1、油田污水處理工程第一節 油田污水資源第一章 概 述 第一節 油田污水資源 第一章 概述在石油的生成、運移和儲積的過程中，石油的主要天然伴生物是水。在油藏勘探開發初期，通常情況下，原始地層能量可將部分油、氣、水液體驅向井底，并舉升至地面，以自噴方式開采，稱之為一次采油。一次采油采出液含水率很低。但是，如果油藏圈閉良好，邊水補充不足，原始地層能量遞減很快，一次采油方式難以維持。為獲得較高采收率，需向地層補充能量，實施二次采油，二次采油有注水開發和注氣開發方式等。目前全國各油田絕大部分都采用注水開發方式，即注入高壓水驅動原油使其從油井中開采出來。但經過一段時間注水后，注入水將隨原油被帶出，隨著開發時

2、間的延長，采出原油含水率不斷上升。油田原油在外輸或外運之前要求必須將水脫出，合格原油允許含水率為0.5%以下。脫出的水中主要污染物為原油，此污水又是在油田開發過程中產生的，因此稱為油田含油污水。由此可見，污水主要來自原油脫水站，及聯合站內各種原油儲罐的罐底水、將含鹽量較高的原油用其他清水洗鹽后的污水 第一節 油田污水資源 第一章 概述如果含油污水不合理處理回注和排放，不僅使油田地面設施不能正常運作，而且會因地層堵塞而帶來危害，同時也會造成環境污染，影響油田安全生產。因此必須合理的處理利用含油污水。 隨著油田注水開發生產的進行帶來了兩大問題。一是注入水的水源問題，人們希望得到能提供供水量大而穩定

3、的水源，油田注水開發初期注水水源是通過開采淺層地下水或地表水來解決，過量開采清水會引起局部地層水位下降，影響生態環境；二是原油含水量不斷上升，含油污水量越來越大，污水的排放和處理是個大問題，大量含油污水不合理排放會引起受納水體的潛移性侵害，污染生態環境。在生產實踐中，人們認識到油田污水回注是合理開發和利用水資源的正確途徑。 由于現代工業的迅速發展和城市人口的增加，生活用水和工業用水量急劇增加，因此不少國家頗感水源不足。解決水源缺乏的辦法之一是提高水的循環利用率。石油行業注水開發油田，隨著開采時間的延長采出污水量逐漸增加，將油田污水經處理后代替地下水進行回注是循環利用水的一種方式。如果污水處理回

4、注率為100%，即不管原油含水率多高，從油層中采出的污水和地面處理、鉆井、作業過程排出的污水全部處理回注，那么注水量中只需要補充由于采油造成地層虧空的水量便可以了。這樣，不僅可以節省大量清水資源和取水設施的建設費用，而且，使油田污水資源變廢為寶，實現可持續發展，提高油田注水開發的總體技術經濟效益。 合理利用污水資源 第一節 油田污水資源 第一章 概述第二節 原水中的雜質 第一章 概 述 第二節 原水中的雜質 第一章 概述分散顆粒 溶解物（低分子、離子） 膠體顆粒懸浮物顆粒大小 0.1毫微米 1毫微米 10毫微米 100毫微米 1微米 10微米 100微米 1毫米外 觀透 明光照下混濁混 濁肉眼

5、可見 油田污水是一種含有固體雜質、液體雜質、溶解氣體和溶解鹽類等較復雜的多相體系。從顆粒大小和外觀來看可按表1-2-1進行分類。 污水中雜質分類 表 1-2-1一、原水雜質分類 第二節 原水中的雜質 第一章 概述原水中的細小雜質，按油田污水處理的觀點，可以分為五大類。 1. 懸浮固體 其顆粒直徑范圍取1100m，此部分雜質主要包括：泥沙 、各種腐蝕產物及垢 、細菌 、有機物 。2. 膠體 粒徑為110-31m，主要由泥砂、腐蝕結垢產物和微細有機物構成，物質組成與懸浮固體基本相似。 3. 分散油及浮油 污水原水中一般有1000mg/l 左右的原油，偶爾出現瞬時20005000mg/l的峰值含油量

6、，其中90%左右為10100m的分散油和大于100m的浮油。 第二節 原水中的雜質 第一章 概述4. 乳化油 原水中有10%左右的110-310m的乳化油。 5. 溶解物質 在污水中處于溶解狀態的低分子及離子物質，主要包括：溶解在水中的無機鹽類和溶解的氣體 第二節 原水中的雜質 第一章 概述二、原水雜質分析 根據凈化水的不同去向，選擇不同的分析項目。 1. 凈化污水回注時分析項目 （1）PH值（2）懸浮固體 （3）濁度 （4）溫度 （5）相對密度 （6）溶解氧 （7）硫化物 （8）細菌數量 （9）陽離子組分 （10）陰離子組分 鈣、鎂、鐵、鋇氯離子 、硫酸根、碳酸根和碳酸氫根（11）總礦化度

7、第二節 原水中的雜質 第一章 概述2. 凈化污水排放時分析項目 為了使凈化水達到排放標準，凈化水質要按污水綜合排放標準GB8978-1996有關規定執行。結合石油行業特點除嚴格按表1-3-2檢測第一類指標外，還應對如下第二類主控指標進行分析：PH值、色度、懸浮物、BOD5、COD、石油類、硫化物、氨氮、氟化物、磷酸鹽、苯胺類、硝基苯類、陰離子表面活性劑、銅、鋅、錳等等。 第二節 原水中的雜質 第一章 概述3. 國內主要油田原水水質分析 國內主要油田有代表性的污水處理站原水水質分析示于表1-2-2。除表中所列數據外，還有油、懸浮固體及水溫等也是原水的重要指標。含油量一般為1000mg/L左右，相

