资源加工与生物工程学院,湖南,长沙,410083 刊 名：生态环境 ISTIC PKU英文刊名：ECOLOGY AND ENVIRONMENT 年，卷(期)： 15(5) 分类号：X172 关键词：光合细菌 鉴定 生长特性 有机废水膜分离处理含油污水的研究进展 篇3
膜分离技术对乳化油的分离具有较好的效果。相较于传统方法,膜分离技术能耗低、装置简单。然而,其在处理复杂的油田采出水时,抗污染性能较差,极易造成膜通量下降、处理效果变差。因此,高抗污染性能复合膜的研发是目前膜技术研究的重点。
2 油水分离膜研究进展
2.1 疏水膜研究进展
早期研究较多的是疏水膜。膜表面对油滴起着聚结粗化,有利于实现油水分离[1,2]。
Daiminger等[3]以异十二烷作为油相,通过膜聚结器对油/水乳液进行聚结处理。结果表明:疏水膜能使乳液在通过膜聚结器后粒径变大,从而使后续的截留效果更佳。Kong等[4]利用孔径不同的疏水PVDF膜,促进疏水膜表面上油滴的吸附与聚结,实现对油滴的截留作用。
由于疏水膜对油较好的渗透性能,极易造成膜水通量下降。因此,疏水膜越来越多地被用于油包水型乳液分离的研究。
2.2 亲水膜研究进展
2.2.1 无机膜
无机膜具有良好亲水性和较好的机械强度,是进行油水分离的良好材料。
Cui等人[5]制备了孔径大小不同的NaA/α-Al2O3微滤膜。8h含油废水过滤,经清洗后,纯水通量恢复率最高达到86.6%。Zhang等人[6]对改性的TiO2+Al2O3复合陶瓷膜进行大豆油乳液评价实验,改性后的陶瓷膜水通量更加稳定,抗污染性能明显增加。Zhou等人[7]将ZrO2掺杂在了Al2O3陶瓷膜上,使陶瓷膜的抗污染性能进一步得到提升。Abadi等人[8]将陶瓷膜用于某炼厂的含油污水处理。通过对操作压力、错流速度、处理温度等条件的优化其纯水通量恢复率最高可达95%。
2.2.2 有机膜
由于亲水性有机膜材料的溶胀作用等原因,其使用范围不及疏水膜材料广泛,对疏水性膜材料进行亲水改性是目前研究的主要方向。
Yang等人[9]通过采用PSF/TiO2复合膜对煤油/水乳液进行处理,纯水通量较改性前高出约50%,抗污染性能明显提升。
3 目前存在的问题及展望
目前的研究主要采用模拟含油污水,而对于真实污水,往往存在更多问题。如在采油时加入的水溶性聚合物,会使处理更加困难。通过采用含有阳离子的聚丙烯酰胺的模拟采出水对纳米TiO2、Al2O3改性的PVDF膜进行研究。结果发现,对操作条件优化后,过滤污水60min后,其通量仅为初始通量的21.51%,表明复合膜受到了聚丙烯酰胺的严重污染。
Zhang等[10]通过向模拟采出水当中加入盐溶液及聚丙烯酰胺,系统地研究了盐类及聚合物浓度对陶瓷膜污染的影响。结果表明,低于聚合物临界胶束浓度时,聚合物在膜的表面及孔道内发生强烈的吸附。
综上所述,大部分膜材料在处理真实的油田采出水时,其使用寿命仍然非常有限。因此,单纯改善表面亲水性尚不能满足要求。对文献分析结果表明,寻找一种新型改性剂,使其在膜表面具有较高的覆盖率,可能是一种有效的方法。
参考文献
[1]蒋学彬.膜分离技术在石油工业含油污水处理中的应用研究进展[J].油气田环境保护,2015,(05):77~80,94.
[2]吴淑平.含油污水处理中膜分离技术的应用[J].科技传播,2011,(08):167,169.
[3]U.Daiminger,W.Nitsch,P.Plucinski,S.Hoffmann.Novel techniques for oil/water separation[J].Journal of Membrane Science,1995,99(2):197~203.
[4]J.Kong,K.Li.Oil removal from oil-in-water emulsions using PVDF membranes[J].Separation&Purification Technology,1999,16(1):83~93
[5]J.Cui,X.Zhang,H.Liu,S.Liu,K.L.Yeung.Preparation and application of zeolite/ceramic microfiltration membranes for treatment of oil contaminated water[J].Journal of Membrane Science,2008,325(1):420~426.
[6]Q.Zhang,Y.Fan,N.Xu.Effect of the surface properties on filtration performance of Al 2O3–TiO 2composite membrane[J].Separation&Purification Technology,2009,66(2):306~312
[7]J.Zhou,Q.Chang,Y.Wang,J.Wang,G.Meng.Separation of stable oil–water emulsion by the hydrophilic nano-sized ZrO2modified Al 2O3 microfiltration membrane[J].Separation&Purification Technology,2010,75(3):243~248
[8]S.R.H.Abadi,M.R.Sebzari,M.Hemati,F.Rekabdar,T.Mohammadi.Ceramic membrane performance in microfiltration of oily wastewater[J].Desalination,2011,265(1–3):222~228.
[9]Y.Yang,H.Zhang,P.Wang,Q.Zheng,J.Li.The influence of nano-sized TiO 2fillers on the morphologies and properties of PSF UF membrane[J].Journal of Membrane Science,2007,288(1–2):231~238.
