03+含油污水處理

含油污水處理主要內(nèi)容含油污水水質(zhì)、處理目的及要求含油污水處理污油污水回收含油污泥回收處理1.含油污水的水質(zhì)

（1）分散油：油珠在污水中的直徑較大，為10~100μm易于從污水中分離出來，浮于水面而被除去。這種狀態(tài)的油占污水含油量的60%~80%。

(2)乳化油：其在污水中分散的粒徑很小，直徑為0.1~10μm，與水形成乳狀液，屬于“O/W”水包油型乳狀液。這部分油不易除去，必須反向破乳之后才能將其除去，其含量占污水含油量的10%~15%。

(3)溶解油：油珠直徑小于0.1μm。由于在油中的溶解度很小，為5~15mg/L，這部分油是不容易除去的。起占污水含油量的0.2%~0.5%。

含油污水水質(zhì)、處理目的及要求

(4)含有的離子：污水中可能含有的陽離子常見的有Ca2+，Mg2+、Ba2+、Sr2+等，陰離子有CO32-、Cl-、SO42-等。（5)有害氣體：污水中還有可能含有溶解的O2、CO2、H2S等有害氣體，其中氧是很強的氧化劑，它易使二價鐵離子氧化成三價鐵離子，從而形成沉淀。CO2能與鐵反應(yīng)生成碳酸鐵Fe2(CO3)3沉淀，H2S與鐵反應(yīng)則生成腐蝕產(chǎn)物——黑色的硫化亞鐵。（6）常見的細(xì)菌：污水中常見的細(xì)菌有硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌。這些細(xì)菌均能引起對污水處理、回注設(shè)備及管匯的腐蝕和堵塞。2.含油污水處理的目的及要求

含油污水經(jīng)過處理后，要進行排放或者作為油田回注水、人工舉升井動力液等。處理含油污水的目的是要求排放水或回注水達到相應(yīng)的排放或回注標(biāo)準(zhǔn)，同時應(yīng)考慮防止系統(tǒng)內(nèi)腐蝕。

3.COD污水處理指標(biāo)

工業(yè)廢水中含有大量有機物和無機物，在生物和化學(xué)反應(yīng)過程中，消耗了水中的氧氣，這種耗氧指標(biāo)BOD(BiochemicalOxygenDemand)即生化需氧量。而測試BOD的方法往往需要五天的時間。

COD(ChemicalOxygenDemand)即化學(xué)需氧量，同樣反映水中物質(zhì)耗氧情況，且由于COD測試的方法只需要幾個小時，所以往往應(yīng)用COD指標(biāo)來控制污水指標(biāo)。

BOD和COD測試方法，可依照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：GB11914-89[水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定（重鉻酸鹽法）]和GB7488-87[水質(zhì)五日生化需氧量的測定（稀釋與接種法）]。(1)回注的污水水質(zhì)要求

當(dāng)污水經(jīng)過處理后符合油田回注水標(biāo)準(zhǔn)時，不需增設(shè)深度處理的流程和設(shè)備，否則，需增設(shè)深度污水處理設(shè)施，對處理后的污水進行再處理，以滿足各油田規(guī)定的回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于各油田或區(qū)塊油藏孔隙結(jié)構(gòu)和喉道直徑不同，相應(yīng)的滲透濾也不相同，因此注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也不相同，但都要符合注水水質(zhì)基本要求。石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)》SY/T5329-94水質(zhì)主控指標(biāo)如表3所示。

表3推薦水質(zhì)主要控制指標(biāo)注入層平均空氣滲透率，μm2<0.100.1~0.6>0.6標(biāo)準(zhǔn)分級A1A2A3B1B2B3C1C2C3控制指標(biāo)懸浮固體含量mg/l≤1.0≤2.0≤3.0≤3.0≤4.0≤5.0≤5.0≤7.0≤10.懸浮物顆粒直中值，μm≤1.0≤1.5≤2.0≤2.0≤2.5≤3.0≤3.0≤3.5≤4.0含油量，mg/l≤5.0≤6.0≤8.0≤8.0≤8.0≤10≤15≤20≤30平均腐蝕率mm/a<0.076點腐蝕A1、B1、C1級；試片各面都無點腐蝕；A2、B2、C2級；試片有輕微點蝕；A3、B3、C3級；試片有明顯點蝕；SRB菌，個/ml0<10<250<10<250<10<25鐵細(xì)菌，個/mln×102n×103n×104腐生菌，個/mln×102n×103n×104(2)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)目前，油田污水排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB8978《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》?！段鬯C合排放標(biāo)準(zhǔn)》按照污水排放去向，分年限規(guī)定了69種水污染物最高允許排放濃度及部分行業(yè)最高允許排水量。第一類污染物表6-2第一類污染物最高允許排放濃度第二類污染物對于第二類污染物，在排放口采樣，按工程建設(shè)年限不同必須達到相應(yīng)指標(biāo)要求。主要控制指標(biāo)有：pH值、色度、懸浮物、BOD5，COD、石油類、動植物油、揮發(fā)酚、總氰化物、等50余項。對于第二類污染物排放濃度指標(biāo)詳見GB8978《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。最新標(biāo)準(zhǔn)請見下面的網(wǎng)址。/News/N_201110111445170268_578.html