8、應的懸浮固體含量一般為80250mg/L，少部分油田原水含油量高達30005000mg/L，相應懸浮固體含量高達10002000mg/L，這兩項指標在同一污水站瞬時變化很大。 第二節 原水中的雜質 第一章 概述油田站名主要離子含量 mg/L K+ +Na+ Ca2+ Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-大慶喇二聯中三污 1184.01206.0 10.08.0 1.22.4 833.1730.3 0.04.8 1549.91769.5 96.0102.8 勝利坨 四辛 一濱二首站臨盤首站孤一聯38371195215285745517221811661539414244421714888

9、175900218042345312223204400612050791402186048111141200017遼河興一聯高升聯 887.8188.68.044.14.914.6326.2212.80.00.01672.0317.38412.0中原明一聯濮一聯 304284864796025021961924835378631741150959959900華北雁一聯 929.729.37.81178.711.3552.30長慶中區集油站 2790.133675784849627512010江漢廣華集油站 75255545571168741123220國內油田部分污水站原水水質分析表 表1-2

10、-2 第二節 原水中的雜質 第一章 概述油田站名主要離子含量 mg/L 總礦化度mg/LPH值總鐵mg/LCO2mg/LH2Smg/LTGB個/mLSRB個/mL大慶喇二聯中三污 3674.23824.68.858.500.150.100.00.013.04.025025250250勝利坨 四辛 一濱二首站臨盤首站孤一聯1076536036418972066149887.997.156.737.768.100.486.241.230.800.610.080.020.260.060.004104011.51042.51041.410401.51049.51043.1104遼河興一聯高升聯 298

11、2.7289.38.608.720.070.00中原明一聯濮一聯 812771320816.506.502.002.0057.474.53.102.023.51033.5102華北雁一聯 27097.50-長慶中區集油站 833006.4-0.051.6104江漢廣華集油站 1951786.71.4297國內油田部分污水站原水水質分析表 表1-2-2 續第三節 水質標準簡介 第一章 概 述 第三節 水質標準簡介 第一章 概述一、凈化污水回注水質標準 1. 注水水質基本要求 注水水質必須根據注入層物性指標進行優選確定。通常要求：在運行條件下注入水不應結垢；注入水對水處理設備、注水設備和輸水管線腐

12、蝕性要小；注入水不應攜帶超標懸浮物，有機淤泥和油；注入水注入油層后不使粘土發生膨脹和移動，與油層流體配伍性良好。 2. 注水水質標準現將石油天然氣行業標準碎屑巖油藏注水水質推薦指標SY/T 5329-94水質主控指標示于表1-3-1。由于凈化水主要用于回注油層，所以污水處理工藝必須設法使凈化水達到有關注水水質標準。 第三節 水質標準簡介 第一章 概述推薦水質主要控制指標 表1-3-1 注入層平均空氣滲透率 m20.100.10.60.6標準分級A1A2A3B1B2B3C1C2C3控制指標懸浮固體含量，mg/L1.02.03.03.04.05.05.07.010.0懸浮物顆粒直徑中值，m1.01

13、.52.02.02.53.03.03.54.0含油量，mg/L5.06.08.08.010.015.015.02030平均腐蝕率，mm/a0.076點腐蝕 1. A1、B1、C1級；試片各面都無點腐蝕； 2. A2、B2、C2級；試片有輕微點蝕； 3. A3、B3、C3級；試片有明顯點蝕；SRB菌，個/mL010250102501025鐵細菌，個/mLn102n103n104腐生菌，個/mLn102n103n104注： 1n10 清水水質指標中去掉含油量 新投入開發的油田、新建污水處理站，注水水質根據油層滲透率高低要分別執行相應分級（A1、B1、C1）標準。 第三節 水質標準簡介 第一章 概述

14、3. 注水水質輔助性指標 除了上述對注水注水水質的主要控制指標外，SY/T 5329-94還對注水水質的輔助性指標作出指導性規定。輔助性指標主要包括：（1）溶解氧（2）硫化氫（3）侵蝕性二氧化碳（4） PH值（5）鐵 第三節 水質標準簡介 第一章 概述二、污水綜合排放標準 1. 主要技術內容 該標準按照污水排放去向，分年限規定了69種水污染物最高允許排放濃度及部分行業最高允許排水量。它適用于現有單位水污染物的排放管理，以及建設項目的環境影響評價、建設項目環境保護設施設計、竣工驗收及其投產后的排放管理。 標準主要概念定義： 污水指在生產與生活活動中排放的水的總稱。 排水量指在生產過程中直接用于工

15、藝生產的水的排放量。不包括間接冷卻水、廠區鍋爐、電站排水。 一切排污單位指該標準適用范圍所包括的一切排污單位。 其他排污單位指在某一控制項目中，除所列行業外的一切排污單位 第三節 水質標準簡介 第一章 概述2. 主要控制指標 該標準將排放的污染物按其性質和控制方式分為兩類。對于第一類污染物（詳見表1-3-2所示），不分行業和污染排放方式，也不分受納水體的功能分類，一律在排放口取樣，其最高允許排放濃度必須達到表1-3-2要求。 序號污染物 最高允許排放濃度 mg/L1總 汞0.052烷基汞不得檢出3總 鎘0.14總 鉻1.55六價鉻0.56總 砷0.57總 鉛1.08總 鎳1.09苯并（a）芘0

16、.0000310總 鈹0.00511總 銀0.512總放射性1 Bq/L13總放射性10 Bq/L第一類污染物最高允許排放濃度 表1-3-2 第三節 水質標準簡介 第一章 概述對于第二類污染物。在排放口采樣按工程建設年限不同必須達到相應指標要求。主要控制指標有：PH值、色度、懸浮物、BOD5、COD、石油類、動植物油、揮發酚、總氰化物、硫化物、氨氮、氟化物、磷（酸鹽）、甲醛、苯胺類、硝基苯類、陰離子表面活性劑、總銅、總鋅、總錳、彩色顯影劑、糞大腸菌群數、總余氯等50余項。 第三節 水質標準簡介 第一章 概述4. 主要分析檢測方法 采樣點：采樣點應按有關污染物排放口的規定設置，在排放口必須設置排