污水分离 篇4
随着国民经济日新月异的飞快发展,人们生活质量的不断改善,但是环境污染却越来越严重,这就迫切的需要对污水进行处理并回收利用[1]。高温超导磁分离技术是一种新型的污水处理技术,与传统的处理方法相比,具有工艺简便、设备紧凑、占地面积小、处理效率高、处理成本低等优点[2],已引起人们的极大兴趣,但目前仍处于试验研究阶段。
针对高温超导磁分离污水处理中污网自动清洗系统对控制系统的要求,本设计以PLC为控制核心,取代了传统的继电控制装置。PLC不仅有强大的逻辑控制功能,而且还配有可靠的输入输出接口,可直接用于控制对象,具有通用性好,可靠性高,安装灵活,扩展方便,编程简单,价格便宜等优点,因而在很多开关量控制中得到广泛应用[3]。
2 对控制系统的要求
2.1 工艺流程及工作原理
污网自动清洗过程主要包括取网、洗网和放网三个部分。该系统是以PLC为核心,配以电动机、减速器、电磁推动器、机械手、电磁阀、变频器以及相应的机械装置,实现了污网清洗的整个全自动化过程。其工艺流程图如图1所示。
工作原理:该系统首先是在污水管道外面加了超导磁体,超导线圈通电后产生很强的磁场,将管道流过的污质吸附到网上,然后出水口的水平推网电磁铁通电逆水推动一个网宽的距离后复位,进水口处垂直推网电磁铁通电向上推网,然后机械手抓取污网由小电机带动提升,上面的旋转杆由主电机带动其旋转到洗网处,把污网放下清洗,把清洗好的干净网取出送到放网处放入管道的出水口处,如此反复运行,就实现了污网的自动清洗过程。在控制过程中,网的停放位置要求精确,本设计采用了限位开关来实现这一功能要求。
2.2 对控制系统的要求
(1)实现整个控制系统全过程的全自动化,同时,为了便于操作、调整以及应急处理,要求能实现各个环节的手动控制。
(2)实现取网和放网位置的精确控制。
(3)当系统中某一部分出现故障时,如电机和变频器主电路出现过流、过压,热继电器出现过热,速度异常(如发生堵转)等,应能及时跳闸和断电处理。
(4)实现系统内各个环节的安全联锁。
(5)因电机启动时,启动电流大,一般为其额定电流5~7倍,因此这么大启动电流会对其它设备造成危害,所以要减小启动电流以免损坏其它设备和误动作。
(6)实现速度自动调节和手动调节控制。
3 PLC控制系统硬件设计
3.1 PLC选型
根据设计的要求和输入输出信号的数量,本系统选用了由正航公司开发的一款性价比较高的国产A5系列的小型PLC,其CPU单元为A5-C4007AR:输入24V开关量,输出为继电器输出,输入电源AC220V,输出电源24VDC15W[4]。
3.2 硬件配置
系统硬件配置框图如图2,主要组成有:PLC包括CPU及I/O扩展单元,检测元件包括速度继电器、限位开关、水质传感器、热继电器及电流电压检测元件等,控制元件包括按钮、继电器等,执行元件包括电机、电磁推动器、电磁阀等,还有指示灯和报警器。
PLC自动循环扫描各个输入输出点的当前状态,并根据梯形图程序所确定的逻辑关系更新输出点的状态,通过通断交流接触器和继电器来控制电动机的启动、停止、反转以及调速等动作和机械手、电磁推动器以及电磁阀的动作,从而完成从取网、洗网以及放网的全过程的自动控制。
3.3 PLC的输入输出点地址的分配
自动清洗网系统由取、洗、放网等几部分组成,输入信号有:启、停、急停及复位按钮,手动自动切换按钮以及各种手动按钮,还有限位开关、传感器、热继电器和速度继电器等。输出信号有:电机启动、停止、反转和调速,清洗网出的电磁阀控制,机械手以及电磁推动器等。综合上述控制要求,并基于整个控制系总成本及备用点考虑,本设计选用输入32点、输出24点的PLC基本单元。根据上面选的A5系列的小型PLC,其CPU单元为A5-C4007AR,所以要另外增加一个扩展模块A5-DM1601CT(8开关量输入8晶体管输出)。PLC输入、输出点地址的分配如表1和表2所示。
4 PLC控制系统软件设计
控制系统软件由主程序和子程序组成。子程序包括主电机启、停、变速子程序,提升网的小电机启、停、变速子程序和手动操作子程序。
4.1 PLC的控制流程图
1)主程序控制流程图如图3所示。
2)对于电机启、停、变速子程序中,为了限制电机过大的启动电流,采用了三角形-星型启动,并且为了使启动转矩大,启动仍然采用工频启动,等启动后再把频率切换到指定的低频处。电机制动时,为了使电机尽快停下来,采用了反接制动方式,并根据速度继电器的输出信号来判断反接制动是否应该结束,由PLC来结束反接制动。
3)手动操作子程序是为了使操作者能单步操作各个环节,而且在自动控制系统前要手动使各个装置复位到原始位置。
4.2 PLC的梯形图设计
本系统自动控制是严格按生产工艺要求进行程序编制[5],程序设计采用扫描控制及步进移位,即一个过程执行完后,再去执行另外的,同时利用CPU分时性,每个过程既相对独立,又协调一致、相互关联,形成了污网清洗过程的自动控制。对本设计中控制程序的几点说明如下:
1)系统中各个部分的状态与网的流动密切相关,位置没到,网就不能进入管道或退出管道,容易被卡死。所以停机的状态要被记忆,程序中采用指令EU和置位(S)、复位(R),组成具有启、停、保持功能的程序,掉电后,各个状态均有掉电记忆功能,下一次开机后接着上一次掉电的一步运行。
2)推、取、放网各环节之间要具有互锁,一个工作,另外处于停止状态,程序中要有连锁保护功能,尤其是在电机启动控制中,各接触器之间更应具有这种功能。所以程序中使用了很多的互锁保护指令。
3)由于硬件都会有一点的延时,所以在设计软件时一定要考虑,本系统软件中在需要延时的地方都用定时器指令设定了延时时间。
4)主程序与子程序都有各自的复位指令,且主程序还有一个总的复位指令,既能对主程序复位,又能对三个子程序复位。
5 结束语
本文给出了以PLC为核心的高温超导磁分离污水处理中污网自动清洗控制系统,可以提高控制精度,且局部修改软件程序较为方便,使用灵活、系统可靠,控制程序可以随工艺流程的改变而改变,便于与上位机通讯,并提高了整个系统的自动化程度。另外系统可以再加一些外扩I/O模块,这样可以很方便的对系统进行规模扩展。
摘要：介绍了高温超导磁分离污水处理系统中污网的清洗过程,设计了基于PLC的污网的全自动清洗控制,提出了系统的控制要求,并通过软件的设计,很好满足了实际控制的要求。重点介绍了控制系统中的工艺流程、硬件配置以及PLC的输入输出点的地址分配和软件设计。同时对软件设计的特点做了详细的说明。
关键词：PLC,自动清洗,超导磁分离
参考文献
[1]苗得雨,周孝德,程文,等.中国环境污染现在分析及防治管理措施[J].水利科技与经济,2006,12(11):751-753.
