含油汙水淨化裝置及具有該裝置的淨化系統的製作方法

2023-05-29 10:49:46 2

專利名稱：含油汙水淨化裝置及具有該裝置的淨化系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油田採出水、石化企業含油汙水淨化技術，尤其是指一種可處理含油汙水以去除水中的油和懸浮物，達到油田回注水或石化回用水的指標要求的含油汙水淨化裝置及淨化系統。

背景技術：
目前，油田大多採用注水開採方式，每採出1噸原油約需向地下注回2-3立方米水.油田採出水經處理後幾乎全部回注，如果將含有大量懸浮物、乳化油和其它汙染物的汙水注回地下，將影響油田以後的產油量。因此，油田汙水處理回注技術和設備對於油田的開發、生產具有極其重要的意義。
沿用了許多年的傳統的「二級沉降」及「二級過濾」水處理工藝技術和設備由於淨化工藝流程長，系統龐大，淨化效率不夠高，難以適應高含乳化油、懸浮物的採出水的淨化工藝需求。所以，各油田和石化企業十分迫切需要淨化效率更高、處理後出水能滿足現有回注水/回用水水質標準，投資和運行費用又要為油田或石化企業的經濟實力所能接受的汙水處理新技術和新設備。
油田處理含油汙水主要是採取沉降、過濾的常規處理工藝技術。一般的分三個處理階段，第一階段為緩衝調節段，主要處理構築物是調儲罐、汙水罐。第二階段為沉降分離除油段，主要處理構築物是混凝沉降罐、斜管沉降罐、粗粒化罐、壓力斜板除油罐、氣浮選除油及旋流器分離除油等。第三段為壓力過濾段，主要構築物是石英砂、核桃殼、雙濾料和纖維球濾罐等，是將沉降分離段不能截留的微粒雜質、絮凝物、乳化油分離出來，這是水質能否達標的關鍵環節。由於處理工藝流程長，濾料易汙染，構築物多，佔地面積較大。且隨著汙水水質成分越來越複雜和注水水質的提高，不但投資和運行費用高，而且處理後出水水質指標很難達到目前回注水或回用水水質標準。
同樣，石化企業，特別是煉油生產排出的含油汙水的處理，也存在類似的問題，目前的處理流程一般為隔油池除油-氣浮-生物厭氧-生物好氧-沉澱--過濾-外排。其中隔油池除油和氣浮是物化處理，主要目的是儘可能多的去除汙水中的含油和懸浮物，以便為後續的生化處理創造條件。但這一段都存在停留時間長、構築物多和處理效果差的問題，嚴重影響最終的處理達標。
有鑑於此，本設計人為解決上述常規技術存在的問題，乃決心憑其從事本領域多年研發、製造的經驗，經多次的開發改良後終於精心設計出本實用新型的含油汙水淨化器及淨化系統，其可改善上述常規技術的缺陷。

發明內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種含油汙水淨化裝置及淨化系統，以解決目前在油田採出水的處理上存在的流程長、投資大、處理效果差和濾料易汙染等問題。
本實用新型要解決的另一技術問題是提供一種含油汙水淨化裝置及系統，以解決石化企業含油汙水生化之前的預處理和生化之後的深度處理問題。
本實用新型提出一種含油汙水淨化裝置，其包括有一圓柱形立式罐體，所述罐體具有汙水進水口、處理後水出口及汙泥出口，罐體內沿軸向設有可形成懸浮汙泥層的固液分離組件，汙水進水口與固液分離組件的底部相連通，汙水經過進水口流入固液分離組件，並在固液分離組件內形成懸浮汙泥層，汙水經過懸浮汙泥層的過濾處理後由出水口通過管線引至濾後水罐，汙水下進上出。
