高效旋流气浮一体化污水处理技术

Posted 2023-01-13 正交

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1 技术原理

高效旋流气浮一体化处理技术主要以弱离心力旋流和微细气泡气浮两个单元技术为基础。高效旋流气浮一体化设备采用立式压力容器结构，采出水经过气液混合泵加压溶气后，切向进入由设备外壁和中心内筒构成的环形间隙内，在螺旋导片的作用下产生一定强度的旋流；同时溶于采出水中的气体以微气泡形式释放，完成初次气浮旋流处理过程。底部出水部分回流，经另一台气液混合泵加压溶气后，由位于容器下部的均匀布水器释放大量微细气泡，初步净化后的污水自上而下流动完成二次气浮过程。油从顶部排油口排出，气体则通过循环管路回用或由放空阀排出。

2 室内试验

2.1 正交试验方案设计

确定影响高效旋流气浮一体化设备分离性能的因素主要有以下6 个：入水注气比、回流水注气比、回流比、分流比、含油量、处理量，根据以上变量列出相对应的因素水平表，并按所设计的正交试验表进行25 组试验（以除油效率作为输出量）。

由试验可知，影响因素由主到次排列顺序依次为：处理量、回流注气比、含油量、入水注气比、分流比、回流比。

2.2 单一变量对设备分离性能影响的试验

（1）处理量对设备分离性能的影响。在上述最优操作参数下向设备内通入配制含油污水，并改变处理量，测其吸光度值并记录。由试验结果可知，最佳操作参数中处理量选择为4 m3/h。

（2）回流注气比对设备分离性能的影响。由回流注气比与除油效率的关系曲线可看出，当回流注气比从0.05 增大到0.1 时，除油效率较为稳定，但当回流注气比从0.1 继续增大到0.15 时，除油效率急剧下降。确定回流注气比为0.1。

（3）含油量对设备分离性能的影响。由含油量与除油效率的关系曲线可看出，在一定范围内，随着含油量的增大除油效率先增大，然后保持相对稳定，最佳操作参数中含油量选择为500 mg/L。

（4）入水注气比对设备分离性能的影响。由入水注气比与除油效率的关系曲线可看出，并非单向增大入水注气就能提高除油效率，相反，在一定范围内，处理效率先随着入水注气比的增大而减小，随后保持相对稳定。

（5）分流比对分离性能的影响。由分流比与除油效率的关系曲线可看出，改变分流比，除油效率未见明显波动。确定最佳操作参数中分流比为0.08。

（6）回流比对CFU 分离性能的影响。由回流比对除油效率的影响曲线可看出，在一定范围内，随着回流比的增大，除油效率首先逐渐增大，然后逐渐减小。在本试验条件下，回流比为0.2 时除油效率达到最大值（27%左右）。

3 现场应用

3.1 现场试验概况

样机现场应用地点在中原油田采油五厂胡二污水站。

采出水来源及回注均为胡状油田，储层岩性为砂岩，孔隙度15%～24%，油层空气渗透率24×10-3～950×10-3 μm2 ，孔喉平均半径为3.83 μm ，原油地下黏度1.55～4.0 mPa·s，原油相对密度0.82～0.95 g/cm3左右。

3.2 现场试验流程

将高效旋流气浮污水处理设备安装在来水管线上，从来水阀组安装试验旁通，来水水质为原水水质，未投加处理药剂。试验气源为氮气，氮气采用氮气瓶供给。试验工艺流程见图1。

3.3 现场试验方案及主要成果

3.3.1试验方案

（1）正交试验。用正交试验的方法在现场试验中选取一系列合理的变量，通过对正交试验结果的分析选取最优参数。现场试验正交因素见表1、表2。

表1 现场正交试验因素

表2 现场正交试验数据

（2）单一变量对除油性能的影响试验。单一变量的具体变化情况见表3。

表3 单一变量变化水平

3.3.2主要成果

（1）正交试验筛选最优参数。在未添加任何水处理药剂的情况下对采出水进行处理，对每组数据取三次样后取平均值，结果见图2。正交试验的结果表明，在分流比为0.05、回流比为0.2、气泡发生器注气压差为0.05 MPa、回流注气比为0.05 的条件下除油效率最高。

图2 正交试验除油效果

（2）加药对除油效率的影响试验。在最优参数下，通过添加不同浓度的聚合氯化铝（PAC）后除油效率得到了明显提升。除油效率最高可达93.8%，从除油效果及经济用量的角度考虑，加药浓度为20 mg/L 左右较为适宜。

3.4 试验结论

（1）设备除油效率及精度。除油效率≥90%，出水含油量≤15 mg/L，根据进、出水水质分析报告，设备可有效去除分散油和部分乳化油。。

（2）设备占地面积比较。设备体积不到常规设备的1/2，有效停留时间不到常规气浮设备的1/10，离心力不到常规旋流分离装置1/10，减小占地面积50%以上。

（3）运行费用比较。采用二次气浮，并循环利用产生气泡，可不投加或少投加化学药剂，减少污泥产出50%以上，运行费用节约30%以上。

4 结语

高效旋流一体化污水处理技术为国内新兴的气浮—弱离心力旋流单元组合技术，具有较高的处理效率和精度。经室内试验及现场试验测试可知，该技术可有效去除分散油和部分乳化油，对精细过滤器进口含油量能起到较为有效的限制作用。设备集成化程度高，占地面积小，是一种新型高效采出水处理技术，对净化水质升级达标具有重要价值。