[2]Yoshiyuki Kakihara,Tatsuo Fukunishi,Shinichi Takeda,et al.Superconducting High Gradient Magnetic Separation for Pu-rification of Wastewater From Paper Factory[J].IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY,2004,14(2):1565-1567.
[3]谭维瑜.电机与电气控制[M].北京:机械工业出版社,2003.
[4]李道霖.电气控制与PLC原理及应用(西门子系列)[M].北京:电子工业出版社,2004.
污水分离 篇5
目前,我国大部分油田已进入石油开采的中期和后期,原油含水率达85%—95%,有的油田甚至高达98%,而且乳化程度比较严重。油水分离后产生大量的含油污水,如不经处理直接排放,会对环境造成污染危害,严重时将威胁人民的生命安全,造成经济损失。
新型多杯等流型[1]油水分离器是通过降低液面的下降速度,来提高油水分离效果。该新型油水分离器已在大庆油田和辽河油田推广应用。而粗粒化技术[2,3]是近年来发展的一项含油污水处理技术。粗粒化技术本身并不会使含油污水中的含油量降低,只是会改变水中原油颗粒的粒径分布状况,使水中的小油粒变成大油粒,增大油滴上浮速度,从而大幅度地提高后续除油设施的除油效率。
本文主要针对多杯等流型油水分离器与粗粒化组合的分离效果进行分析、讨论。将粗粒化技术与多杯等流型油水分离器组合使用,多杯等流型油水分离器降低了液体的下降速度,而粗粒化技术明显地增大油滴粒径,提高了上浮速度,两者组合会达到最佳的分离效果,会明显的提高新型油水分离器的油水分离效果。运用马尔文激光粒度仪和分光光度计分别测定水样中的油滴粒径大小分布和含油量来进行油水分离效果的判断;分析比较多杯等流型油水分离器连接与不连接粗粒化装置时的油水分离效果,为现场油水分离实验提供可靠的科学依据。
1 粗粒化多杯等流型油水分离器的工作原理
多杯等流型油水分离器[4]是由中心管、沉降杯和定压洗井阀组成的。中心管上安装有多个沉降杯,中心管上在靠近每个沉降杯内侧底部的位置开数个进液孔,油水混合物只能通过沉降杯和中心进液孔才能进入中心管。进液孔的大小根据精确计算使得每个沉降杯进入中心管的液量相等,因此在每个沉降杯中的液体下降速度为:
式(1)中:V下—流经每个沉降杯中的液体下降速度;q—单个沉降杯中的液量;F环—内管与外管之间的环形面积;n—沉降杯的个数;Q—总液量。
对于某一油水混合物,其油滴上浮的速度V浮是确定的,要使油水混合物实现油和水的分离,必须使V下<V浮,而通过多个沉降杯分流可以将油水混合物的下降的速度V下减少到原来的1/n,以此实现水流V下<V浮(油滴的上浮速度),从而达到油水分离的效果。
粗粒化又称聚结,广义上是指通过某种或者几种复合的方法将互不相容的流体体系中的分散相颗粒由小变大的过程,通常为粗粒化及相应分离过程的总和。对于粒径100μm以上的油珠,容易静止分离,粒径小于50μm,特别是小于10μm以下的油珠几乎就不容易上浮分离。由斯托克斯公式[5]可知,,油珠上浮速度与油珠的直径的平方成正比,若使污水中较小粒径的油滴粒径都增大,则其可以克服阻力上浮,且上浮速度会明显增大,进而提高了油水分离效果。而粗粒化技术就有增大油滴粒径的功能。
本实验将针对多杯等流型油水分离器与重力场中的粗粒化技术———滤层粗粒化技术的组合来进行实验研究。滤层粗粒化技术[6]通过亲油滤料的渗流实现的粗粒化,是指含油污水通过一个装有具有一定厚度亲油疏水性滤层的装置,微小的油滴便在这种亲油疏水性材料的表面上润湿附着,并不断的聚结扩大,形成油膜。当增大到一定程度时,在由于重力和水里的冲动下,逐渐累积的油膜便从聚结材料表面剥落下来,小油滴变成大油滴,实现了粗粒化。
2 实验装置图
2.1 新型多杯等流型油水分离器实验装置图
图1为多杯等流型油水分离器实验装置图,装有气锚的罐中可以装多组气锚,每组气锚上装有多个沉降杯;装多组气锚的罐的体积为0.34 m3/d;来水是指油田污水处理站的来水。
2.2 粗粒化多杯等流型油水分离器实验装置图
此实验是在多杯等流型分离器的基础上与粗粒化装置组合进行实验研究的。在来水进入多杯等流型分离器前安装一个粗粒化装置,污水先进入粗粒化装置中进行粗粒化,然后在进入分离器中进行油水分离。实验装置图如图2所示,粗粒化装置中的滤料为亲油石英砂,滤层厚度为0.5 m。
3 油水分离效果分析及讨论
为了评价多杯等流型油水分离器连接粗粒化装置后的油水分离效果,先进行了多杯等流型油水分离器的分离效果实验研究。
3.1 多杯等流型油水分离器油水分离实验及结果
分析
在下列图中,大罐来水样指的是油田污水处理站的来水,未经过任何处理;处理后水样指的是经过试验装置处理后的污水;大罐处理后水样指的是经过沉降罐沉降处理后的水样。图中大罐来水样、大罐处理后水样与流量无关,图中流量仅表示该流量出现的时间为样品的取样时间。单杯流量=指来水总流量/(沉降杯个数×组数);分离器处理效率=(来水含油量-分离器后含油量)/来水含油量。
从图3、图4中可以看出,随着单杯流量的增大,处理后水样的含油量在增加。基本上当单杯流量大于0.6 m3/d时,处理效果已经不明显了,说明已达到分离器起效果时最大单杯流量。从图3中可以看出,在单杯流量较小时,处理效果明显。
