第4章 油田污水处理流程与方法.ppt.ppt
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1、第四章油田污水处理流程与方法,4.1 油田污水中的污染物L4.2 污染物的去除方法L4.3 油田污水处理流程的设计原则L4.4 常见的油田污水处理流程L4.5 实例L,本 章 内 容,油田污水中以下五方面的污染物 微生物 残余油 SS 溶解气体 溶解固体,4.1 油田污水中的污染物,微生物 藻类algae;真菌类 fungi;细菌bacteria(主要的)大小:0.2-10m 细菌用杀菌剂或过滤除去,微生物的危害 产生H2S,增加水的腐蚀;产生有机酸,引发或增加金属腐蚀;产生酶,通过直接参与电化学腐蚀过程增加腐蚀;使铁氧化,引起沉淀,增加腐蚀。,残余油 含油废水中油的存在状态,一般将其分为3类
2、,即游离油、分散油和乳状油。对于游离油,目前采用简单的隔油池分离回收较多。分散油和乳状油在动力学上具有一定稳定性,所以较难处理。,残余油的危害 细菌以原油中的某些组分为食物;原油强烈吸附在铁的硫化物和其它垢的沉淀物上,使得其很难用酸处理除去;原油降低注水井的水相相对渗透率(水相相对渗透率降低,注入相同体积的水需要更高的注入压力),含油污水如果直接进入回注系统,首先会促使细菌繁殖,给细菌提供了极好的营养源;油滴和悬浮物能大量吸附加入的杀菌剂和有机缓蚀阻垢剂,使这些药剂不能起到应有的杀菌、缓蚀、阻垢作用;油滴对某些悬浮物是很好的粘结剂,从而使过滤器很快堵塞或效率降低。不合格的油田污水进入地层后可能
3、形成“乳化塞段”,导致注水能力降低。,悬浮固体:有机物:藻类、细菌 无机物:微小的粘土和砂粒或沉淀物(碳酸钙、铁的硫化物或垢)沉降和过滤的方法除去,防止对注水井的伤害。完全除去SS很难且昂贵(尤其是小于1 m的颗粒)。基本原则是大于1/3油藏平均孔喉直径(由储层渗透率的平方根来估算)的颗粒必须除去。油藏平均孔喉直径(m)由储层渗透率(md)的平方根来估算。如储层渗透率为100md,则平均孔喉直径为10m。因此,注入水中不含粒径大于3.3m的颗粒物质。,溶解气体有O2、CO2和H2S。三种气体都增加腐蚀。O2 用除氧剂;水罐密封防止氧气进入 H2S 用氧气或二氧化硫氧化为S;或次氯酸盐氧化为硫酸
4、盐 CO2用惰性气体抽提,但成本较高。,溶解气体,溶解固体 阳离子 Na+Ca 2+Mg 2+Ba 2+Sr 2+Fe 2+Fe 2+Al 3+阴离子 CO32-HCO32-SO42-Cl-Br-I-SiO32-,4.2.1 细菌 至于降低和控制水中的细菌则主要依靠定期分批投加适当的杀菌剂,以控制细菌的生长,尤其是对于细菌容易生长的过滤器,依靠过滤器反冲洗水中加合适的杀菌剂能较好地清除细菌。,4.2 污染物的去除方法,杀菌 地面水中多含有藻类、铁菌或硫酸盐还原菌和其它微生物等,注水时需将这些微生物除掉以防止堵塞地层和腐蚀管柱。防止微生物生长,最容易实行的方法是合理使用化学药剂。油田常用的杀菌剂
5、有甲醛(福尔马林)、氯气、次氯酸盐类、季胺盐类液体药剂、过氧乙酸、戊二醛等。一般交替使用两种以上的杀菌剂,以防细菌产生抗药性。,杀菌机理可归纳为以下几点:A 阻碍菌体的呼吸作用 细菌在呼吸时要消耗糖类、碳水化合物,以维持体内各种成分的合成。这个过程主要靠一种酶,如果杀菌剂进入菌体,影响酶的活性,使能量代谢中断或减少,呼吸就会停止而死亡。B 抑制蛋白质合成 蛋白质是生命的物质基础。当杀菌剂进入菌体后,能破坏蛋白质的合成,或者破坏了蛋白质的水膜或中和了蛋白质的电荷,使蛋白质沉淀而失去活性,达到抑制或致死的作用。,C 破坏细胞壁 细胞壁是细菌同外界进行新陈代谢,同时保持内外平衡的一种起屏障作用的物质