含油污水來源于在油氣生產(chǎn)過程中所產(chǎn)出的地層伴生水。為獲得合格的油氣產(chǎn)品，需要將伴生水與油氣進行分離，分離后的伴生水中含有一定量的原油和其它雜質(zhì)，這些含有一定量原油和其它雜質(zhì)的伴生水稱之為含油污水。目前，國內(nèi)油田污水處理工藝流程種類較多?，F(xiàn)針對不同原水水質(zhì)特點、凈化處理技術(shù)要求，按照主要處理工藝過程，大致可劃分為重力式除油、沉降、過濾流程；壓力式聚結(jié)沉降分離、過濾流程和浮選式除油凈化、過濾流程等幾種基本處理流程。另有除油、混凝沉降、過濾、深度凈化以及密閉隔氧等流程用于排放處理。含油污水處理

含油污水處理的主要方法

含油污水除油的主要方法有：重力沉降法、物理化學(xué)法、化學(xué)混凝法、粗?；?、過濾法、浮選法、活性炭吸附法、生物法、電磁法。由于水質(zhì)不同及要求處理的深度不同，單靠一種除油方法很難達到預(yù)期的目的，所以在現(xiàn)場使用時，都是幾種方法聯(lián)合使用

第一節(jié)除油一、自然除油1.基本原理

自然除油是屬于物理法除油范疇，是一種重力分離技術(shù)。重力分離法處理含油污水，是根據(jù)油和水的密度不同，利用油和水的密度差使油上浮，達到油水分離的目的。這種理論忽略了進出配水口水流的不均勻性、油珠顆粒上浮中的絮凝等影響因素，認(rèn)為油珠顆粒是在理想的狀態(tài)下進行重力分離的，即假定過水?dāng)嗝嫔细鼽c的水流速度相等，且油珠顆粒上浮時的水平分速度等于水流速度；油珠顆粒是以等速上??；油珠顆粒上浮到水面即被去除。

第一節(jié)除油含油污水在這種重力分離池中的分離效率為：第一節(jié)除油

這里的分離效率也就是除油效率。表面負(fù)荷率Q／A，是一個重要參數(shù)，當(dāng)除油設(shè)備通過的流量Q一定時，加大表面積A，可以減小油珠顆粒的上浮速度μ

，這就意味著有更小直徑的油珠顆粒被分離出來，因此加大表面積A，可以提高除油效率或增加設(shè)備的處理能力。浮升速度可用斯托克斯公式計算：第一節(jié)除油

由斯托克斯公式可知，若污水中的油珠顆粒直徑、污水密度、油的密度和水溫一定時，則油珠顆粒的浮升速度亦為定值，除油效率與油珠顆粒的浮升速度成正比，與表面負(fù)荷率成反比。

2．裝置結(jié)構(gòu)自然除油設(shè)施—般兼有調(diào)儲功能，其油水分離效率不夠高，通常工藝結(jié)構(gòu)采用下向流設(shè)置。立式容器上部設(shè)收油構(gòu)件，中上部設(shè)配水構(gòu)件，中下部設(shè)集水構(gòu)件，底部設(shè)排污構(gòu)件。

第一節(jié)除油1－進水管；2－中心反應(yīng)管；3－配水管；4－集水管；5－中心管柱；6－出水管；7－溢流管；8－集油槽；9－出油管；10－排污管二、斜板(管)除油罐第一節(jié)除油1.原理

斜板(管)除油是目前最常用的高效除油方法之一，它同樣屬于物理法除油范疇。斜板(管)除油的基本原理是“淺層沉淀”，又稱“淺池理論”，通俗的講，若將水深為H的除油設(shè)備分隔為n個水深為H/n的分離池，而當(dāng)分離池的長度為原除油分離區(qū)長度的1/n時，便可處理與原來的分離區(qū)同樣的水量，并達到完全相同的效果。為了讓浮升到斜板(管)上部的油珠便于流動和排除，把這些淺的分離池傾斜一定角度(通常為45°～60°)，超過污油流動的休止角。這就形成了所謂的斜板(管)除油罐。

從式上式可見，重力分離除油設(shè)備的除油效率是其分離高度的函數(shù)，減小除油設(shè)備的分離高度，可以提高除油效率。在其他條件相同時，除油設(shè)備的分離高度越小，油珠顆粒上浮到表面所需要的時間就越短，因此在油水分離設(shè)備中加設(shè)斜板，增加分離設(shè)備的工作表面積，縮小分離高度，從而可提高油珠顆粒的去除效率。第一節(jié)除油

假設(shè)除油設(shè)備的高度為H，油珠顆粒分離時間為t，則表面負(fù)荷率可表示為Q／A＝H／t，將其代入分離效率公式，可得二、斜板(管)除油罐第一節(jié)除油

在理論上，加設(shè)斜板不論其角度如何，其去除效率提高的倍數(shù)相當(dāng)于斜板總水平投影面積比不加斜板的水面面積所增加的倍數(shù)。當(dāng)然，實際效果不可能達到理想的倍數(shù)，這是因為存在著斜板的具體布置、進出水流的影響、板間流態(tài)的干擾和積油等因素。但是，由于斜板的存在，增大了濕周，縮小了水力半徑，因而雷諾數(shù)(Re)較小，這就創(chuàng)造了層流條件水流較平穩(wěn)，同時弗勞德數(shù)(Fr)較大，更有利于油水分離，這就是斜板除油所以成為高效設(shè)備的原因。二、斜板(管)除油罐斜板除油效率增加的原因？