图5和图6为分别为分离器前后的油滴粒径中值分布和最小10%粒径中值分布。从图中可以看出,粒径大小基本不随单杯流量变化而变化。分离器分离之后粒径变小,说明将大一点的油滴分离走了,但粒径减小幅度不大。
若以单杯流量0.6 m3/d计算,则装有285个沉降杯的新型油水分离器的总流量为171 m3/d,而罐的体积为0.34 m3/d;而现场实际生产的用罐体积为2 000 m3,处理量为17 000 m3/d;本试验用罐体积为0.34 m3,若与现场用罐按体积比例计算,其处理量应为2.89 m3/d。而在现在试验条件下,处理量可以达到171 m3/d,其处理效率是现场用大罐的59.2倍。可见,多杯等流型油水分离器的除油效果要比大罐处理效果好很多,而且可以大大的减少除油占地面积,达到节能降耗的目的。
3.2 粗粒化多杯等流型油水分离器油水分离实验及结果分析
实验装置图如图2所示。实验过程为:打开阀门1,关闭阀门2和3,来水先经过装有亲油滤料的粗粒化装置进行粗粒化,然后再进入新型油水分离器中进行油水分离。通过粗粒化装置、多杯等流型油水分离器前后的取样口取样,利用分光光度计、马尔文激光粒度分析仪分别进行含油量、油滴粒径分布的测定。
图7和图8为粗粒化装置与多杯等流型油水分离器组合的油水分离效果图,在单杯流量小于0.5m3/d时,大罐来水的含油量为(208～275)mg/L,粗粒化后含油量(495～912)mg/L,分离器处理后水样含油量为(18～56)mg/L,大罐处理后水样含油量为(168～170)mg/L,分离器后的污水中的含油量要小于大罐处理后的含油量,与大罐来水水样比较,分离器处理效率最高可达92.12%;单杯流量在(1～3)m3/d时,与大罐来水样相比,分离器处理效率最高可以达到71.9%;单杯流量在(0.5～1)m3/d时,分离器处理效率最高可以达到57.42%,分离器可以达到污水罐处理效果。当单杯流量大于2.5 m3/d时,分离器基本没有处理效果,证明此时已经达到了处理极限。当单杯流量(1.9～2.5)m3/d时,分离器处理效果基本可以达到大罐处理后效果。当单杯流量小于1.9 m3/d时,分离器处理效果要比大罐处理后效果要好。
图9、图10中为粗粒化装置与新型油水分离器组合后各个取样点处的油滴粒径分布,可以看出大罐来水经过粗粒化后,油滴的粒径中值以及最小10%粒径中值都明显变大,粗粒化装置起到了粗粒化的作用;含油污水经过粗粒化装置后含油量明显增大,经过分离器后含油量却变得很小,是因为粗粒化后的粒径变大的油滴进入新型油水分离器中上浮速度增大容易上浮出来,油水分离效果提高了。
以单杯流量2.5 m3/d计算,则装有285个沉降杯的新型油水分离器总流量为712.5 m3/d,而罐的体积为0.34 m3/d。而现场实际生产的用罐体积为2 000 m3,其处理量为17 000 m3/d;试验用罐体积为0.34 m3,若与现场用罐按体积比例相比,其处理量应为2.89 m3/d。而在现在试验条件下,处理量可以达到712.5 m3/d,其分离效率是现场用大罐的246.5倍。若以单杯流量1.9 m3/d计算,其分离效率是现场用大罐的187.4倍。
可见,新型油水分离器连接粗粒化装置后,其油水分离效率提高了,相对于现场的大罐比较,其整体占地面积少,而处理效率又高,达到节能降耗的目的。
3.3 连接粗粒化装置前后多杯等流型油水分离器分离效果对比
从图11中可以看出,滤层粗粒化装置与多杯等流型油水分离器的组合的分离效果要明显优于不连接粗粒化装置的分离器。其原因是从粗粒化装置出来的污水的油滴粒径明显变大,从而在一定程度上增大了油滴在水中的上浮速度。这样,与新型油水分离器组合使用,新型油水分离器降低了液体的下降速度,而粗粒化装置明显地增大油滴上浮速度,两者组合会达到最佳的分离效果。由此可见,新型油水分离器提高污水处理效率,连接处理化装置是很好的选择。
4 结论
1)新型油水分离器的单杯最大处理流量为0.6 m3/d,此时其处理量是污水罐处理量的59.2倍,占地面积少;
2)新型油水分离器与滤层粗粒化装置组合后,在小流量下,与来水样相比,分离器的处理效率最高可以达到92.12%;当单杯流量达到2.5 m3/d时,处理效果基本可以达到大罐处理后效果,此时分离效率是大罐的246.5倍;单杯流量达到1.9 m3/d时,分离器处理效果要比大罐处理后效果好,此时分离效率是大罐的187.4倍。
3)运用多杯等流型油水分离器进行含油污水,其整体占地面积少,而处理效率又高,达到节能降耗的目的。多杯等流型油水分离器连接滤层粗粒化装置后,其的处理效果要优于不与粗粒化装置连接时的分离效果,达到了提高油水分离效率的目的。
摘要：针对大庆油田产油高含水背景,为了提高油水分离效率、减少污水沉降罐的数目,达到节能降耗的目的,在多杯等流型油水分离器的基础上,与粗粒化技术相结合进行了油水分离实验研究。与未连接粗粒化的油水分离器分离效果进行了对比。实验结果表明:新型油水分离器连接粗粒化装置后的最高油水分离效率可以达到92.12%,最大处理效率是现场大罐的246.5倍。未连接粗粒化的新型油水分离器的处理效率是现场用大罐的59.2倍。使用粗粒化后可达到节能降耗的目的。
关键词：油水分离,粗粒化,多杯等流分离器,分离效率
参考文献
