申请日2007.06.22
公开(公告)日2008.01.30
IPC分类号C02F1/40; C02F1/52; C02F1/38
摘要
本发明提供了一种采用多级充气旋流技术处理炼油污水的方法，可将炼油污水中的浮油、分散油、乳化油高效回收，同时去除绝大部分悬浮物。其主要特征是通过至少二级充气水力旋流器的设置，同时结合破乳剂、混凝剂和助凝剂的使用，对炼油过程中各装置产生的较高浓度含油污水进行物化处理，处理后的出水满足一般炼化污水处理场的生化段进水指标。本发明工艺可以取代现有炼油污水处理流程中的物化处理段(一级处理)，具有效率高、占地小、投资省等特点。
权利要求书
1.一种采用多级充气旋流技术处理炼油污水的方法，包括如下过程：
将炼厂各装置产生的含油污水经加压至0.2～0.3MPa后进入输送管路， 向输送管路中加入破乳剂，使之与被加压的含油污水共同经过静态混合器或 文丘里混合器并在管路中维持时间15～25秒进入一级充气水力旋流器实施 油水分离，分离出的油类成分由上部溢出至污油罐回收，初步净化后的含油 污水由底部溢出进入污水缓冲罐，所述破乳剂为聚丙烯酰胺类，其基本中性， 分子量为6百万～7百万，破乳剂投加量为0～20毫克/升待处理污水;
经污水缓冲罐排出的所述含油污水在输送管路中加入混凝剂，利用泵类 实现药剂与污水的充分混合并加压至0.2～0.3MPa，使该混入混凝剂的污水 在管路中维持反应时间20～25秒后加入助凝剂，该加入了混凝剂和助凝剂 的污水经过静态混合器或文丘里混合器后输入二级充气水力旋流器，且控制 该污水流过所述混合器进入二级充气水力旋流器的时间为15～25秒，污水 经二级旋流器的处理后，污水中的絮体由旋流器上部溢出形成浮渣实现去 除，出水由底部溢出成为预处理水，供进一步实施生化处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述来自炼厂各装置产生的含 油污水中乳化油含量低至150mg/升或以下时，在输送管路中破乳剂的投加 量为0～10毫克/升待处理污水。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述来自炼厂各装置产生的含 油污水中乳化油含量高于150mg/升时，在输送管路中破乳剂的投加量为 10～20毫克/升待处理污水。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，助凝剂和混凝剂的投加量分别 为每升待处理污水1～2毫克和50～150毫克。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，一级和二级充气水力旋流分离 器的进水压力为0.2～0.3MPa;充气管道表压0.3～0.4MPa，气液体积比为 2～3。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，一级和二级充气水力旋流分离 器的充气气源来自炼厂内压缩风或空气压缩机。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，一级和二级充气水力旋流分离 器的器壁采用烧结钛多孔管，其平均孔径为5μm，开孔率为30～50%，器 壁厚度3mm，透气率2～9×10-3L/min·cm2·mmH2O;污水在旋流器内停留时间 小于1秒。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一级充气水力旋流分离器 和/或二级充气水力旋流分离器分别包括一组或一组以上的组合。
说明书
采用多级充气旋流技术处理炼油污水的方法
技术领域
本发明涉及一种采用多级充气旋流技术处理炼油污水的方法，属于炼 油污水处理技术范畴。
背景技术
炼油污水处理着重解决两个问题：首先是通过物化法(一级处理)除 掉污水中的石油类与悬浮物;然后才能考虑通过生物化学法处理掉水中的 COD、BOD、NH3-N等有机污染物质。
炼油污水中的油分一般以浮油、分散油、乳化油、溶解油等四种形态 存在：(1)浮油，它铺展在污水表面形成油膜或油层，油滴粒径较大，一般 大于100μm，占总含油量的70%～80%以上;(2)分散油，以油粒形状分散 在污水中，不稳定，静置一段时间后往往变成浮油，油滴粒径在100～25 μm;(3)乳化油，在污水中呈乳浊状，油珠外边包着一层水化膜并且具有 一定量的负电荷，水中又含有一定量的表面活性剂，使油粒之间难以合并， 长期保持稳定，油粒径一般在25～0.1μm;(4)溶解油，油溶解于水中，粒 径在0.1μm以下，极难分离。