斜板除油裝置基本上可以分為立式和平流式兩種，如立式斜板除油罐和平流式斜板除(隔)油罐(池)。在油田上常用的是立式斜板除油罐和平流式斜板除油罐。2．斜板板組工藝計算

(1)斜板板組水力計算斜板罐(池)斜板組水力計算方法較多，斜板組水力計算大致分為田中法(分離粒徑法)、姚氏法(特性參數(shù)法)、理想分離法，三者在計算中有自己的假定條件，共同點是遵循水力學(xué)質(zhì)點運動方程。根據(jù)含油污水油珠運動規(guī)律：當(dāng)某一粒徑的油珠P，處于斜板中某一位置時，它具有上浮速度Vo軸向速度V。d為板間距，為斜板的傾斜角度。

第一節(jié)除油二、斜板(管)除油罐（6－4）第一節(jié)除油從圖下圖可知，油珠P在y方向的瞬時合速度為：；在x方向的瞬時合速度為：，將上式代入式(6-4)中即得油珠P的運動方程，它適于各種計算方法，其運動方程式如下：二、斜板(管)除油罐(6-5)斜板組質(zhì)點運動圖第一節(jié)除油

A.田中法。田中法認(rèn)為油珠由a點進入斜板，而到b點被截留，這樣油珠所流經(jīng)的長度為板長La與L1之和，其中(d為板距)。這樣依田中法，當(dāng)t＝0時，y＝-d/2，x＝-d/tga，求得式(6-5)中Cl＝-d/2，C2＝-d/tga；將式(6-5)積分則得：二、斜板(管)除油罐田中法質(zhì)點運動圖(6-6)(6-7)B．姚氏法。姚氏法假定油珠在上浮過程中上浮速度V。為常數(shù)，軸向速度為變值，即，見圖6-4，由此得方程式為：第一節(jié)除油二、斜板(管)除油罐

圖6-4姚式法質(zhì)點運動圖(6-8)

將式(6-6)、式(6-9)相對比可知y方程完全相同，而x方程中式(6-9)少一項(-d/tga)，這是田中法和姚氏法主要區(qū)別。姚式法斜板計算長度為：

第一節(jié)除油

姚式法認(rèn)為油珠由a點至b點的歷程為Lb(板長)，即t＝0時，y＝-d/2，x＝0；則，C1=-d/2，C2＝0；將此值代人式(6-8)得：二、斜板(管)除油罐(6-9)(6-10)第一節(jié)除油

C.理想分離法

理想分離法基本假設(shè)與田中法相似，它不描述油珠在板體中上浮軌跡，它認(rèn)為田中法與姚氏法雖采用軸向速度相同與不同的假設(shè)，但二者質(zhì)點起落位置在實際中是相同的。對于層流，即理想狀態(tài)下二者假設(shè)無質(zhì)的區(qū)別。即，當(dāng)油珠的邊界條件已定時，斜板長度決定于油珠的軸向速度與上浮速度的合成速度，也決定于板組的材質(zhì)及構(gòu)造。板長、板距、軸向速度、上浮速度之間符合矩形或平行四邊形相似原理，下面分別對矩形與平行四邊形斜板組進行水力計算。二、斜板(管)除油罐第一節(jié)除油a.下向流矩形平行斜板板組依平行四邊形相似原理如圖6-5所示。二、斜板(管)除油罐圖6-5理想分離法質(zhì)點運動圖一第一節(jié)除油b．下向流平行四邊形平行斜板板組，依矩形相似原理如圖6-6所示二、斜板(管)除油罐圖6-6理想分離法質(zhì)點運動圖二第一節(jié)除油

c.上向流矩形與平行四邊形斜板板組及側(cè)向流斜板組的板長。

二、斜板(管)除油罐6-7理想分離法質(zhì)點運動圖三上向流矩形斜板板組依據(jù)矩形相似原理如圖6-7所示。第一節(jié)除油二、斜板(管)除油罐同理可計算上向流平行四邊形與側(cè)向流斜板板組板長。

第一節(jié)除油(2)各種板組計算板長與上浮速度的對比從各種板組計算中可知，它們的計算板長并不一樣，為便于比較將計算板長與上浮速度匯成表6-l和表6-2。在條件相同的情況下，從表6-1、表6-2可得出如下規(guī)律：二、斜板(管)除油罐

①田中法與下向四邊形板組計算結(jié)果形同，姚氏法與下向流矩形板組計算結(jié)果相同。②田中法與理想分離法中下向四邊形板組計算板長最短；姚氏法與下向流矩形板組長度次之，上向流四邊形板組計算長度最長，上向流矩形次之，側(cè)向流板組計算長度為上述的平均值。③田中法可去除較小油珠；而上向流平行四邊形板組只能去除較大的油珠，分離效果較低。第一節(jié)除油二、斜板(管)除油罐

④板組傾角對板長與分離效果影響較大，這種影響對各種計算方法均存在隨著傾角的增加，式中Vd/cosα值增加較快，所需斜板增長；傾角接近90°時，失去斜板隔油意義；傾角減小斜板計算長度減?。划?dāng)α=0時，斜板長度最小，各種斜板組的計算長度均與側(cè)向流相等。從表中可以看出，當(dāng)α

