申请日2010.12.17
公开(公告)日2011.06.15
IPC分类号C02F9/12
摘要
油田组合式污水处理方法，应用于石油开发集输过程中的污水处理。该方法顺序是：(A)物理分离方法：采出水粗滤、调压、计量前过滤、流量计量，使其压力稳定;进入水力旋流器，分离出浮油、分散油。水进入常压缓冲罐，经螺杆泵加压送入充气水力旋流器去除污水中乳化油。(B)充气水力旋流器底流出水进入叠片式过滤器。(C)叠片式过滤器出水进入超导磁分离单元的磁种混合槽，纳米磁种经磁种投放槽进入磁种混合槽，水与磁种经混合泵增压，进入预沉槽，形成以磁种为核的浆团沉淀，上层澄清液和部分含有磁种浆团的水进入超导磁分离装置，分离后的磁种进入磁种投放槽。效果是：不采用化学药剂、工艺流程短、占地面积小、整体投资及运行费用少。
权利要求书
1.一种油田组合式污水处理方法，其特征在于：按以下步骤实现的：
(A)利用物理分离法去除采出水中污泥、浮油、分散油和乳化油，物理分离法包括以下程序：将待处理的采出水通入粗过滤器(1)，粗过滤器(1)排出部分污泥，粗过滤器(1)排出的待处理采出水进入调压装置(2)进行调压，使其压力稳定，送入计量前过滤器(3)进行过滤，计量前过滤器(3)过滤出部分污泥，经计量前过滤器(3)过滤后的水进入流量计(4)计量;
待处理采出水在稳定压力下，进入水力旋流器(5)，水力旋流器(5)使污水中所含浮油、分散油得到分离并排出;水力旋流器(5)底流出水经底流流量计(6)流量计量，底流出水通过减压孔板(7)进入常压缓冲罐(8);
常压缓冲罐(8)底部出口排出部分污泥;常压缓冲罐(8)排出水经螺杆泵(9)加压，送入充气水力旋流器(10)，在充气水力旋流器(10)浮选和旋流作用下去除污水中乳化油，空压机(12)为水力旋流器(10)提供压缩空气;
(B)充气水力旋流器(10)底流出水口流出的水经底流水流量计(11)计量后，进入叠片式过滤器，即经过叠片过滤器第一组(15-1)和串联的叠片过滤器第二组(15-2)去除采出水中粗粒悬浮物;
(C)经过叠片过滤器第二组(15-2)过滤的水进入超导磁分离单元的磁种混合槽(17)，纳米磁种加入磁种投放槽(16)，并经磁种投放槽(16)进入磁种混合槽(17)，过滤的水与磁种经磁种混合槽(17)混合、混合泵(18)增压后进入预沉槽(19)，磁种混合液在预沉槽(19)内形成以磁种为核的浆团沉淀，以磁种为核的浆团沉淀在重力流作用下进入磁种回收器(20)，磁种回收器(20)的污泥出口排出污泥;在预沉槽(19)内上层澄清液和部分含有磁种浆团的液体进入超导磁分离装置，经超导磁分离装置分离出清水输送到储水罐;经超导磁分离装置分离出磁种和污泥混合液输送回预沉槽(19);回收磁种分离过程还包括磁种清洗过程。
2.如权利要求1所述的油田组合式污水处理方法，其特征在于：步骤(A)中，将待处理采出水通过粗过滤器(1)后，压力大于0.4MPa时需要进行调压，使其压力稳定在0.4～0.6MPa范围内。
3.如权利要求1所述的油田组合式污水处理方法，其特征在于：步骤(A)中，水力旋流器(5)的底流出水含油指标控制在100～150mg/l之间。
4.如权利要求1所述的油田组合式污水处理方法，其特征在于：步骤(A)中，常压缓冲罐(8)排出水经螺杆泵(9)加压至0.5MPa。
5.如权利要求1所述的油田组合式污水处理方法，其特征在于：步骤(A)中，螺杆泵(9)出口管道将污水送入充气水力旋流器(10)，充气水力旋流器(10)出水管线上设置底流出水流量计量表，充气水力旋流器(10)工作时，由空气压缩机(12)和压缩空气储罐(13)供给压缩空气保证操作，供气管道上设置有压缩空气流量计(14)。
6.如权利要求1所述的油田组合式污水处理方法，其特征在于：步骤(B)中，叠片过滤器第一组(15-1)叠片过滤精度设置为50μm，叠片过滤器第二组(15-2)叠片过滤精度设置为20μm;污水由叠片式过滤器过滤器筒体下部进口进水，滤后排出液由叠片式过滤器筒体中部排出，吸附在叠片上的粗粒悬浮物和油、污泥，由叠片式过滤器筒体上部排出。