目前对于这类来自炼厂的含油污水的物化处理(一级处理)采用多种设 备进行组合，处理工艺如下：来水-平流隔油池-斜板隔油池-气浮。隔油是 重力分离方法的一种，其原理是在重力作用下，使废水中所含的石油类及其 它悬浮杂质根据不同的相对密度自行分离，相对密度小于1的自然浮上，相 对密度大于1的下沉，从而达到分离的目的，处理的对象是浮油及粗分散油。 平流隔油池可以去除粒径大于或等于150μm的油珠，斜板隔油池可以去除 粒径大于或等于60μm的油珠。由于平流隔油池、斜板隔油池均为重力式分 离，通过重力沉降使两相分离的推动力只有一个重力加速度，因此处理工艺 需要污水停留时间长，设备体积庞大、占地面积多，投资成本高、管理难度 大、运转不连续，而且难于处理细分散油(粒径小于50μm油珠)和乳化油， 只有当污水中乳化油含量小于30mg/L，溶解油含量小于10mg/L时才具有良 好除油效果。
由于隔油对炼油废水中细分散油、乳化油去除效果较差，因此隔油后需 进行气浮处理。气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附水中的油 滴或相对密度接近于水的悬浮物，使其随气泡浮升至水面而加以去除，可以 去除细分散油和绝大部分的乳化油。目前在炼化含油污水处理中应用较多的 是加压溶气浮选、涡凹浮选和射流浮选。涡凹浮选机存在着制造麻烦、维 修麻烦、能耗较高、处理介质温度较高情况下效率急剧下降等问题。射流 浮选装置是近年来出现的一种含油污水处理设备，射流浮选法可用一个水 泵提供动力，较涡凹浮选降低了能耗，但存在设备造价高、维修维护困难、 运行稳定性差等问题。加压溶气浮选是较为常用的方法。这种溶气气浮装 置在操作中，经溶气得到的加压溶气水进入浮选槽(也称气浮池)后通过 释放器被减压释放而产生微气泡，该微气泡在运动中与污水中的悬浮物同 向接触而粘着成为有一定速度的颗粒，颗粒被上浮到表面由刮渣机构刮走， 从而完成对原水中悬浮物的清除。装置一般配有加压泵、空气压缩机、射 流器、高压溶气罐、释放器等复杂设置，整个设备体积庞大，对操作和维 护都有比较高的要求。
因此常规物化处理工艺(一级处理)具有以下缺点：占地面积大，设备 投资、基建和运行维护费用高，污水停留时间长等。
针对上述方法的不足，从20世纪60年代开始，逐渐发展了水力旋流分 离技术。出现了一系列关于旋流分离技术的专利，部分专利的专利号分别为 US4237006、US4231368、US4544486、US4464264、US4719014、US4721565、 US4749490、CN2459311Y、CN1112522A、CN2221996Y、CN1199871C、CN1570033A、 CN1817404A、CN1541948A、CN1546196等，其中分别公开了旋流分离技术在 各类油水分离过程的应用。旋流分离技术被认为是一种高效节能型油水分离 技术，它具有如下优点：结构简单;成本低、重量轻、维护费用少、能耗低; 安装灵活方便，旋流器可以任何角度安装;工作连续、可靠，操作维护方便 效率高;适应性好，运行及调节范围宽等。
同时，旋流分离也有不足之处：由于旋流器内流体的流动产生一定的 剪切作用，如果参数设计不当，容易将液滴(油滴或水滴)打碎导致乳化 而恶化分离过程;由于处理不同性质的物料往往需要不同结构尺寸或操作 条件的旋流器，所以旋流分离操作的通用性较差。总之，不同原油的油水 混合物往往具有不同的物性，因此，用于不同水质的旋流器往往不能互换 使用。
常见的旋流器是柱状水力旋流器，对于浮油、分散油的处理效果比较 好，但对于乳化油的去除效果还是比较差，而浮选装置的长处在于对乳化 油的处理效率比较高，技术成熟可靠，但是对于来水中油含量比较高的情 况适应性比较差，由此可以看到旋流器和浮选装置各有特点，各有不足。 另一方面，来自国内炼厂的含油污水成分复杂，希望在更宽适应性范围内 利用旋流器替代浮选装置用于含油污水的处理还需要有具体的研究结果来 支持。
