海上油气集输-污水处理系统ppt课件 117页

油气集输工艺----水处理系统\n目录第一节污水处理工艺流程第二节沉降处理第三节除油第四节过滤第五节深度净化\n第一节污水处理工艺流程\n1、海上油气生产污水来源一、概述工艺流程中的生产污水（地层水）水源井水：油井作业开排系统中汇集的脏水雨水甲板积聚水污水来源\n2、含油污水的水质分散油：油珠直径较大，为10~100μm易于从污水中分离出来被除去。乳化油：在污水中分散的粒径很小，为0.1~10μm，属于“O/W”水包油型乳状液。溶解油：直径小于0.1μm。由于在水中的溶解度很小，为5~15mg/L，这部分油是不容易除去的。离子：阳离子常见的有Ca2+，Mg2+、Ba2+、Sr2+等，阴离子有CO32-、Cl-、SO42-等。一旦污水所处的物理条件（温度、压力等）发生变化或化学成分发生变化，均可能引起结垢。有害气体：O2、CO2、H2S等，其中氧是很强的氧化剂，它易使而价铁离子氧化成三价铁离子，从而形成沉淀。CO2能与铁反应生成碳酸铁Fe2(CO3)3沉淀，H2S与铁反应则生成腐蚀产物——黑色的硫化亚铁。细菌：硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌。这些细菌均能引起对污水处理、回注设备及管汇的腐蚀和堵塞。污油泥：对于出沙油田存在。一、概述\n一、概述2、含油污水处理的目的及要求1）目的：达到排放或/和回注标准，同时应考虑防止系统内腐蚀。2）水质要求：污水排放水质要求：渤海海域要求平均污水排海含油不大于30ppm，一次性最大不超过50ppm；南海海域为平均污水排海含油不大于50ppm，一次性排海不超过75ppm。污水回注指标：埕北油田项目指标项目指标悬浮固体颗粒含量，mg/L≤5滤膜系数>10含油，mg/L≤30颗粒分布D≤5μm,P≥80%溶解氧，mg/L≤0.5SRB,个/ml≤104总铁，mg/L≤0.5TGB,个/ml≤103硫化物，mg/L≤10\n一、概述秦皇岛32-6的污水回注指标：含油量<30ppm；总铁含量≤0.5mg/L；TGB<104pc/ml、SRB<25pc/ml；硫化物含量≤2mg/L；溶解氧≤0.1mg/L；悬浮固体颗粒含量≤5mg/L，粒径≤4µm；平均腐蚀率≤0.076mm/a。3、COD污水处理指标工业废水中含有大量有机物和无机物，在生物和化学反应过程中，消耗了水中的氧气，这种耗氧指标叫BOD(BiochemicalOxygenDemand)即生化需氧量。COD(ChemicalOxygenDemand)即化学需氧量，同样反映水中物质耗氧情况，且由于COD测试的方法只需要几个小时，所以往往应用COD指标来控制污水指标。BOD和COD测试方法，可依照国家标准执行：GB11914-89（200）\n二、污水处理的方法处理方法特点沉降法靠原油颗粒和悬浮杂质与污水的密度差实现油水渣的自然分离，主要用于除去浮油及部分颗粒直径较大的分散油及杂质混凝法在污水中加入混凝剂，把小油粒聚集成大油粒，加快油水分离速度，可除去颗粒较小的部分散油气浮法向污水中加入气体，使污水中的乳化油或细小的固体颗粒附着在气泡上，随气泡上浮到水面，实现油水分离过滤法用石英砂、无烟煤、滤芯或其他滤料过滤污水除去小颗粒油粒及悬浮物生物处理法靠微生物来氧化分解有机物，达到降解有机物及油类的目的漩流器法高速旋转重力分离，脱出水中含油\n1、沉降法：用于除去浮油及部分颗粒直径较大的分散油。由于水中油珠相对密度小而上浮，水下沉，油与水就分离开来。油珠上浮速度公式：式中W—油珠上升速度，m／s；—污水中油珠上浮速度降低系数，取=0.95；—分别为污水与油的密度，kg/m3；g—重力加速度，m/s2；—油珠直径，m；—污水的动力粘度系数，kg/(m﹒s)—考虑水流不均匀、紊流等因素的修正系数，一般取=1.35~1.50。根据该速度就能大致确定污水沉降罐的沉降速度V，即沉降速度V不能大于或等于油珠上浮速度W，否则油珠就将浮不上来，而被水带到水管中去，或是油珠在水中悬浮着。沉降法能除去直径较大的油珠。沉降法除油一般在沉降罐、沉降舱等中进行。二、污水处理的方法\n二、污水处理的方法2、混凝法：向污水中加入化学混凝剂（反向破乳剂）使乳化液破乳，使油颗粒发生凝聚，油珠变大，上浮速度加快。3、气浮法：向污水中通入或在污水中产生微细气泡，使污水中的乳化油或细小的固体颗粒附在空气泡上，随气泡一起上浮到水面，然后采用机械的方法撇除，达到油水分离的目的。气浮法按采用的供气方式不同又可分为以下几种方法：\n二、污水处理的方法1）溶气气浮：使气体在一定压力下溶于含油污水中，并达到饱和状态，然后再突然减压，使溶于水中的气体以微小气泡的形式从水中逸出的气浮。2）电解凝聚气浮法：是把含有电解质的污水作为被电解的介质，在污水中通入电流，利用通电过程的氧化,还原反应使其被电解形成微小气泡，进而利用气泡上浮作用完成气浮分离。这种方法不仅能使污水中的微小固体颗粒和乳化油得到净化，而且对水中的一些金属离子和有机物也有净化作用。\n3）机械碎细气浮法：是海上油田应用较广泛的方法，是采用机械混合的方法把气泡分散于水中。叶轮式气浮法：在叶轮式气浮装置的运行中，污水流入水箱，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，于是装叶轮的立管形成了真空，使气从水层上的气顶进入立管，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微细气泡。气泡在上浮过程中，附着到油珠和固体颗粒上。气泡通过水面冒出，油和固体留在水面，形成的泡沫不断地被缓慢旋转的刮板刮出槽外，气体又开始循环。喷嘴式气浮法：喷嘴式气浮装置的结构与叶轮式气浮装置类似，多有四个串联一起的气浮室。喷嘴式气浮法的基本原理是利用水喷射泵，将含油污水作为喷射流体，当污水从喷嘴以高速喷出时，在喷嘴处形成低压区，造成真空，空气就被吸入到吸入室。喷嘴式气浮要求有0.2MPa以上的压力，当高速的污水流入混合段时，同时将吸入的空气带入混合段，并将空气剪切成微小气泡。在混合段，气泡与水相互混合，经扩散段进入浮选池。在气浮室，微小气泡上浮并逸出水面，同时将乳化油带至水面加以去除。在喷嘴式气浮污水处理中，喷嘴的位置直接影响除油效果，喷嘴入水较深为好。另外，喷嘴与气浮室之间要有一段较长的管道，使水和气有充分接触混合的时间，增加溶气量，提高气浮效率。二、污水处理的方法\n二、污水处理的方法\n4）各种气浮法的特点与油田污水的其它处理方法比较，气浮法具有停留时间短，处理速度快、除油效率高和占地面积小等优点，适于海上油田污水处理。各种气浮法各有其优缺点，气浮方法的选用要根据处理量、来水特点、出水水质要求、操作条件、动力消耗等进行综合分析比较，选用较适合的气浮污水净化方法。机械碎细气浮法是在油田污水处理中应用最广泛的气浮污水净化方法。机械碎细气浮法是晚于溶气气浮法出现，但其应用是远比溶气气浮法更加广泛、高效的污水处理工艺：(a)喷嘴式气浮法除油效率高，电耗低，结构紧凑占地面积少，但对循环水的压力、水质和动力等运行条件要求较高，适于污水处理量小，水质要求不高、运行条件好的情况下采用。(b)叶轮式气浮法溶气量大，溶气率都在600%以上；停留时间短，仅为4~5min；除油效率高；造价低，四级叶轮式气浮装置的除油效率相当于或高于单级溶气气浮装置，而其造价仅为前者的60%；适于处理不同含油量的油田污水，但是入口含油量要求不能大于2000mg/L。叶轮式气浮法是现在国内外应用最广泛的油田污水处理工艺。油田污水气浮处理工艺要与其它污水处理方法结合采用，如气浮助剂、混凝剂和发泡剂等可以大大提高气浮法的效率。二、污水处理的方法\n4、过滤法：通过滤料床的物理和化学作用来除去污水中的微小悬浮物和油珠及被杀菌剂杀死的细菌及藻类等。