本實用新型還提出一種包括上述含油汙水淨化裝置的淨化系統，所述汙水淨化裝置的汙水進水管道上設有加藥裝置，該含油汙水淨化裝置的排泥口連接至汙泥池，含油汙水在該淨化裝置罐體內完成反應、絮凝、過濾和汙泥濃縮全過程，淨化後的水通過出水管送至濾後水罐。
本實用新型的特點和優點是本實用新型的含油汙水淨化裝置及淨化系統首先在該淨化器的進水管線投加混凝劑，使汙水中部分溶解狀態的汙染物和膠體顆粒吸附出來，形成微小懸浮顆粒，從汙水中分離出來；然後採用助凝劑將汙水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體；再依靠旋流和過濾水力學等流體力學原理，在該汙水淨化器內使絮體與水快速分離；清水經過罐體內由懸浮物和藥劑自我形成的緻密的懸浮泥層過濾之後，達到深度處理的水平；不存在傳統的機械過濾濾料極容易被油汙堵塞、汙染的致命弱點。汙泥層不斷更新，多餘汙泥自動排到汙泥濃縮室，並在濃縮室內高度濃縮，定期靠壓力排出。
本實用新型將汙水的「絮凝、沉降和過濾」程序合併設計在一個汙水淨化裝置的罐體內，在很短的流程裡快速完成，只需用相當於傳統的油田採出水汙水處理的工程投資和低於傳統的油田採出水汙水處理的運行費用，就能夠獲得深度淨化處理的效果(A3-A2級注水標準)。
本實用新型的含油汙水淨化技術以其流程簡單可靠、投資和運行費用低、佔地少、淨化乳化油和懸浮物的效果特別好的眾多優勢將為油田採出水回注的淨化處理開創一條新路，在石化企業的應用前景也十分廣闊，其經濟效益和社會效益是不可估量的。

圖1為本實用新型的含油汙水淨化裝置的一實施例的內部結構示意圖。
圖2為本實用新型的含油汙水淨化裝置的實施例的另一方向的外部結構示意圖。
圖3為本實用新型的含油汙水淨化裝置的實施例的仰視示意圖。
圖4為本實用新型的含油汙水淨化系統的實施例的結構示意圖。
圖5為本實用新型的試驗測試中的含油量變化曲線圖。
圖6為本實用新型的試驗測試中的懸浮物變化曲線圖。
圖7為本實用新型的試驗測試中的粒徑中值變化曲線圖。
附圖標號說明 1、罐體11、進水管12、排泥管 13、出水管 15、觀察窗16、人孔 17、爬梯 20、固液分離組件 21、柱狀部 22、錐狀部 23、排泥筒30、汙泥濃縮室 31、澄清水出口 32、澄清管40、斜管沉澱區 50、集水管 51、立管(出水管) 61、取樣接水鬥 62、取樣管 100、含油汙水淨化裝置 110、提升泵 120、外輸泵200、除油緩衝罐 300、濾後水罐 400、汙泥池500、汙油池 601、602、603、加藥裝置 具體實施方式
下面配合附圖及具體實施例對本實用新型的具體實施方式
作進一步的詳細說明。
本實用新型首先提出一種含油汙水淨化裝置，其包括有一罐體，所述罐體具有汙水進水口、處理水出口及汙泥出口，罐體內沿軸向設有可形成懸浮汙泥層的固液分離組件，汙水進水口與固液分離組件的底部相連通，汙水經過進水口流入固液分離組件，並在固液分離組件內形成懸浮汙泥層，汙水經過懸浮汙泥層的過濾處理後由出水口通過管線引至濾後水罐。
如圖1至圖3所示，為本實用新型的含油汙水淨化裝置的實施例的結構示意圖，下面詳細說明。
