申请日2014.04.21
公开(公告)日2014.07.02
IPC分类号B01D24/46; C02F9/04
摘要
一种撬装不曝氧污水处理装置及方法，装置由不曝氧净化反应系统、不曝氧浮系统和超声波清洗过滤系统依次连通组成;不曝氧净化反应系统包括了氮气密闭装置、药剂混合罐、除泥斜板、收油与排污装置、超声波杀菌装置和加药装置;不曝氧浮选系统包括氮气密闭与循环装置、超声波杀菌、协同气浮装置、静态混合器、收油与排污装置;超声波清洗过滤系统设计了清洗剂与超声波清洗器同步，污水经提升至不曝氧净化反应系统进行加药净化，净化的水经提升泵进入不曝氧浮选系统进行浮选处理，再经提升泵进入超声波清洗过滤系统进行过滤处理与滤后加药后污水管输至净化水罐;本发明对净化与浮选效果好，在确保水质达标的情况下装置运行稳定，维护简单。
权利要求书
1.一种撬装不曝氧污水处理装置，其特征在于，由不曝氧净化反 应系统(1)、不曝氧浮系统(2)和超声波清洗过滤系统(3)依次连 通组成;
不曝氧净化反应系统(1)包括第一混合罐加药泵(3a)，第一混 合罐加药泵(3a)通过污水进口提升泵(1a)与第一混合罐(2a)相 连通，第一混合罐(2a)底部出口管路经第二混合罐加药泵(5a)与 第二混合罐(4a)上部相连通，第二混合罐(4a)与净化沉降罐(6a) 相连通，净化沉降罐(6a)经污水出口加药泵(15a)加药后再由污 水出口提升泵(14a)连通至不曝氧浮选系统(2);
所述的不曝氧浮选系统(2)包括卧式圆柱形的罐体(1b)，其 罐体(1b)通过第一隔板(11b)和第二隔板(12b)分成3个不等体 积的隔间，第一隔间为罐体(1b)长度的1/2，第二隔间为罐体(1b) 长度的3/10，第三隔间为罐体(1b)长度的1/5，氮气进口设置在罐 体的第三隔间上部，由氮气供应系统(4b)供应并通过氮气压力调节 阀(5b)与压力平衡阀(6b)连通至罐体(1b)内;氮气分布筛管(9b) 均匀分布在第二隔间与第三隔间的底部;在罐体的上部中间安装有第 一磁力离心泵(7b)和第二磁力离心泵(8b)，第一磁力离心泵(7b) 的进口与罐体(1b)的第二隔间上部的中间出口连接，第一磁力离心 泵(7b)的出口与氮气分布筛管(9b)的中间部位连接;第二磁力离 心泵(8b)的进口与罐体(1b)的第二隔间上部的中间出口连接，第 二磁力离心泵(8b)的出口与净化沉降罐(6a)的出口管线连接其连 接口在混合器(2b)之前;污水进口(3b)设置在罐体高度的1/2处; 污水出口(17b)设置在罐体高度的2/5处，污水出口(17b)处设置 有出口挡板(16b)，污水出口(17b)连接出口提升泵(18b);收油 槽(10b)设置在罐体内高度的9/10处，沿罐体四周分布;第一隔板 (11b)的开口设置在罐体高度的2/5处，其上部高度在罐体高度的 9/10处;第二隔板(12b)的开口设置在罐体(1b)的底部，其上部 高度在罐体(1b)高度的9/10处;超声波发生器(13b)的超声波探 头(14b)均匀分别于3个隔间中间;静态混合器(2b)连接在净化 沉降罐(6a)的出口管线上，在罐体(1b)的进口(3b)之前;排污 阀组(15b)均匀分布在每一个隔间的下部，排污阀组(15b)的出口 设计在每一个隔间的中间部位;