[1]韩洪升,张艳娟,孙晓宝.多杯等流型气锚对井下油水分离的效果.石油地质与工程,2007;21(1):80—52
[2]张敏,袁惠新.聚结分离过程的机理、方法及应用.过滤与分离,2003;13(1):44—46
[3]严应政.含油污水的处理.西北建筑工程学院学报,1997;2:45—47
[4]杨树人,汪岩,王春生,等.多杯等流型气锚的水力设计.大庆石油学院学报,2006;30(3):34—35
[5]吴玉琛.油田含油污水的粗粒化除油.工业水处,1986;6(5):41—42
污水分离 篇6
随着商品混凝土的需求量日渐增加, 生产及运输中产生大量废料、污水。以往生产企业都是经简单沉积后直接排放, 造成环境污染。随着绿色环保意识增强, 收集回收废料、污水, 加强保护环境愈发重要。通过安装砼清选分离机, 对混凝土车辆清洗废弃物进行回收处理, 并且配套废水回用系统, 可实现水资源及废料再利用回收再利用, 达到污水零排放要求。
2 使用范围
混凝土清洗分离机及污水循环回用系统适用于混凝土搅拌运输车及混凝土泵车等车辆的清洗, 及湿混凝土中沙子、石子的分离和回收再利用。全系统的清洗过程采用循环清洗, 水资源再利用度高, 减少或实现污水零排放, 解决废弃混凝土的污染问题
3 工艺原理
混凝土罐车注水清洗→清洗后的废水进入砂、石分离机→处理后分离出砂、石直接回收→含有粉煤灰的污水进入排水管路→经第一级沉淀池→第二沉淀池→第三沉淀池→清水池→通过泵站分别供混凝土罐车清洗及混凝土产生用水使用。
4 工艺流程 (见图1)
5 操作要点
(1) 污水回收工艺选择:根据清洗系统污水回收状况和生产用水要求优先采用沉降池回收泥灰, 该工艺占地少, 施工成本低, 运行维护方便。在短时间内完成泥浆分层沉降, 实现泥水分离。便于对沉淀泥浆搅拌输送回用于生产。
(2) 根据清洗废水量确定沉淀池的容积:每次清洗用水约2m3;按拥有混凝土车25辆, 每工作日须清洗2次。沉降池设为40m3, II级沉降, 可满足生产用水。设40m3澄清池、清水池各1个, 可满足清洗用水需求。该设计方案最小化的占用场地, 方便现场施工和后期的运行维护。便于对提升设备、管路、线缆及控制电器安装集控。
(3) 泥浆搅拌:根据我公司污水含泥量大, 阻性强的情况选用平叶式桨叶, 设计桨叶外径为750mm, 桨叶标高为90mm。水平130°倾角。采用额定功率5.5kg电机, 额定转速1440r/min, 速比1:43。运转时间3min, 间隔时间是5min。当配套调速功能后, 功率匹配效果明显。能适应不同水量的要求, 保证生产用泥浆的匀质及含泥灰量稳定。
6 配合比调整
每年车辆清洗中可分离粉煤灰:50kg/车*2次/天*330天*25辆=82500kg, 废水中含粉料2.5%, 每立方混凝土含分离粉煤灰:180kg*2.5%=4.5kg。
配合比调整:
(1) 配合比调整前:水泥300;粉煤灰80;砂790;石子1050;外加剂2.3%。
(2) 配合比调整后:水泥300;粉煤灰75;砂790;石子1050;外加剂2.3%。
污水搅拌器:设计选用平叶式浆板形状可适应本水体所需搅拌需要。水下浆液选用16锰钢制造, 既可满足耐磨及耐腐的要求。
电控系统采用施耐德电器元件, 所有控制模块集中于开关箱, 提高整机稳定性和可靠性, 全自动操作更易于控制和维护。选用欧姆龙PLC控制系统, 能实现人性化整机控制, 构成实现智能全自动控制, 故障显示和报警。
7 社会及经济效益分析
设定商混站平均日产商品混凝土1200 m3, 年产约40万m3计算, 通过该系统可年回收废砂石、泥灰16500吨, 循环使用废水33000吨, 实现污染零排放环保型企业的目标, 废弃物回收利用节约近100万元。根据商混生产工艺流程需要, 混凝土罐车每天至少清洗两次, 每次固弃物排放约1000kg, 每次清洗用水约2m3。。现公司有混凝土车25辆, 年实际生产天数约330天。目前各原材料市场价格:河沙115元/m3、石子每立方70元/m3、粉煤灰每吨160元/m3;
该系统投入使用后的节能、经济效果分析 (见表1)
结语
通过科学合理的工艺设计, 不仅解决了混凝土搅拌运输车及混凝土泵车等车辆的清洗, 及湿混凝土中沙子、石子分离和回收以便于再利用。实现水资源再利用, 污水零排放, 解决废弃混凝土污染问题。改善厂区环境, 实现废水、废料回收利用, 达到零排放环保型企业要求。
摘要：本文介绍了砼清洗分离机及污水循环回用系统在商混站的使用, 对该系统的使用范围, 工艺原理、流程, 操作要点, 配合比调整, 社会及经济效益分析进行了分析研究。
关键词：砼清洗分离机,废水回用系统,污水零排放
参考文献
污水分离 篇7
油田采出水是随原油一起从油层中开采出来, 又经原油初加工将原油脱除后而得到的液体废弃物。就其化学组成来看, 这部分废水不仅携带有原油, 而且在高温高压的油层中还溶进了地层中的一些盐类和气体;在采油过程中, 从地层中携带出许多固体悬浮物;在油气集输过程中, 还会掺进一些化学药剂;由于采出水中含有大量有机物, 又有适宜微生物生存的环境, 因此废水中还会繁殖大量的细菌。因此, 油田采出水是一种典型的多杂质共存的工业污水。