过滤法是一种用于含油污水深度处理的方法。污水经过自然沉降除油，气浮分离，混凝沉降后，再经过滤进一步处理，就可达到污水排放或回注油层的标准。作用机理：一方面是通过滤料的机械筛滤作用，把悬浮固体、油珠及细菌及藻类等截留到滤料表面，或转到先前被截留在滤料内的絮凝体表面；另一方面，通过滤料的电化学特性把悬浮固体颗粒、油珠及细菌藻类等吸附在滤料的表面上。滤料：滤料的粒径、级配、厚度对过滤效果有直接影响。滤料的级配是指不同粒径的滤料所占的比例，适当的滤料级配是取得良好的过滤效果的前提。滤料的种类很多，以石英砂应用最广泛，常用的还有无烟煤、石榴石、磁铁矿、聚苯乙烯球粒、陶粒、核桃壳等。对滤料的选材有下列要求：①具有足够的机械强度，在反冲洗时不产生严重的磨损和破碎现象；②具有稳定的化学性质，不与水发生化学反应；③具有一定的颗粒和适当的孔隙度。滤料的处理：当过滤装置工作一定时间后，滤料的孔隙会被油粒和杂质所堵塞，这时污水通过滤料的水头损失大大增加，因此需要对滤料层进行反冲洗，以恢复滤料层的工作能力。二、污水处理的方法\n5、生物处理法：用微生物氧化分解有机物这种作用来处理污水的方法就叫做生物处理法。目前生物处理法主要用来处理污水溶解的有机污染物和胶体的有机污染物。在处理含油污水时，如果要求排放标准很高则可用生物处理法进行深度处理。生物处理法与化学法相比，具有经济、高效等优点。生物处理法有好气生物处理法和厌气生物处理法两种。生物处理法对被处理的污水水质有以下的具体要求：①水的pH值：对于好气生物处理，要求水的pH值在6~9之间。对于厌气生物处理，水的pH值在6.5~7.5之间。②污水温度：温度也是一个主要因素。对大多数微生物来讲，适宜的温度在20~40℃。③养料：微生物生长繁殖除需要碳水化合物作为食料外，还需要一些无机元素如氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁等，因此用生物法处理含油污水时，需投加适量的营养物。④有害物质：污水中不能含有过多的有害物质，如酚、甲醛、氰化物、硫化物以及铜、锌、铬离子等。用生物法处理含油污水时，首先需对微生物进行驯化，使其能适应含油污水的环境。二、污水处理的方法\n6.水力旋流器法：水力旋流器进行污水处理，是让含油污水在一个圆锥筒内高速旋转，由于油水密度不同，密度大的水受离心力的作用甩向圆锥筒筒壁，而密度稍小的油滴则被挤向筒的中心，因此油和水可以从不同的出口分别流出，达到使含油污水脱油的目的。二、污水处理的方法\n水利旋流法的影响因素：油水密度差油滴尺寸粘度温度进口含油量进口流量二、污水处理的方法\n二、污水处理的方法油田处理设备设计参数实际操作参数处理效果处理量台数×104bbl/d压力psi温度℃处理量台数×104bbl/d压力psi温度℃水中含油量mg/L惠州26-1水力旋流器2×79.220～34惠州32-3水力旋流器1×61×4.22401206.810～27陆丰13-1水力旋流器1×61×52401206.410～37西江24-3西江30-2水力旋流器2×3.7230932.614～41流花11-1水力旋流器6×524012014.639～47陆丰22-1水力旋流器3×42901257.518～32南海东部油田水动力旋流器污水处理统计表\n1、典型流程污水处理工艺流程，可以理解为用管线、泵等将所选的含油污水处理装置连接到一起，含油污水通过逐级处理脱除含油污水中的有害物质。这种管线、泵等及含油污水处理装置的组合，就是含油污水处理流程。三、污水处理流程污水沉降舱斜板隔油器水利旋流器加气浮选器过滤器净化水缓冲罐\n2、目前海上油田所采用的污水处理流程实例三、污水处理流程\n埕北油田污水处理流程聚结器入口前加入絮凝剂，在聚结器中，通过絮凝和重力分离。三、污水处理流程\n三、污水处理流程含油（ppm）聚结器浮选器过滤器备注入口设计<3000<100<10实际含油选用处理量为3600方/天实际<3000100-30030-50出口设计<100<10<5实际100-30030-5015-30埕北油田污水处理参数\n三、污水处理流程秦皇岛32-6油田污水处理流程\n三、污水处理流程\nFPSO并靠外输三、污水处理流程开式生化处理流程图\n3、污水处理流程的日常监控操作人员要严格按照生产水处理系统巡回捡查路线图和规定巡捡，防止出现设备漏捡，对各单机设备按照单机设备的正常监控程序执行。监控生产水处理系统各设备的动态变化和运行状态，确保压力、液位、温度、流量及收油情况等正常。随时进行流程动态分析，发现问题早处理、早反馈，防止不必要的生产事故。通过听、看、闻、摸分析设备的运转状态，确保各种泵类的运行状态和相关的压力、流量、振动、电流、电压等参数的变化正常。发现问题及时处理、反映。实施监测处理流程中各设备进出口的水质状况，必要时进行化验，确保水质合格。对各处理设备的进出口水质的含油情况每天化验一次，对排海或注水的出口按照要求进行化验。生产水处理系统各种报警信号的确认和处理。操作人员在日常巡检过程中，对生产水处理系统相关的设备进行油气泄漏检查，严防跑、冒、漏、滴现象的发生。现场操作人员定期对生产说处理系统现场仪表进行排液，防止由于管线集液冷凝、冻结导致仪表控制失灵，造成恶性生产事故。现场操作人员定期对生产水处理系统的电伴热系统进行检查（冬季）。三、污水处理流程\n第二节沉降处理\n一、混凝机理1、混凝的概念：指“凝聚”和“絮凝”过程。凝聚：一般认为水中胶体失去稳定性，即“脱稳”的过程称为“凝聚”；絮凝：而脱稳胶体中粒子及微小悬浮物聚集的过程称为“絮凝”。2、混凝剂1）混凝剂的定义、性能污水中的固体悬浮物、胶体颗粒可用混凝剂除去。能使水中固体悬浮物形成絮凝物而下沉的物质叫混凝剂。由于固体悬浮颗粒表面带负电荷，互相排斥，所以不易聚结下沉。混凝剂的作用：一是中和固体悬浮颗粒表面负电荷；另一个使使失去负电荷的固体悬浮颗粒迅速聚结下沉。起前一个作用的化学药剂为凝聚剂，起后一个作用的化学药剂为絮凝剂。\n2）凝聚剂：定义：凝聚剂主要为无机阳离子聚合物，如羟基铝、羟基铁和羟基镐。此外还有铁盐和铝盐，如三氯化铁、硫酸铝等。哲学无机盐及其聚合物都可发生水解作用，产生多核羟桥络离子，中和水中固体悬浮颗粒表面的负电荷。应用：无机盐凝聚剂中，铁盐和铝盐应用最为广泛。铁盐适用的pH值范围广，形成的矾花大，比重大，沉降快，且不受水温影响，净化效果较好。铝盐形成的矾花小，比重轻，沉降慢，适应的pH值范围小。药剂：无机盐阳离子聚合物凝聚剂，如聚合铝（PAC），聚合铁是一类具有发展前途的凝聚剂，对水质的适应性强，使用的pH值范围广，形成矾花大，形成速度快，沉积快，投量少，净化效果好，且不受水温影响。3）絮凝剂：主要是有机非离子型＆阴离子型的水溶性聚合物。如聚丙烯酰胺、聚乙二醇、羧甲（乙）基淀粉、羧乙基纤维素等。有机高分子助凝剂都是线性聚合物，具有巨大的线性分子结构，每个分子上有多个链节，可以通过吸附作用二桥接在水中的固体颗粒表面，使它们聚结在一起而迅速下沉。一、混凝机理\n2）混凝剂的净化机理污水中物质存在形态①悬浮状态：处于悬浮状态的粒子，直径大于1μm。如泥沙颗粒，分散油滴、细菌（SRBTGB）等。②胶体状态：处于胶体状态的粒子直径为1～0.1μm之间。这些粒子的性能完全服从于胶体的性质规律。如粘土微粒、土壤腐殖质、乳化油、金属氢氧化物等。③溶解状态：处于此状态的离子直径小于0.1μm，就是所谓的真溶液，以离子或分子状态存在于水中。如溶解性气体（H2S、CO2、O2）、有机物和溶解性无机盐等。混凝净化机理：以上三种状态的粒子，以分子状态存在的溶液，不影响水质，而以悬浮状态存在的悬浮物溶液容易处理，最难处理的是胶体。胶体溶液十分稳定，它在水中作无规则布朗运动，胶体颗粒的自身重力已不起作用。同时，胶体颗粒本身还带有同种电荷，相互排斥，要使胶体颗粒相互凝聚成大颗粒而沉降，必须中和其表面电荷，使胶体成为中性。