＝0時，平行四邊形板組已不能適用，此時隔油構(gòu)筑物水平面積將無限大。傾角小時矩形板組適用，當(dāng)α

＝0時，斜板隔油設(shè)施成為水平板隔油池，也稱PPI隔油池。第一節(jié)除油二、斜板(管)除油罐序號計算方法表達式尾項變化范圍斜角45o斜角60o1田中-2d-2.31d2姚式-d-1.73d3理想分離下向矩形-d-1.73d4下向四邊-2d-2.31d5上向矩形+d+1.73d6上向四邊+2d+2.31d7側(cè)向00第一節(jié)除油二、斜板(管)除油罐序號計算方法表達式尾項變化范圍斜角45o斜角60o1田中0.4290.6192姚式0.4410.6303理想分離下向矩形0.4410.6304下向四邊0.4290.6195上向矩形0.4710.7086上向四邊0.4860.7227側(cè)向0.4550.667第一節(jié)除油(3)隔油池斜板板組計算設(shè)隔油池板組符合下向流平行四邊形斜板板組條件。二、斜板(管)除油罐V0的確定

V0與表面負(fù)荷Si＝Q/A均為板組計算的重要參數(shù)，可以通過斯托克斯公式求得。表面負(fù)荷可以從隔油池運行中測得，無實測資料時可取Si=0.15～0.4mm/s。表面負(fù)荷是隔油池實際運行參數(shù)，它考慮了斜板隔油池工作效率。的缺點在于沒有去除油珠最小粒徑。第一節(jié)除油(2)各種板組計算板長與上浮速度的對比從各種板組計算中可知，它們的計算板長并不一樣，為便于比較將計算板長與上浮速度匯成表6-l和表6-2。在條件相同的情況下，從表6-1、表6-2可得出如下規(guī)律：二、斜板(管)除油罐

①田中法與下向四邊形板組計算結(jié)果形同，姚氏法與下向流矩形板組計算結(jié)果相同。②田中法與理想分離法中下向四邊形板組計算板長最短；姚氏法與下向流矩形板組長度次之，上向流四邊形板組計算長度最長，上向流矩形次之，側(cè)向流板組計算長度為上述的平均值。③田中法可去除較小油珠；而上向流平行四邊形板組只能去除較大的油珠，分離效果較低。第一節(jié)除油二、斜板(管)除油罐斜板層流起始段計算斜板計算長度是在理想狀態(tài)下求得的，實際上，當(dāng)水流剛進入斜板時并不是層流，水流紊亂，嚴(yán)重影響油水分離效果。水流進入斜板在形成層流之前的一段稱層流起始段，此后形成層流并進入分離段。在確定斜板長度時，應(yīng)在分離段前另加層流起始段長度。斜板隔油池層流起始段長度計算：(6-21)

從式中可知，當(dāng)板距與雷諾數(shù)大時，起始段增加；當(dāng)板距為20~50mm時，層流起始段計算值有時很長。計算時可取200~400mm，即認(rèn)為此時水流已基本穩(wěn)定。起始段長度也可從實驗室中測得，計算層流起始段時，Re尚未最后確定，故應(yīng)先做假定，必要時進行二次計算，修正板長。第一節(jié)除油板長計算斜板設(shè)計長度應(yīng)為層流起始段長度與計算板長之和.二、斜板(管)除油罐板組面積與板組尺寸的確定設(shè)斜板長為L，寬為B，間距為d，為增加表面積與剛度采用波紋板，板組斜角為α,出流量為Q，斜板塊數(shù)為n，則V的理論值為：

(6-22)

(6-23)

(6-22)第一節(jié)除油又依表6-2得:二、斜板(管)除油罐——斜板水平投影長度；

——斜板水平距；

(6-24)

(6-25)

(6-26)(6-23)帶入（6－24）得:

——斜板組水平投影面積(A)；

——斜板組水平距總面積(A1)。式中E——斜板隔油池工作效率，75％～85％。

第一節(jié)除油雷諾數(shù)和費德羅數(shù)計算。隔油池的水力計算均以理想流體為基礎(chǔ)，則含油污水在層流狀態(tài)運行，為此應(yīng)降低雷諾數(shù)Re；但為保持水流的穩(wěn)定性，水體又應(yīng)有一定能量以防干擾；這樣就需增大弗羅德數(shù)Fr從而提高水流穩(wěn)定性，與計算如下：二、斜板(管)除油罐式中F——過水?dāng)嗝娣e(橫斷面積)；

μ——水的運動粘滯系數(shù)；

x——濕周；

V——板間軸向流速。

(6-27)第一節(jié)除油二、斜板(管)除油罐

由式(6-27)和式(6-28)知，只有增大濕周x才能降低Re，同時增大Fr，因此斜板板組做成各種波紋板，其目的在于增加濕周。通常將Re限制在500之內(nèi)；而將Fr限制在10-5之外。