以前, 由于油田含油污水处理以后主要用于回注, 因此, 含油污水处理的主要目标污染物为油类物质和悬浮物。常规的油田含油污水处理方法主要是除油、砂滤, 采取的工艺流程一般为沉降-过滤-注水, 其中油水分离技术和过滤技术构成了常规处理流程的主体, 同时辅以防垢、缓蚀、杀菌等化学处理措施, 在去除油类物质的同时使污水中的固体悬浮物得到不同程度的去除, 因此, 对于油含量在1000mg/l以下、悬浮固体在300mg/l左右的含油污水, 经常规的分离与过滤技术处理后能达到中、高渗透率油层所需的注水水质要求[2]。但现阶段, 随着油田综合含水率的提高, 采油污水的产生量不断增加, 已超过了注水量的需求, 有一部分要排放到环境中。对于外排污水, 要达到GB8978-1996《污水综合排放标准》的要求, 这样就对处理后污水中的COD指标提出了更高的要求。可是, 现有设备和流程已明显不能满足油田中、低渗透率地层注水水质的要求, 从一定程度上制约着油田的“稳产, 上产”。这就给许多油田的采油污水处理提出了新的课题。
过滤与分离技术是处理油田含油污水过程中的最后一个环节, 其效果的好坏直接关系到出水水质是否能达到标准要求, 因此成为解决油田含油污水处理问题的一个关键环节。过滤与分离技术的发展既包括新型高效过滤分离设备的开发与设计, 又包括各种高效油水分离设备如水力漩流分离器的研制。我国各油田早期使用的过渡设备多为重力式下向流石英砂过滤器, 由于其过滤效率很低, 现已基本不使用。目前在各油田应用较广泛的过滤器有核桃壳过滤器、双层滤料过滤器、多层滤料过滤器[3]及双向过滤器[4], 大多为压力式。国内外研究开发出一些高效除油、过滤设备, 如液-液旋流分离器、超精细过滤器、横向流过滤技术等, 在油田应用后效果非常明显, 并愈来愈引起国内外的普遍重视。下面主要介绍几种高效的、先进的过滤与分离技术。
1 液-液漩流分离技术
1.1 液-液漩流分离技术简介
目前, 含油污水的处理方法多种多样, 有物理法、物理化学法、生化法等[5]。各种方法有其独到的优势及不足, 因此通常分别应用在不同场合处理不同的对象。从表1中可以看到, 漩流器能有效去除水中的浮油、分散油, 而且体积小、质量轻、分离效率高、工作可靠、停留时间短等特点, 液-液分离用水力旋流器可用于分离油水密度差大于50kg/m3、油粒粒径大于5μm的含油污水[6]。到1992年, 美国Conoco公司生产地300多套漩流器, 就应用到18个国家, 处理能力达到5.3×104m3/h。目前我国已有9%的油田采出水用水力旋流器进行处理, 它正在成为油田污水除油的一种常用设备[7]。
漩流分离技术在油水分离中可用于油污水去油和含水油脱水, 被认为是一种高效节能型分离技术, 它具有如下优点[8]:结构简单, 成本低, 能耗低, 无需任何帮助分离的介质;安装灵活方便, 可以在任何角度安装;工作连续、可靠, 操作维护方便, 一旦设计、调定好, 就可以自动、稳定的工作;效率高, 适应性好, 并联可增加生产能力, 串联可提高产品质量;操作温度及压力不受限制, 仅决定于漩流器的结构材料。
但是漩流分离也有不足之处: (1) 由于漩流器内的流体的流动产生一定的剪切作用, 如果参数设计不当, 容易将液滴打碎乳化而恶化分离效果。 (2) 通用性差。处理不同性质的物料往往需要不同结构尺寸或操作条件的漩流器。不同油田的油水混合物往往有不同的物性, 因此, 用于不同油田的漩流器往往不能互换使用。 (3) 它对于乳化油的去除效果差。
1.2 国内应用研究现状
早在1993年石油大学与九江石油化工厂联合开发的XLQ25B型漩流分离器于1999年通过了中石化集团公司组织的鉴定。河南油田自1993年以局级立项形式开展液-液旋流技术研究以来, 先后在结构选型研究、旋流管外特性研究、旋流管内流场研究、旋流分离过程的数值模拟研究等方面取得了较大的突破, 并开展了现场单管旋流器的考核试验, 使这项研究逐步走向系统化、正规化, 目前正着手把初步的研究成果转向产品化。而江汉机械研究所、航天部沈阳新阳河南江汉机械研究所、航天部沈阳新阳机器公司、胜利油田等几家单位已经开发出液-液漩流产品, 并推广到国内的大庆、胜利、长庆油田等, 如下是国内部分在用漩流器的应用情况[9]。
从表中不难看出, 国内用的液-液漩流器在一些地方取得了在一些地方取得了很好的应用效果, 而在其它地方, 液—液旋流器出口水中含油指标远远超出产品所提交的技术标准。这些都说明, 液—液旋流器在理论与实践方面存在着严重脱节。总体来说, 国内在此方面起步较晚, 人员、条件及组织形式比较松散。其研究对象目前主要集中在静态液-液漩流分离技术方面, 研究方法则表现为对Southampton大学F型漩流管的仿制和对其外特性的现场宏观测试上, 研究的深度与水平都有待进一步提高[10]。
1.3 未来研究发展趋势
如果要在液—液旋流设备的应用中得到好的使用效果, 除了在介质特性、设备特性、操作特性及加工安装等方面进行研究之外, 还要对系统进行统盘的设计。开发低阻高效的新设备是液—液旋流技术研究的主要方向。
研究新型的漩流管:自1968年英国南安普吨大学研究的A型旋流管问世以来, 经8年的研究攻关, 在参数优化和结构改进方面取得了连续的进展, 相继推出了BCDEF型旋流管结构, 近期又研制成功了G型和K型旋流管。尤其是80年代, 旋流管出现了多种多样的结构形式, 由早期的双锥形旋流器发展出单锥形旋流器、放大水出口水力旋流器、弯尾式水力旋流器、加设第三低密相出口的水力旋流器和动态水力旋流器等变形结构, 这些工作的主要目的是在低阻高效方面取得新的突破。