因此就必须用混凝剂将它们凝聚成大颗粒，利用沉降或浮选法将其去除。一、混凝机理\n3、混凝剂对水中胶体颗粒的混凝作用：电性中和、吸附桥架和卷扫作用。这三种作用以何者为主，取决于混凝剂的种类、投加量、水中胶体粒子的性质、含量和水的pH值等因素。一、混凝机理\n1）电性中和：要使胶体颗粒通过布朗运动相互碰撞聚集，就必须消除颗粒表面同性电荷的排斥作用，亦称“排斥能峰”。降低排斥能峰的办法是降低或消除胶体颗粒的ζ电位，即在水中投入电解质便可达此目的。含油污水中胶体颗粒大都带负电荷，故通常投入的电解质—凝聚剂是带正电荷的离子或聚合离子，如Na+、Ca2+、Al3+等。2）吸附桥架：不仅带异性电荷的高分子物质(即絮凝剂)与胶体颗粒具有强烈地吸附作用，不带电的甚至带有与胶粒同性电荷的高分子物质与胶粒也有吸附作用。当高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附了另一胶粒，形成“胶粒—高分子—胶粒”的絮体。高分子物质在这里起到了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用，故称吸附桥架。起桥架作用的高分子都是线性高分子且需要一定长度，当长度不够时，不能起到颗粒间桥架作用，只能单个吸附胶粒。3）网扫作用：当水中投加的混凝剂量足够大，便可形成大量絮体。成絮体的线性高分子物质，不仅具有一定长度，且大都有一定量的支链，絮体之间也有一定的吸附作用。混凝过程中在相对较短的时间内，在水体中形成大量絮体，趋向沉淀，便可以网捕，卷扫水中的胶体颗粒，以致产生净化沉淀分离，这种作用基本上是一种机械作用。一、混凝机理\n1、混合投药口的位置和混合设备的选择必须使加入的混凝剂与水急剧、充分混合，如投加两种及两种以上混凝剂或助凝剂时，应事先进行配伍性试验。静态简易管式混合器，其喷嘴流速3~4m/s，静态叶片涡流形式的管式混合器。混合时问一般为10~20s左右，混合管线流速为1.0~1.5m/s。二、混凝工艺简易管式混合器示意图叶片涡流管式混合器示意图\n2、反应：油田污水处理站一般不设单独的反应构筑物，大都是反应与分离(沉淀)合建在一起的卧式或立式混凝沉降设施。反应部分从反应的水力原理上分为旋流式中心反应器和涡流式中心反应器，及旋流涡流组合式反应器。1）旋流式中心反应器：有效反应时间一般为8～15min，喷嘴进口流速2~3m/s。也可根据原水水质情况，投加的混凝药剂性能通过实验确定。二、混凝工艺旋流式中心反应器工艺结构图1—进水口；2—喷嘴；3—防冲导流板；4—整流格板；5—出口配水；6—排污口\n2）涡流式中心反应器：有效反应时间一般为6～10min，进水管流速0.8～1.0m/s，锥底夹角口为30o～45o。二、混凝工艺图6-19涡流中心反应器工艺结构图\n经重力除油或其他除油设备初步净化后的污水加入混凝剂，通过进水管道混合后分别进入两种型式的中心反应筒。反应后形成矾花的污水经布水管进入混凝沉降罐沉降分离部分，对下向流沉降罐，反应器采用上配水式，污水经多点配水喇叭口均匀分配至配水断面。污水在自上而下流动过程中，污油携带大部分悬浮物上浮至油层，经出油管流出。部分相对密度比较大的悬浮物下沉至罐底。因此，混凝沉降包括：上浮除去油和悬浮物，下沉部分悬浮物，一般认为若污水中油是主要污染指标，固体悬浮物为次要污染指标，多采用下向流模式，这种罐也称混凝除油罐；若污水中主要污染指标是固体悬浮物，而油是次要污染指标，常采用上向流(也称逆向流)模式，通常叫做混凝沉降罐，其意义是以除固体悬浮物为主。三、沉降分离工艺\n1、下向流混凝沉降罐工艺结构简介（如下图）2、上向流混凝沉降罐工艺结构简介：重力式上向流混凝沉降罐为立式装配。设备中心的中下部为混凝反应部分；环空底部为集泥、排污和冲洗系统，中部为下向逆流配水系统，上部为逆流斜板(管)分离部分；设备中上部为周向斜挡板集水部分，设备上部为浮渣污油加热收除系统。图6-20为上向流混凝沉降罐工艺结构示意图。三、沉降分离工艺立式斜板除油罐结构图1一进水管；2一中心反应筒；3一配水管；4一集水管；5一中心柱管；6一出水管；7一波纹斜板组；8一溢流管；9一集油槽；10一出油管；U一排污管上向流混凝沉降罐工艺结构图1—进水口；2—收油口；3—出水口；4—呼吸口；5—排污口；6—进料口；7—人孔；8—冲洗口；9—蒸汽回水口；10—密封口\n3、压力式混凝逆流沉降罐工艺结构简介压力式混凝逆流沉降罐为卧式装配。设备首段为组合式混凝反应部分，外侧环空为旋流反应，内侧锥形空间为涡流反应；中段为整流过渡和配液区，中后段为逆流斜板(管)沉降分离区，后段为集水出流部分。设备中段、中后段上部为浮渣、污油收除内件，中部为配水分离内，下部为污泥集聚和排除内件。三、沉降分离工艺压力式逆向流沉降罐工艺结构图1—进水口；2—出水口；3—收油口；4—安全口5—排污口；6—进料口；7—人孔；8—冲洗水口9—蒸气回水口；10—放空口\n第三节除油\n含油污水除油的主要方法有：重力沉降法、物理化学法、化学混凝法、粗粒化法、过滤法、浮选法、活性炭吸附法、生物法、电磁法。\n1、基本原理：自然除油是属于物理法除油范畴，是一种重力分离技术。重力分离法处理含油污水，是根据油和水的密度不同，利用油和水的密度差使油上浮，达到油水分离的目的。含油污水在这种重力分离池中的分离效率为：式中E—油珠颗粒的分离效率；—油珠颗粒的上浮速度；Q/A—表面负荷率；Q—处理流量；A—除油设备水平工作面积。这里的分离效率是以大于浮升速度的油珠颗粒去除率来表示的，也就是除油效率。表面负荷率Q／A，是一个重要参数，当除油设备通过的流量Q一定时，加大表面积A，可以减小油珠颗粒的上浮速度，这就意味着有更小直径的油珠颗粒被分离出来，因此加大表面积A，可以提高除油效率或增加设备的处理能力。一、自然除油\n浮升速度可用斯托克斯公式计算：式中u—油珠颗粒的浮升速度，m／sg—重力加速度，m／s2；—污水的动力粘度，Pa·s；—分别为污水和油的密度，kg／m3；—油珠颗粒直径，m。由斯托克斯公式可知，若污水中的油珠颗粒直径、污水密度、油的密度和水温一定时，则油珠颗粒的浮升速度亦为定值，除油效率与油珠颗粒的浮升速度成正比，与表面负荷率成反比。一、自然除油\n2、装置结构：自然除油设施—般兼有调储功能，其油水分离效率不够高，通常工艺结构采用下向流设置。如图所示，立式容器上部设收油构件，中上部设配水构件，中下部设集水构件，底部设排污构件。一、自然除油自然除油罐结构图1—进水管；2—中心反应管；3—配水管；4—集水管；5—中心管柱；6—出水管；7—溢流管；8—集油槽；9—出油管；10—排污管\n1、原理：斜板(管)除油是目前最常用的高效除油方法之一。1）浅层沉淀/浅池理论：通俗的讲，若将水深为H的除油设备分隔为n个水深为H/n的分离池，而当分离池的长度为原除油分离区长度的1/n时，便可处理与原来的分离区同样的水量，并达到完全相同的效果。为了让浮升到斜板(管)上部的油珠便于流动和排除，把这些浅的分离池倾斜一定角度(通常为45o～60o)，超过污油流动的休止角。这就形成了所谓的斜板(管)除油器。假设除油设备的高度为H，油珠颗粒分离时间为t，则表面负荷率可表示为Q／A＝H／t，将其代人分离效率公式，可得：从上式可见：重力分离除油设备的除油效率是其分离高度的函数，减小除油设备的分离高度，可以提高除油效率。在其他条件相同时，除油设备的分离高度越小，油珠颗粒上浮到表面所需要的时间就越短，因此在油水分离设备中加设斜板，增加分离设备的工作表面积，缩小分离高度，从而可提高油珠颗粒的去除效率。二、斜板除油器\n在理论上，加设斜板不论其角度如何，其去除效率提高的倍数相当于斜板总水平投影面积比不加斜板的水面面积所增加的倍数。当然，实际效果不可能达到理想的倍数，这是因为存在着斜板的具体布置、进出水流的影响、板间流态的干扰和积油等因素。