17、放口標志、污水水量計量裝置和污水比例采樣裝置。采樣頻率：工業污水按生產周期確定監測頻率。生產周期在8h以內的，每2h采樣一次。其他污水采樣，24h不少于2次。最高允許排放濃度按日均值計算。排水量：以最高允許排水量或最低允許水重復利用率來控制，均以月均值計。統計：企業的原材料使用量、產品產量等，以法定月報表或年報表為準。測定方法：該標準采用的主要測定方法見表1-3-4所示。 第三節 水質標準簡介 第一章 概述水 質 主 要 測 定 方 法 表1-3-4 序號項 目測定方法方法來源1總汞 冷原子吸收光度法GB7468-872總鎘原子吸收分光光度法GB/T 14204-933總鉻高錳酸鉀氧化-二苯碳

18、酰二肼分光光度法GB7466-874六價鉻二苯碳酰二肼分光光度法GB7467-875總砷二已基二硫代氨基甲酸銀分光光度法GB7485-876總鉛原子吸收分光光度法GB7475-877總鎳火焰原子吸收分光光度法GB11912-898總銀火焰原子吸收分光光度法GB11907-899PH值玻璃電極法GB6920-8610色度稀釋倍數法GB11903-8911懸浮物重量法GB11901-8912生化需氧量(BOD5)稀釋與接種法GB7488-8713生化需氧量(COD)重鉻酸鉀法GB11914-8914石油類紅外光度法GB/T 16488-199615動植物油紅外光度法GB/T 16488-19961

19、6揮發酚蒸餾后用4-氨基安替比林分光光度法GB7490-8717總氰化物硝酸銀滴定法GB7486-87 第三節 水質標準簡介 第一章 概述水 質 主 要 測 定 方 法 表1-3-4 續 序號項 目測定方法方法來源18硫化物亞甲基藍分光光度法GB/T 16489-199619氨氮鈉氏試劑比色法GB7478-8720氟化物離子選擇電極法GB7484-8721磷酸鹽鉬藍比色法*22甲醛已酰丙酮分光光度法GB13197-91 23苯胺類N-（1-萘基）乙二胺偶氮分光光度法GB11889-8924硝基苯類還原-偶氮比色法或分光光度法*25陰離子表面活性劑亞甲基藍分光光度法GB7494-8726總銅原子

20、吸收分光光度法GB7475-8727總鋅原子吸收分光光度法GB7475-8728總錳火焰原子吸收分光光度法高錳酸鉀分光光度法GB11911-89GB11906-8929三氯甲烷氣相色譜法待頒布30四氯化碳氣相色譜法待頒布31苯酚氣相色譜法待頒布32余氯量N,N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法GB11898-8933總有機碳（TOC）非色散紅外吸收法待制定* 水和廢水監測分析方法（第三版），中國環境科學出版社，1989年 第三節 水質標準簡介 第一章 概述三、凈化污水回用熱采鍋爐標準 油田采出水處理的水主要用于回注地層，以水中懸浮物、油的凈化處理為主要對象，同時要控制水質的穩定，防止腐蝕結垢和

21、微生物繁殖產生的危害。注汽鍋爐的給水除了控制凈化指標和水質穩定指標外，還需控制水質軟化指標。因此，需在采出水處理后的水質基礎上進行深度處理。 稠油油田采出水用于注汽鍋爐給水處理的技術在我國還是初級階段，急需要不斷的總結已運行工程經驗，還要開展有關科學試驗，引進國外相關技術，在設計中積極慎重的應用。 第三節 水質標準簡介 第一章 概述注汽鍋爐給水水質條件 表1-3-5 序號項目單位數量備注1溶解氧mg/l0.052總硬度mg/l0.1以CaCO3計3總鐵mg/l0.054二氧化硅mg/l505懸浮物mg/l26總堿度mg/l20007油和脂mg/l2建議不計溶解油8可溶性固體mg/l70009P

22、H值7.511稠油集輸系統及注蒸汽系統設計規范SY0027中注汽鍋爐的給水水質條件應符合表1-3-5，同時必須滿足所選設備的給水水質要求。 第三節 水質標準簡介 第一章 概述采出水用于熱采鍋爐給水時，其水質指標應達到表1-3-6所示： 水質分析項目單位進入化學沉淀軟化裝置允許值進入離子交換軟化裝置允許值含油量mg/l102懸浮固體含量mg/l2游離CO2mg/l1010總鐵mg/l0.50.05SiO2mg/l50進入熱采鍋爐軟化裝置水質表 表1-3-6 第一節 工藝流程簡介 第二章 污水處理工藝 第二章 污水處理工程 第一節 工藝流程簡介一、重力式流程 自然除油混凝沉降壓力（或重力）過濾流程

23、。該流程如圖2-1-1所示。重力式處理流程處理效果良好，對原水含油量、水量變化波動適應性強，自然除油回收油品好，投加凈化劑混凝沉降后凈化效果好。但當處理規模較大時，壓力濾罐數量較多、操作量大，處理工藝自動化程度稍低。當對凈化水質要求較低，且處理規模較大時，可采用重力式單閥濾罐提高處理能力。 第二章 污水處理工程 第一節 工藝流程簡介圖2-1-1 重力式污水處理流程圖 文一中心污水處理站 第二章 污水處理工程 第一節 工藝流程簡介二、壓力式流程 旋流（或立式除油罐）除油聚結分離壓力沉降壓力過濾流程。該流程如圖2-1-2所示。壓力式處理流程處理凈化效率較高，效果良好，污水在處理流程內停留時間較短，