充气水力旋流器(Air-Sparged Hydrocyclone，ASH)是在普通柱状水 力旋流器的基础上对水力旋流分离技术的进一步发展。1983年，Miller和 Hupka用φ50mm的充气水力旋流器最早进行了油水分离试验的研究，试验 证明ASH可以成功的进行油水分离。1993年，J.P.Beeby和S.K.Nicol用 一个φ50×500mm的充气水力旋流器进行了浓缩水包油乳状液的研究，结果 表明ASH可以成功的从污水中分离出化学稳定的乳状油。以浊度作为乳化 液浓度的指标，当进料的含油浓度为400mg/L时，其底流中浊度去除率可 达96%。1996年，余仁焕等利用自制的φ55mmASH进行了净化含油污水的研 究，在进水流量53.3L/min、含油75mg/L、气液体积比=1的情况下，除油 率达到74.6%。
充气水力旋流器作为常规旋流器的一个改进，通过旋流器的边壁加气， 将溶气浮选与水力旋流器的流动特征结合在一起，其在油水分离领域的应 用更多的还是在研究探索阶段，处理效果和操作条件，以及设备参数的选 择还是要受到所处理水质的具体情况限制。炼油污水中各类油分的组成由 于对原油的加工目的物不同而有较大差异，建立一套适用性更广泛的处理 系统，实现对炼油污水的高效处理有显著的实用意义，充气水力旋流器在 炼油污水处理中的工业化应用目前还没有报道。
发明内容
本发明的目的是为炼油污水预处理提供一种工艺简单、流程短、控制方 便、管理简单、占地面积小、高效、低耗、节省投资的炼油污水物化处理系 统和方法，以替代现有污水物化处理流程中的隔油、浮选单元，使该工艺处 理后的污水含油量达到30mg/L以下，悬浮物降到90mg/L以下，满足炼油污 水处理场生化段进水要求。
本发明提供了一种采用多级充气旋流技术(预)处理炼油污水的方法， 包括如下过程：
将炼厂各装置产生的高浓度含油污水经过加压至0.2～0.3MPa后进入输 送管路，在输送管路中加入破乳剂，使之与被加压的含油污水共同经过静态 混合器或文丘里混合器并在管路中维持15～25秒后进入一级充气水力旋流 器实施油水分离，分离出的油类成分由上部溢出进入污油罐回收，初步净化 后的含油污水由底部溢出进入污水缓冲罐;所述破乳剂为聚丙烯酰胺类破乳 剂，其基本中性，分子量为6百万～7百万，破乳剂投加量为0～20毫克/ 升待处理污水;
经污水缓冲罐排出的所述含油污水在输送管路中加入混凝剂，利用泵类 实现药剂与污水的充分混合并加压至0.2～0.3MPa，使该混入混凝剂的污水 在管路中维持反应时间20～25秒后加入助凝剂，该加入了混凝剂和助凝剂 的污水经过静态混合器或文丘里混合器后输入二级充气水力旋流器，且控制 该污水流过所述混合器到进入二级充气水力旋流器的时间为15～25秒，污 水经二级旋流器的处理后，污水中的絮体由旋流器上部溢出形成浮渣实现去 除，出水由底部溢出成为预处理水，供进一步实施生化处理。
根据本发明提供的预处理工艺，将炼厂各装置产生的高浓度含油污水 (原水)汇集后进入一级充气水力旋流器前，根据其中含油情况可先加入适 量破乳剂，与含油污水充分混合并在管道中维持一定时间(15～25秒)利于 实现对污水的破乳，该反应时间视污水中乳化油与悬浮物SS含量而定，然 后进入一级充气水力旋流器实施油水分离。针对炼油污水的性质，本发明可 以先加入适量聚丙烯酰胺作为破乳剂加强对污水实施破乳，在脱除浮油的同 时尽可能回收污水中的大部分乳化油与分散油，该破乳剂基本中性，分子量 为6百万～7百万，可以直接商购或要求厂家按要求生产。根据本发明的方 案，所述来自炼厂各装置产生的含油污水中乳化油含量低至150mg/升或以 下时，输送管路中破乳剂的投加量为0～10毫克/升待处理污水。若所述来 自炼厂各装置产生的含油污水中乳化油含量高于150mg/升时，输送管路中 破乳剂的投加量为10～20毫克/升待处理污水。
根据本发明的方法，经一级充气水力旋流器初步的油水分离处理，污水 中大部分石油类成分可基本被回收，为使最终的排水能满足炼厂污水处理 场生化段的进水要求，还需要先分别加入混凝剂和助凝剂进行架桥、网捕等， 使水中的悬浮物与剩余的油分(石油类)形成较大的絮体，然后进入二级充 气水力旋流器进一步净化处理。此时可使用常规的混凝剂和助凝剂，例如， 混凝剂可以是铝盐系或铁盐系絮凝剂(氯化铝，聚合氯化铝铁，碱式氯化铝， 铝酸钙等)，助凝剂则可以为丙烯酰胺聚合物(法国SNF公司的FO4190SH、 FO4440SH、FO4800、FO4190PG等聚丙烯酰胺类药剂)，混凝剂和助凝剂的 具体投加量均可按照常规操作，优选地，助凝剂和混凝剂的投加量分别为 每升待处理水体1～2毫克和50～150毫克。