但是，由于斜板的存在，增大了湿周，缩小了水力半径，因而雷诺数(Re)较小，这就创造了层流条件水流较平稳，同时弗劳德数(Fr)较大，更有利于油水分离，这就是斜板除油所以成为高效设备的原因。2）设备：斜板除油装置基本上可以分为立式和平流式两种，如立式斜板除油罐和平流式斜板除(隔)油罐(池)。在油田上常用的是立式斜板除油罐和平流式斜板除油罐。二、斜板除油器\n二、斜板除油器2、斜板除油装置1）立式斜板除油器：立式斜板除油罐的结构型式与普通立式除油罐基本相同，其主要区别是在普通除油罐中心反应筒外的分离区一定部位加设了斜板组。绥中36-1处理厂采用的就是立式斜板除油罐。工作原理：含油污水从中心反应筒出来之后，先在上部分离区进行初步的重力分离，较大的油珠颗粒先行分离出来，然后污水通过斜板区，油水进一步分离。分离后的污水在下部集水区流入集水管、汇集后的污水由中心柱管上部流出除油器。在斜板区分离出的油珠颗粒上浮到水面，进入集油槽后由出油管排出到收油装置。立式斜板除油罐结构图1一进水管；2一中心反应筒；3一配水管；4一集水管；5一中心柱管；6一出水管；7一波纹斜板组；8一溢流管；9一集油槽；10一出油管；U一排污管\n材质：斜板材质应是在污水中长期浸泡不软化、不变形、耐油、耐腐蚀的材料。常用的斜板规格有多种：一种是板长1750mm，板宽750mm，板厚1.5～1.9mm，每块板有6个波，波长130mm，波高15～25mm，波峰处的夹角101o；另一种是板长1550mm，板宽650mm，板厚1.2～1.6mm，每块板有11个波，波长59mm，波高25～30mm；还有一种是板长1360mm，板宽760mm，板厚1.6～1.9mm，每块板有5～8个波，波长120mm左右，波高15～25mm。为安装和检修方便。可把斜板拼装成若干个斜板组块。主要设计参数：斜板间距80～100mm，斜板倾角45o～60o，斜板水平投影负荷1.5×10-4～2.0×10-4m3/(s·m2)，其他设计数据与普通除油罐基本相同。二、斜板除油器\n波纹板的布置二、斜板除油器\n二、斜板除油器\n二、斜板除油器2、平流式斜板隔油池平流式斜板隔油池是在普通的平流式隔油池中加设斜板组所构成的，如图所示。这种隔油池一般是由钢筋混凝土做成的池体，池中波纹斜板大多呈45o安装。进入的含油污水通过配水堰、布水栅后均匀而缓慢地从上而下经过斜板区，油、水、泥在斜板中进行分离，油珠颗粒沿斜板组的上层板下，向上浮升滑出斜板到水面，通过活动集油管槽收集到污油罐，再送去脱水，泥砂则沿斜板组的下层斜板面滑向集泥区落到池底，定时排除；图6-9平流式斜板隔油池构造图1－配水堰；2－布水栅；3－斜板；4－集泥区；5－出水槽；6－集油管分离后的水，从下部分离区进入折向上部的出水槽，然后排出或送去进一步处理，由于高程上布置的原因，污水进入下一步处理工序，往往需要用泵进行提升。\n二、斜板除油器由撇油管、隔板、沉砂室、导流板、组合板等构成\n1、粗粒化(聚结)除油机理所谓粗粒化，就是使含油污水通过一个装有填充物(也叫粗粒化材料)的装置，在污水流经填充物时，使油珠由小变大的过程。经过粗粒化后的污水，其含油量及污油性质并不变化，只是更容易用重力分离法将油除去。粗粒化处理的对象主要是水中的分散油，粗粒化除油是粗粒化及相应的沉降过程的总称。经过有关学者的大量研究，采用粗粒化法(也称聚结)可达到增大油珠粒径的目的。但其作用机理还有统一的定论，但大家所认可的有两个方面：即“润湿聚结”和“碰撞聚结”。润湿聚结：其理论建立在亲油性粗粒化材料的基础上。当含油污水流经由亲油性材料组成的粗粒化床时，分散油珠便在材料表面润湿附着，这样材料表面几乎全被油包住，再流来的油珠也更容易润湿附着在上面，因而附着的油珠不断聚结扩大并形成油膜。由于浮力和反向水流冲击作用，油膜开始脱落，于是材料表面得到一定更新。脱落的油膜到水相中仍形成油珠，该油珠粒径比聚结前的油珠粒径要大，从而达到粗粒化的目的。例如用聚丙烯塑料球及无烟煤作粗粒化材料的聚结，就是属于“润湿聚结”。三、粗粒化（聚结）除油\n碰撞聚结：其理论建立在疏油材料基础上。无论由粒状的或是纤维状的粗粒化材料组成的粗粒化床，其空隙均构成互相连续的通道，尤如无数根直径很小交错的微管。当含油污水流经该床时，由于粗粒化材料是疏油的，两个或多个油珠有可能同时与管壁碰撞或互相碰撞，其冲量足可以将它们合并成为一个较大的油珠，从而达到粗粒化的目的。例如蛇纹石及陶粒作的粗粒化材料的聚结就是属于“碰撞聚结”。应用：无论是亲油的或是疏油的材料，两种聚结都是同时存在的，只是前者以“润湿聚结”为主，也有“碰撞聚结”，原因是污水流经粗粒化床时，油珠之间也有碰撞；后者以“碰撞聚结”为主，也有“润湿聚结”，原因是当疏油材料表面沉积油泥时，该材料便有亲油性，自然有“润湿聚结”现象。因此无论是亲油性材料或是疏油性材料只要粒径合适，都有比较好的粗粒化效果。三、粗粒化（聚结）除油\n三、粗粒化（聚结）除油材料名称润湿角相对密度润湿角测定条件聚丙烯7°38′0.91水温44℃，介质为净化后含油污水；润湿剂为原油无烟煤13°18′1.60陶粒72°42′1.50石英砂99°30′2.66蛇纹石72°9′2.522、粗粒化材料(聚结板材)的选择：粗粒化材料从形状来看分粒状的和纤维状的两大类粗粒化材料物性表粗粒化材料选择原则为：耐油性能好，不能被油溶解或溶涨；具有一定的机械强度，且不易磨损；不易板结，冲洗方便；一般主张用亲油性材料；尽量采用相对密度大于l的材料；货源充足，加工、运输方便，价格便宜；粒径3~5mm为宜。\n聚结板材通常可采用聚氯乙烯、聚丙烯塑料、玻璃钢、普通碳钢和不锈钢等。一般说来，聚丙烯和玻璃钢塑料聚结板属湿润聚结范畴；纯聚丙烯板材，当吸油接近饱和时纤维周围会产生油水界面引起的分子膜状薄油膜，吸油趋于平衡，影响聚结效果。玻璃钢材质吸油时对油水界面引起的分子膜状薄油膜影响较小，吸油功能可保持良好，但板材加工难度较大。碳钢和不锈钢聚结板材属碰撞聚结范畴，板材表面经过特殊处理后，亲水性能良好。不锈钢板聚结效果优于碳钢板，其运行寿命也大于碳钢板，但不锈钢板造价远高于碳钢板。三、粗粒化（聚结）除油\n3、粗粒化(聚结)装置单一的粗粒化除油装置：一般为立式结构，下部配水，中部装填粗粒化材料，上部出水。组合式粗粒化除油装置一般为卧式，装置首端为配水部分，中部为粗粒化部分，中后部为斜板(管)分离部分，后部为集水部分。三、粗粒化（聚结）除油图6－10(a)粗粒化除油器工艺原理图l-进水口；2-出水口；3-排污口；4-污油口；5-进料口；6-蒸气回水口；7-安全阀；8-出水挡板\n聚结分离器：采用卧式压力聚结方式与斜板(管)除油装置结合除油。原水进入装置首端，通过多喇叭口均匀布水，水流方式横向流经三组斜交错聚结板，使油珠聚结，悬浮颗粒增大，然后再横向上移，自斜板组上部均布，经斜板分离，油珠上浮集聚，固体悬浮物下沉集聚排除，净化水由斜板下方横向流人集水腔。三、粗粒化（聚结）除油聚结分离器工艺原理图l一进水口；2一出水口；3一粗粒化段；4一污油口；5一进料口；6一蒸气回水口；7一安全阀；8一出水挡板\n1、气浮除油的基本工作原理：在含油污水中通入空气(或天然气)设法使水中产生微细气泡，使污水中颗粒为0.25～25μm的乳化油和分散油或水中悬浮颗粒粘附在气泡上，随气体一起上浮到水面并加以回收，从而达到含油污水除油除悬浮物的目的。1）油粒和悬浮物具有吸附气泡上浮的性能：当天然气被射流器吸入并在浮选器内形成微气泡时，由于含油污水中的油粒和悬浮物为疏水性，且油粒比重小于1，便会立即吸附到微气泡表面，并以0.5～0.9m/s的高速上浮分离,在液面上形成浮渣层。2）过滤原理：生产水中的油和悬浮物在浮上时脱油，水则向下作层流，并从浮选器下部的出水口流出，由于水向下流动时必须穿过上升的微气泡层，因此如果向下流动的水中存在油粒和絮凝的悬浮物，必然会被上升的气泡吸附“过滤”，并送到液面浮渣层。