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悬浮污泥过滤法用于污水精细处理的试验研究
作者:管理员    发布于:2016-02-16 08:29:06    文字:【】【】【

  石油机械试验研究悬浮污泥过滤法用于污水精细处理的试验研究魏修水颜春者张传江宋波(胜利油田有限公司东辛采油厂)油田污水的试验研究。在分析SSF污水净化器结构及工艺原理的基础上,阐述了SSF工艺技术先导试验工程的污水处理工艺流程、设备及设计参数、系统运行中水质监测分析,以及系统运行过程中主要问题和解决措施。该项试验技术经济效益的初步分析表明,处理1m3污水的总费用为0.28~0.41元,在运行费用相当的情况下,与其它处理方法相比,该方法处理后的水质有明显提高,可完全满足低渗透油藏对注水水质的要求。

  胜利油田有限公司东辛采油厂辛一污水站设计处理能力为3万m3/d,目前实际水量为1.7万m3/A2002年对其进行设备和流程改造,基本流程为:油站来水一混凝沉降罐一一次沉降罐一二次沉降罐一外输罐一外输泵一过滤器外输。采用重力沉降加过滤流程进行处理,处理后的污水输往辛四、辛八和营72注水站。营72站所辖油田区块属于低渗透油田区块,对回注污水的要求较高,注水量为1 2003年建设投产了一套污水精细处理流程,处理量为600m3/A污水处理流程经过石英砂和金属网膜2级过滤,石英砂过滤器和金属网膜过滤器均投产于1998年,投产初期运行效果较好,随着设备运行时间的延长,石英砂滤料板结,金属网膜过滤器由于内部结构堵塞,加上有时来水水质不稳,污水处理效果变差,处理后外输营72的污水水质不能满足低渗透油田的注水需要。

  悬浮污泥过滤技术国内目前处于试验研究阶段,为了对用该技术处理油田污水进行尝试,2003年7月,胜利油田有限公司东辛采油厂与北京某公司合作,在辛一污水站进行了处理量为30m3/h的悬浮污泥过滤(SSF,SuspendedSludgeFil-tration)污水净化技术现场中间试验。经胜利油田环境监测总站进行水质检测,出水效果达到A2注水标准。该处理工艺流程短,技术独到,投资和运悬浮污泥过滤法行费用少,有很大的推广应用前景。

  技术分析悬浮污泥过滤污水净化处理技术包括物化工艺和SSF污水净化器两大部分,其净化处理系统是一套纯物理化学法处理系统。系统在设计中运用了Stokes定律和同向凝聚理论,水中颗粒悬浮物的沉降速度可以用Stokes定律描述。该系统中的旋流式凝聚池可以近似看成一个CSTR反应器,悬浮污泥是很好的凝聚和过滤介质,可以认为随水流上升与悬浮层中的泥渣的碰撞是同向凝聚条件。用同向凝聚理论可以近似描述工艺原理并计算其主要参数。

  依据Stokes定律和同向凝聚理论,当加药后的污水由底部进入SSF固液分离组件后,由于组件的特殊构造,水流方向发生很大变化,造成较强烈的紊动。这时污水中的污泥颗粒正处于前期絮凝阶段,紊动对絮凝的影响不大。随着絮凝不断进行,污泥颗粒越来越大。污泥的絮凝过程到了后期絮凝阶段,紊动的不利影响也越来越大,与絮凝过程的要求相适应,这时混合液流过组件弯折,流速大大降低,且流动开始趋于缓和。因此,在固液分离组件下部的很小底层里,絮凝作用已基本完成。

  絮凝成形的污泥颗粒在不断上升的过程中,密度越来越大,流速越来越小。慢慢开始发生沉降的污泥颗粒还会被罐底不断涌入的污水的上升水流所冲击,当重力与向上的冲击力相等时,污泥保持动魏修水等:悬浮污泥过滤法用于污水精细处理的试验研究态的静止,于是形成了一个活性污泥悬浮层。悬浮层中的颗粒由于拦截进水中的杂质而不断增大,污泥颗粒沉速不断提高,从而可以提高水流上升流速和产水量。值得注意的是,这个致密的悬浮泥层是由污水中的污泥及混凝药剂形成的絮体本身组成的。随着絮体由下向上运动,使泥层的下表层不断增加、变厚;同时,随着过滤水力学原理形成的罐体的旁路流动,引导着悬浮泥层的上表层不断流入中心接泥桶,上表层不断减少、变薄。这样,悬浮泥层的厚度达到一个动态的平衡。当混凝后的出水由下向上穿过此悬浮泥层时,此絮体滤层靠界面物理吸附和电化学特性及范德华力的作用,将悬浮胶体颗粒、絮体、细菌菌体等杂质全部拦截在此悬浮泥层上,使出水水质达到三级处理的水平。