24、但適應水質、水量波動能力稍低于重力式流程。旋流除油裝置可高效去除原水中含油，聚結分離可使原水中微細油珠聚結變大，縮短分離時間，提高處理效率。該流程系統機械化、自動化水平稍高于重力式流程，現場預制工作量大大降低，且可充分利用原水來水水壓，減少系統二次提升。 第二章 污水處理工程 第一節 工藝流程簡介圖2-1-2 壓力式污水處理流程圖 第二章 污水處理工程 第一節 工藝流程簡介三、 浮選式流程 接收（溶氣浮選）除油射流浮選或誘導浮選過濾、精濾流程。該流程如圖2-1-3所示。浮選流程處理效率高，設備組裝化、自動化程度高，現場預制工作量小。因此，廣泛應用于海上采油平臺，在陸上油田，尤其是稠油污水處理中

25、也被較多應用。但該流程動力消耗大，維護工作量稍大。 大慶油田開式浮選除油工藝 第二章 污水處理工程 第一節 工藝流程簡介圖2-1-3 浮選式污水處理流程圖 第二章 污水處理工程 第一節 工藝流程簡介四、開式生化處理流程 隔油浮選生化降解沉降吸附過濾流程。該流程如圖2-1-4所示，開式生化處理流程是針對部分油田污水采出量較大，回用量不夠大，必須處理達標外排而設計的。一般情況，通過上述開式生物處理流程凈化，排放水質可以達到污水綜合排放標準GB8978-1996要求。對于少部分油田污水水溫過高，若直接外排，將引起受納水體生態平衡的破壞。因此，尚需在排放前進行淋水降溫處理；對于少部分礦化度高的油田污水

26、，有必要進行除鹽軟化，適當降低含鹽量，以免引起受納水體鹽堿化。 第二章 污水處理工程 第一節 工藝流程簡介圖2-1-4 開式生化處理流程 勝利油田配套了以重力沉降、壓力沉降、浮選、旋流和水質改性工藝為主的除油凈化工藝 。勝利油田重力、壓力、旋流除油凈化工藝低滲透油田回注水處理技術 遼河油田浮選精濾處理工藝流程來水調節水罐/除油罐DAF高效氣浮裝置中間水箱過濾泵多介質過濾器超細濾料過濾器膜裝置成品水罐外輸泵 調節罐/除油罐 DAF氣浮機 過濾器膜分離裝置第二節 除 油 第二章 污水處理工藝 第二章 污水處理工程 第二節 除 油一、自然除油 1. 基本原理 自然除油是屬于物理法除油范疇，是一種重力

27、分離技術。重力分離法處理含油污水，是根據油和水的密度不同，利用油和水的密度差使油上浮，達到油水分離的目的。含油污水在這種重力分離池中的分離效率為： 式中： E 油珠顆粒的分離效率； u 油珠顆粒的上浮速度； Q/A 表面負荷率； Q 處理流量； A 除油設備水平工作面積。 /=AQuE （式2-2-1） 第二章 污水處理工程 第二節 除 油浮升速度u可用斯托克斯公式計算： 式中： u 油珠顆粒的浮升速度，m/s； g 重力加速度，m/s2； 污水的動力粘度，Pa.s； w 污水的密度，kg/m3； o 油的密度，kg/m3； （式2-2-2） 2)(18powdgurrm-= 由斯托克斯公式可

28、知，若污水中的油珠顆粒直徑、污水密度、油的密度和水溫一定時，則油珠顆粒的浮升速度亦為定值，除油效率與油珠顆粒的浮升速度成正比，與表面負荷率成反比。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油2. 裝置結構 自然除油設施一般兼有調儲功能，其油水分離效率不夠高，通常工藝結構采用下向流設置。如圖2-2-1所示，立式容器上部設收油構件，中上部設配水構件，中下部設集水構件，底部設排污構件。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油圖2-2-1A 自然除油罐結構圖 圖2-2-1B 大慶油田自然除油罐 第二章 污水處理工程 第二節 除 油二、斜板（管）除油罐 1. 原理 斜板（管）除油是目前最常用的高效除油方法之一，

29、它同樣屬于物理法除油范疇。斜板（管）除油的基本原理是“淺層沉淀”，又稱“淺池理論”，通俗的講，若將水深為H的除油設備分隔為n個水深為H/n的分離池，而當分離池的長度為原除油分離區長度的1/n時，便可處理與原來的分離區同樣的水量，并達到完全相同的效果。為了讓浮升到斜板（管）上部的油珠便于流動和排除，把這些淺的分離池傾斜一定角度（通常為45 60），超過污油流動的休止角。這就形成了所謂的斜板（管）除油罐。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油假設除油設備的高度為H，油珠顆粒分離時間為t，則表面負荷率可表示為Q/A=H/t，將其代入分離效率公式，可得： HuttHuAQuE=/ （式2-2-3） 從

30、（式2-2-3）可見，重力分離除油設備的除油效率是其分離高度的函數，減小除油設備的分離高度，可以提高除油效率。在其他條件相同時，除油設備的分離高度越小，油珠顆粒上浮到表面所需要的時間就越短，因此在油水分離設備中加設斜板，增加分離設備的工作表面積，縮小分離高度，從而可提高油珠顆粒的去除效率。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油2. 斜板板組工藝計算 (1) 斜板板組水力計算 根據含油污水油珠運動規律：當某一粒徑的油珠P，處于斜板中某一位置時，它具有上浮速度V0，軸向速度V。由此可建立質點P的y方向與x方向瞬時合成速度u、v的方程式，即： 2Cvx+=td1Cuy+=td （式2-2-4） （式