3）微气泡原理：根据原理1)推断，若要将污水中的分散状的油粒（包括经破乳后，乳化油变成粒径大的油粒）和大小不一的矾花最大限度的被气泡所吸附，最有效的技术措施就是要能够在污水中不断的释放（供给）粒径比较理想的微气泡。四、气浮除油(除悬浮物)\n四、气浮除油(除悬浮物)\n2、浮选剂：为使污水中有些亲水性的悬浮物用气浮法分离，则应在水中加入一定量的浮选剂使悬浮物表面变为疏水性物质，使其易于粘附在气泡上去除。浮选剂是由极性-非极性分子组成，为表面活性物质，例如含油污水中的环烷酸及脂肪酸都可起浮选剂作用。有时水中乳化油量较高时，气浮之前还需加混凝剂进行破乳，使水中油呈分散油状态以便于气泡粘附易于用气浮法分离。四、气浮除油(除悬浮物)\n2、气浮除油(除悬浮物)装置：按照气体被引人水中的方式分为两大类，其一是溶解气浮选装置，其二是分散气浮选装置。1）溶解气浮选装置：该装置首先使气体在压力状态下溶于水中，再将溶气水引入浮选器首端或底部均匀配出，待压力降低后，溶入水中的气体便释放出来，使被处理水中的油珠和悬浮物吸附到气泡上，上浮聚集被去除。四、气浮除油(除悬浮物)溶解气浮选装置工艺示意图\n2)分散气浮选装置旋转型浮选装置。该装置机械转子旋转在气液界面上产生了一个液体淤涡，波涡气液界面随着转速升高可扩展到分离室底部以上。在涡游中心的气腔中，压力低于大气压，这就引起分离室上部气相空间的蒸汽下移，通过转子与水相混合形成气水混合体。而后在转子的旋转推动下向周边扩散，形成与油、悬浮物混合、碰撞、吸附、聚集，上浮被去除的循环过程。大多数旋转式分散气浮选装置设置有四个浮选单元室。含油污水依次流经四个浮选单元室，水中含油和悬浮物逐级被去除净化。四、气浮除油(除悬浮物)旋转型分散气浮选装置横截面图\n喷射型浮选装置。该装置每个浮选单元均设置一个喷射器，利用泵将净化水打入浮选单元的喷射器，如图所示，在喷射器内的喷嘴局部产生低气压，这就引起气浮单元上部气相空间的气体流向喷射器喷嘴，从而使气、水在喷嘴出口后的扩散段充分混合，然后射流入浮选单元中下部与被处理的污水混合，形成油、悬浮物与气泡吸附、聚集，上浮被去除。喷射型分散气浮选装置可设计为单浮选室、三浮选室和四浮选室，具体根据处理污水水质情况确定。其污水从每个室的下部流过。四、气浮除油(除悬浮物)喷射型分散气浮选装置横截面图有气浮循环泵提供动力液喷射口\n喷射式气浮的收油装置：刮板锯齿状收油槽四、气浮除油(除悬浮物)\n喷射原理：四、气浮除油(除悬浮物)当动力液进入喷射器（文丘利管），从喷咀入口处以高速喷出，在喷咀周围形成低压区，在气浮内微正压的作用下，气浮内的密封气被吸入喷射器内与动力液一起进入喉管混合后，进扩散管，速度减小，压力升高，把混合液从气浮底部排出，在气浮内形成气泡，逐步悬浮到液体表面。\n四、气浮除油(除悬浮物)射流紧密段I：高速水流由喷嘴射入，在吸入室产生一定的负压将气体吸入。气体在气与液体粘滞特性作用下，被射流从吸入室带入混合室。这时气体与液体作相对运动，且均为连续相。液体表面由于受到气体的摩擦，表面产生表面波，流动变的不稳定。射流破碎段II：液体表面的表面波振幅不断增大，导致液体逐渐被剪切，最后破碎成小颗粒，与气体一起进入混合段。气液乳状液混合段III：被剪切成小颗粒的液体和气体在混合段相互掺混，形成相对稳定的气液乳状液，进入气浮室。在气浮室，气体上升并附着在油珠和悬浮固体颗粒上，将它们携带至液面形成浮渣，从而达到去除污水中油和悬浮固体颗粒的目的。该气浮法利用水力引气、碎气的方法，形成气泡数量多，气泡粒径小，而且均匀。气浮喷射器由喷嘴、吸入室、混合吸入段、混合室、扩压室几部分组成，其运动过程可分为3段，射流紧密段I,射流破碎段II,气液乳状液混合段III。\n喷射式气浮的操作要领：控制合适的液面，以便其合理收油；闭式微正压操作，确保其合理的气泡效果；确保喷嘴的畅通和气浮选环泵的压力和排量正常，确保其射流效果；加入合适的浮选剂；确保收油槽内油位的正常。四、气浮除油(除悬浮物)\n1、基本原理：利用油水密度差，在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。含油污水切向或螺旋向进入圆筒涡旋段，并沿旋流管轴向螺旋态流动。在同心缩径段，由于圆锥截面的收缩，使流体增速，并促使已形成的螺旋流态向前流动，由于油、水的密度差，密度较大的水及固体颗粒靠近管壁，而密度较小的油则集中到中心部位，即，使水沿着管壁旋流，而油珠移向中心。流体进入细锥段，截面不断缩小，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇成油心。流体进入平行尾段，由于流体恒速流动，对上段产生一定的回压，使低压油心向污油出口排出。五、旋流除油水力旋流器结构示意图1—含油污水入口（切向入口）；2—圆锥体涡流腔（加速部分）；3—等截面尾部；4—水出口；5—污油出口高速旋转的物体能产生离心力。含悬浮物（或分散油）的水在高速旋转时，由于颗粒和水的质量不同，因此受到的离心力大小也不同，质量大的被甩到外围，质量小的则留在内围，通过不同的出口分别导引出来，从而回收了水中的悬浮物（或分散油），并净化了水质。\n1）离心力和介质阻力离心力：由旋流管中心向器壁辐射的力。介质阻力：分离因素：离心加速度和重力加速度的比值。统计计算表明，水力旋流器的分离因素在500~2000之间。五、旋流除油\n2）油滴直径：油滴直径对分离效率有很大影响，研究旋流器进出口水样中油滴直径的分布可用以评价旋流器的分离效果。进口液体中，当小粒径油滴占很大比例时，不可能有高的分离效率。五、旋流除油\n3）流量：随着流量增加，离心力也相应增加，对一个特定的旋流器来说，在保证分离效率的前提下，有一个最小流量和最大流量的工作范围。流量过小则由于离心力不足影响油滴的聚集，流量过大油芯容易变得不稳定。另外，由于进出口压差过大会对油滴产生剪切。一根直径35mm的旋流管最佳流量范围为100～200m3/d。4）密度：两种液体的密度差越大则分离效率越高。五、旋流除油\n2、旋流设备1）分类：旋流器产品就结构形式而言，有静态和动态两种；按其用途分为：油水预分离旋流器，污水除油旋流器及原油脱水旋流器。2）液--液旋流器的发展难度：液-液之间密度差太小，产生的分离力量太小；剪切力使油滴不是聚结而是进一步破碎。在对液-液旋流分离进一步研究得到：应产生非常强烈的旋流，使分散相有足够的径向迁移；旋流器直径要小，并有足够大的长径比；油芯附近的液流层必须稳定，避免油、水两相的重混；旋流器应具有很小的圆锥角，导流口能使液流产生好的旋转，旋转轴与旋流器几何轴线重合。3）影响因素：除了旋流器本身的结构尺寸和操作条件(压力、压差和流量)外，起决定作用的是分离液的物理性质。五、旋流除油\n水的相对密度大、液体温度高、分散相(油)液滴尺寸大，对分离效果有利；油的相对密度大、油的粘度高、表面活性剂含量高，对分离效果不利；增加压差，可提高处理量，便于调节，在操作范围内对分离效果影响不大；旋流器的入口流速，过高则液漓易分裂，过低则离心力不足。五、旋流除油多管污水除油水力旋流器结构图\n第四节过滤\n一、基本原理1、定义：过滤是指水体流过有一定厚度(一般为700mm左右)且多孔的粒状物质的过滤床，这些粒状物滤床，通常是由石英砂、无烟煤、核桃壳、磁铁矿、石榴石、铝矾土等组成，并由垫层支撑.杂质被截留在这些介质的孔隙里和介质上，从而使水得到进一步净化。2、机理：1）吸附：滤床功能之一是把悬浮颗粒吸附到滤料颗粒表面。吸附性能是滤料颗粒尺寸、絮体颗粒尺寸以及吸附性质和抗剪强度的函数。影响吸附的物理因素包括滤池和悬浮液的性质。影响吸附的化学因素包括悬浮颗粒、悬浮液水体以及滤料的化学性质，其中电化学性质和范德华力(颗粒间分子的内聚力)是两个最重要的化学性质。