所述的超声波清洗过滤系统(3)包括过滤器顶部水管(1c)，过 滤器顶部水管(1c)均与核桃壳超声波过滤罐(3c)，石英砂超声波 过滤罐(4c)和精细超声波过滤罐(5c)构成的过滤器组相连通，过 滤器组下方设置有过滤器底部水管(2c)，过滤器底部水管(2c)一 侧设置有反冲洗泵(6c)，反冲洗剂加药泵(7c)和反冲洗泵控制器 (8c)，超声波发生器(9c)设置在核桃壳超声波过滤罐(3c)的一 侧，与不曝氧浮选器(2)的超声波探头(13b)及过滤器的超声波探 头(4e)相连，过滤器底部水管(2c)的另一侧设置有缓蚀剂与杀菌 剂加药泵(10c)和阻垢剂加药泵(11c)。
2.根据权利要求1所述的一种撬装不曝氧污水处理装置，其特 征在于，所述的第一混合罐(2a)，其上部配置有一个小的搅拌腔室， 运行中搅拌速度设计为600～650rpm之间，在下部没有设计搅拌，余 留出一定的空间用于液流减速。
3.根据权利要求1所述的一种撬装不曝氧污水处理装置，其特 征在于，所述的第二混合罐(4a)的罐体中全部设置有搅拌器，搅拌 速度在60～70rpm之间。
4.根据权利要求1所述的一种撬装不曝氧污水处理装置，其特 征在于，所述的净化沉降罐(6a)，罐体的形状是方形体或是卧式圆 柱形，在罐体高度的3/5处设置有净化沉降罐的污水进口(7a)，在 罐体高度的9/10处设置有收油槽(9a)，收油槽(9a)沿罐体四周分 布，在罐体高度的1/2处设置有净化污水出口(13a)，净化沉降罐(6a) 中设置有除泥斜板(8a)，除泥斜板(8a)的斜度设计为45°;净化沉 降罐(6a)上设置有压力调节阀(16a)与压力平衡阀(17a)，净化 沉降罐(6a)下部设置有超声波发生器(11a)和超声波探头(12a)。
5.根据权利要求1所述的一种撬装不曝氧污水处理装置，其特 征在于，所述的超声波清洗过滤系统(3)中的核桃壳超声波过滤罐 (3c)，石英砂超声波过滤罐(4c)和精细超声波过滤罐(5c)均包 括罐体(1e)，罐体(1e)内填充有的过滤材料(2e)或精细过滤管 (3e)，过滤罐内设置有与超声波发生器(9c)连接的超声波探头(4e)， 核桃壳超声波过滤罐(3c)和石英砂超声波过滤罐(4c)内的超声波 探头(4e)分三层沿过滤罐四周均匀分布，精细超声波过滤罐(5c) 内的超声波探头(4e)垂直均匀分布于罐体内。
6.基于权1至权5任一项所述的一种撬装不曝氧污水处理装置 的处理方法，包括以下内容：
(1)、污水经提升泵，同时加入两种净化处理剂后进入不曝氧净 化反应系统(1)中的第一混合罐，第一种净化处理剂的名称为GJH-1， GJH-1的化学组成：含H2O2的质量比为15%，含羟基亚乙基二膦酸 的质量比为3%，含十八烷基三甲基氯化铵的质量比为5%，其余为 水;第二种净化处理剂的名称为GJH-2，GJH-2的化学组成：含聚合 硫酸铝的质量比为20%，含聚合硫酸铁的质量比为5%，含稳定剂的 质量比为4%，其余为水，GJH-1的加量为50～60mg/L，GJH-2的加 量为35～40mg/L，污水经过第一混合罐上部的搅拌腔，高速搅拌， 搅拌速度为600～650rpm，保证药剂与污水的充分混合与反应，然后 在第一混合罐的下部剪切速度降低，有效的产生大量的小颗粒，在第 一混合罐的出口污水中加入第三种净化处理剂后进入第二混合罐，第 三种净化处理剂的名称为GJH-3，GJH-3的化学组成：含分子量为800 万，阳离子度为15%的阳离子聚丙烯酰胺70%，含苄基三丙基氯化 铵30%，加入量为25～30mg/L，搅拌速度为60～70rpm，在第二混 合罐中污水产生大颗粒，污水依靠第二混合罐的压力进入净化沉降 罐;在净化罐中，污水经除泥斜板加速进行油、水、悬浮物分离;收 油槽进行收油;排污阀组进行排污，不曝氧净化反应系统(1)在整 个运行过程中均保持氮气密闭，密闭压力为0.05mPa，当压力高于此 值时，定压阀启动释放压力，当压力低于此值时，压力调节阀启动补 充压力;