(6-28)第一節(jié)除油3.斜板除油裝置

(1)立式斜板除油罐立式斜板除油罐的結(jié)構(gòu)型式與普通立式除油罐基本相同，其主要區(qū)別是在普通除油罐中心反應(yīng)筒外的分離區(qū)一定部位加設(shè)了斜板組，如圖6-8所示。二、斜板(管)除油罐含油污水從中心反應(yīng)筒出來之后，先在上部分離區(qū)進行初步的重力分離，較大的油珠顆粒先行分離出來，然后污水通過斜板區(qū)，油水進一步分離。分離后的污水在下部集水區(qū)流入集水管、匯集后的污水由中心柱管上部流出除油罐。在斜板區(qū)分離出的油珠顆粒上浮到水面，進入集油槽后由出油管排出到收油裝置。

1一進水管；2一中心反應(yīng)筒；3一配水管；4一集水管；5一中心柱管；6一出水管；7一波紋斜板組；8一溢流管；9一集油槽；10一出油管；11一排污管第一節(jié)除油

斜板材質(zhì)應(yīng)是在污水中長期浸泡不軟化、不變形、耐油、耐腐蝕的材料。常用的斜板規(guī)格有多種，如下表所示。為安裝和檢修方便。可把斜板拼裝成若干個斜板組塊。斜板組塊排列在除油罐內(nèi)的鋼支架上。二、斜板(管)除油罐

規(guī)格種類板長（mm）板寬（mm）板厚（mm）波數(shù)（個）波長（mm）波高（mm）117507501.5～1.9613015～25215506501.2～1.6115925～30313607601.6～1.95～812015～25

立式斜板除油罐的主要設(shè)計參數(shù)：斜板間距80～100mm，斜板傾角45o～60o，斜板水平投影負(fù)荷1.5×10-4～2.0×10-4m3/(s·m2)，其他的與普通除油罐基本相同。油田上的使用實踐證明，在除油效率相同的條件下，與普通立式除油罐相比，同樣大小的除油罐的除油處理能力可提高1.0～1.5倍。第一節(jié)除油(2)平流式斜板隔油池平流式斜板隔油池是在普通的平流式隔油池中加設(shè)斜板組所構(gòu)成的，如圖所示。這種隔油池一般是由鋼筋混凝土做成的池體，池中波紋斜板大多呈45o安裝。進入的含油污水通過配水堰、布水柵后均勻而緩慢地從上而下經(jīng)過斜板區(qū)，油、水、泥在斜板中進行分離，油珠顆粒沿斜板組的上層板向上浮升滑出斜板到水面，通過活動集油管槽收集到污油罐，再送去脫水，泥砂則沿斜板組的下層斜板面滑向集泥區(qū)落到池底，定時排除；分離后的水，從下部分離區(qū)進入折向上部的出水槽，然后排出或送去進一步處理。二、斜板(管)除油罐配水堰布水柵斜板集泥區(qū)出水槽集油管第一節(jié)除油

早在50年代就有人在普通隔油池前段設(shè)填料段，填充碎石等粒狀物借以提高除油效率。由于采用的碎石填料粒徑較大，聚結(jié)性能較差，收效不大，所以該法除油在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)沒有引起人們的重視。直至70年代初，由于原油開采業(yè)及石油化工工業(yè)的發(fā)展，一方面待處理的含油污水量大幅度的增加，迫切要求提高除油構(gòu)筑物的處理效率，從而縮小其體積；另一方面化學(xué)工業(yè)也提供了性能較好的粗粒化材料，因而粗?；图夹g(shù)才大力發(fā)展起來。美國及日本等在這方面有大量工業(yè)化應(yīng)用的實例。三、粗?；ň劢Y(jié)）除油第一節(jié)除油

1.粗?；?聚結(jié))除油機理所謂粗?；?，就是使含油污水通過一個裝有填充物(也叫粗?；牧?的裝置，在污水流經(jīng)填充物時，使油珠由小變大的過程。經(jīng)過粗?；蟮奈鬯?，其含油量及污油性質(zhì)并不變化，只是更容易用重力分離法將油除去。粗?；幚淼膶ο笾饕撬械姆稚⒂?，粗?；褪谴至；跋鄳?yīng)的沉降過程的總稱。三、粗?；ň劢Y(jié)）除油理論依據(jù)潤濕聚結(jié)碰撞聚結(jié)第一節(jié)除油理論依據(jù)

在設(shè)計除油裝置之前都要用“靜止浮升法”或顯微鏡觀察法對污水中油珠粒徑大小及分布進行測試，大量的測試結(jié)果表明：總的來看油田含油污水乳化程度并不高，即絕大多數(shù)是10m及以上的分散油和浮油。浮油在除油罐中幾分鐘之內(nèi)便可去除，乳化油則必須用化學(xué)混凝法破乳去除，分散油雖然不用混凝法但是可以靠自然沉降去除，然而沉降時間要長。例如，要去除粒徑為以上的油珠，則污水自上而下流動的速度必須小于油珠上浮速度，油珠才可上浮至水面去除。油珠浮升符合斯托克斯公式表明，對溫度一定的特定污水而言，其動力粘滯系數(shù)、污水密度、污油密度和重力加速度都是定值三、粗粒化（聚結(jié)）除油第一節(jié)除油三、粗?；ň劢Y(jié)）除油

(6-29)