  SSF污水净化器结构示意图如所示。

  SSF污水净化器结构示意一污水进口管;2 SSF工艺技术先导试验工程辛一污水站二级沉降罐出水进入缓冲调节罐,向缓冲罐内加除油剂,缓冲罐设计为上进水。污水提升泵从缓冲罐底部吸水,在提升泵前加絮凝剂,在提升泵后加助凝剂(或不加),经水泵和瓷球反应器混合后直接从SSF污水净化器底部进入罐体,在SSF净化器罐体内完成反应、絮凝、精细过滤和污泥浓缩全过程,净化后出水经顶部出口管道流出进入清水罐,靠清水泵将水输至营72注水站。定时靠污水提升泵的压力将浓缩后的污泥浆从SSF污水净化器的污泥浓缩室压出(污泥浆的含水率<98),送入污泥沉降池,(再次浓缩后的污泥浆含水率<95),靠泥浆泵将污泥沉降池浓缩后的浓泥浆直接送入现有的污泥脱水机实施脱水,脱水后的泥饼运走。每运了24h左右实施1次罐体上部的塑料滤珠层反冲洗操作,反冲洗时间为15min每运行12h左右污泥浓缩室存满后实施1次压力排泥操作,排泥时间3~5min.HCF水力自控虹吸无阀过滤器在过滤到一定压力后,虹吸管开始出水,并启动水力自控反冲洗,这一反冲洗过程是水力自控完成的,无需人为控制,反冲洗后自动进入正常过滤。HCF水力自控虹吸无阀过滤器可称为“傻瓜”式过滤器,SSF污水净化器和HCF水力自控虹吸无阀过滤器组成的系统除了加药外,可实现无人值守。

  辛一污水站精细水处理系统设计规模Q= 15的综合变化系数,则设计水量Qs= 1. 15x600+24=28.75m3/1.选用SSF纯物理化学法污水处理工艺技术及其设备为系统主体,处理后出水全部达到回注水水质标准。

  主要设备有污水缓冲调节罐、污水提升泵、SSF澄清区上升流速:2.先导工程污水处理设施自2003年11月开始建设,到2004年2月底投产。在此期间完成了药剂室内筛选和试验,确定了药剂种类和初步配方。

  (1)混配水质分析辛一站混配水水质如下:悬浮物固体质量浓度:79.6mg/!;平均腐蚀率:0.14铁细菌:13个/mL;jH始,胜利油田质量监督检验所对该先导工程进行了石油机械跟踪监测,详细监测了缓冲罐来水(系统来水)、缓冲罐出水、SSF―30污水净化器进水和出水等取样点的水中含油质量浓度、悬浮物质量浓度、悬浮物粒径中值等指标,其中SSF水质监测数据曲线见日期/d悬浮物粒径中值变化曲线监测过程:第1阶段从3月9日至3月19日,目的是初步观察整个系统的运行情况,并通过监测数据指导药剂调整。第2阶段监测从3月30日至4月5日,目的是为了使悬浮泥层上沿稳定并清晰可见,人为地加大混凝剂投加量,结果其它药剂的投加量没有配合好,使出水中有混凝剂残留,观察发现过量投加混凝剂没有实际意义。第3阶段从4月15日至4月19日,这一阶段的目的是在总结第1、2阶段经验的基础上,进一步优化药剂配方和找到经济投加量,从而降低运行成本。但在这一阶段开始后发现水中二价铁对出水的悬浮物含量影响很大,第1、2天是加除氧剂稳定二价铁,但结果不理想。后改为从水中除去二价铁,从第3天开始出水效果显著改变,各项指标均达到设计要求。

  4.运行过程中的主要问题和解决措施运行初期,根据初选的药剂配方进行加药,发现处理后污水在放置一段时间后出现了黄色絮状物。因此决定对药剂的投加种类、用量进行筛选。

  自2003年7月在辛一污水站进行现场中试起,技术人员就开始长时间的药剂筛选工作,进行了几十种药剂,100多个配方的试验。发现影响水质较大的是二价铁离子,通过采取措施,终确定了理想的药剂配方。

  (1)除氧和屏蔽二价铁辛一污水站的污水情况比较特殊,其主要特点是腐蚀性强,水中!H值偏低和含铁高。检测表明IH值为6. 7左右,含铁质量浓度为15~20mg/L.jH值偏低不利于絮凝,而二价铁极不稳定,使水体很难稳定,给污水精细处理达标带来难度。