(2)、不曝氧净化反应系统(1)中的污水经净化沉降罐中部出 口由提升泵提升至不曝氧浮选系统(2)中，在提升泵前由加药泵(15a) 加入杀菌浮选剂，于提升泵后依靠磁力离心泵充入氮气，经过静态混 合器后从不曝氧浮选系统(2)中罐体的中部进入第一隔间，在第一 隔间依靠杀菌浮选剂吸附微小颗粒与油上浮，超声波协助杀菌与气 浮;气浮后的污水经第一与第二隔间的隔板中下部进入第二隔间，后 经第二隔间与第三隔间的隔板下部进入第三隔间，在第二隔间与第三 隔依靠磁力离心泵循环氮气继续浮选，磁力离心泵的排量控制在14～ 15m3/h之间;不曝氧浮选系统(2)中的第三隔间的污水在罐体的中 下部2/5处流出，经提升泵进入超声波清洗过滤系统(3);
(3)、不曝氧浮选系统(2)中的污水经提升泵进入超声波清洗 过滤系统(3)，依次经过核桃壳过滤器，石英砂过滤器，精细过滤器; 滤后的污水依靠过滤器压力通过管线输送至净化水罐;过滤过程设计 了滤罐自动反冲洗程序，每12小时反冲洗一次，反冲洗时反冲洗加 药泵启动，超声波清洗装置启动，反冲洗时间为30min;在过滤器的 出口投加缓蚀剂或缓蚀阻垢剂、杀菌剂，确保滤后的污水各项指标达 标标准要求。
说明书
一种撬装不曝氧污水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及油田撬装污水技术处理，特别涉及一种撬装不曝氧污 水处理装置及方法。
背景技术
油田开发到中后期，油层能量下降，弹性开采已不能满足油井 生产的需要，油井油层出现供液不足，为了补充油层的能量，需要在 油井附近布置注水井对油层进行注水，对于个别小区块与复杂环境的 油区，注水井数量有限，日处理污水量有限，一般在300m3/日以下， 建设大型污水处理站一是占地面积大、设备与管网投资大，会造成极 大的浪费，不适用小区块与复杂环境的油区的污水处理，因此、发展 了撬装污水处理设备。
针对小区块与复杂环境的油区的污水处理市场上有大量的撬装 污水处理装置，其基本构造为：一个5m3左右的除油器，一个浮选器， 一个过滤系统，2-3套加药装置。污水经提升泵加一种处理剂后进入 除油器;除油器除油后加一种处理剂进入浮选器，浮选器均采取的是 空气压缩机向污水中注入空气进行浮选;浮选后进入过滤系统，在过 滤后加一种处理剂;所有加药装置采取的加药泵均为柱塞计量泵。现 有的撬装污水处理装置在油田污水处理中存在下述问题：1)由于撬 装空间的限制，设计的除油器体积过小，加之除油器前处理剂反应不 充分，除油效果差，而且不能沉降污水中的大颗粒与重质颗粒，使其 进入后续流程;2)浮选器采取空气浮选，由于污水普遍矿化度高， pH值低，偏酸性，有的pH在5.5左右，空气中大量的氧进入污水中， 大幅度的加剧了污水的腐蚀;3)、污水中含有一定量的亚铁离子，氧 的进入，还会在管输过程中产生氧化铁沉淀物，增加注入水的悬浮物 含量与管输结垢，4)、由于除油器不能去除重质颗粒。