如圖1至圖3所示，本實用新型的含油汙水淨化裝置主要包括一圓柱形罐體1，罐體1底部設有與進水管11相通的汙水進水口及與排泥管12相通的汙泥出口，其頂部設有濾後水出口，該出口與出水管11相連；罐體1內沿軸向設有固液分離組件20，固液分離組件20包括下段的柱狀部21及上段的錐狀部22，且該錐狀部22中設有柱狀集泥筒23，所述集泥筒23的頂部開口沿略高於錐狀部22的邊緣；罐體下部固液分離組件外側為汙泥濃縮室30，集泥筒23的底部與罐體1內的汙泥濃縮室30相連通。
汙水進水管11與固液分離組件20的底端相連通，而且汙水是沿底部切線方向流入固液分離組件20，在固液分離組件20內上升的過程中形成懸浮汙泥層，汙水經過懸浮汙泥層的過濾處理後由集水裝置收集後經由出水管13引至濾後水罐。
如圖1所示，罐體1內固液分離組件20的上方還設有可加速沉澱的斜管沉澱區40，斜管沉澱區40的斜管安裝方向與進水旋轉方向相反，以使水中的懸浮顆粒物可最大程度地沉澱。
該斜管沉澱區40的上方設置有集水裝置，如圖1所示，該集水裝置為一集水管50，集水後由一出水管13排出。集水管為放射排列的穿孔管。
由集泥筒23排出至汙泥濃縮室30的汙泥經過一段時間的沉積後會於上部積有一定量的澄清水，因此，如圖1所示，本實用新型在對應於汙泥濃縮室30的頂部的罐體處設有澄清水出口31，並可通過澄清管32連接至清水管道或排放至汙水池。
如圖2、圖3所示，罐體1上設有觀察窗15、人孔16及爬梯17，且所述觀察窗15及人孔16安裝在爬梯17平臺相應位置，以便於觀察及操作。
下面對本實用新型的工藝原理及理論基礎作進一步的說明 1、懸浮汙泥過濾法含油汙水淨化裝置工藝原理 懸浮汙泥過濾法的汙水淨化工藝由物化工藝和汙水淨化裝置兩大部分組成，是一套純物理化學法處理裝置系統。汙水處理系統首先採用物理化學方法(投加混凝劑)使汙水中部分溶解狀態的汙染物和膠體顆粒吸附出來，形成微小懸浮顆粒，從汙水中分離出來；然後採用助凝劑將汙水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體；再依靠旋流和過濾水力學等流體力學原理，在汙水淨化裝置內使絮體和水快速分離；汙水經過罐體內自我形成的緻密懸浮泥層過濾之後，達到回注水標準。懸浮泥層起到了精細過濾的作用，當懸浮泥層達到一定量後，依靠點渦流動形成的向心力、過濾水力學形成的牽引力和自身的重量，被快速引入汙泥濃縮室沉降分離，當汙泥濃縮室蓄滿時可定期排出。
2、理論基礎 (1)Stokes定律 水中顆粒懸浮物的沉降速度可以用Stokes定律描述(當Re≤2，呈層流狀態) 式中，u-顆粒沉降速度， ds-顆粒直徑， ρs、ρL-顆粒和液體的密度 μ-液體黏度，N·S/m2。
(2)同向凝聚理論 使細小顆粒凝聚長大的作用是因流體擾動使顆粒之間碰撞而結合的結果，稱之為同向凝聚。若有效碰撞分數為ap，水中相碰撞的粒子為同一種顆粒，則因有效碰撞使顆粒減少的速率可以用公式(假設顆粒是球形) 式中αp-有效碰撞分數，Z-顆粒直徑。
單位體積中的n個顆粒的總體積常數φ 或將其代入式(2) 積分得令速度梯度為 式中αp·4/л·φ對於某一確定體積是常數，可令其為凝聚常數KA，上式改寫為
在實際應用中，αp不易確定，可由經驗公式Camp和Stein公式表示。
Camp和Stein公式 式中G-速度梯度，P-輸入水中的功率(W)，V-水體體積(m3)，μ-水的動力學黏度(N·S/m2)。
P＝Qhρg(W) 式中Q-水流量，m3/s，h-水頭總損失或水泵輸水高度，m，ρ-水的密度，kg/m3。
