摘要: 应用模拟的沉降罐开展了沉降罐、气浮工艺联用的小型试验研究。对比了不同加气方式、释放方式、回流比、加药量等参数对气浮式沉降罐除油效果的影响, 初步确定了影响气浮式沉降罐除油效果的主要因素, 为下一步开展中试研究提供了思路及经验。
污水沉降罐增加气浮装置后, 可提高沉降罐油水分离效果, 降低沉降出水含油量, 保证后续过滤系统处理水质, 减少过滤系统维护工作量及不合格污水对地层造成的伤害, 提高油田开发效果, 具有较大的环保和经济效益。为验证该技术思路的可行性和效果, 在聚南 2- 1 联开展了气浮小试研究,重点考察了加气方式、释放方式、回流比、加药量等参数对气浮式沉降罐除油效果的影响。
1 气浮小试进展情况
1 1 试验方案
在模拟的沉降罐中增加溶气单元, 使污水与溶气水混合后进入沉降罐, 利用气浮原理提高沉降罐对油类的去除能力。模拟沉降罐的参数根据水力学相似原理计算得出, 其中已有 1 500 m3沉降罐和小试模拟沉降罐相对应的线性尺寸成一的比例(几何相似) ; 两沉降罐内相对应点上的水流的速度三角形相似 ( 运动相似) 。在污水停留时间均为 6h 条件下, 相应的体积比为1 260, 由此确定线性尺寸比为1 6 36, 试验用沉降罐有效容积6 m3。
( 1) 加气方式的选择。气浮加气方式的选择非常重要, 它是影响气浮效果的主要因素, 技术可行、成本较低的加气方式也可以减少改造投资。目前常用的气浮加气方式有空压机、溶气泵和水射器等方式。
空压机气浮装置通过溶气罐静压溶气, 由于不能做到气体在水中的饱和溶解, 减压释放后容易产生大气泡, 影响气浮处理效果。采用溶气泵溶气,由于气泡细微、弥散均匀, 气浮处理效果得到大幅度改善, 而且可降低投资和运行费用。
与射流泵溶气系统管道溶气相比, 溶气泵的溶气是在泵的多级升压过程中完成的, 气体溶解度容易控制, 溶解效果更理想。采用溶气泵的气浮处理效率远远优于射流泵溶气系统。通过对比以上的气浮性能, 推荐选用溶气泵加压溶气气浮。
( 2) 试验流程的选择。沉降罐出水一部分回流进入溶气泵, 与空气混合形成溶气水后进入溶气罐中, 溶气罐内以压力流状态流出的溶气水经管式加药反应器回流到沉降罐中心筒, 通过设置在管式加药反应器上、沉降罐内的溶气释放装置释放, 与进入沉降罐的污水混合后, 絮体附着在小气泡上被带到液面, 通过收油器排出沉降罐。
管式反应器包括混合单元和紊流单元两部分,并可投加多种药剂, 实现胶体粒子快速混合、慢速共聚反应。共聚反应是指在混凝反应期间, 微气泡与混凝絮粒的产生和形成同时发生, 协同作用, 气泡结合进絮体的内部, 形成一种新型絮粒。由于管道中的混合能量和时间易于控制, 微气泡的分布较常规气浮更为均匀, 混凝和絮凝反应稳定, 可生成均匀的絮状物。
释出空气分子集合的快慢和并成气泡的大小,取决于溶气水的压力及释放器的降压方式。在本系统中采用很细的管子作为溶气的释放管, 保证溶气水在管中高速流动 ( 15~ 20 m/ s) , 并通过调节释放管的长度控制释放出空气气泡的尺寸。采用宽流道的溶气释放头, 确保了释放头不被堵塞。通过该释放装置产生的气泡直径小于30 m, 微气泡的均匀度和密度是常规气浮的2~ 3 倍。
模拟沉降罐内安装 3层布水管, 通过控制溶气水分别在各层布水管释放, 考察不同的油水分离时间对除油效果的影响。通过对比罐内、罐外释放效果 寻找降低投资保证处理效果的途径。