重质颗粒进入 浮选器后，在空气的浮选下，出现不上不下的状态，重质颗粒不能去 除进入到过滤器，加重了过滤器的负担，处理能力与效果下降;5)、 撬装污水处理装置中所有的加药泵均采取的柱塞计量泵，由于配液罐 体积小，现场清水来源困难，人力的限制，加药泵日加药体积在50L 以下，相当于0.035L/min，现场应用反映撬装污水处理装置均频繁出 现加药泵堵塞失效的问题，特别是粘稠的液体与带颗粒的液体，应用 不到半年均失效，导致加药不能正常进行，处理污水的效果大幅度下 降，水质无法达到标准要求;6)、过滤罐尽管采取了反冲洗，但仅用 污水清洗，没有加药，由于污水中含油，污水中的颗粒粘性较大，吸 附在滤料上，加之冲洗流速有限，难以去除滤料表面的吸附物，日积 月累导致滤料污染严重，失去了过滤能力。
发明内容
为了克服现有撬装污水处理装置的不足，本发明的目的是提供一 种撬装不曝氧污水处理装置及方法，能够对小区块与复杂环境的油区 的污水进行密闭不曝氧处理且氮气循环使用、消耗量极少，装置运行 过程加药泵不堵塞，过滤器滤料易清洗，净化与浮选效果最大限度的 发挥，在确保水质达标的情况下装置运行稳定，维护简单。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种撬装不曝氧污水处理装置，由不曝氧净化反应系统1、不曝 氧浮系统2和超声波清洗过滤系统3依次连通组成;
不曝氧净化反应系统1包括第一混合罐加药泵3a，第一混合罐 加药泵3a通过污水进口提升泵1a与第一混合罐2a相连通，第一混 合罐2a底部出口管路经第二混合罐加药泵5a与第二混合罐4a上部 相连通，第二混合罐4a与净化沉降罐6a相连通，净化沉降罐6a经 污水出口加药泵15a加药后再由污水出口提升泵14a连通至不曝氧浮 选系统2。
所述的第一混合罐2a，其上部有一个小的搅拌腔室，运行中搅 拌速度为600～650rpm之间，在下部没有设计搅拌，余留出一定的空 间用于液流减速。
所述的第二混合罐4a的罐体中全部配置有搅拌器，搅拌速度在 60～70rpm之间。
所述的净化沉降罐6a，罐体的形状是方形体或是卧式圆柱形， 在罐体高度的3/5处设置有净化沉降罐的污水进口7a，在罐体高度的 9/10处设置有收油槽9a，收油槽9a沿罐体四周分布，在罐体高度的 1/2处设置有净化污水出口13a，净化沉降罐6a中设置有除泥斜板 8a，除泥斜板8a的斜度设计为45°;净化沉降罐6a上设置有压力调 节阀16a与压力平衡阀17a，净化沉降罐6a下部设置有超声波发生 器11a和超声波探头12a。
所述的不曝氧浮选系统2包括卧式圆柱形的罐体1b，其罐体1b 通过第一隔板11b和第二隔板12b分成3个不等体积的隔间，第一隔 间为罐体1b长度的1/2，第二隔间为罐体1b长度的3/10，第三隔间 为罐体1b长度的1/5，氮气进口在罐体的第三隔间上部，由氮气供应 系统4b供应并通过氮气压力调节阀5b与压力平衡阀6b连通至罐体 1b内;氮气分布筛管9b均匀分布在第二与第三隔间的底部;在罐体 的上部中间安装有第一磁力离心泵7b和第二磁力离心泵8b，第一磁 力离心泵7b的进口与罐体1b的第二隔间上部的中间出口连接，第一 磁力离心泵7b的出口与氮气分布筛管9b的中间部位连接;第二磁力 离心泵8b的进口与罐体1b的第二隔间上部的中间出口连接，第二磁 力离心泵8b的出口与净化沉降罐6a的出口管线连接其连接口在混合 器2b之前;污水进口3b设置在罐体高度的1/2处;污水出口17b设 置在罐体高度的2/5处，污水出口17b处设置有出口挡板16b，污水 出口17b连接出口提升泵18b;收油槽10b设置在罐体内高度的9/10 处，沿罐体四周分布;第一隔板11b的开口设置在罐体高度的2/5处， 其上部高度在罐体高度的9/10处;第二隔板12b的开口设置在罐体 1b的底部，其上部高度在罐体1b高度的9/10处;超声波发生器13b 的超声波探头14b均匀分别于3个隔间中间;静态混合器2b连接在 净化沉降罐6a的出口管线上在罐体1b的进口3b之前;排污阀组15b 均匀分布在每一个隔间的下部，排污阀组15b的出口设置在每一个隔 间的中间部位。