  (2)氧化和去除铁针对二价铁的不稳定问题和其极易氧化成三价铁析出的特点,进行了除铁试验,以期彻底解决上述(1)中的问题,做法是投加少量的双氧水。

  二价铁和双氧水可以组成Fenton试剂,利用Fe2+对H2O2的催化分解,产生羟基自由基,氧化水中有机物,并消耗水中溶解氧,同时去除铁。

  一些容易引起发色的物质如氯酚、苯酚、氯苯及硝基酚等被氧化,水质更加清亮。同时由于三价铁本身也是一种良好的絮凝剂,从而减少水中絮凝剂的投加量。

  检测数据表明,在缓冲罐进水管线中投加5mg/L的H2O2就能在沉降罐中将污水的二价铁完全氧化成三价铁析出。而三价铁胶体能在净化器中几乎全部去除,检测结果显示净化器出水总铁质量浓度在0.08~0.30mg/L.并且出水很稳定,放置几天也无变化。

  (3)利用水中铁减少絮凝剂投加量污水中的二价铁氧化成三价铁后,三价铁是以氢氧化铁的状态存在的,而氢氧化铁在水中是不溶解的胶体颗粒,并且氢氧化铁又是很好的絮凝剂,从而减少絮凝剂的投加量,针对辛一污水站的铁含量,在精细处理系统中可以将絮凝剂的投加量由原来的50mg/L减少到25mg/L而保持同样的絮凝效果。另外,测试发现,投加5~8mg/L的H2O2,污水中的溶解氧不增加反而减少,投加量超过8mg/L以后,水中溶解氧开始随投加量增加而逐渐增加。实际测试证明,理论和实际是相符的。

  (4)调整过滤器清洗周期投产初期,过滤器运行48h才对SSF高效净水器进行清洗,有时清洗间隔达到56h运行一段时间以后,发现过滤器表层滤料颜色由白色变为浅黄,水质也出现了波动,分析原因为滤料得不到及时清洗,导致了污水魏修水等:悬浮污泥过滤法用于污水精细处理的试验研究中含油、悬浮物上升。于是采用了加大了滤料的反洗强度和频率,反洗强度由原来的每次15mn增加到30mn反洗频率由原来48h1次改为12h1次,冲洗强度为15L/(m2.s)经过运行观察,效果较好。

  (5)改善加药方式采取反复实践,不断摸索的方法,根据实际生产情况,选择了各种药剂的佳投加浓度和投加方式。生产运行中比较了一次性冲击加药和均匀投加的效果,结果发现将每天1次性冲击投加药剂改为每天分为3次均匀投加,并延长药剂在罐中的搅拌时间,污水处理效果有所改善。

  技术与经济效益分析(1)药剂费用计算按照SSF污水净化工艺和药剂用量,费用计算见表1.表1药剂用量及费用药剂絮凝剂助凝剂除油剂氧化剂加药量/单价/药剂费/经计算,处理1m3水的综合药剂费用为0.15 ~0.28元,每年药剂费用3. 28~6.13万元,处理后的水质完全满足低渗透油田注水要求。

  1W,计算处理1m3水的用电费用为0. 0.41元/m3,跟其他方式处理污水效果相比,在运行费用相当的情况下水质有明显提高。

  与其他污水处理技术相比,SSF处理技术有以下特点:(1)处理系统中来水和处理药剂的混合主要是在泵前吸药管道、污水泵叶轮、蛇形反应管和瓷球反应罐的组合作用下完成的,依照紊流速度、混合时间和水力学结构数据设计,混合十分充分,为取得佳混凝净化效果和大限度地节省药剂创造了前提条件。

  其佳配方组合使用,靠化学反应使污水中呈溶解状态的有机污染物、重金属离子和有害盐类从水中析出,成为有固相界面的微小颗粒,这些颗粒在按十分精细的水动力学参数设计的SSF污水净化器及其系统里充分凝聚成大块密实的絮体,这在常规的水工系统里是很难实现的。

  (3)SSF污水净化器内部结构是完全按照混凝机理设计的,形成的涡旋流动和各部位恰当的水流速度,使得胶体颗粒之间有多的碰撞次数,并且有混凝吸附所需的佳流速环境。从而在极小的容积内获得了极充分的混凝效果。

  是良好的污泥助滤剂,所以系统后排出的污泥浆,其脱水性能良好,不需另外添加助滤剂,就可以直接泵入压滤机脱水。泥饼添加一些填料后可以制成人行道地砖再利用,不会带来二次污染的问题。

  结论(1)目前,从先导试验的现场应用看,处理后的污水水质达到了低渗透地层的注水水质要求,该处理工艺具有流程短、占地省、处理效果好、运行费用低、运行可靠、管理操作方便等特点,达到了预期的目的。

  (2)这个先导试验工程处理规模为600m3/d而营72所辖油田区块需注水量为1过SSF污水净化系统处理后的污水到注水站后还需和不合格污水混和后回注,这样混合污水水质达不到低渗透油田区块的注水需要,因此下一步需要再增加一套SSF污水净化装置(600m3/d),以满足营72所辖油田区块注水量的要求。

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