( 3) 研究内容。在试验中优选药剂, 探索气浮式污水沉降罐运行参数。在保证处理效果的基础上进一步研究加气、释放的最优组合方式, 寻找气浮式污水沉降罐达到处理效果最佳、运行费用最低工艺组合方式。
1 2 试验方法与步骤
( 1) 试验污水自流进入调节水箱, 由提升泵泵入沉降罐中心筒, 控制小试系统处理流量为1 m3/ h。
( 2) 启动溶气泵, 沉降罐出水的一部分水进入溶气泵, 与空气混合形成溶气水, 回流至沉降罐中心筒, 溶气水气液比 15%。
( 3) 调节回流量, 验证沉降罐进水加入溶气水后提高油类去除率的技术可行性。
( 4) 调整加药反应器、沉降罐内溶气水释放方式, 检验不同释放方式对污油的去除效果。
( 5) 调整加药量, 检验不同药剂浓度对污油的去除效果。
2 试验结果与分析
进水流量稳定在 1 m / h, 进行了以下试验,每种方式进行三次取样, 取其平均值填入表中。
2 1 沉降罐内布水管位置的影响
本次试验在沉降罐内布置了三层布水管, 在回流比相同的情况下, 出水含油如表1 所示。
从表1数据看出, 沉降罐内第二层布水管释放溶气水的除油效果仍较其它两层布水管的除油效果明显, 以下试验均以第二层布水管作沉降罐的释放点。
2 2 调整回流比试验
在沉降罐内释放不同的回流比, 检测了不同回流比对除油效果的影响 (见表2)。
从表2 可以看出, 回流比在 15% ~ 20% 具有较好的处理效果, 其中回流比为20%时, 试验系统运行较为稳定。
2 3 溶气水释放方式试验
检测了两种释放方式, 一是单独使用加药反应器在罐外释放, 二是加药反应器、罐内布气管同时释放 (见表3)。
从表3 数据可以看出, 两种方式的出口含油量差距不大, 需要在下一步试验中进行验证。
2 4 药剂投加量试验
选用4 种加药浓度进行了试验, 随着药剂浓度的上升, 除油效果没有明显提高 (见表4) , 在后续试验中一是调整药剂配方, 提高除油效果, 二是继续探索降低药剂成本的途径。
2 5 聚合物去除效果
实验发现, 沉降罐增加气浮后能明显提高聚合物去除效果, 一级气浮沉降罐对聚合物的去除效果与污水站二级沉降的效果相当。
3 结论
( 1) 沉降罐加气浮工艺能够提高沉降罐的除油效果。在来水3 000~ 14 000 mg/ L (对来水含油进行稀释后测算) 的条件下, 从表中数据可以看出,出水含油平均值均在300 mg/ L 以下, 通过调节运行参数, 出水含油最低曾达到97 mg/ L。说明在沉降罐内增加气浮是提高除油效率的有效途径。
( 2) 如在沉降罐内进行溶气水释放, 在沉降罐内第二层布水管释放效果最好。分析认为, 沉降罐内第一层布水管距离油水分离液面较近, 溶气水反应时间较短, 对污油去除作用小, 沉降罐内第三层布水管距离罐底及出水管较近, 释放溶气水对出水水质有一定影响。而沉降罐内第二层布水管介于二者之间, 处理效果最好。
( 3) 回流比在 15% ~ 20% 具有较好的处理效果。
( 4) 释放方式有待于进一步验证。从目前处理效果看, 单独使用加药反应器在罐外释放比加药反应器、罐内布气管同时释放效果稍好一些, 但考虑到来水含油有一定波动, 且在中试处理量放大过程中有偏差, 在中试试验中仍保留两种释放方式。
( 5) 需筛选高效除油剂, 以进一步提高除油效果。小试中, 投加除油剂作用不明显, 如筛选出高效除油剂, 还可进一步提高气浮除油效果, 目前正在开展室内筛选试验。小试中所用除油剂在其它油田的除油效果比较明显, 大庆油田的含油污水与其它油田有差异, 说明在药剂的选用上, 应针对水质特性, 对症下药 才能充分发挥化学药剂的作用。