31、2-2-5） 第二章 污水處理工程 第二節 除 油圖2-2-2 從圖2-2-2可知，油珠P在y方向的瞬時合速度為：u=V0cos；在x方向的瞬時合速度為：v=V-V0sin，將上式代入式2-2-4、式2-2-5中即得油珠P的運動方程，它適于各種計算方法，其運動方程式如下： ()20sincVVx+-=tda10coscVy+=tda （式2-2-6） （式2-2-7） 第二章 污水處理工程 第二節 除 油圖2-2-3 A. 田中法 田中法假設油珠上浮過程中上浮速度不變，即V0為常數，軸向速度采用過水斷面平均流速即V為常數，見圖2-2-3。田中法認為油珠由a點進入斜板，而到b點被截留，這樣油珠所

32、流經的長度為板長La與L1之和，這樣依田中法，當t=0時，求得式2-2-6、式2-2-7中c1=-d/2；c2=-d/tg。將式2-2-6、式2-2-7積分則得： aatgdtvVtx/sin-=2/cos0dtVy-=a （式2-2-8） （式2-2-9） 第二章 污水處理工程 第二節 除 油當油珠由a點運動到b點，即油珠由板底至板頂時在y方向位移為d，y=d/2，由式2-2-8求得：t=d/(V0cos，代入式2-2-9得： aaacossincos0-=dVdVLxa （式2-2-10） 第二章 污水處理工程 第二節 除 油B. 姚氏法 姚氏法假定油珠在上浮過程中上浮速度V0為常數，軸向

33、速度為變值，即：V=f(y)，見圖2-2-4，由此得方程式為： +=10coscVytda()20sincVyVx+-=ttdda （式2-2-12） （式2-2-11） 圖2-2-4 第二章 污水處理工程 第二節 除 油姚式法認為油珠由a點至b點的歷程為Lb（板長），即t=0時，y=-d/2，x=0；則：c1=-d/2，c2=0；將此值代入式2-2-11、式2-2-12得：2/cos0dtVy-=a()asin00tVyVxt-=td（式2-2-13） （式2-2-14） 將式2-2-8、式2-2-9與式2-2-13、式2-2-14相對比可知y方程完全相同，而x方程中式2-2-14少一項（-

34、d/tg），這是田中法和姚氏法主要區別。關于函數V(y)，可依水力學公式 計算，此處運算結果與V等于常數時相同，則式2-2-14可求結果為： -=2242ydyiVm 第二章 污水處理工程 第二節 除 油aaaatgddVdVLxb+-=cossincos0（式2-2-15） 從式2-2-10與式2-2-15可知，姚氏板計算長度比田中法計算長度增加d/tg。式2-2-15也可寫成如下型式： aaacossincos0dVdVLxb-= （式2-2-16） 第二章 污水處理工程 第二節 除 油C. 理想分離法 理想分離法基本假設與田中法相似，它不描述油珠在板體中上浮軌跡，它認為田中法與姚氏法雖采

35、用軸向速度相同與不同的假設，但因二者質點起落位置在實際中是相同的。對于層流，即理想狀態下二者假設無質的區別。就是說，當油珠的邊界條件已定時，斜板長度決定于油珠的軸向速度與上浮速度的合成速度，也決定于板組的材質及構造。板長、板距、軸向速度、上浮速度之間符合矩形或平行四邊形相似原理，下面分別對矩形斜板組與平行四邊形斜板組進行水力計算。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油圖2-2-5 a. 下向流矩形平行斜板板組，依平行四邊形相似原理如圖2-2-5。 120LLLVVc+= （式2-2-17） 式中：L2=d/cos，L1=dsian/cos；則： aaaaaaatgddVVddVVdLc+-=-

36、=cossincoscossincos00 （式2-2-18） 第二章 污水處理工程 第二節 除 油b. 下向流平行四邊形平行斜板板組，依矩形相似原理如圖2-2-6。 圖2-2-6 123VVVdL-= （式2-2-19） 式中：V1=V0cos，V2=V0sin；則：aaacossincos03dVVdL-=（式2-2-20） 式2-2-20與式2-2-18相同，但式2-2-20中L3=Ld+L4，又因L4=d/tg ，則： aaaaaaaacossincossincoscossincos00dVVdddVVdLd-=-= （式2-2-21） 第二章 污水處理工程 第二節 除 油c. 上向流

37、矩形與平行四邊形斜板板組及側向流斜板組的板長。上向流矩形斜板板組依據矩形相似原理如圖2-2-7。 圖2-2-7 LVVdV21+= （式2-2-22） 式中：V1=V0cos，V2=V0sin；則：aaacossincos0edVVdL-=（式2-2-23） 同理可計算上向流平行四邊形與側向流斜板板組板長，見下式： 第二章 污水處理工程 第二節 除 油aaacossincos0dVVdLf+= （式2-2-24） acos0VVdLg= （式2-2-25） （2）各種板組計算板長與上浮速度的對比 從各種板組計算中可知，它們的計算板長并不一樣，為便于比較將計算板長與上浮速度匯成表2-2-1和表2

38、-2-2。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油序號計算方法表達式尾項變化范圍斜角45斜角601田中-2d-2.31d2姚氏-d-1.73d3理想分離下向矩形-d-1.73d4下向四邊-2d-2.31d5上向矩形+d+1.73d6上向四邊+2d+2.31d7側向00板長計算公式匯總 表2-2-1 第二章 污水處理工程 第二節 除 油序號計算方法表達式尾項變化范圍斜角45斜角601田中0.4290.6192姚氏0.4410.6303理想分離下向矩形0.4410.6304下向四邊0.4290.6195上向矩形0.4710.7086上向四邊0.4860.7227側向0.4550.667上浮速度計算公