SSF旋流式凝聚池可以看成CSTR反應器，當凝聚池體積為V，流量為Q，對顆粒數目作物料平衡 (顆粒輸出速度)-(顆粒輸入速度)+(CSTR中顆粒的累積)＝(顆粒數變化速率) 穩態條件下Qn-Qn0＝V·dn/dt＝-VKA·Gn 整理後得 SSF裝置中高濃度「礬花」是很好的凝聚和過濾介質，可以認為隨水流上升的絮體與懸浮層中的泥渣的碰撞是同向凝聚條件。懸浮層泥渣顆粒半徑rj≥500μm，處理水的顆粒半徑ri≤1μm，因此可以把i、j兩種顆粒碰撞的半徑近似看成rj＝Zij，這樣式代入j顆粒的總體積常數，φ＝4лrj3nj/3和G後可改寫 在實際生產上φ基本不變，通常φ＝0.005～0.05，ap＝0.1，可用外排部分泥渣的方式保持φ值。積分上式可得 式中，t-原水帶入的顆粒在懸浮層中的平均逗留時間，當懸浮層固體濃度為Cj，體積為V，入水SS濃度為Ci，流量為Q時，t＝VCj/QCi。
如果水流通過懸浮泥層的阻力h(mH2O)可以看成是懸浮泥渣顆粒的影響，即可表示出下述關係 hρg＝LΦ(ρi-ρ)g 式中，L-懸浮泥層高度(m)，ρjρ-懸浮泥渣和水的密度kg/m3。
由此，G值可用下式計算 或 式中，tb-水流通過懸浮泥層的時間，即為tb＝V/Q。
可見原水在懸浮層中的逗留時間可表示為此時間也是SS在懸浮泥層中凝聚成懸浮層中顆粒的時間。
汙水淨化裝置中的絮凝沉降和澄清過程可以近似用以上Stokes定律和同向凝聚理論來描述，並計算其相關參數。
3、機理描述 本實用新型的汙水淨化裝置的內部結構是完全按照混凝機理精確設計的，當加藥後的汙水由底部進入固液分離組件後，由於組件的特殊構造，水流方向發生很大的變化，造成較強烈的紊動。這時汙水中的汙泥顆粒正處於前期絮凝階段，紊動對絮凝的影響不大。隨著絮凝不斷進行，汙泥顆粒越來越大。汙泥的絮凝過程到了後期絮凝階段，紊動的不利影響也越來越大，與絮凝過程的要求相適應，這時混合液流過組件彎折，流速大大降低，且流動開始趨於緩和。因此在固液分離組件下部的很小底層裡，絮凝作用已基本完成。絮凝成形的汙泥顆粒在不斷上升的過程中，密度越來越大，流速越來越小；慢慢開始發生沉降的汙泥顆粒還會被罐底不斷湧入的汙水的上升水流所衝擊，當重力與向上的衝擊力相等時，汙泥保持動態的靜止，於是形成了一個活性汙泥懸浮層。懸浮層中的顆粒由於攔截進水中的雜質而不斷增大，汙泥顆粒沉降速率不斷提高，從而可以提高水流上升流速和產水量。
由於緻密的懸浮泥層是由汙水中的懸浮物及混凝藥劑形成的絮體本身組成的，隨著絮體由下向上運動，使泥層的下表層不斷增加、變厚，同時，隨著過濾水力學原理形成的罐體的旁路流動，引導著懸浮泥層的上表層不斷流入中心接泥桶，上表層不斷減少、變薄。這樣，懸浮泥層的厚度達到一個動態的平衡。當混凝後的出水由下向上穿過此懸浮泥層時，此絮體濾層靠界面物理吸附和電化學特性及範德華力的作用，將懸浮膠體顆粒、絮體、細菌菌體等雜質全部攔截在此懸浮泥層中，使出水水質達到深度處理的水平。由於泥層是由絮體組成，緻密度高，過濾效率遠遠高於常規的砂粒層過濾，由於是處於懸浮狀態的絮體泥層作濾層，其過濾的水頭(阻力)損失非常小，所以動力消耗遠遠低於常規的砂層過濾、微孔過濾或反滲透膜過濾，又由於過濾泥層是淨化過程中由汙水中的懸浮物自動補充添加，又自動被引走，即過濾泥層自身在不斷地更新，過濾泥層總是保持著穩定的厚度，而且總是保持著穩定的物理吸附和電化學吸附性能，因此能獲得穩定的過濾效果。而且完全免去了常規系統中必不可少的濾料層的反衝洗以及濾料汙染帶來的眾多麻煩。