7.如权利要求1所述的油田组合式污水处理方法，其特征在于：步骤(C)中，所述的磁种清洗过程是：超导磁分离机(21)、多重金属筛板(22)和筛板清洗器(24)实现磁种和污泥混合液的分离与回收，通过筛板清洗器(24)将磁种和污泥混合液输送到预沉槽(19);超导磁分离机(21)分离出清水输送到储水罐。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的油田组合式污水处理方法，其特征在于，采用的工艺装备包括旋流预处理除油单元和超导磁分离处理单元，旋流预处理除油单元和超导磁分离处理单元分别固定在一体化的橇座上;旋流预处理除油单元的叠片过滤器第二组(15-2)出水口连接超导磁分离处理单元的磁种混合槽(17)进水口。
9.如权利要求8所述的油田组合式污水处理方法，其特征在于：旋流预处理除油单元的结构是：粗过滤器(1)的出水口连接调压装置(2)的入口，调压装置(2)的出口连接计量前过滤器(3)的入口，计量前过滤器(3)的污泥出口连接排泥管线，计量前过滤器(3)的水出口连接流量计(4)，流量计(4)出口连接水力旋流器(5)，水力旋流器(5)的污油出口连接排污油管线，水力旋流器(5)的出水口连接底流流量计(6)，底流流量计(6)的出口连接减压孔板(7)入口，减压孔板(7)出口连接常压缓冲罐(8)入口，常压缓冲罐(8)底部污泥出口连接排污泥管线，常压缓冲罐(8)水出口连接螺杆泵(9)，螺杆泵(9)出口连接充气水力旋流器(10)水入口，充气水力旋流器(10)的污油出口连接排污油管线，充气水力旋流器(10)的水出口连接底流水流量计(11)，底流水流量计(11)出口串联叠片式过滤器第一组(15-1)和叠片过滤器第二组(15-2);空压机(12)的出口连接空气储罐(13)，空气储罐(13)排污口连接排污管线，空气储罐(13)出气口连接压缩空气流量计(14)，压缩空气流量计(14)出口连接充气水力旋流器(10)的压缩空气入口。
10.如权利要求8所述的油田组合式污水处理方法，其特征在于：超导磁分离处理单元的结构是：磁种投放槽(16)的磁种出口连接磁种混合槽(17)的磁种入口，磁种混合槽(17)的出口连接混合泵(18)，混合泵(18)的出口连接预沉槽(19)混合液入口，预沉槽(19)水出口连接超导磁分离装置入口，超导磁分离装置有水出口管线和磁种、污泥的混合液出口管线;预沉槽(19)的沉降液出口连接磁种回收器(20)，磁种回收器(20)的回收磁种出口连接磁种投放槽(16)的回收口，磁种回收器(20)的污泥排放口连接污泥输出管线;超导磁分离装置包括：超导磁分离机(21)、多重金属筛板(22)、筛板传送装置(23)和筛板清洗器(24)，在超导磁分离机(21)的进口管线和出口管线连接有一组多重金属筛板(22)，在该组多重金属筛板(22)中间连接有一个筛板清洗器(24)，筛板清洗器(24)的磁种、污泥的混合液出口有管线连接预沉槽(19)的回收入口，筛板传送装置(23)连接多重金属筛板(22)，筛板传送装置(23)使多重金属筛板(22)与超导磁分离机(21)构成一个循环回路。
说明书
一种油田组合式污水处理方法
技术领域
本发明涉及油田污水处理工艺技术，特别是涉及一种油田组合式污水处理的工艺方法，用于石油开发集输过程中的污水处理。
背景技术
目前，油田应用最广泛的采出水处理方法是传统的“混凝一沉降一过滤”为基础的流程，再辅以阻垢、缓蚀、杀菌或生化、吸附、膜分离处理等。现有的工艺流程比较成熟、适应性强、稳定可靠，但这种工艺流程使用的设备占地面积大、能耗高和投资费用高。
油田采出水处理过程主要控制指标为含油量、悬浮固体含量以及悬浮物颗粒粒径中值。
在采出水中油的存在状态为：
1、悬浮油和分散油：含量在90%以上，漂油珠粒径为10～150um;
2、乳化油：含量在5～8%，油珠粒径为0.01～10um;
3、溶解油：2～5%在水中以溶解态存在。
现有油田采出水处理技术中，油水分离主要采用的方法为：
1、重力分离法：利用油和水的密度差及不相溶性实现油珠、悬浮物与水分离。主要设备有横向流除油器、波纹板聚结油水分离器和立式除油罐等。该法不能分离乳化油或分离效果、分离效率差。同时需要向污水中投加絮凝剂和混凝剂。由于重力分离法操作简单，是目前油水分离的主要手段。