39、式匯總 表2-2-2 說明：上浮速度計算值的假設條件為L=1500mm，d=50mm，V=10.0mm/s。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油從表2-2-1、表2-2-2可得出如下規律：條件相同時，田中法與下向流平行四邊形板組計算結果形同，姚氏法與下向流矩形板組計算結果相同。 條件相同時，田中法與理想分離法中下向平行四邊形板組計算板長最短；姚氏法與下向流矩形板組長度次之，上向流平行四邊形板組計算長度最長，上向流矩形次之，側向流為上述的平均值。 條件相同時，田中法可去除較小油珠；而上向流平行四邊形板組只能去除較大的油珠，分離效果較低。 條件相同時，板組傾角對板長與分離效果影響較大，這種影響對

40、各種計算方法均存在。理想分離按下向流、上向流、側向流，分別適應平行四邊形板組與矩形板組各種情況計算。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油（3）隔油池斜板板組計算 設隔油池板組符合下向流平行四邊形斜板板組條件。 A. V0的確定 V0與表面負荷si=Q/A 均為板組計算的重要參數，V0可以通過斯托克斯公式求得。 B. 斜板層流起始段計算 有關層流起始段長度計算，對于斜板隔油池，據文獻介紹可用下式計算： Re052.00=dL （式2-2-26） 式中：L0 層流起始段長度，cm。 d 斜板板距，cm。 Re 雷諾數。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油C. 板長計算 斜板設計長度應為層流起始

41、段長度與計算板長之和，即： 0LLLc+= （式2-2-27） 式中：Lc 的計算見式2-2-18。 D. 板組面積與板組尺寸的確定 設斜板長為L，寬為B，間距為d，為增加表面積與剛度采用波紋板，板組斜角為，水出流量為Q，斜板塊數為n，則V的理論值為： dnBQV= （式2-2-28） 第二章 污水處理工程 第二節 除 油又依表2-2-2 aasin/cos0dLVdV+= （式2-2-29） 式中：Lcos 斜板水平投影長度d/sin 斜板水平距 將式2-2-28代入式2-2-29，得： aasin/cos0nBdnBLQV+=（式2-2-30） 式中：nBLcos 斜板組水平投影面積（A）

42、 nBd/sin 斜板組水平距總面積（A1） 則： 第二章 污水處理工程 第二節 除 油=+=isQEVQAAA01 （式2-2-31） 式中：E 斜板隔油池工作效率，75%85%。 因Q、E、V0或si已知，則可解。 E. 雷諾數和費羅德數計算 隔油池的水力計算均以理想流體為基礎，則含油污水在層流狀態運行，為此應降低雷諾數Re；但為保持水流的穩定性水體又應有一定能量以防干擾；這樣就需增大費羅德數Fr，從而提高水流穩定性，Re與Fr計算如下： 第二章 污水處理工程 第二節 除 油式中：F 過水斷面積（橫斷面積） 水的運動粘滯系數 x 濕周 V 板間軸向流速 xVFm=Re （式2-2-32）

43、FgxV2=Fr （式2-2-33） 式中：g 重力加速度。 由式2-2-32和式2-2-33知，只有增大濕周才能降低Re，同時增大Fr，因此斜板板組做成各種波紋板，其目的在于增加濕周x。通常將Re限制在500之內；而將Fr限制在10-5之外。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油3. 斜板除油裝置 （1）立式斜板除油罐 立式斜板除油罐的結構型式與普通立式除油罐基本相同，其主要區別是在普通除油罐中心反應筒外的分離區一定部位加設了斜板組，如圖2-2-8所示。 立式斜板除油罐的主要設計參數如下：斜板間距80100mm，斜板傾角4560，斜板水平投影負荷1.510-42.010-4m3/（s.m2）

44、，其他設計數據與普通除油罐基本相同。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油圖2-2-8 立式斜板除油罐結構圖 第二章 污水處理工程 第二節 除 油常用的斜板規格有多種：一種是板長1750mm，板寬750mm，板厚1.51.9mm，每塊板有6個波，波長130mm，波高16.5mm，波峰處的夾角101；另一種是板長1550mm，板寬650mm，板厚1.21.6mm，每塊板有11個波，波長59mm，波高28mm；再一種是板長1360mm，板寬760mm，板厚1.61.9mm，每塊板有58個波，波長120mm左右，波高1520mm。為安裝和檢修方便，可把斜板拼裝成若干個斜板組塊。斜板組塊排列在除油罐內

45、的鋼支架上。 油田上使用立式斜板除油罐的實踐證明，在除油效率相同的條件下，與普通立式除油罐相比，同樣大小的除油罐的除油處理能力可提高1.01.5倍。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油（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設斜板組所構成的，如圖2-2-9A、B而下的經過斜板區，油、水、泥在斜板中進行分離，油珠顆粒沿斜板組的上層板下，向上浮升滑出斜板到水面，通過活動集油管槽收集到污油罐，再送去脫水，泥砂則沿斜板組的下層斜板面滑向集泥區落到池底，定時排除；分離后的水，從下部分離區進入折向上部的出水槽，然后排出或送去進一步處理，由于高程上布置的原因，污水進入下一步處理工

46、序，往往需要用泵進行提升。 圖2-2-9A 斜板（管）隔油器構造圖 第二章 污水處理工程 第二節 除 油圖2-2-9B 平流式斜板隔油池構造圖 第二章 污水處理工程 第二節 除 油三、粗粒化（聚結）除油 1. 粗化（聚結）除油機理 所謂粗粒化，就是使含油污水通過一個裝有填充物（也叫粗粒化材料）的裝置，在污水流經填充物時，使油珠由小變大的過程。經過粗粒化后的污水，其含油量及污油性質并不變化，只是更容易用重力分離法將油除去。粗粒化處理的對象主要是水中的分散油，粗粒化除油是粗粒化及相應的沉降過程的總稱。油珠浮升符合斯托克斯公式（式2-2-2），該式這表明，對溫度一定的特定污水而言，其動力粘滯系數、污