本實用新型還提出一種含油汙水淨化系統，如圖4所示，為本實用新型的淨化系統的結構示意圖。該淨化系統設有上述含油汙水淨化裝置100，所述汙水淨化裝置100的汙水進水管道上設有加藥裝置601、602，該含油汙水淨化裝置100的排泥口連接至汙泥池，含油汙水在該淨化裝置罐體內完成反應、絮凝、精細過濾和汙泥濃縮全過程，淨化後的水送至濾後水罐300，再通過外輸泵120外輸。
本實用新型的含油汙水淨化系統還包括除油緩衝罐200、汙油池500和汙水汙泥池400，所述除油緩衝罐200的進水端設有投加除油劑的加藥裝置603，所述除油緩衝罐200的出水口連接至汙水淨化裝置100，且除油緩衝罐的適當部位連接至汙油池和汙水汙泥池。
此外，除油緩衝罐200與汙水淨化裝置100間還可以裝設有提升泵110，且提升泵110的進口管線設有投加淨水劑的加藥裝置及備用絮凝劑加藥管線602，提升泵110的出口管線設有投加助凝劑的加藥裝置601。
來水首先進除油緩衝罐200，在除油緩衝罐200進口管線處投加高效除油劑，這樣能夠把汙水中的細小油顆粒聚集變大；緩衝罐設計為上進水，設中心反應桶、上部有配水及收油裝置、中心反應桶下腔出水。浮油及乳化油在除油緩衝罐中可去除絕大部分。
汙水提升泵110從除油緩衝罐200中心桶下腔吸水，在提升泵110進口管線投加複合淨水劑，備用絮凝劑加藥管線，在提升泵110出口管線投加助凝劑，汙水與藥劑依靠提升泵110充分混合後直接進入汙水淨化裝置100。
汙水在淨化裝置罐體內完成反應、絮凝、精細過濾和汙泥濃縮全過程，淨化後出水經頂部出口管道流出進入清水罐，由外輸泵將處理後的汙水外輸。這樣就完成了汙水處理的系統工藝。
同時定時靠汙水的壓力將濃縮後的汙泥漿從汙水淨水裝置的汙泥濃縮室壓出，送入汙泥池。
下面以本實用新型的一試驗測試結果來進行說明如圖5至圖7所示，在來水含油38-216mg/l、懸浮物20-157mg/l的情況下，處理後最高含油4.8mg/l；懸浮物含量平均在2.73mg/l；粒徑中值平均1.76m，從而證明本實用新型的含油汙水淨化技術完全適宜油田採出水精細處理。
由上述可知，本實用新型的淨化裝置和淨化系統設計理念新穎，利用汙水自身形成的緻密懸浮泥層進行水質的淨化、過濾，打破了傳統的機械過濾模式，整套淨化系統裝置結構簡單，工藝流程短，可以實現油站來水直接進淨化系統，直接處理到A級水質，功能上相當於目前的汙水預處理系統和精細過濾系統的總和。具體優點如下 (1)處理精度高處理後水質可以達到A2-A3級標準，且水質穩定； (2)運行費用低將油站來水直接處理到A級水質，藥劑費用只有0.20～0.30元/方汙水，電力消耗只有0.10元左右/方汙水； (3)適用範圍廣適用於各種工業汙水及生活汙水處理，對油田採油汙水處理更具有明顯的效果，並且對來水水質條件要求不高； (4)一次性投資少該汙水淨化裝置及系統在常壓狀態下工作運行，系統設備一次性投資少； (5)沒有濾料的汙染和更換問題在保證水質的前體下，節約了濾料的更換、再生費用，操作維修簡便。
本實用新型提出的含油汙水淨化技術以其流程簡單可靠、投資和運行費用低、佔地少、淨化乳化油和懸浮物的效果特別好的眾多優勢為油田採出水的淨化技術開創了一條新路，具有很高的經濟效益和社會效益。