2、吸附法：利用亲油性材料吸附水中的油。亲油性材料会很快吸附，但饱和后失去吸附功能，如继续使用，需做脱附处理。而脱附处理工艺复杂，处理困难，实用价值不高。
3、粗粒化法：油分在润湿聚结、碰撞聚结、截留、附着等过程作用下，油珠聚集由小变大，从而被去除。若污水中含有部分悬浮物，要对污水进行预过滤，大大增加投资。
采出水中悬浮固体物的去除：
1、过滤法：利用颗粒介质的截流、惯性碰撞、筛分、表面黏附、聚并等作用，去除污水中悬浮物、低悬浊度中微小颗粒。在生产中，产生相对于处理量的10%的反冲洗水，增加污水排放量。
2、膜分离法：利用具有的选择透过性，对某些微粒或离子性物质进行分离和浓缩。目前膜技术在油田采出水处理中应用最为广泛的是微滤(MF)、超滤(UF)。该方法处理精度高，是迅速发展的一种液--固分离手段。但是存在问题较多，一是膜抗污染技术不成熟，产品多为进口，寿命短，价格高;第二耗能较大，限制了该法在油田污水处理中的应用。
基于油田采出水处理现状，相继出现了去除水中含油、悬浮物的新技术、新设备。例如离心分离除油法，利用水力旋流器，能去除粒径在10～15um以上的油珠。并且没有能耗，相对于传统的油田污水处理方法，无异于是一种较好的技术。最近，磁分离技术被引入油田污水处理工艺中。发表于《技术与应用》2009年第8期的论文“磁分离技术在水处理工程中的应用及发展趋势”(作者周勉、倪明亮)，介绍了磁分离技术应用工艺，综述了稀土磁盘、瑞克麦格特姆工艺、磁性生物载体。将磁分离技术引入到油田污水处理中。体现了该技术分离效率高、速度快、占地面积小等优点。不足之处是，在磁分离过程中，加入“磁性载体”同时，仍需要加入一定比例的絮凝剂(PAC)及聚丙烯酰胺(PAM)化学药剂，以增加污水中悬浮物的沉降絮凝效果和速度。由于单元多，难以实现污水处理设备组合式结构和快装化。
传统的油田采出水处理工艺流程存在的问题，即工艺流程时间长，设备占地面积大，投资、基建和运行维护费用高。加入大量化学药剂，产生的污泥造成环保问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种油田组合式污水处理方法，采用充气水力旋流、叠片式过滤的物理方法分离、过滤污水中的石油类物质及粗粒悬浮物;加入覆膜后的纳米“磁种”，吸附去除细小悬浮物和有机污染物。采用组合式工艺流程，通过超导磁分离装置，去除污泥幷分离、清洗磁种，使处理后的水达标。
本发明采用的技术方案是：油田组合式污水处理方法按以下步骤实现的：
A、采用一种物理分离方法，去除采出水中污泥、浮油、分散油和乳化油。包括以下程序：
(a)将待处理的采出水通入粗过滤器，粗过滤器去除部分污泥;粗过滤器排出的待处理采出水进入调压装置进行调压，使其压力稳定，送入计量前过滤器进行过滤，计量前过滤器过滤出部分污泥，经计量前过滤器过滤后的水进入流量计计量;待处理采出水通过粗过滤器后，压力大于0.4MPa时进行调压，如压力过高，分二级进行减压，使其压力稳定在0.4～0.6MPa范围之内。
(b)待处理采出水在0.4～0.6MPa压力条件下，进入水力旋流器，水力旋流器使污水中所含浮油、分散油得到分离并排出。水力旋流器底流出水含油指标控制在100～150mg/l之间。水力旋流器底流出水经底流流量计流量计量，经计量后的底流出水通过减压孔板进入常压缓冲罐。
(c)常压缓冲罐底部出口排出部分污泥;常压缓冲罐排出水经螺杆泵加压至0.5MPa左右，送入充气水力旋流器，在充气水力旋流器浮选和旋流作用下去除污水中乳化油。空压机为水力旋流器提供压缩空气。充气水力旋流器配有空气压缩机、压缩空气储罐和压缩空气流量计。
B、充气水力旋流器底流出水口流出的水经底流水流量计计量后，进入叠片式过滤器。用叠片式过滤器去除采出水中粗粒悬浮物。叠片式过滤器包括筒体、进水阀、出水阀、止回阀、排泥阀及罗兰德控制器。所述叠片式过滤器两组串联使用，叠片过滤器第一组叠片过滤精度设置为50μm，叠片过滤器第二组叠片过滤精度设置为20μm。所述叠片式过滤器进水口在筒体下部，出口在筒体中部，排出污泥口则设置在筒体上部。