(2) 加强对动态液-液漩流分离技术的研究:国外开展的动态与静态水力旋流器的对比研究表明, 动态水力旋流器的除油效率更高, 对小于15μm的油滴, 其脱除效果更加显著, 下图是[11]两种旋流器分离性能的对比。在能耗方面, 最大流量为11.355m3/h的静态旋流器, 所需泵的驱动功率最高为15.67kW, 而动态水力旋流器只需8.952kW的电机, 就可满足额定设计处理量15.897m3/h的需要。如果以我国年产原油1.4×108t, 综合含水平均86%计算, 则处理的污水量约为8.6×108t, 对小于15μm的油滴, 其脱除效果更加显著。
2 膜分离技术处理采油污水
膜分离技术[12]是利用膜的选择透过性进行分离和提纯的技术。当采油污水中油粒子粒径为微米量级时, 可用机械方法进行前处理。膜法处理可根据废水中油粒子的大小, 合理地确定膜截留分子量, 且处理过程中一般无相的变化, 常温下操作, 有高效、节能、投资少、污染小的特点。常应用于采油污水处理的5种膜分离技术为反渗透 (RO) 、超滤 (UF) 、微滤 (MF) 、电渗析 (ED) 和纳滤 (NF) 。
膜分离技术已对传统的分离技术产生了冲击。据引, ACHEMA展览会报道, 近年来发展最快的过滤与分离技术就是膜分离。膜分离技术的发展, 首先体现在膜制造技术的高速发展, 国外现已开发出了多孔微孔无机陶瓷膜、空心纤维膜、金属材倒膜、无孔均匀膜、吸附扩散膜和液膜等工业用膜结构;同时开发出一系列有机聚合材料, 如聚乙烯、聚丙烯、聚酞胺、聚矾、聚丙烯睛等;同时还有将上述两者结合起来的复合膜。
2.1 超滤膜的研究应用现状
超滤膜法应用于处理乳化油废水的历史已有20多年。早在1979年, 在西德已有超过250个超滤膜也理设备被应用于浓缩乳化油, 每套设备处理含油乳状液的能力是l-20m3/d。所用膜组件为管式、卷式和板框式。1989年, 膜生产单位已能够提供处理乳化液废水的系列膜设备, 对乳化油废水配处理能力为20-250L/h。目前, 上海宝钢采用AbCor公司的管状膜的大型超滤设备来处理乳化油废水。中科院生态环境研究中心等单位进行了超滤法处理含油污水研究, 取得了满意的效果果[13]。现场采用9根直径7.62cm超滤组件的聚砜中空纤维式超滤器, 膜面积约22m2, 可将含油量100～1000mg/L的污水处理至10mg/L以下。1997年张玉忠[14]等将自行研制的MTB-I型耐温中空纤维膜与MTB-IV型加拿大的中空纤维膜的处理效果进行了对比, 发现这种超滤膜在处理经过预处理的含油量低的污水较为理想, 而对未经处理的含油率高的污水处理效果较好, 与国外产品还存在一定的差距。王静荣等[15]采用不同材料的中空纤维超滤膜对油田含油污水进行了处理并确定了适宜的操作条件:温度55度以上, 进口压力0.16Mpa, 出口压力为0.08Mpa, 含油水水通量可达15-25ml.cm-2.h-1, 1998年天津纺织工学院研制的聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜[16], 可用于含油回注水的深度处理, 此膜精度1微米, 高于PE管精度2微米, 而且比聚砜超滤膜的超滤器价格便宜, 可以选择全自动操作, 但是膜组件通量衰减较快。尹赐禹等[17]也利用HPL型板框式超滤器, 配用PSF超滤膜将含油污水的含油量由500-6000mg/l降至100mg/l以下, 油分截留率大于99%、对COD截留率大于90%。
近年来各式各样的膜材料如雨后春笋般层出不穷, 李永发等[18]利用磺化聚砜膜处理油田含油污水取得了良好的效果。谷玉洪等[19]利用陶瓷微滤膜对油田采出水进行了处理, 处理后水含油<3mg/l, 悬浮物含量<1mg/L, 效果非常好, 但是其制造成本, 运行费用高、膜的污染问题还没有得到很好的解决, 但是勿庸置疑, 陶瓷膜处理含油污水具有广阔的发展应用前景, 总之超滤法处理含油污水有二个问题需要解决:其一是超滤膜组件耐温问题, 料液温度一般为65-90度, 其二超滤组件使用寿命, 既膜的清洗方法。
2.2 膜器的研究进展状况
除了对过滤膜材料的研究, 进行新型膜器的研究也是提高过滤效率的有效途径。国内外开展了大量对新型膜器的研究, 传统的静态十字流膜滤技术存在的最大问题是通量小、浓差极化和膜污染, 需要改进[20,21,22]。一般采用3种方式强化静态十字流膜滤[23]:改变流动状态或设置流道障碍、利用膜运动施加离心力、外加场力, 其中后两种方式是目前研究的热点。
P.F.Levy等[24]对比了旋转管式膜滤与静态十字流膜滤的效果, 指出前者在分离过程中具有后者无法相比的优越性。G.Belfort、R.M.Lueptow、赵飞虎和杨柳等[25,26,27,28]通过试验认为:悬浮液以一定速度流经环隙时, 由于Taylor涡的作用, 料液在过滤室内停留的时间得以延长, 使过滤过程更加充分, 且高速剪切流动产生的旋转剪切力对消除颗粒在膜表面的沉积、减弱浓度极化起到积极作用。与此同时, 环隙间轴向流的剪切力和颗粒所受离心力也使得颗粒不易在膜表面沉积, 有效防止了滤饼层的形成。因此, 旋转管式膜器在形成Taylor涡后有利于过滤分离过程, 实践上应予高度重视。T.Murase[29]等研究了旋转管式膜滤处理含油污水, 但由于膜器设计问题较多, 效果不很理想。近年来, 发展了膜生物反应器污水处理技术[30], 它是将膜分离技术中的超滤组件与污水生物处理工程中的生物反应器相互结合而成的新型技术。这种技术综合了膜分离和生物处理技术带来的优点, 它高效、低能耗倍受国内外专家学者的重视, 是一种发展前景较好的含油污水处理系统。针对油田污水难以深度处理的难题, 研制一种多强化方式的新型膜滤设备, 建立相应的过滤理论模型, 探讨分离机理, 具有较大的理论价值和实践意义。