2）絮凝：为了得到水的最佳过滤性，有两种基本方法。一种是按取得最佳过滤性而不是为产生最易沉淀的絮凝体，来确定混凝剂的最初投药量。另一种是在沉淀后的水进入滤池时，向其投加作为助滤剂的二次混凝剂。\n3）沉降：小于孔隙空间的颗粒的过滤去除，同一个布满着极大数目浅盘的水池中的沉淀作用是类似的。4）截留：截留也可以说成筛滤，这是最简单的过滤。它几乎全部发生在滤层的表面上，也就是水进入到滤床的孔隙之处。开始时，筛滤只能去除比孔隙大的那些物质。随着过滤的进行，筛滤出的物质贮积在滤池滤料的表面上形成一层面膜，此时水必须先通过它方能到达过滤介质。这样，杂质的去除也就更限制在滤层的表面上了。当被过滤的水含有很多有机物质时，只要那层面膜是被长久的遗留着，那么外来的生物，主要是腐生菌，将利用这些物质作为能量的来源而繁育在这层面膜上。在此情况下，胶团性生物的繁殖将使这层面膜具有粘性，使筛滤过程的效率有进一步的增强。这样所造成的效率的逐渐增长，称为滤池的成熟或突破。滤池成熟所需用的时间，主要是随着作为微生物养料的杂质的浓度、可利用程度以及水温度而变化的。当过滤的阻力升高到一个过大的数值时，或表面膜有破裂的危险时，就必须把这层面膜和支承它的滤料表面层加以清理。5）结论：过滤去除杂质的过程是相当复杂的，对不同的水质，可能是以某一种机理为主，而以其他机理为辅，或者说去除机理包括一种或几种。一、基本原理\n二、过滤工艺设计1、滤速：以过滤面积除过滤流量而得的商为过滤速度。一般采用的过滤速度的数值如下：范围：100～1000m/d；一般单层过滤：120～250m/d；一般双层过滤：200～400m/d；当滤速超过400m/d时，常使用高分子絮凝剂来提高净化效果。究竟采用多大滤速合适，这是设计中最重要的问题之一。如果滤速小，必然使过滤面积大，因而不经济；如果滤速过大，则过滤持续时间太短。滤速的确定需在综合考虑经济性、过滤持续时间和滤过水质的基础上，参照上述滤速范围，并根据经验加以确定。\n二、过滤工艺设计2、过滤阻力：当水体通过滤层时，在滤层的进水和两侧便产生水头差。这个水头差称为过滤水头损失或过滤阻力，其值随过滤时间延长而增大。重力式过滤一般采用的最大过滤阻力的数值如下：范围：1.3～3.0m水柱；一般：1.5～2.0m水柱。1）清洁滤层的过滤阻力(初期水头损失)：滤层尚未截留悬浮物时的过滤阻力，称为初期水头损失。2）堵塞滤层的过滤阻力：是随截留悬浮物的增加而加大的。当然，即使在截留悬浮物总量相同，但截留方式不同，其过滤阻力的增加情况也不同。3）过滤阻力的一般规律归纳如下：滤料粒径愈粗，过滤阻力的绝对值增大得也愈慢；对悬浮物截留量及截留模式都相同的滤层来说，过滤阻力与滤速成比例变化；滤速变大时，初期过滤阻力也大；但悬浮物进入滤层的深度也大。所以对同一截留悬浮物数量而言，过滤阻力的增高较慢；对一定浓度的原水进行等速过滤时，过滤阻力开始时按比例上升，随后则急剧加大。过滤阻力(以图中的h表示)\n3、反冲洗：影响滤料反冲洗效果的最重要的因素是反冲洗强度。为保证反冲洗强度，必须维持必要的反冲洗压力。1）反洗方式：水冲洗和气—水冲洗两种。水冲洗：水冲洗滤层时，依靠从滤层下部喷出的压力水使滤层处于流态化，并利用滤料颗粒相互碰撞将截留的悬浮物冲洗下来。气—水冲洗滤层：用空气气泡搅动滤层，使悬浮物自滤料颗粒上脱落下来，再用水将其冲走。2）反洗的关键因素反冲洗水头：当反冲洗强度由零开始逐渐增大时，反冲洗水头直线增大。但当滤层开始流态化后，即使再增大流速，水头也不再随反冲洗强度的增大而增大了。这时的水头，即流态化滤层中的水头损失，在数值上恰等于单位面积滤层上滤料在水中的重量，二、过滤工艺设计\n最佳反冲洗强度：反冲洗强度是指单位时间内单位面积上所通过的冲水量。如果说，当滤料颗粒相互碰撞最多时，其反冲洗的效果最好，那么，我们就可以说明上述的试验结果。根据这个假定，流态化冲洗方式中最佳反冲洗强度可表示如下：二、过滤工艺设计温度修正系数常温下的最佳反冲洗强度在常温以外的温度下进行冲洗时，可由图求得修正系数，然后与图所得值相乘即可。\n最佳膨胀率：滤层的膨胀率常用来作为反冲洗操作的控制指标。最佳反冲洗强度时的滤层膨胀率可表示如下，可见，滤层的最佳膨胀率只用膨胀前滤层的孔隙度来表示。二、过滤工艺设计图6-26反冲洗的最佳膨胀率（最佳膨胀率由膨胀前滤料的孔隙度决定）\n冲洗时间：反冲洗时间因滤层污染程度而异，所以应根据运行情况来确定。但一般反冲洗所需的时间为5～10min，因此设计时采用10min左右已足够。当然这只是实际反冲洗时间。反冲洗操作尚包括启闭阀门的时间和表面冲洗时间，总计需15～30min。3）反洗水浊度：冲洗废水的浊度在冲洗开始后立即急剧升高，并到达顶峰后逐渐降低。如果认为滤池是由流态化滤层和滤层上面水层这两个完全混合区组成的模型的话，那么就可以用非常接近于实际的方法表示冲洗废水浊度随时间的变化。二、过滤工艺设计图6-27完全混合模型的冲洗废水浊度变化曲线（t—冲洗时间(s)；T—冲洗前单位面积滤层上截留的悬浮物(kg/m2)）\n4）气—水冲洗：利用空气气泡在滤层中上升时引起的搅动使滤层截留的悬浮物自滤料颗粒上脱落下来，并被水流冲走。由于它不需要使滤层全部流态化，所以与流态化冲洗比起来有以下不同点：滤层不产生分层现象；不必担心由于滤层膨胀而导致滤料流失，所以排水槽到滤层表面的高度可以减小，槽间间距可以加大；使用粗重的滤料，也不必增大反冲洗强度；为使空气和水在滤层中能均匀分布，需设特殊的集水装置。到目前为止，还没有从理论上推导出气—水冲洗最佳空气流量和冲洗水量的大小。若以有效粒径为0.9mm、滤层厚度为0.8~1.0m的砂层为例，其数据如下：二、过滤工艺设计第一阶段：以0.1m/min的水冲洗4~6min；第二阶段：空气lm/min，冲洗8~10min；第三阶段：水0.3m/min，冲洗5~6min。\n1、滤料1）滤料的性能：滤料具有吸附悬浮物的表面积，滤池主要是靠滤料使水净化。常用的滤料有石英砂和无烟煤粒、核桃壳、石榴石、陶粒、活性炭、聚苯乙烯球粒、聚氯乙烯球粒等。其性能如下：有足够的机械强度；具有足够的化学稳定性：在过滤的过程中，滤料与水产生化学反应会恶化水质；能就地取材，货源充足，价格合理；具有一定的颗粒级配和适当的孔隙度；外形接近于球状，表面比较粗糙而有棱角。球状颗粒间的孔隙比较大，表面粗糙的颗粒，其比表面较大(比表面指单位体积滤料的表面积)，棱角处吸附力量强。三、滤料及垫层\n三、滤料及垫层粒度mm石英砂无烟煤石榴石空隙度%比表面积空隙度%比表面积cm2/cm3空隙度%比表面积cm2/cm3cm2/gcm2/cm32.5~1.20.4425.537.80.5530.40.4537.11.2~0.60.4450.675.10.5560.40.4574.80.6~0.30.4687.31250.551040.501160.3~0.150.461742490.552080.56203滤料的比表面积\n2）滤料颗粒级配：滤料颗粒的大小用“粒径”表示，因为滤料不是球形，所以粒径是指能把滤料颗粒包围在图滤料粒径示意图内的一个假想的球面直径，如图6-28所示。通常用不同网孔的筛子来确定滤料的粒径。三、滤料及垫层滤料粒径示意图滤料级配的定义：是指滤料粒径大小不同的颗粒所占比例。它表示滤料的均匀程度。具有适当的滤料级配，才能取得良好的过滤效果。滤料级配的表示方法：是规定最大、最小两种粒径和K80。\n类别滤料组成无烟煤m/h强制滤料m/h粒径，mm不均匀系数K80厚度，mm单层石英砂滤料dmax=1.2dmin=0.52.07008~1210~14双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.82.0400~50012~1614~18石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400~500三、滤料及垫层快滤池单层及双层滤料组成\n3）滤料孔隙率：是指某一体积滤层中空隙的体积与其总体积(即滤料颗粒的体积与滤粒问空隙体积的和)的比值。