6、。能帮助离子或营养物质的吸收,并可阻挡某些大分子的进入和保留存在于细胞壁和细胞膜之间的蛋白质,而有些介质中的蛋白质是对细菌生理很重要的酶。细胞壁主要由肽聚糖组成,如果杀菌剂能溶化细胞壁,或者阻止间质中的蛋白酶的作用,这样就破坏了细胞壁,也破坏了内外环境的平衡,达到杀死的目的。D 阻碍核酸的合成 核酸是生物体遗传的物质基础。杀菌剂加入,使核酸的特异结构发生改变,可引发突变或使其原有活性的丧失或改变,从而破坏了菌体本身的生长和繁殖。,A 自然沉降法 靠污水中原油颗粒自身的浮力实现油水分离,除去浮油及颗粒较大的分散油。B 絮凝分离法 含油污水中油粒小于10m以下时,自然沉降难以分离。通常油粒带有负电
7、荷,若选择在水中溶解后产生正电荷的絮凝剂就能使油滴聚集上浮达到油水分离的目的。实验证明,氯化亚铁、硫酸亚铁作絮凝剂,有较好效果。,4.2.2 残余油,C 粗粒化除油 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。D 膜法 可以除去在水中的乳化溶解油,提高注入水的质量。降低水中含油量可在油水分离设备(例如加热炉、电脱水器等)中加入高效破乳剂有效地进行除油。,4.2.3 SS(
8、1)沉淀 沉淀是让水在沉淀池或罐内停留一定时间,使其所含悬浮固体颗粒靠重力沉降下来,对于细小的悬浮固体颗粒,常需要足够的时间才能沉淀下来。在水中加入混(聚、絮)凝剂,通过中和表面电性而使水中固体悬浮物聚集,加速沉淀。,(2)过滤 过滤是用容器(过滤设备)除去水中悬浮物和其它杂质的工艺过程。过滤罐(或池、器)自上而下装有滤料,支撑介质等。滤料一般为石英砂、大理石、无烟煤屑及硅藻土等,支撑介质常用砾石。水自上而下经过滤层、支撑层,而后从罐底部排出清水。,4.2.4.溶解气体 地面水源与空气接触常溶有一定量的氧,有的水源水中还含有碳酸气和硫化氢气体,这些气体对金属和混凝土均有腐蚀性,因此注水前要用物
9、理法或化学法除去注入水中所溶解的O2、CO2、H2S等气体。(1)化学法脱氧 脱氧剂Na2SO3、N2H4等可脱除水中的氧。常用Na2SO3的价格低、使用方便,其原理为:,特点:占地面积小,处理工艺较简单,一次投资较低,但日常消耗化学药剂费用较高。,(2)物理法脱氧 物理法脱氧主要有真空脱氧和气提脱氧。真空脱氧。国内多用射流泵,以水或蒸汽为介质实现真空塔内抽真空。国外用真空泵。气提脱氧。多用天然气或氮气作为气提气对水进行逆流冲刷,可除去水中的氧,但不易达到较高的最终脱氧指标,有时要用化学脱氧来弥补。,4.2.5 溶解固体 用化学处理的方法降低其危害。当水源水含有大量的过饱和碳酸盐,如重碳酸钙和
10、重碳酸镁钙及重碳酸亚铁等,因其化学性质都不稳定,注入地层后因温度升高可能产生碳酸盐沉淀而堵塞孔道。因此,在注入地层前用曝晒法使其沉淀除去。此法常在露天的沉淀池中进行。,4.3.1工艺流程选用的依据 进入含油污水处理站的污水水量,水温和水质。其中水质主要是指水中含油量及其变化范围;水中乳化油的类型,各种油珠粒径的分布情况;脱水过程加入的药剂;悬浮物的数量及其颗粒大小;矿化度、pH值、Fe3+的含量,CO2、H2S含量以及腐蚀性、稳定性和气浮性;含泥砂的数量等。,4.3 含油污水处理流程的设计原则,处理后要求达到的水质标准。用于注水的油藏地层渗透率及其要求的注水水质指标或者作为排放的水体及其对排放