所述的超声波清洗过滤系统3包括过滤器顶部水管1c，过滤器 顶部水管1c均与核桃壳超声波过滤罐3c，石英砂超声波过滤罐4c 和精细超声波过滤罐5c构成的过滤器组相连通，过滤器组下方设置 有过滤器底部水管2c，过滤器底部水管2c一侧设置有反冲洗泵6c， 反冲洗剂加药泵7c和反冲洗泵控制器8c，超声波发生器9c设置在核 桃壳超声波过滤罐3c的一侧，与不曝氧浮选器2的超声波探头13b 及过滤器的超声波探头4e相连，过滤器底部水管2c的另一侧设置有 缓蚀剂与杀菌剂加药泵10c和阻垢剂加药泵11c。
所述的超声波清洗过滤系统3中的核桃壳超声波过滤罐3c，石 英砂超声波过滤罐4c和精细超声波过滤罐5c均包括罐体1e，罐体 1e内填充有的过滤材料2e或精细过滤管3e，过滤罐内设置有与超声 波发生器9c连接的超声波探头4e，核桃壳超声波过滤罐3c和石英砂 超声波过滤罐4c内的超声波探头4e分三层沿过滤罐四周均匀分布， 精细超声波过滤罐5c内的超声波探头4e垂直均匀分布于罐体内。
基于上述一种撬装不曝氧污水处理装置的处理方法，包括以下内 容：
(1)、污水经提升泵，同时加入两种净化处理剂后进入不曝氧净 化反应系统1中的第一混合罐，第一种净化处理剂的名称为GJH-1， GJH-1的化学组成：含H2O2的质量比为15%，含羟基亚乙基二膦酸 的质量比为3%，含十八烷基三甲基氯化铵的质量比为5%，其余为 水;第二种净化处理剂的名称为GJH-2，GJH-2的化学组成：含聚合 硫酸铝的质量比为20%，含聚合硫酸铁的质量比为5%，含稳定剂的 质量比为4%，其余为水，GJH-1的加量为50～60mg/L，GJH-2的加 量为35～40mg/L，污水经过混合罐上部的搅拌腔，高速搅拌，搅拌 速度为600～650rpm，保证了药剂与污水的充分混合与反应，然后在 第一混合罐的下部剪切速度降低，能够有效的产生大量的小颗粒，在 第一混合罐的出口污水中加入第三种净化处理剂后进入第二混合罐， 第三种净化处理剂的名称为GJH-3，GJH-3的化学组成：含分子量为 800万，阳离子度为15%的阳离子聚丙烯酰胺70%，含苄基三丙基氯 化铵30%，加入量为25～30mg/L，搅拌速度为60～70rpm，在第二 混合罐中污水产生大颗粒，污水依靠第二混合罐的压力进入净化沉降 罐;在净化罐中，污水经除泥斜板加速进行油、水、悬浮物分离;收 油槽进行收油;排污阀组进行排污，不曝氧净化反应系统1在整个运 行过程中均保持氮气密闭，密闭压力为0.05mPa，当压力高于此值时， 定压阀启动释放压力，当压力低于此值时，压力调节阀启动补充压力;
(2)、不曝氧净化反应系统1中的污水经净化沉降罐中部出口由 提升泵提升至不曝氧浮选系统2中，在提升泵前由加药泵15a加入杀 菌浮选剂与泵后依靠磁力离心泵充入氮气，经过静态混合器后从不曝 氧浮选系统2中罐体的中部进入第一隔间，在第一隔间依靠杀菌浮选 剂吸附微小颗粒与油上浮，超声波协助杀菌与气浮;气浮后的污水经 第一与第二隔间的隔板中下部进入第二隔间，后经第二隔间与第三隔 间的隔板下部进入第三隔间，在第二隔间与第三隔依靠磁力离心泵循 环氮气继续浮选，磁力离心泵的排量控制在14～15m3/h之间;不曝 氧浮选系统2中的第三隔间的污水在罐体的中下部2/5处流出(出口 设计是根据模拟实验设计的最佳位置，经提升泵进入超声波清洗过滤 系统3;