可以看出，油珠上浮速度與油珠粒徑平方成正比。如果在污水沉降之前設(shè)法使油珠粒徑增大，則可大大增大油珠上浮速度，進而使污水在沉降罐中向下流速()加大，這樣便可提高除油罐效率。經(jīng)過有關(guān)學(xué)者的大量研究，采用粗?；?也稱聚結(jié))可達到增大油珠粒徑的目的。以上便是粗?；偷睦碚撘罁?jù)。關(guān)于粗?；臋C理，目前尚處在探討階段，還未形成統(tǒng)一的理論。總的來說，大體上有兩種觀點，即“潤濕聚結(jié)”和“碰撞聚結(jié)”。第一節(jié)除油潤濕聚結(jié)理論

“潤濕聚結(jié)”理論建立在親油性粗粒化材料的基礎(chǔ)上。當(dāng)含油污水流經(jīng)由親油性材料組成的粗?；矔r，分散油珠便在材料表面潤濕附著，這樣材料表面幾乎全被油包住，再流來的油珠也更容易潤濕附著在上面，因而附著的油珠不斷聚結(jié)擴大并形成油膜。由于浮力和反向水流沖擊作用，油膜開始脫落，于是材料表面得到一定更新。脫落的油膜到水相中仍形成油珠，該油珠粒徑比聚結(jié)前的油珠粒徑要大，從而達到粗粒化的目的。

例如，用聚丙烯塑料球及無煙煤作粗?；牧系木劢Y(jié)，就是屬于“潤濕聚結(jié)”。三、粗?；ň劢Y(jié)）除油第一節(jié)除油碰撞聚結(jié)理論

“碰撞聚結(jié)”理論建立在疏油材料基礎(chǔ)上。無論由粒狀的或是纖維狀的粗?；牧辖M成的粗?；玻淇障毒鶚?gòu)成互相連續(xù)的通道，尤如無數(shù)根直徑很小交錯的微管。當(dāng)含油污水流經(jīng)該床時，由于粗?；牧鲜鞘栌偷?，兩個或多個油珠有可能同時與管壁碰撞或互相碰撞，其沖量足可以將它們合并成為一個較大的油珠，從而達到粗?；哪康?。例如，蛇紋石及陶粒作的粗?；牧系木劢Y(jié)就是屬于“碰撞聚結(jié)”。三、粗?；ň劢Y(jié)）除油第一節(jié)除油

當(dāng)然，無論是親油的或是疏油的材料，兩種聚結(jié)都是同時存在的，只是前者以“潤濕聚結(jié)”為主，也有“碰撞聚結(jié)”，原因是污水流經(jīng)粗?；矔r，油珠之間也有碰撞；后者以“碰撞聚結(jié)”為主，也有“潤濕聚結(jié)”，原因是當(dāng)疏油材料表面沉積油泥時，該材料便有親油性，自然有“潤濕聚結(jié)”現(xiàn)象。因此無論是親油性材料或是疏油性材料只要粒徑合適，都有比較好的粗?；Ч?。三、粗粒化（聚結(jié)）除油第一節(jié)除油2.粗?；牧?聚結(jié)板材)的選擇

粗?；牧蠌男螤顏砜捶至畹暮屠w維狀的兩大類，從材質(zhì)上分為天然的(如無煙煤、蛇紋石、石英砂等)和人造的(如聚丙烯塑料球和陶粒等)兩類。國外應(yīng)用的粗粒化材料很多，以各種化工產(chǎn)品居多，如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等等。作為一次性使用，主張用纖維性材料，重復(fù)使用主要用粒狀材料。國內(nèi)各油田目前工業(yè)化的粗?；b置大多是用粒狀材料，各種粗?；牧衔锢硇阅芤娤卤怼Ｈ?、粗?；ň劢Y(jié)）除油材料名稱潤濕角相對密度潤濕角測定條件聚丙烯0.91水溫44℃，介質(zhì)為凈化后含油污水；潤濕劑為原油無煙煤1.60陶粒1.50石英砂2.66蛇紋石2.52第一節(jié)除油

粗?；牧线x擇原則為：

耐油性能好，不能被油溶解或溶漲；具有一定的機械強度，且不易磨損；不易板結(jié)，沖洗方便；一般主張用親油性材料；盡量采用相對密度大于l的材料；貨源充足，加工、運輸方便，價格便宜；粒徑3～5mm為宜。三、粗?；ň劢Y(jié)）除油

對于聚結(jié)板材通?？刹捎镁勐纫蚁⒕郾┧芰?、玻璃鋼、普通碳鋼和不銹鋼等。具體選用哪種材質(zhì)的聚結(jié)板，要根據(jù)處理水質(zhì)特性和生產(chǎn)實際需要來確定。聚丙烯和玻璃鋼塑料聚結(jié)板屬濕潤聚結(jié)范疇；純聚丙烯板材，當(dāng)吸油接近飽和時纖維周圍會產(chǎn)生油水界面引起的分子膜狀薄油膜，吸油趨于平衡，影響聚結(jié)效果。玻璃鋼材質(zhì)吸油時對油水界面引起的分子膜狀薄油膜影響較小，吸油功能可保持良好，但板材加工難度較大。碳鋼和不銹鋼聚結(jié)板材屬碰撞聚結(jié)范疇，板材表面經(jīng)過特殊處理后，親水性能良好。不銹鋼板聚結(jié)效果優(yōu)于碳鋼板，其運行壽命也大于碳鋼板，但不銹鋼板造價遠高于碳鋼板。第一節(jié)除油3．粗?；?聚結(jié))裝置單一的粗?；脱b置一般為立式結(jié)構(gòu)，下部配水，中部裝填粗?；牧?，上部出水。組合式粗?；脱b置一般為臥式，裝置首端為配水部分，中部為粗?；糠?，中后部為斜板(管)分離部分，后部為集水部分。粗?；脱b置工藝結(jié)構(gòu)如下圖所示。三、粗粒化（聚結(jié)）除油進水口出水口排污口污油口進料口蒸氣回水口安全閥出水擋板第一節(jié)除油