G——滤料重量(在105℃下烘干)，g；V——滤料体积,cm3；——滤料密度，g/cm3。4）滤料形状：滤料形状影响滤层中水头损失和滤层孔隙率。球形度系数：设某一形状不规则的颗粒粒径为di，与其同体积的球体直径为d0，则颗粒的球形度系：Φ=di/d0三、滤料及垫层序号形状描述球形度系数Φ空隙率ε1圆球形1.00.382圆形0.980.383已磨蚀的0.940.394较锐利的0.810.405有尖角的0.780.43\n5）滤层规格：滤层的规格包括滤层的材料、粒度和厚度三者的规定。滤料的粒度：都比较小，一般在0.3～2.0mm范围内，小粒度的滤料比表面积较大，有利于过滤。滤层的厚度：可以理解为矾花所穿透的深度和一个保护厚度的和。穿透深度和滤料粒度、滤速与水的混凝处理效果都有关系，粒度大、滤速高，混凝效果差的，穿透深度会深些，一般情况下穿深度约为400mm，相应的保护厚约为200～300mm，滤层总厚度应为600～700mm。三、滤料及垫层粒度，mm适用条件0.3~0.5滤速小于25m/h0.6~0.8滤速小于15m/h，水头损失小于6m0.9~1.0要求良好的混凝过程，水头损失小于4m1.3~1.5水头损失小于1.5m滤料粒度的适用条件\n6）多层滤料层次滤料滤料规格无烟煤相对密度粒径，厚度，第一层石英砂1.50.8~2.0300~420第二层磁铁矿2.650.5~0.8230~300第三层较锐利的4.750.25~0.590~150三、滤料及垫层图11-10埕北滤罐三层滤料滤池序号材料粒径，mm填层厚度，mm1无烟煤1.210002细砂0.84003粒砂2.0～5.01004细砾石5.0～10.01005粗砾石10.0～15.02006砾石15.0~25.0749埕北油田滤罐（F-301）内部填料表\n2、垫层：垫层也称为承托层，一般只是配合管式大阻力配水系统使用的，但在油田污水处理中小阻力配水系统中也广泛采用。1）作用防止过滤时滤料从配水系统中流失；冲洗过程中保证均匀布水。2）应用：单层或双层滤料滤池采用大阻力配水时，承托层均用天然卵石。颗粒直径最小为2mm，是由滤料的最大粒径定出来的。最大粒径为32mm，是根据冲洗时孔隙射流所产生最大冲击力定的。承托层自上而下分为四层，见下表。三、滤料及垫层\n层次（自上而下）粒径mm厚度mm层次（自上而下）粒径mm厚度mm12~410038~1610024~8100416~32150层次（自上而下）材料粒径mm厚度mm层次（自上而下）材料粒径mm厚度mm1磁铁矿1~270~1003卵石4~860~1002磁铁矿2~460~1004卵石8~1660~120三、滤料及垫层表6-10承托层规格对于三层滤料滤池，由于下层滤料粒径很小而相对密度很大，垫层必须与之相适应。下表6-11所列垫层组成可作为选用时参考。\n1、非均质滤层下向过滤某水处理装置假如采用有效粒径约为0.55mm的砂滤池。用一定强度的反向水流冲洗后促成了滤池的滤层膨胀。这个在原来装入滤池时为均质的砂层经受了水力分级，0.3mm的细砂在滤层的表面，而0.9mm的颗粒则在滤层底部。这样滤料就变成非均质的，因而不利于滤床整个深度的利用。过滤的结果是截留的杂质都集中在滤层表面的几厘米内，在这里引起很大的局部水头损失，使滤池工作周期缩短，并导致水的脱气。由于滤池积气，它带来三个不良影响：一是使过滤时阻力迅速增大，大大增加了过滤时的水头损失；二是在过滤过程中，有少量气泡穿过滤层上升至滤料表面，破坏了滤层的过滤作用；三是在反冲洗开始时，由于滤床中气泡大量上升，造成了滤床强烈搅动，极易使滤料随冲洗水流出池外，特别是对较轻的无烟煤滤料，更容易造成滤料的流失。所以在滤池用水反冲洗开始之时，不宜马上采用大强度冲洗，必须用小强度冲洗，然后再逐渐加大，以免冲跑滤料，确保滤他的正常工作。四、过滤设施的分类\n2、均质滤层下向过滤：在均质深层滤池中，整个滤床深度的滤料其有效粒径在开始过滤时以及冲洗以后都是不变的。在生产过程中采用单一介质的石英砂作为滤料，要想达到理想状态下的颗粒均匀是不容易的，这是因为砂粒不可能是完全的球状体，颗粒大小做不到完全一致；油田给水或污水处理工艺过程中大多采用水反洗滤池，由于水力筛分的结果，必然会造成最细的砂排在最上面，最粗的砂排在最下面。四、过滤设施的分类\n3、多滤层过滤：这种过滤可以是向下的，也可以是向上的，及双向流过滤，其目的就是避免非均质滤层滤池所固有的缺点，即表面堵塞和过滤速度受到限制。四、过滤设施的分类\n五、压力过滤罐压力滤罐是密闭式圆柱形钢制容器，内部装有滤料及进水和排水系统。罐外设置各种必要的管道和阀门等。它是在压力下工作的。进水直接用泵打入，滤后水压力较高，可送到用水装置或水塔中。\n压力滤罐的内部，石英砂滤料粒径采用0.5～1.2mm，滤层厚度为0.7～0.8m。滤速为8～12m/h甚至更大。压力滤罐的进、出水管上都装有压力表，两表的压力差值即过滤时的水头损失，终期允许水头损失值一般可达5～6m，有时可达10m。压力滤罐的上部应安装放气阀，底部应安装放空阀。压力滤罐分为立式和卧式，直径一般都不超过3m。卧式滤罐由于过滤断面不均匀，远没有立式滤罐应用广泛。压力滤罐上部布水一般采用多点喇叭口上向布水，下部配水一般采用大阻力配水方式。压力滤罐可在工厂预制，现场安装方便、占地少，生产中运转管理方便，工业中采用较广。五、压力过滤罐图6-30压力滤罐结构图\n第五节深度净化\n水处理中常用的深度处理净化工艺有：二级深床过滤、吸附过滤、细滤、微滤、超滤、电渗析、反渗透等；油田污水处理深度净化多采用二级深床过滤、吸附、细滤、微滤、超滤等。深度净化\n一、活性炭吸附1、吸附法：是用含有多孔的固体物质，使水中污染物被吸附在固体孔隙内而去除的方法。常用的吸附剂有活性炭和大孔吸附树脂等。2、活性炭的作用：活性炭是用木质、煤质、果壳(核)等含碳物质通过化学法活化或物理法活化制成的。它有非常多的微孔和巨大的比表面积，因而具有很强的物理吸附能力，能有效的吸附水中的有机污染物。此外，在活化过程中活性炭表面的非结晶部位上形成一些含氧官能团，如羧基(—COOH)、羟基(—OH)、碳基(＝0)。这些基团使活性炭具有化学吸附和催化氧化、还原的性能，能有效地去除水中的一些金属离子。3、活性炭的种类：有粉末活性炭、不定形颗粒活性炭、圆柱形活性炭、球形活性炭四种。工业常用的有木质不定形颗粒活性炭、果壳(核)、不定形颗粒活性炭或煤质颗粒活性炭。\n4）活性炭的特性活性炭的物理特性主要指孔隙结构及其分布，在活化过程中晶格问生成的孔隙形成各种形状和大小的微细孔，因而构成巨大的吸附表面积，所以吸附能力很强。良好活性炭的比表面积一般在1000m2/g以上，细孔一般总容积可达0.6～1.18ml/g，孔径10～105，细孔分为大孔、过渡孔和微孔。活性炭的吸附能力以物理吸附为主，但也进行一些化学选择性吸附，这是由于在制造过程中还形成部分表面氧化基团，使炭具有一定极性所致。一、活性炭吸附\n5）活性炭的技术要求：有关活性炭的国家标准《活性炭型号命名法》GBl2495-90于1991年颁布实施。对三种国产工业净化水用的活性炭技术要求大致有以下几点：外观：均为黑色无定形颗粒状。亚甲基蓝吸附值：这是净化水用活性炭的重要技术指标之一，常用吸附亚甲基蓝的多少来表示该炭的吸附能力。它的吸附结果有两种表示方法：一是以每克活性炭吸附亚甲基蓝毫克数来表示，即mg/g；另一是以0.1g活性炭吸附亚甲基蓝毫升数表示，常在90～120mg/g或6～3m1范围。碘吸附值：这和亚甲基蓝吸附相同也是表示吸附能力大小的指标。