气浮法处理油田污水进展

第41卷第12期应用化工VoL 41 No. 122012年12月Applied Chemical IndustryDec.2012气浮法处理油田污水进展康万利,张黎明,杜会颖,于淼中国石油大学(北京)提高采收率研究院,北京昌平102249)摘要:综述了气浮技术在油田污水处理中的国内外发展进程。气浮过程中是否能生成有效的气泡对气浮效果起关键作用,根据产生气泡的方式对气浮技术进行分类并对其的优缺点进行对比。阐述了气浮技术在油田污水处理过程中的机理,并对应各机理介绍了几种常用且有效的气浮设备,最后根据各气浮方法讨论了气浮技术的研究方向关键词:气浮;油田污水;微气泡;气浮机理;气浮工艺中图分类号:TQ1109;TQ09;TE992.2文献标识码:A文章编号:1671-32062012)12-2147-03Process of handling the oily waste water with floatationKANG Wan-li, ZHANG Li-ming, DU Hui-ying, YU MiaoEnhanced Oil Recovery Institute, China University of Petroleum( Beijing), Beijing 102249, China)Abstract: The development of the floatation used in the wastewater treatment in the oilfield was summarized. It's crucial to produce some bubbles which are valid for the floatation effect during the floatationprocess. Making a classification of the floatation according to the way of producing bubbles and then com-paring each method of their advantages and disadvantages. The mechanism of floatation has been elaborated, and subsequently introduced some floatation instrument that in common use on the basis of the mechanism. At last, taking about several study direction in floatationKey words: floatation; waste water of oilfield; microbubble; floatation mechanism; floatation craft随着人们对气浮理论的深入研究,气浮技术已入使用,该气浮方式不仅净水效果好,而且经济性也成功应用于多个领域。由于该技术具有处理装置简有很大提高,从而扩大了其应用范围。70年代,由单、处理速度快、占地面积小、投资省及使用可靠等于制造出了大量高性能溶气释放器,微气泡产生技优点,因此逐渐成为一种重要的污水处理技术。术大大改善,一定程度上促进了气浮的发展。70年气浮法是将待处理的水中通入或设法产生大量代中期到80年代初期,出现了射流浮选技术气浮的微细气泡为载体,当污水中的油滴及杂质絮粒与净水技术的处理效果显著提高该技术得到迅猛发气泡相互粘附时,便形成整体密度小于水的粒团,粒展。团的浮力大于重力和阻力使其上浮至水面,从而完1.2国内发展状况成水中固体与固体、固体与液体、液体与液体分离的我国气浮技术的研究始于20世纪60年代,最净水方法1初投入应用并且取得良好气浮效果的是射流浮选技术2,其试验除油效率可达80%左右。80年代末,1气浮发展概况在国外叶轮气浮机的基础上,研制了国产的叶轮浮1.1国外发展状况选机,经投产试运,除油效率达到了90%。对于新气浮技术的应用始于矿冶工业,20世纪初期,型气浮浮选柱的研究也在不断深入,它是依据气液美国开始将加压溶气技术用于污水净化方面。但直逆流原理工作的,主要特点是结构简单、能耗较低、到50年代,气浮净水技术的发展相当缓慢。其原因占地面积小、维护较容易等。但由于受到设备发展主要是微气泡产生技术不过关,净水效果较差。20的限制,还未广泛使用。因此,总的来说,目前国内世纪60年代,部分回流式压力溶解空气气浮开始投应用最广泛的是叶轮气浮法。收稿日期:20120921修改稿日期:2012-10-18基金项目:国家自然科学基金资助项目(20873181);国家重大科技专项专题项目(20110ZX05016-004)作者简介:康万利(1963-),男,吉林长岭人,中国石油大学教授博士,博士生导师,主要从事提高采收率及油田化学方面的研究。电话:13589332193,E-mal:kangarli@126.com2148应用化工第41卷2气浮理论的发展或设法使水中产生气泡,使污水中粒径为0.25根据微气泡产生的方式,常见的气浮净水技术25m的乳化油和分散在水中的悬浮颗粒粘附在气主要可分为3类:溶气气浮法(DAF)、散气气浮泡上,随气泡一起上浮到水面并加以回收从而达到法(CAF)、电解气浮法(EAF)。此外还有化学气浮从含油污水去除油和悬浮物的目的“,但是,有时法以及其他气浮净水技术。