47、水密度、污油密度和重力加速度都是一定值，上式可簡化為： 第二章 污水處理工程 第二節 除 油20Kdu= （式2-2-34） 可以看出，油珠上浮速度與油珠粒徑平方成正比。如果在污水沉降之前設法使油珠粒徑增大，則可大大增大油珠上浮速度，進而使污水在沉降罐中向下流速（v）加大，這樣便可提高除油罐效率。有關學者經過大量研究，采用粗粒化法（也稱聚結）可達到增大油珠粒徑的目的。以上便是粗粒化除油的理論依據。 “潤濕聚結” 理論建立在親油性粗粒化材料的基礎上。當含油污水流經由親油性材料組成的粗粒化床時，分散油珠便在材料表面潤濕附著，這樣材料表面幾乎全被油包住，再流來的油珠也更容易潤濕附著在上面，因而附著的

48、油珠不斷聚結擴大并形成油膜。由于浮力和反向水流沖擊作用，油膜開始脫落，于是材料表面得到一定程度的更新。脫落的油膜到水相中仍形成油珠，該油珠粒徑比聚結前的油珠粒徑要大，從而達到粗粒化的目的。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油“碰撞聚結” 理論建立在疏油材料基礎上。無論由粒狀的或是纖維狀的粗粒化材料組成的粗粒化床，其空隙均構成互相連續的通道，尤如無數根直徑很小交錯分布的微管。當含油污水流經該床時，由于粗粒化材料是疏油的，兩個或多個油珠有可能同時與管壁碰撞或互相碰撞。其沖量足可以使它們合并成為一個較大的油珠，從而達到粗粒化的目的。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油 第二章 污水處理工程 第二

49、節 除 油2. 粗粒化材料（聚結板材）的選擇 國內各油田目前工業化的粗粒化裝置大多是用粒狀材料，各種材料性能可見表2-2-3。材料名稱 潤濕角相對密度潤濕角測定條件聚丙烯7380.91水溫44C；介質為凈化后含油污水潤濕劑為原油無煙煤13181.60陶 粒72421.50石英砂99302.66蛇紋石7292.52粗粒化材料物性表 表2-2-3 粗粒化材料選擇原則為：耐油性能好，不能被油溶解或溶漲；具有一定的機械強度，且不易磨損；不易板結，沖洗方便；一般主張用親油性材料；盡量采用相對密度大于1的材料；貨源充足，加工、運輸方便，價格便宜；粒徑35mm為宜。對于聚結板材通常可采用聚氯乙烯、聚丙烯塑料

50、、玻璃鋼、普通碳鋼和不銹鋼等。具體選用哪種材質的聚結板，要根據處理水質特性和生產實際需要來確定。一般說來，聚丙烯和玻璃鋼塑料聚結板屬濕潤聚結范疇；純聚丙烯板材，當吸油接近飽和時纖維周圍會產生油水界面引起的分子膜狀薄油膜，吸油趨于平衡，影響聚結效果。玻璃鋼材質吸油時對油水界面引起的分子膜狀薄油膜影響較小，吸油功能可保持良好，但板材加工難度較大。碳鋼和不銹鋼聚結板材屬碰撞聚結范疇，板材表面經過特殊處理后，親水性能良好。不銹鋼板聚結效果優于碳鋼板，其運行壽命也大于碳鋼板，但不銹鋼板造價遠高于碳鋼板。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油 第二章 污水處理工程 第二節 除 油3. 粗粒化（聚結）裝置

51、單一的粗粒化裝置一般為立式結構，下部配水，中部裝填粗粒化材料，上部出水。組合式粗粒化除油裝置一般為臥式，裝置首端為配水部分，中部為粗粒化部分，中后部為斜板（管）分離部分，后部為集水部分。粗粒化除油裝置工藝結構如圖2-2-10（a）所示。 1. 進水口 2. 出水口 3. 粗粒化段 4. 蜂窩斜管5. 排油口 6. 排污口 7. 維修人孔 8. 拆裝斜管人孔 圖2-2-10(a) 粗粒化除油器工藝原理圖 第二章 污水處理工程 第二節 除 油聚結分離器采用臥式壓力聚結方式與斜板（管）除油裝置結合除油。原水進入裝置首端，通過多喇叭口均勻布水，水流方式橫向流經三組斜交錯聚結板，使油珠聚結，懸浮物顆粒增

52、大，然后再橫向上移，自斜板組上部均布，經斜板分離，油珠上浮集聚，固體懸浮物下沉集聚排除，凈化水由斜板下方橫向流入集水腔。高效聚結分離器工藝原理圖見圖2-2-10（b）所示。 1. 進水口 2. 出水口 3. 排污口 4. 污油口5. 進料口 6. 蒸氣、回水口 7. 安全閥 8. 出水擋板 圖2-2-10(b) 聚結分離器工藝原理圖 Performax聚結器工藝結構 Performax聚結器為圓形臥式工裝，左端上部為進水口和配水部分，然后沿軸向徑面設置若干組Perfornax聚結填料，長度從0.60962.7432m，標準單元長度為0.914m。中部為自由排污（必要時還有沖砂）系統。罐體上部設

53、有排氣口和安全閥口，罐體右端為出水口和液位，界面監控系統。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油 第二章 污水處理工程 第二節 除 油四、氣浮除油（除懸浮物） 1. 基本原理 氣浮就是在含油污水中通入空氣（或天然氣）設法使水中產生微細氣泡，有時還需加入浮選劑或混凝劑，使污水中顆粒為0.2525m的乳化油和分散油或水中懸浮顆粒粘附在氣泡上，隨氣體一起上浮到水面并加以回收，從而達到含油污水除油除懸浮物的目的。由物理學基本概念得知，各種液體都有表面能，其表達式為： SW=s （式2-2-35） 式中： W 表面能，J； 表面張力，N/m；S 液體表面面積，m2。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油