11、要求的水质标准。分离的污油、泥砂和反冲洗排水能够及时回收、排放、回收处理的条件。国内外现有油田含油污水处理技术的发展水平和我国油田的具体应用条件。,4.3.2 工艺流程选用的原则 可行性原则(技术上先进可行)选择含油污水处理工艺流程应进行不同的方案比较和经过试验研究,选取先进的处理工艺和处理装置、设备。在满足处理后水质要求的前提下,应尽量简化流程。自动控制水平应从国内实际出发,进行比选。加药、收油、污水回收、污泥处理、事故处理等辅助流程要与主流程统一考虑。,经济合理原则(经济合理选择)工艺流程应投资省,占地少,不占或少占耕地,动力和药剂等运行费用低。为此,要综合统一考虑规模分期和流程中各环节的
12、构筑物或装置的选择,以求其经济合理。安全可靠原则 安全可靠,运行稳定,对水量和水质的变化适应能力强。可操作性原则 便于操作和维修管理。,4.3.3 主要工艺选用应注意的问题加药 含油污水处理过程中加入的化学药剂主要有:混凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂、脱氧剂、气浮剂以及酸、碱等。在设计含油污水处理加药时,首先必须明确加药的目的性,一般应通过试验或者参考处理相似污水的已有使用经验,来确定加药的品种、加药点和加药量以及加药的条件。,选择药剂应考虑下列因素:经过试验出水水质应达到相应要求的效果,加入多种药剂时应注意其相互间的配伍性;加入的药剂不影响水质和回收油品的性质;药剂加入量低,易溶解和加入,并应
13、尽量选择一剂多用的剂;货源广、价格低。,根据所选定的药剂和加入量及溶药浓度,选择加药系统和加药设备或装置、并进行加药系统的布置和药剂仓库的设计。,除油沉降 从广义角度讲,沉降包括沉淀和上浮两种物理过程,沉降的基本原理是利用密度差进行重力分离。沉降是含油污水处理不可缺少的关键工艺。沉降(包括浮升)分为自然沉降和混凝沉降,在含油污水处理过程中,大部分油和杂质是在此被分离出来的,水中的油是以上浮形式去除的,其中泥砂则下沉。,用于沉降分离的装置主要有自然沉降罐、混凝沉降罐、斜板沉降罐、卧式压力沉降罐等。,设计沉降装置时,应考虑下列因素:罐的容积能满足沉降停留时间和沉降速度的要求,一般不少于2座;内部结
14、构有利于水、油、泥砂的分离和排出;配水和集水、排污、收油均匀;作为混凝沉降罐,应具备混凝(混合、反应)的条件。,聚结 聚结主要是靠润湿聚结和碰撞聚结两个物理过程而使细小油粒变成较大油滴,从而加速油水分离。聚结设备设计的关键问题是:选择合适的聚结材料,常用的聚结材料有聚丙烯、工程尼龙、玻璃钢、不锈钢、无烟煤、陶粒、蛇纹石等,一般应优先选用具有亲油性的、有一定孔隙的颗粒或纤维的材料,或具有特殊几何尺寸的板材,作为粗粒化聚结材料,还须具有足够的机械强度和耐油性;确定装置的处理负荷;确定适当的反冲洗再生强度,保证有足够的膨胀率,又不使聚结材料流失;装置的布水和出水均匀。,气浮 气浮是向水中分散细小的气
15、泡在水中上升过程中与细小油粒接触吸附,并与气泡一起浮到水面上加以去除的过程。根据含油污水的性质、实际供气条件和试验结果,选择气浮方法。气浮方法主要有:溶气气浮、真空(非压力式)气浮、电解聚凝气浮,多孔材料布气气浮、利用水中所含溶解气体气浮、机械碎细(叶轮式与喷嘴式)气浮等,此外还可分为单室、多室(常用四室)气浮。,选择气浮方法和设计气浮装置时,应注意的主要问题是:提高气泡与油粒和固体颗粒的接触效率,为此应采取减小气泡直径、提高气泡浓度和布气均匀等措施;选择合适的气浮方法;合理的确定供气强度、接触时间和布气系统;确定有利于及时去除表面泡沫的措施。,过滤 过滤往往作为含油污水处理的最后一道除油除悬
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