近年来, 虽然越来越多的膜分离技术开始用于油田采出水处理。膜分离技术具有精度高、易实现自控化的优点, 但限于现行工艺和资金原因, 目前大型工业化规模使用的条件还不成熟。膜分离法的关键是寻找高效高渗透性膜和提高处理量, 这两方面目前都存在许多问题。随着国内外对膜法处理油田采出水的研究的重视和深入, 以及膜材料的不断更新, 膜成本的逐渐降低, 膜分离技术用于油田采出水的处理将成为未来的重要发展方向。
3 其他过滤器与过滤罐的研究进展
常见的颗粒介质过滤技术有多层滤料过滤技术、双向过滤技术、移动床过滤技术等, 该技术出水水质好, 设备投资小, 操作方便但是反冲洗操作要求高。美国NATCO公司生产的双向过滤器具有过滤速度高、处理水质好、自动化程度高等特点, 但该设备主要用在处理地面水和地下水中的悬浮物。
单层滤料罐在反冲洗过程中受水力分级影响, 形成上细下粗分布, 使过滤阻力增大, 滤床穿透深度减小, 而且易发生水的脱气, 造成滤料板结, 缩短过滤周期, 引起滤料流失。双层滤料过滤器是一种新型高效、低耗的水处理过滤设备, 与常规过滤技术相比, 具有滤速高、处理水质好、自耗水量小、运行费用低, 自动化程度高等特点。任彦中等[31]利用双向过滤技术对大庆油田的含油污水进行了处理, 不但出水水质达到了要求, 而且工程投资节省率为51%, 钢材节省率为51%。虽然双层滤料罐克服了单滤料罐的某些缺点, 但是净化水质仍不能实现稳定达标。张国华等[32]人最近研究了三滤料罐, 并对中原油田含油污水进行了处理, 出水水质好, 而且减少了水头损失, 避免了气泡在反冲洗状态下对滤层的搅动, 保护了滤层表面, 减少了滤料流失。
欧美国家把能够滤除98%以上的≤2μm固体颗粒的装置称为精细过滤器。近年来在国内低渗透油田注入水处理中研究和应用的精细过滤器, 主要涉及双滤料过滤器、纤维球过滤器、微孔管过滤器、中空纤维过滤器、滤芯过滤器、陶瓷膜过滤器[33]等。伍远平等[34]研制开发了TCLW15-0.6型含油污水超精细过滤器, 在江汉油田沙27注水站取得良好实验效果。李淑华等[35]研制了改性纤维球过滤器 (分为压紧式和非压紧式) , 适用于聚驱油田含油污水深度处理, 出水达到低渗透层注水水质标准。
在这些技术和设备中, 有机材料制成的微孔管过滤器、滤芯过滤器及中空纤维过滤器, 因不可再生或材料承受污物能力有限, 其应用前景并不乐观。纤维球深床过滤器, 由于在过滤时可以形成上大下小的理想滤料孔隙分布, 纳污能力大、去除悬浮物效果好, 在一些低渗透油田已有应用, 只是滤料亲油性带来的反冲洗较难的问题亟待解决。金属网滤芯过滤器采用永久滤芯, 从而避免了滤芯的更换费用, 但不宜在特高矿化度含量的油田含油污水精细过滤中应用。陶瓷膜亲水不亲油、不易被污染、再生周期和使用寿命长, 且陶瓷膜耐高温, 耐稀酸、稀碱, 可用水蒸汽、酸液、碱液进行较为彻底的再生[36], 谷玉洪等[19]利用陶瓷微滤膜对油田采出水的处理取得了良好的效果, 陶瓷膜过滤技术有望在油田含油污水处理中得到广泛的应用。
4 过滤分离技术的展望
过滤分离技术研究的成果, 集中在研制出满足流体系统发展需要的各种过滤器和过滤装置, 以净化流体系统, 保证其正常工作。发达国家早已高度重视这一领域的开拓, 投入大量的人力、物力和财力, 形成了基础研究与应用技术相配套的具有相当规模的工业门类。除了有为航天、航空配套生产各种过滤器的公司, 还为工业设备、医药卫生、饮食行业等研制各种高档过滤器和过滤装置。他们拥有强大的科研生产手段, 领导若过滤器生产的技术发展。他们的产品遍及全世界。此外美国还有万余家为各种工程机械和各型汽车研制生产过滤器, 年产量都在数千万件以上。由此可见, 过滤器行业的发展前景十分广阔, 社会需求十分巨大同技术发达国家相比, 在这一领域我国的差距甚远.我们还没有建立起一整套过滤分离技术的科研生产体系;在大学或研究所里还没有开设这个专业, 对其进行理论研究;过滤材料还没有列入研制计划;技术标准、制作工艺、测试设备和质量控制等均不完善、不配套。未来的研究方向主要集中在以下几个方面:
4.1 过滤材料的研究
过滤是处理油田含油污水的最后一个环节, 直接关系到水质是否达标。而过滤的有效性主要取决于滤材的性能。因此, 滤材研究主产是过滤分离技术发展应用的关键。
发达的工业国家都有许多滤材生产厂家生产各种滤材供选用。一些著名的过滤器公司都建立了自己的滤材生产研究机构, 并以此作为生存、发展利竞争的手段。可以说过滤器行业的发展与竞争, 主要是滤材的发展与竟争。
4.2 对过滤器结构设计的研究
30多年来, 我们对过滤器结构设计从按国外原文复制, 按样品测绘仿制到自行设计, 已经是一个飞跃。但是为了适应科学技术的飞速发展, 开展预先研制、型号研制, 不断推出供用户选用的优质, 廉价、适用的新型产品, 并使之标准化、规范化、系列化, 这将是这个行业兴旺发达的必由之路。