聚結(jié)分離器采用臥式壓力聚結(jié)方式與斜板(管)除油裝置結(jié)合除油。原水進入裝置首端，通過多喇叭口均勻布水，水流方式橫向流經(jīng)三組斜交錯集結(jié)板，使油珠聚結(jié)，懸浮顆粒增大，然后再橫向上移，自斜板組上部均布，經(jīng)斜板分離，油珠上浮集聚，固體懸浮物下沉集聚排除，凈化水由斜板下方橫向流人集水腔。高效聚結(jié)分離器工藝原理圖見下圖所示。三、粗?；ň劢Y(jié)）除油進水口出水口粗?；纬鏊畵醢逦塾涂谶M料口蒸氣回水口安全閥第一節(jié)除油

目前渤海各平臺均未采用單獨的粗?；ň劢Y(jié)）除油設(shè)備，通常是在斜板除油或重力沉降除油后進入氣浮設(shè)備繼續(xù)深度除油。四、氣浮除油(除懸浮物)

1．氣浮除油的基本工作原理氣浮就是在含油污水中通入空氣(或天然氣)設(shè)法使水中產(chǎn)生微細(xì)氣泡，有時還需加入浮選劑或混凝劑，使污水中顆粒為0.25～25μm的乳化油和分散油或水中懸浮顆粒粘附在氣泡上，隨氣體一起上浮到水面并加以回收，從而達到含油污水除油除懸浮物的目的。第一節(jié)除油油粒和懸浮物具有吸附氣泡浮上的性能當(dāng)天然氣被射流器吸入并在浮選器內(nèi)形成微氣泡時，由于含油污水中的油粒和懸浮物為疏水性，且油粒比重小于1，便會立即吸附到微氣泡表面，并以0.5～0.9m/s的高速上浮分離,在液面上形成浮渣層。過濾原理生產(chǎn)水中的油和懸浮物在浮上時脫油，水則向下作層流，并從浮選器下部的出水口流出，由于水向下流動時必須穿過上升的微氣泡層，因此如果向下流動的水中存在油粒和絮凝的懸浮物，必然會被上升的氣泡吸附“過濾”，并送到液面浮渣層。四、氣浮除油(除懸浮物)

第一節(jié)除油

微氣泡原理根據(jù)原理(1)推斷，若要將污水中的分散狀的油粒（包括經(jīng)破乳后，乳化油變成粒徑大的油粒）和大小不一的礬花最大限度的被氣泡所吸附，最有效的技術(shù)措施就是要能夠在污水中不斷的釋放（供給）粒徑比較理想的微氣泡。四、氣浮除油(除懸浮物)

使污水中有些親水性的懸浮物用氣浮法分離，則應(yīng)在水中加入一定量的浮選劑使懸浮物表面變?yōu)槭杷晕镔|(zhì)，使其易于粘附在氣泡上去除。浮選劑是由極性-非極性分子組成，為表面活性物質(zhì)，例如含油污水中的環(huán)烷酸及脂肪酸都可起浮選劑作用。有時水中乳化油量較高時，氣浮之前還需加混凝劑進行破乳，使水中油呈分散油狀態(tài)以便于氣泡粘附易于用氣浮法分離。

圖6－11加氣浮選器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖氣浮選器工作原理結(jié)構(gòu)圖`第一節(jié)除油四、氣浮除油(除懸浮物)

第一節(jié)除油2．氣浮除油(除懸浮物)裝置

氣浮除油(除懸浮物)裝置，按照氣體被引人水中的方式分為兩大類，其一是溶解氣浮選裝置，其二是分散氣浮選裝置。四、氣浮除油(除懸浮物)

圖6-12溶解氣浮選裝置工藝示意圖（1）溶解氣浮選裝置

該裝置首先使氣體在壓力狀態(tài)下溶于水中，再將溶氣水引入浮選器首端或底部均勻配出，待壓力降低后，溶入水中的氣體便釋放出來，使被處理水中的油珠和懸浮物吸附到氣泡上，上浮聚集被去除。圖6-12即為溶解氣浮選裝置工藝示意圖。第一節(jié)除油(2)分散氣浮選裝置

A.旋轉(zhuǎn)型浮選裝置四、氣浮除油(除懸浮物)

圖6-13(a)旋轉(zhuǎn)型分散氣浮選裝置橫截面圖

該裝置機械轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)在氣液界面上產(chǎn)生了一個液體淤渦，旋渦氣液界面隨著轉(zhuǎn)速升高可擴展到分離室底部以上。在渦游中心的氣腔中，壓力低于大氣壓，這就引起分離室上部氣相空間的蒸汽下移，通過轉(zhuǎn)子與水相混合形成氣水混合體。而后在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)推動下向周邊擴散，形成與油、懸浮物混合、碰撞、吸附、聚集，上浮被去除的循環(huán)過程。第一節(jié)除油(2)分散氣浮選裝置