54、同樣界面能也等于界面張力乘界面面積，界面能也有減小至最小的趨勢，所以水中油呈圓球形。當把空氣通入含有分散油的污水中，形成大量微小氣泡，油粒同樣具有粘附到氣泡上的趨勢以減少其界面能。 為使污水中有些親水性的懸浮物用氣浮法分離，則應在水中加入一定量的浮選劑使懸浮物表面變為疏水性物質，使其易于粘附在氣泡上去除。浮選劑是由極性-非極性分子組成，為表面活性物質，例如含油污水中的環烷酸及脂肪酸都可起浮選劑作用。有時水中乳化油含量較高時，氣浮之前還需加混凝劑進行破乳，使水中油呈分散油狀態以便于氣泡粘附易于用氣浮法分離。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油2. 氣浮除油（除懸浮物）裝置 （1）溶解氣浮選裝置

55、 圖2-2-11 溶解氣浮選裝置工藝示意圖 該裝置使氣體在壓力狀態下溶于水中，再將溶氣水引入浮選器首端或底部均勻配出，待壓力降低后，溶入水中的氣體便釋放出來，使被處理水中的油珠和懸浮物吸附到氣泡上，上浮聚集被去除。如圖2-2-11所示，為溶解氣浮選裝置工藝示意圖。 低滲透油田回注水處理技術 DAF高效溶氣氣浮裝置混凝器DAF氣浮機氣浮機原理圖主要技術參數: （1）停留時間：10分鐘 ;（2）溶氣壓力：0.6MPa （3）回 流 比：2030 （4）出水水質：懸浮物20.0mg/L， 含油量10.0mg/L溶氣浮選裝置構造圖溶氣浮選裝置外形圖 第二章 污水處理工程 第二節 除 油（2）分散氣浮選

56、裝置 圖2-2-12 分散氣浮選分散裝置圖 A. 旋轉型浮選裝置 該裝置機械轉子旋轉在氣液界面上產生了一個液體漩渦，漩渦氣液界面隨著轉速升高可擴展到分離室底部以上。在渦漩中心的氣腔中，壓力低于大氣壓，這就引起分離室上部氣相空間的蒸汽下移，通過轉子與水相混合形成氣水混合體。而后在轉子的旋轉推動下向周邊擴散，形成與油、懸浮物混合、碰撞、吸附、聚集，上浮被去除的循環過程。圖2-2-12示出了分散氣浮選裝置的橫截面圖。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油圖2-2-13 噴射型分散氣浮選裝置圖 B. 噴射型浮選裝置 該裝置每個浮選單元均設置一個噴射器，利用泵將凈化水打入浮選單元的噴射器，如圖2-2-1

57、3所示，在噴射器內的噴嘴局部產生低氣壓，這就引起氣浮單元上部氣相空間的氣體流向噴射器噴嘴，從而使氣、水在噴嘴出口后的擴散段充分混合，然后射流入浮選單元中下部與被處理的污水混合，形成油、懸浮物與氣泡吸附、聚集，上浮被去除。 圖2-2-13A 誘導氣浮選裝置示意圖 圖2-2-13B 誘導氣浮選裝置動態模擬圖 圖2-2-13C 誘導氣分散狀態放大圖 圖2-2-13D 誘導氣浮選裝置總裝圖 圖2-2-13E 聚結、浮選工藝裝置 第二章 污水處理工程 第二節 除 油五、旋流除油 1. 基本原理 水力旋流器是利用油水密度差，在液流調整旋轉時受到不等離心力的作用而實現油水分離。其基本工藝原理、結構如圖2-2

58、-14A、B所示。 圖2-2-14A 水力旋流器工藝原理示意圖 圖2-2-14B 水力旋流器單芯工藝結構圖 第二章 污水處理工程 第二節 除 油高速旋轉的物體能產生離心力。含懸浮物（或分散油）的水在高速旋轉時，由于顆粒和水的質量不同，因此受到的離心力大小也不同，質量大的被甩到外圍，質量小的則留在內圍，通過不同的出口分別導引出來，從而回收了水中的懸浮顆粒（或分散油），并凈化了水質。 （1）離心力和介質阻力 由旋流管中心向器壁輻射的力為離心力。具有球形液滴所受的離心力可按下式： ()rgVdFtow6231rrp-= （式2-2-37） 第二章 污水處理工程 第二節 除 油式中：d 液滴直徑；cm

59、 r 旋轉半徑；cm o 分散相密度；kg/cm3 Vt 切向速度；cm/s w 連續相密度；kg/cm3 g 重力加速度；cm/s2 Vt2/r 離心加速度；cm/s2按斯托克斯公式求得的介質阻力為： rwVdFmp32= （式2-2-38） 式中：w 連續相的運動粘度；Ns/cm2 Vr 液滴的徑向速度；cm/s 忽略重力不計，當離心力F1和介質阻力F2相等時，油滴的徑向速度為： 第二章 污水處理工程 第二節 除 油()rVdVwtowrmrr1822-= （式2-2-39） 油滴在重力場內的升浮速度： ()gdVwowgmrr182-= （式2-2-40）比較式2-2-39和式2-2-4

60、0可得出： rgVVVKtgrc2= （式2-2-41） 式2-2-41說明Kc是離心加速度和重力加速度的比值稱為分離因素。統計計算表明，水力旋流器的分離因素在5002000之間。 第二章 污水處理工程 第二節 除 油（2）油滴直徑 由式2-2-39可知： owrwtVrVdrrm-=181 （式2-2-42） 24inintDQVp= （式2-2-43） 式中：Qin 旋流管的進口流量；m3/s Din 旋流管進口當量直徑；m trVr= （式2-2-44） 式中：t 液體在旋流管內的停留時間；s 第二章 污水處理工程 第二節 除 油()tQrDdowwininrrmp-=1842 （式2-