根据本发明的工艺，待处理污水经适当加压(例如通过离心泵或其它 输送泵)进入管路，对该来水加入破乳剂并经静态混合器或文丘里混合器混 合，而后的管道长度应维持污水(在设定的流量下)在其中停留20～25秒， 给予油水分离和破乳剂与污水充分接触反应时间，使乳化油等被破乳形成 较大油滴，然后进入一级充气旋流分离器完成污油(石油类)的回收。
根据本发明的工艺，混凝剂的加入时机在一级充气水力旋流器的出水 进入泵前的管路中，此处所用的泵类为可实现对来水的搅拌混合、并使被 混合的来水具有一定流速的装置，例如可使用离心泵，混入混凝剂的污水 充分利用叶轮的搅拌混合作用发生反应，泵后的管道长度应能维持污水在 其中停留20～25秒，给予混凝剂与污水充分反应时间;同时，管道中还设 置管道混合器，该混合器可为静态混合器或文丘里混合器，污水在进入混 合器前还需加入助凝剂，为实现与混凝后污水的充分混合，控制投加了助 凝剂的污水流过管道混合器进入二级充气水力旋流器的时间为15～25秒 (控制污水的流速和管道长度)，给予架桥、网捕的反应时间，使污水中 石油类油分与悬浮物形成较大絮体。
根据本发明的工艺，充气水力旋流器的进水压力为0.2～0.3MPa;充气 管线表压0.3～0.4MPa;从实用性角度考虑，充气气源可为厂内压缩风或空 气压缩机提供。
根据本发明的工艺，在现场处理系统中，所述来自炼厂各装置产生的 含油污水在送入一级充气水力旋流器前，先经过一沉降除油罐或污水缓冲 罐，回收部分浮油和分散油以及脱除泥沙。一级充气水力旋流器出水在进 入二级充气水力旋流器前也先经过污水缓冲罐;
从前面的描述可以理解，本发明的关键是在用于对炼厂排放的高浓度 含油污水实施预处理的系统中设置了多级(至少是二级)充气水力旋流器 及相关配套设备，而根据所处理污水的特性，所采用的一级充气水力旋流 器和/或二级充气水力旋流器分别包括一组或一组以上旋流器的组合，例 如，任何一级旋流分离都可以是二组或三组旋流器的串联，以达到预期的 处理效果。对于特殊性质的含油污水，也可以设置多于二级的充气水力旋 流器(二级旋流器的出水再进入下一级或多级旋流器)，以确保出水达到 炼油厂油田污水场生化处理的水质标准。
关于充气水力旋流器的结构和工作原理，本领域普通技术人员都能熟 知，可以参考图2所示意，其与普通旋流分离器的区别在于该装置浮选段 的器壁采用了微孔材料，成为一根多孔管，孔隙在5～100μm，孔隙大小可 以根据用途的不同在制造时进行控制。在操作中气流(空气或氮气或其他 惰性气体)在一定压力下自外侧夹套通过器壁的孔隙“挤”入流场，含油 污水沿旋流器进料段的切向入口在一定压力下进入，由于器壁的限制形成 旋流。从孔隙进入的气流被高速旋转流体的剪切作用分割成大量的细小气 泡，水中的疏水性微粒(如油滴、悬浮物等)与气泡相互碰撞和吸附，在离 心力作用下进入中心的泡沫柱，进而垂直向上流入溢流管形成溢流;而靠 近器壁的大部分液流从下部流出形成底流。整个过程实现了浮选和旋流的 结合，提高了去除效率。
本发明的工艺中所采用的充气水力旋流器的内腔优选为烧结钛多孔 管，其平均孔径为5μm，开孔率为30～50%，器壁厚度为3mm，透气率为 2～9×10-3L/min·cm2·mmH2O，水体在旋流器内停留时间小于1秒，相比于传 统的气浮方法，在除油率相当的情况下，本发明工艺最突出的优点是污水 可以在分离器中的停留时间极短，通常可以在1秒内完成，而传统的气浮 方法通常需15～20分钟;配合化学药剂的使用，本发明既能够去除浮油、 分散油，也能够去除乳化油，检测结果显示，本发明采用充气水力旋流器 更可以实现对污水中粒径低至4μm的油滴的去除。
总之，本发明的处理系统和工艺代替常规含油污水处理物化段，既可 以处理炼油污水，又可以处理其他高浓度含油污水。采用充气水力旋流器 替代传统工艺中的隔油和/或浮选处理，设备占地面积小，针对待处理污水 的性质相应调整操作条件和参数，工艺更加简单和方便控制，提高了通用 性，整个工艺达到高效、低耗、节省投资的目的。做为炼化企业污水处理 配套技术在业内推广将会产生非常显著的社会效益和经济效益。