要根据出水水质的情况加入浮选剂或混凝剂,以便溶气浮法是在一定压力下将空气通入水中使能使更多的气泡粘附更多的油滴或悬浮颗粒,最大之溶解并达到饱和状态,然后再使废水压力突然降程度的提高除油率低,这时溶解于水中的空气便以微气泡的形式从水出水水质对气浮效果至关重要,要想得到好的中释放出来以进行气浮废水处理。主要包括加压气浮效果,就必须认清气浮过程全面分析能够引起溶气法和真空溶气法。其中前者气泡均匀、操作简出水水质变化的因素。以下主要从溶气压力停留单、除油率较高,但所需设备庞大、流程复杂。后者时间气泡大小絮凝剂种类与用量等因素进行分气泡上浮稳定絮凝体不易分散,但该法的溶气量析小、不易操作、设备结构复杂。3.1溶气压力散气气浮法是将压缩空气直接通入微孔、扩散溶气压力的高低决定产生气泡的大小,从而影板微孔管产生微气泡或采用水泵吸水管、水力喷响出水水质。在气浮工艺中,一般将压力控制在射器高速叶轮等向水中充气产生微气泡。主要包0.3~0.4MPa时产生所需气泡的尺寸足以满足气浮法是处理油田污水的新方法工艺简单气泡小x。而且较低的溶气压力可以降低电耗节而均匀、除油率比叶轮气浮法高,但是对设备要求太3.2停留时间气浮过程中,在不同的停留时间用不同的絮凝高。叶轮气浮产生的气泡不均匀,除此之外,其溶气剂除油率也不同。何华等发现,当在接触式停留1.5量大、停留时间短、成本低,应用更加广泛。电解气浮法是向废水中通入一定的电流,废水40min时,絮凝剂聚合氯化铝的除浊率为20%电解出H2、O2和CO2等微小气泡吸附废水中微小左右,而絮凝剂硫酸铝的除浊率只为12%左右。此外,停留时间并非越短或越长越好,针对不同的气浮悬浮物上浮,以达到净水的目的。虽然电解法的气泡小、除油率高,但其电耗很大、成本较高,不适合大实验找到合理的停留时间,也会带来好的气浮效果规模应用。另外,近年来发展起来一种新型气浮法浮选3.3气泡大小气浮法“。浮选柱是一种立式浮选设备,原理是气气泡大小是气浮效果的关键,不同尺寸气泡由液以逆流方式实现浮选除油,可独立进行污水处理于受到的浮力不同,所以它们吸附油滴的能力也不相同。小气泡浮升速度慢,容易捕捉油滴(尤其是该设备具有去除乳化油能力强、能耗低、占地面积小、易于实现自动控制的优点5,对它的研究也越小油滴),而大气泡上浮速度快,易于捕捉大油滴来越深入。但是气泡过大过小都不宜,如果气泡太大,过快的浮以上各种方法各有优缺点,可以根据不同的油升会使气泡不容易吸附油滴,而且气泡容易破裂,除田污水水质处理技术条件以及经济条件选取适用油效果不好。气泡过小,对释放气泡的装置和压力有更高的要求,而且,也为处理含有过多小气泡的浮的方法进行油田污水处理。渣带来一定难度。一般认为40μm左右的小气气浮的整体过程包括微气泡的产生、气泡与油与油滴分离3个阶段。高泡在气浮中比较稳定。3.4气水比性能的溶气器和释放器能够保证产生所需的均匀而气水比是气浮的重要技术参数之一。增加污水足够多的微气泡,气泡与油滴能否良好粘附是气浮中溶气量,有利于气浮过程的进行0。但并非气水过程的关键,它决定着气浮效果,油气分离阶段则需比越大越好就溶气气浮而言,溶于水中的气体量受要刮渣机的运行。因此,好的产生气泡的方法只是温度、压力等条件的影响,一般水温高于40℃时气气浮处理的一个条件,如果上述每个阶段运行都很体在水中的溶解度会大大降低,这样反而影响气浮有效,那么最终的气浮效果以及除油率会很高。效果。另外,溶气量与气体压强成正比,提高气体压3影响气浮效果的因素力,可以提高气水比,但过高的压力就会大大增加运气浮法,即在含油污水中通入空气(或天然气)行成本。当然,增加停留时间也可提高气水比,但这第12期康万利等:气浮法处理油田污水进展2149种方法降低了设备的使用效率。气浮法的趋向。3.5絮凝剂5结束语絮凝剂的投加大大提高了气浮法处理含油污水气浮法因具有的各种优势越来越受关注。首的效果但絮凝颗粒的性能是决定气浮结果的关键。先,气浮过程中,气泡与油滴有效粘附所需用药剂量由于气泡更倾向于粘附疏水性颗粒,而不易与亲水很少,并且部分药剂可回收再利用。其次含油污水性颗粒结合。若要得到更好的气浮效果,则需要添被净化水质达标后可用于回注,节约用水量,从而降加疏水性和粘附性强的絮凝剂",使气泡粘附更多低了生产成本的悬浮颗粒。做为一种高效、快速的方法,气浮法给油田污水4气浮工艺及装置处理带来极大效益。与此同时,不同的工艺设备处气浮法处理含油污水已经成为一种趋势,随着理效果差异较大,气浮法仍有许多值得注意的问题。对气浮理论和应用的研究,一些气浮装置越来越不①气浮的核心是如何形成微小气泡,微小气泡的形能满足处理需求因此,对气浮设备不断改进并且产成质量决定气浮的处理效果,研究制造出能够产生生了很多新型的气浮处理工艺和装置,这为气浮在所需气泡、能耗低的装置,尽量降低出水水质的变油田污水处理方面的发展做出了重大的贡献。其中化;②对于不同的水质气浮装置,找合适的絮凝剂常用的且气浮处理含油污水效果较好的装置是加压以使油气很好的粘附,便于将油滴等悬浮物带出水溶气气浮装置、叶轮气浮装置以及新型浮选柱。面;③油气分离效果也有赖于刮渣机,因此,刮渣机4.1加压溶气气浮的性能也有待提高。随着石油工业的发展需求,会加压溶气气浮装置技术成熟,净化效率高在水不断出现新的气浮方法与设备,将使我国气浮处理处理领域应用最为广泛。该装置形成的气泡细小、油田污水技术进新的发展阶段。粒度均匀、密集,气浮处理效果显著、稳定,气泡与水中的悬浮物粘附一起浮至水面形成浮渣,再由刮渣参考文献:机排入浮渣槽,得以去除,清水则由气浮池下部流[1]李新,王广丰气浮工艺与影响净水效果的主要因素出,实现固-液分离。整个工艺过程及设备比较简探讨[J].