C、经过叠片过滤器第二组过滤的水进入超导磁分离单元的磁种混合槽，纳米磁种加入磁种投放槽，并经磁种投放槽进入磁种混合槽，过滤的水与磁种经混合泵混合、增压后进入预沉槽，磁种混合液在预沉槽内形成以磁种为核的浆团沉淀，以磁种为核的浆团沉淀在重力流作用下进入磁种回收器，磁种回收器的污泥出口排出污泥;在预沉槽内上层澄清液和部分含有磁种浆团的液体进入超导磁分离装置，经超导磁分离装置分离出清水输送到储水罐;经超导磁分离装置分离出磁种和污泥混合液输送回预沉槽。回收磁种分离过程还包括磁种清洗过程。
磁种清洗过程是：超导磁分离机、多重金属筛板和筛板清洗器实现磁种和污泥混合液的分离与回收，通过筛板清洗器将磁种和污泥混合液输送到预沉槽;超导磁分离机分离出清水输送到储水罐。上层澄清液及部分磁种为核的浆团，通过超导磁分离机后，强磁场的磁力将浆团吸附到多重金属筛板上，通过筛板传送装置带动多重金属筛板连续更换流程，在磁种的吸附下，去除水中微小悬浮物，达到连续净化污水的目的。磁种吸附的污染物通过筛板清洗器被分离，磁种经清洗后回收利用。
油田组合式污水处理方法采用的设备包括：旋流预处理除油单元和超导磁分离处理单元，旋流预处理除油单元和超导磁分离处理单元分别固定在一体化的橇座上;旋流预处理除油单元的叠片过滤器第二组出水口连接超导磁分离处理单元的磁种混合槽进水口。
旋流预处理除油单元的结构是：粗过滤器的出水口连接调压装置的入口，调压装置的出口连接计量前过滤器的入口，计量前过滤器的污泥出口连接排泥管线，计量前过滤器的水出口连接流量计，流量计出口连接水力旋流器，水力旋流器的污油出口连接排污油管线，水力旋流器的出水口连接底流流量计，底流流量计的出口连接减压孔板入口，减压孔板出口连接常压缓冲罐入口，常压缓冲罐底部污泥出口连接排污泥管线，常压缓冲罐水出口连接螺杆泵，螺杆泵出口连接充气水力旋流器水入口，充气水力旋流器的污油出口连接排污油管线，充气水力旋流器的水出口连接底流水流量计，底流水流量计出口串联叠片式过滤器第一组和叠片过滤器第二组;空压机的出口连接空气储罐，空气储罐排污口连接排污泥管线，空气储罐出气口连接压缩空气流量计，压缩空气流量计出口连接充气水力旋流器的压缩空气入口。
超导磁分离处理单元的结构是：磁种投放槽的磁种出口连接磁种混合槽的磁种入口，磁种混合槽的出口连接混合泵，混合泵的出口连接预沉槽混合液入口，预沉槽水出口连接超导磁分离装置入口，超导磁分离装置有水出口管线和磁种、污泥的混合液出口管线;预沉槽的沉降液出口连接磁种回收器，磁种回收器的回收磁种出口连接磁种投放槽的回收口，磁种回收器的污泥排放口连接污泥输出管线;超导磁分离装置包括：超导磁分离机、多重金属筛板、筛板传送装置和筛板清洗器，在超导磁分离机的进口管线和出口管线连接有一组多重金属筛板，在该组多重金属筛板中间连接有一个筛板清洗器，筛板清洗器的磁种、污泥的混合液出口有管线连接预沉槽的回收入口，筛板传送装置连接多重金属筛板，筛板传送装置使多重金属筛板与超导磁分离机构成一个循环回路。
本发明的有益效果：油田组合式污水处理方法，同目前现有油田污水处理技术相比较，效果在于：纳米厚度薄膜有效地捕捉污水中有机物、无机离子，代替了有机絮凝剂加入，不采用化学药剂、工艺流程短、占地面积小、整体投资及运行费用少。
1、污水处理后含油量由≤1000mg/L，达到出水含油量指标≤5mg/L;悬浮物(SS)含量由≤200mg/L，达到出水指标≤3mg/L;出水固体颗粒粒径≤2μm。
2、传动设备相对减少，运行能耗降低10%;处理单元减少，一次性投资降低15%;采用组合式结构，缩短现场施工工期1/2。
3、超导磁分离和纳米磁种法所具有的高梯度、高场强、不需加入化学药剂的特点，单位面积小(日处理能力1000m3，场强达3～5T分离和相应的制冷设备，占地面积不超过20m2)。磁分离过程反应时间为2秒，日耗电量在200kW左右，(每小时8kW/h左右)。
油田组合式污水处理方法，工艺简单，设备利用率高，满足油田污水处理的工艺要求，通过一体化成橇安装方式，实现了简单、快捷。转换衔接管网少，工艺过程短、易管理、成本低、效率高。