它以每克活性炭吸附多少毫克碘来表示，即mg/g，常在300～1000mg/g范围。强度：这是在一定条件下测定合格粒度的比例，以％表示，常在85％～90％之间。水分：又称干燥减量，在5％～10％之间。充填密度：即包括颗粒之间空隙在内的体积，以g/cm3表示，约为0.3g/cm3。粒度：一般在2～0.63mm之间。一、活性炭吸附\n6）活性炭的使用条件炭的预处理：颗粒活性炭装进容器之前应在清水中浸泡，冲洗除去污物和炭粉末。装入容器后用5％HCl及4％NaOH溶液交替动态处理1～3次，用量约为活性炭体积的3倍左右，每次处理后均需洗到中性。进水条件：进入活性炭器的水应尽量除去大颗粒的悬浮物和胶体物质，防止堵塞炭的细孔而使炭层堵塞，一般要求进水的浊度小于3mg／1，含油小于l0mg／l。活性炭器在水处理系统中设置的位置：活性炭在水处理系统中的位置，一般是放在压力过滤器之后。一、活性炭吸附\n7）活性炭吸附器分类：按炭床形式可分为固定床、膨胀床和移动床三种。按水流方向可分为上向流式和下向流式，一般固定床多用下向流，而膨胀床为上向流，移动床可用上向流或下向流。按柱体承受的压力可分为重力式和压力式两种。固定床吸附装置：构造类似快滤池。当活性炭吸附污染物达到饱和时，把容器中失效的活性炭全部取出，更换新的或再生的活性炭。膨胀床吸附装置：水流自下而上通过炭层，使活性炭体积大约膨胀l0％。膨胀床内水流阻力增加缓慢，不需要频繁地进行反冲洗，因而具有较长时间连续运转的优点。但冲洗困难。移动床：有吸附剂连续移动和间歇移动两种形式。通常的移动床是指间歇移动吸附装置。水从上向流或下向流通过固定床炭层，运行一定时间后，停止进水，按与水流相反的方向将炭移动排出，排出量一般为总量的2％～10％，同时，把新的或再生的炭补充到炭层内。移动频率因处理的水量、水质不同差别甚大。在实际生产中，目前广泛使用的是固定床吸附装置。压力式吸附装置：结构形式与压力过滤器类似。它既可做成单纯的吸附器，也可与细滤料组合成吸附过滤器，两者均可除去有机物，又可过滤去除悬浮固体。底部装0.2～0.3m厚细滤料层和承托层，在细滤料的上部一般装填1.0～1.5m厚的活性炭，作为吸附过滤器，其滤速一般为6～12m/h；当单纯作为吸附器时承托层上无滤料层，活性炭层高2～3m，其滤速为3～10m/h，反冲洗强度用4～121/s·m2。一、活性炭吸附\n8）活性炭再生活性炭价格昂贵，再生技术能否得到解决，直接影响到活性炭吸附水处理技术的应用和水处理的成本。活性炭再生方法很多，如溶剂萃取、酸碱洗脱、蒸气吹脱、湿式空气氧化、电解氧化、生物氧化、高频脉冲放电、微波加热、直接电流加热、热法再生等。目前国内除少数用酸碱洗脱之外，大多数采用高温加热法再生。高温加热再生一般需经三个阶段：干燥阶段：温度150～300℃，对湿炭进行脱水干燥；焙烧阶段：温度300～600℃，对被吸附的有机物进行热分解，炭化或气化，达到脱附；活化阶段：温度800～900℃，对炭化了的表面用水蒸气或二氧化碳气体进行活化。一、活性炭吸附\n二、精细过滤精细过滤采用成型材料，如烧结滤芯、纤维缠绕滤芯等来实现净化目的。精细过滤器可去除水中直径为1～5m的颗粒，通常设置于污水处理站压力过滤器之后，对整个污水处理系统净化水质起把关作用。1、烧结滤芯过滤器：是由粉末材料通过烧结形成的微孔滤元，(聚乙烯或聚氯乙烯)等多种。其滤芯材料有陶瓷、玻璃砂、塑料聚乙烯或聚氯乙烯)等多种。\n1）塑料滤芯：上海某单位研制的PE和PA型微孔滤芯是采用聚乙烯材料烧结制成，这种滤芯适用于各种液体、工业用水及饮用水的精密过滤，大于1～5m微粒可被去除，它具有以下特点：微孔孔径5～120μm；能耐酸、碱、盐及一般化学溶剂；用压缩气体反吹出渣和再生，操作简便;机械强度高，不易损坏，使用寿命长；无味、无毒、无异物溶出；耐温性能好，PE管使用温度为80℃，PA管为120℃；PE和PA型滤芯的平均孔径及选用范围见下表。二、精细过滤\nPE和FA型滤芯的平均孔径及选用范围二、精细过滤PE、PA滤芯1型2型3型4型5型6型7型8型ABABAB平均孔径，μm140~111111~8180~6463~4645~3938~3130~2625~2120~1615~1110~5选用范围一般过滤细颗粒渣过滤精密净化过滤较粗颗粒渣过滤一般净化过滤气体精密过滤气体过滤粗净化过滤气体一般净化过滤\n2）陶瓷滤芯：陶瓷烧结滤芯的微孔孔径一般小于2.5μm，孔隙率为47％～52％，其构造形式有多种。陶瓷烧结滤芯过滤器的外壳材料及构造有多种形式，用铝合金材料制成的过滤器(其工艺结构与图6-31近似)，宜用陶瓷烧结滤芯作为滤元，可以由单支或多支滤芯组成。处理水量从600～15001小，一般适用于工作压力0.3MPa以下。二、精细过滤图6-31PE和PEC型滤芯过滤器工艺结构图1—封头；2—简体；3—集液管盒；4—过滤管；5—出液管装置\n2、纤维缠绕过滤器1）纤维缠绕滤芯：纤维缠绕滤芯系由纺织纤维粗砂精密缠绕在多孔管骨架上而制成，控制滤芯的缠绕密度就能制成不同精度的滤芯，滤芯的孔径外层大，愈往中心愈小，滤芯的这种深层网孔结构使它具有较高的过滤效果。纤维缠绕滤芯的特点：有效除去液体中的悬浮物可承受较高的过滤压力；过滤精度为0.8～100μm；微粒、铁锈等；独特的深层网孔结构使滤芯有较高的滤渣负荷能力；滤芯可以用多种材质制成，以适应各种液体的过滤需要。常用的纤维缠绕滤芯有两种，一种是聚丙烯纤维—聚丙烯骨架滤芯，最高使用温度为60℃；另一种是脱脂棉纤维—不锈钢骨架滤芯，最高使用温度为120℃。二、精细过滤\n2）纤维缠绕滤芯过滤器种类：有不锈钢外壳、有机玻璃外壳和碳钢外壳三种。所用密封圈多为橡胶制成，紧固件一般为lCrl8Ni9Ti材质。3）在选用纤维滤芯过滤器时应注意事项：有机玻璃纤维滤芯过滤器运行压力＜0.2MPa，温度＜50℃，不适用于有机溶剂类设备在运输、安装、使用过程中避免撞击，以免损坏；不锈钢纤维滤芯过滤器一般运行压力＜0.3MPa；在选用过滤器时总流量要大于实际所需流量约1倍，可使滤芯寿命提高3～4倍。4）优点：纤维滤芯过滤器具有体积小、过滤面积大、阻力小、滤除杂质负荷高、使用寿命长等优点。二、精细过滤\n微过滤是一种精密过滤技术，其孔径范围一般为0.1～10μm，介于常规过滤和超滤之间。微过滤所用的微孔滤膜的孔结构类属筛型，所截留的微粒直径为0.1～10μm，如病毒、细菌、胶体等，操作压力一般小于0.3MPa。三、微过滤1、机理：微过滤所用的滤膜是由天然或合成高分子材料所形成。它具有形态较整齐的多孔结构，孔径分布均匀。过滤时近似过筛的机理。使所有大直径的粒子全部拦截在滤膜表面上。压力的波动不会影响它的过滤效果。由于过滤只限于表面，因此便于观察、分析和研究截留物。\n2、微过滤的特性微孔均匀，过滤精度高孔隙率高，流速快微孔滤膜薄，吸附少无介质脱落颗粒容纳量小，易堵塞三、微过滤\n3、微过滤器简介：在油田水处理深度净化过程中所采用的过滤器有管式过滤器和折叠式过滤器等。1）管式过滤器：管式过滤器的结构国外是在多孔管外依次包裹聚丙烯网布和微孔滤膜，外面用预过滤介质缠绕，把两端密封，就成管式过滤器的滤芯，配以外壳构成过滤器。其过滤面积较小，体积较大。三、微过滤\n2）折叠式过滤器组成：折叠式过滤器由滤芯和壳体组成。滤芯由聚丙烯多孔管、聚丙烯网布、聚丙烯支撑网、微孔滤膜、聚丙烯多孔保护网、端盖、O型密封圈等构成。种类：折叠式滤芯的种类较多，近年来发展迅速，有各种滤膜制作，如纤维素酪、聚酰胺(尼龙)、聚矾、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等。应用：折叠式过滤器体积小，过滤面积大，适合于大容量的过滤。它是工业水处理中可以用于处理工序中的设备，如石油工业、电子工业、制药工业、食品工业等的水质深度净化过滤。三、微过滤\n谢谢！Wemakeit!