广州化工,2010,38(3):175-177单,便于维护,可用于多种废水处理,尤其适用于含[2]张继武,张强朱友益,等浮选技术净化含油污水的油废水的处理3。21世纪以前的含油污水处理装现状及展望[J].过滤与分离,2002,12(2):8-1置浮选阶段大都选用溶气气浮法,但由于其运行费3]季林海气浮法处理含油污水的工艺优化研究[D]北用高,操作流程复杂,部分装置已经改为叶轮气浮京:中国石油大学,20104]刘殿文张文彬浮选柱研究及其应用新进展[J国机外金属矿选矿,2002(6):14-174.2叶轮气浮[5]刘静,张建强,张敏,等.充填浮选柱处理含油污水的叶轮气浮技术的关键设备为高效涡凹气浮机,研究进展及填料作用分析[J].煤炭技术,200,25气浮机的电机周边是带微孔的散气盘,利用高速旋(10):1-2.转时在水中形成一负压区,将液面上的空气吸入水[6]王树志,肖安用于污水处理的气浮技术[]中国环中,填补真空,此时,被吸入的空气被转盘叶轮片切保产业,2004(11):3233割成直径10~100μm的气泡,并且螺旋型地上升[7]孙亭,刘国荣,李荣强,等气浮含油污水处理工艺影到水面。该装置结构简单、能耗低、占地少、设备响因素研究[J].过滤与分离,2010,20(1):15-18性能稳定机械故障几乎为零。因此涡凹气浮的应[81]KumH. Development of dissolved air flotation technolo-用越来越广,技术上有取代溶气气浮的趋势。gy from the first generation to the newest( third )one4.3浮选柱DAF in turbulent flow conditions[J. Wat Sci Tech作为一种新型的气浮装置,该设备内部没有机2001,43(18):1-7.械搅拌器或其他运转部件,通过空气穿过多孔介质[9] Gergory, Zabel t F. Sedimentation and Flotation]New York: McGraw Hil. 2000.或喷射方法产生气泡。[10]唐善法,刘芬.气浮技术处理聚合物驱含油污水研究该气浮工艺流程是污水从柱顶部进入,空气从[J].石油天然气学报,2006,28(4):131-133柱底部进入,经气体分布器分散为细微气泡,上升流1anM,Kmw. Collision efficiency factor of bubble and经柱体,从顶部排出,空气与含油污水充分接触particle in DAF theory and experimental verification[ J]因而,该设备具有低能耗、高效率、流程便于控制的Wat Sci Tech,2001,43(8):139-144优势,能为含油污水处理带来更大效益,成为一种新(下转第2153页)第12期杨丰科等:细菌纤维素生物医学材料的现状及展望[7] Wurdinger J, Marsch S, Udhardt U, et al. BASYC( bacteri- 16] Fang B, Wan Y Z, Tang T T, et al. Proliferation and osteo-al synthesized cellulose )--the vitalization of amicroves-blastic differentiation of buman bone marrow stromal cellssel-prosthesis in the rat[ J]. Microsurgery, 2000,20: 268on hydroxyapatite/bacterial cellulose nanocomposite scaf[8] Klemm D, Schumann D, Udhardt U, et al. Bacterial synfolds[J]. Tissue Eng,2009,15:1091-1098.thesized cellulose-artificial blood vessels for microsurgery [ 17] Millon L E, Wan W K. The polyvinyl alcohol-bacterial打]. Prog polym Sci,2001,26:1561-1603cellulose system as a new nanocomposite for biomedical[9]Bodin A, BharadwajS, Wu S,et al. Tissue engineeredapplications[ J]. J Biomed Mater Res, 2006, 79: 245-253duit using urine-derived stem cells seeded bacterial[18 Azuma C, Yasuda K, Taniguro H, et al. Biodegradation oflose polymer in urinary reconstruction and diversion[ J]high-toughness double network hydrogels as potential ma-Biomaterials 2010 31. 