雖然本實用新型已以具體實施例揭示，但其並非用以限定本實用新型，任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和範圍的前提下所作出的等同組件的置換，或依本實用新型專利保護範圍所作的等同變化與修飾，皆應仍屬本專利涵蓋的範疇。
權利要求1、一種含油汙水淨化裝置，其特徵在於，包括有一圓柱形立式罐體，所述罐體具有汙水進水口、處理後水出口及汙泥出口，罐體內沿軸向設有可形成懸浮汙泥層的固液分離組件，汙水進水口與固液分離組件的底部相連通，汙水經過進水口流入固液分離組件，並在固液分離組件內形成懸浮汙泥層，汙水經過懸浮汙泥層的過濾處理後由出水口通過管線引至濾後水罐，汙水下進上出。
2、如權利要求1所述的含油汙水淨化裝置，其特徵在於，所述固液分離組件包括下段的柱狀部及上段的錐狀部，且該錐狀部中設有柱狀集泥筒，所述集泥筒的頂部開口略高於錐狀部的上邊緣，且所述集泥筒底部與罐體內的汙泥濃縮室相連通。
3、如權利要求2所述的含油汙水淨化裝置，其特徵在於，所述罐體內固液分離組件的上方設有可加速沉澱的斜管沉澱區，其中斜管安裝方向與進水旋轉方向相反，該斜管上方設置有集水裝置。
4、如權利要求2所述的含油汙水淨化裝置，其特徵在於，所述汙泥濃縮室的頂部設有澄清水出口，並通過澄清管連接至清水管道或排放至汙水池。
5、如權利要求3所述的含油汙水淨化裝置，其特徵在於，所述汙水進水口的設置方向是沿著固液分離組件的底部切線方向設置。
6、一種含油汙水淨化系統，其特徵在於，該系統包括權利要求1～5所述的含油汙水淨化裝置，所述汙水淨化裝置的汙水進水管道上設有加藥裝置，該含油汙水淨化裝置的排泥口連接至汙泥池，含油汙水在該淨化裝置罐體內完成反應、絮凝、過濾和汙泥濃縮全過程，淨化後的水通過出水管送至濾後水罐。
7、如權利要求6所述的含油汙水淨化系統，其特徵在於，該淨化系統還包括除油緩衝罐、汙油池和汙水汙泥池，所述除油緩衝罐的進水管設有除油劑加藥裝置，所述除油緩衝罐的出水口連接至所述含油汙水淨化裝置，且除油緩衝罐連接至汙油池和汙水汙泥池。
8、如權利要求7所述的含油汙水淨化系統，其特徵在於，除油緩衝罐與汙水淨化裝置間還裝設有汙水提升泵，且提升泵的進口管線設有淨水劑加藥裝置及備用絮凝劑加藥管線，提升泵的出口管線設有助凝劑加藥裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種含油汙水淨化裝置及含有該裝置的淨化系統，該含油汙水淨化裝置包括有一圓柱形立式罐體，所述罐體具有汙水進水口、處理後水出口及汙泥出口，罐體內沿軸向設有可形成懸浮汙泥層的固液分離組件，汙水進水口與固液分離組件的底部相連通，汙水經過進水口流入固液分離組件，並在固液分離組件內形成懸浮汙泥層，汙水經過懸浮汙泥層的過濾處理後由出水口通過管線引至濾後水罐，汙水下進上出。本實用新型利用汙水自身形成的緻密懸浮泥層進行水質的淨化、過濾，打破了傳統的機械過濾模式，整套淨化系統裝置結構簡單，工藝流程短，可以實現油站來水直接進淨化系統。
文檔編號C02F1/40GK201132782SQ20072016946
公開日2008年10月15日 申請日期2007年6月28日 優先權日2007年6月28日
發明者姜學文 申請人:姜學文