(3)、不曝氧浮选系统2中的污水经提升泵进入超声波清洗过滤 系统3，依次经过核桃壳过滤器，石英砂过滤器，精细过滤器;滤后 水的污水依靠过滤器压力通过管线输送至净化水罐;过滤过程设计了 滤罐自动反冲洗程序，每12小时反冲洗一次，反冲洗时反冲洗加药 泵启动，超声波清洗装置启动，反冲洗时间为30min;在过滤器的出 口投加缓蚀剂或缓蚀阻垢剂、杀菌剂，确保滤后的污水各项指标达标 标准要求。
本发明属于一种撬装式不曝氧污水处理装置与处理工艺技术， 特别适合于少量油田污水不曝氧处理与回注，其采取的氮气密闭与磁 力离心泵自循环利用氮气，氮气消耗量极少，其采用的外置空气阀柱 塞计量泵，在清水缺乏的环境下，适应于小排量投加粘稠的处理剂与 颗粒型的处理剂，解决了柱塞泵加药频繁堵塞，甚至无法正常加药的 问题，其采用氮气密闭解决了空气浮选大量氧进入污水中大幅度增加 污水腐蚀的问题，该撬装式不曝氧污水处理装置与处理工艺技术适应 于油田各种环境的污水处理。
本发明的撬装不曝氧污水处理装置与处理工艺技术完全能够克 服市场上现有撬装污水处理装置的不足，其原因是：1)本发明中采 取氮气密闭，磁力离心泵循环利用氮气解决了污水曝氧问题，也解决 了常规气浮消耗大量氮气的问题;2)本发明中设计的不曝氧净化反 应系统，对污水进行初级处理，投加3种处理剂，能够有效的去除污 水中的重质颗粒与部分油;3)本发明中不曝氧净化反应系统中设计 了第一与第二混合罐，而且第一混合罐的设计分为2个部分，第一部 分为混合搅拌反应腔，第二部分为减速颗粒形成腔;两个混合罐的搅 拌速度设计不同，其速度的设计是经过模拟实验确定的，保证了处理 剂的充分混合与反应，保证了大颗粒的形成，使污水处理净化效果得 到了保证;4)本发明中不曝氧净化反应系统中其罐体污水的进口与 出口设计都是经过室内模拟实验确定的，罐体中设计了除泥斜板、收 油槽、排污阀组、超声波杀菌装置，保证了油、悬浮物与污水的分离， 细菌的控制;5)本发明中的不曝氧浮选系统，设计的磁力离心泵， 一方面重复利用了氮气作为密闭介质，另一方面其循环动力加大了污 水中氮气的流速，提高了气浮的作用，同时、设计了杀菌起泡剂、氮 气、污水在管线中混合后再进入不曝氧浮选系统，能够完全发挥起泡 剂的作用，杀菌剂在起到杀菌作用的同时起到了起泡的作用，充分利 用了杀菌剂本身的功能，超声波的空化作用即协同提高了杀菌剂的效 果，也协同提高了气浮效果;6)不曝氧浮选系的罐体均设计了3个 隔间，罐体的污水进出口位置的设定都是经过室内模拟实验确定的， 罐体中隔板的出口与高度设计也都是经过室内模拟实验确定的，保证 了油、悬浮物与污水的分离;7)过滤后污水设计投加了杀菌剂、缓 蚀剂或缓蚀阻垢剂加药，确保了对污水腐蚀、细菌繁殖、结垢的控制; 8)过滤器的清洗采取了投加反冲洗剂与超声波清洗相结合的方法， 确保了能够有效的将滤料清洗干净;9)整个系统中的加药泵均采用 外置空气阀柱塞计量泵，确保了在投加颗粒型处理剂与粘稠处理剂的 情况下不堵塞;10)整个处理系统各种药剂的加药点的设计也都是经 过室内模拟实验确定的，最大限度的发挥了药剂的作用。
经过本发明处理的污水不含氧，各项指标均能够达到标准要求， 而且在使用过程中故障率低，维护简单，维护成本低。