8889-8901terials for artificial cartilage[ J]. J Biomed Mater Res[10 Sibilla P, Sereni A, Aguiari G, et al. Effects of a hyd-2007,81:373-380.oxyapatite- based biomaterial on gene expression in osteo- [ 19] Bodin A, Concaro S, Brittberg M, et al. Bacterial celluloseblast-like cells[ J]. J Dent Res, 2006. 85: 354-358.s a potential meniscus implant[ J]. J Tissue Eng Regener[11] Hutmacher D W, Schantz J T Lam C X F, et al. State ofMed,2007,1:406408the art and future directions of scaffold-based bone engi- [20 Levinson D, Glonek T. Microbial cellulose contact lensneering from a biomaterials perspective[ J]. J Tissue EngUS,7832857[P].20080818.Regen Med,2007,1:245-260[21] Park H 0, Bang Y B, Joung H J, et al. Lactobacillus[12 Stylios G, Wan T, Giannoudis, et al. Present status and fu-KCTC 0774 BP and acetobacter KCtC 0773BP for treature potential of enhancing bone healing using nanotechment or prevention of obesity and diabetes mellitus: USology[ J ] Injury, 2007, 38( Suppl 1): $63-$746808703[P].2004-10-2[13] Stevens B, Yang Y Z, Mohandas A, et al. A review of ma- [22] Li Wan Y Z, Li L F, et al. Preparation and characterizaterials, fabrication methods, and strategies used to enhancetion of 2, 3-dialdehyde bacterial cellulose for potential bio-bone regeneration in engineered bone tissues[ J]. J Bidegradable tissue engineering scaffolds[ J]. Mater Sci Engomed Mater Res 2008 85B. 573-582C,2009,29:1635-1642[14 Smith I 0, McCabe L R, Baumann M J, et al. MC3T3-E1 [23 Harris J, Serafica G, Damien C, et al. Oxidized microbialosteoblast attachmencellulose and use thereof: US, 7709631[P].2010-05-0hydroxyapatite scaffolds fabricated with nanophase powder [24] Kumar V, Dang Y. Biodegradable oxidized cellul[J]. Int J Nanomedicine, 2006, 1: 189-194ters:US,7662801[P].20100216[ 15] Dulgar-Tulloch A J, Bizios R, Siegel R W, et al. Human [25] Saferstein L, Serafica G. Cellulose oxidation by nitrogenmesenchymal stem celladnesion and proliferation in re-dioxide in a perfluorinated tertiary amine solvent: USsponse to ceramic chemistry and nanoscale topography7645874[P].201001-12.[J]. J Biomed Mater Res, 2009, 90: 586-594(上接第2149页)[15]于振民叶轮气浮机在含油污水中的应用[J].工业水[12]徐燕杨旭,万用波,等.气浮的分类与发展[J].化学工处理,2007,27(9):8789.程与装备,2011(12):41-14416]王轲利用微孔管发生气泡浮选柱处理含油水体研究[13]王端洋,刘丹,赵可卉,等典型气浮净水设备评述[J][D].上海:华东理工大学,2012环境科学与技术,2011,34(9):8386[17]冯鹏邦,吴芳云,王嘉麟,等.浮选柱用于油田回注水处[14]彭忠勋浮选机在油田含油污水处理中的应用[J].石理的研究[门].油气田环境保护,1994,4(1):17油规划设计,1994,5(3):4950.