B.噴射型浮選裝置四、氣浮除油(除懸浮物)

該裝置每個浮選單元均設(shè)置一個噴射器，利用泵將凈化水打入浮選單元的噴射器，在噴射器內(nèi)的噴嘴局部產(chǎn)生低氣壓，這就引起氣浮單元上部氣相空間的氣體流向噴射器噴嘴，從而使氣、水在噴嘴出口后的擴散段充分混合，然后射流入浮選單元中下部與被處理的污水混合，形成油、懸浮物與氣泡吸附、聚集，上浮被去除。噴射型分散氣浮選裝置可設(shè)計為單浮選室、三浮選室和四浮選室，具體根據(jù)處理污水水質(zhì)情況確定。生產(chǎn)實踐證明，旋轉(zhuǎn)型分散氣浮選裝置比噴射型的能耗稍高，氣耗也稍大。

圖6-13(b)噴射型分散氣浮選裝置橫截面圖1．基本原理

水力旋流器是利用油水密度差，在液流調(diào)整旋轉(zhuǎn)時受到不等離心力的作用而實現(xiàn)油水分離。其基本工藝結(jié)構(gòu)如圖6-14所示。第一節(jié)除油五、旋流除油含油污水入口（切向入口）圓錐體渦流腔（加速部分）水出口污油出口等截面尾部

含油污水切向或螺旋向進入圓筒渦旋段，并沿旋流管軸向螺旋態(tài)流動。在同心縮徑段，由于圓錐截面的收縮，使流體增速，并促使已形成的螺旋流態(tài)向前流動，由于油、水的密度差，密度較大的水及固體顆粒靠近管壁，而密度較小的油則集中到中心部位，即，使水沿著管壁旋流，而油珠移向中心。流體進入細(xì)錐段，截面不斷縮小，流速繼續(xù)增大，小油珠繼續(xù)移到中心匯成油心。流體進入平行尾段，由于流體恒速流動，對上段產(chǎn)生一定的回壓，使低壓油心向污油出口排出。從而回收了水中的懸浮物（或分散油），并凈化了水質(zhì)。第一節(jié)除油五、旋流除油當(dāng)固體顆粒含量大于200mg/L時，水力旋流器最好應(yīng)立式安裝。根據(jù)處理量大小也可以選擇多個水力旋流器并聯(lián)方式來加大處理量。第一節(jié)除油五、旋流除油(1)離心力和介質(zhì)阻力

由旋流管中心向器壁輻射的力為離心力。具有球形液滴所受的離心力可按下式：（6-30）

——離心加速度，cm／s2；

按斯托克斯公式求得的介質(zhì)阻力為：

（6-31）第一節(jié)除油五、旋流除油式中μw——連續(xù)相的運動粘度，Ns/cm2；

Vr——液滴的徑向速度，cm/s。

忽略重力不計，當(dāng)離心力Fl和介質(zhì)阻力F2相等時，油滴的徑向速度為：(6-34)說明是離心加速度和重力加速度的比值稱為分離因數(shù)。統(tǒng)計計算表明，水力旋流器的分離因數(shù)在500~2000之間。(6-34)

(2)油滴直徑

(6-38)第一節(jié)除油五、旋流除油

需要指出的是，式(6-38)的唯一條件是在旋流管內(nèi)油滴尺寸及數(shù)量的分布是固定的，但在液—液分離體系中，上述情況是變化的?？梢圆扇〉拇胧┦牵诹鞒淘O(shè)計中盡量增加油滴的聚集，減少泵、閥對油滴的剪切。

(3)流量

隨著流量增加，離心力也相應(yīng)增加，對一個特定的旋流器來說，在保證分離效率的前提下，有一個最小流量和最大流量的工作范圍。流量過小則由于離心力不足影響油滴的聚集，流量過大油芯容易變得不穩(wěn)定。另外，由于進出口壓差過大會對油滴產(chǎn)生剪切。一根直徑35mm的旋流管最佳流量范圍為100～200m3/d。

(4)密度

兩種液體的密度差越大則分離效率越高。第一節(jié)除油五、旋流除油2．旋流除油器

旋流器產(chǎn)品就結(jié)構(gòu)形式而言，有靜態(tài)和動態(tài)兩種；按其用途分為：油水預(yù)分離旋流器，污水除油旋流器及原油脫水旋流器。對于液-液旋流分離具有更大的難度，原因是：液-液之間密度差太小，產(chǎn)生的分離力量太小；剪切力使油滴不是聚結(jié)而是進一步破碎。在對液-液旋流分離進一步研究得到：第一節(jié)除油五、旋流除油應(yīng)產(chǎn)生非常強烈的旋流，使分散相有足夠的徑向遷移；旋流器直徑要小，并有足夠大的長徑比；油芯附近的液流層必須穩(wěn)定，避免油、水兩相的重混；旋流器應(yīng)具有很小的圓錐角，導(dǎo)流口能使液流產(chǎn)生好的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸與旋流器幾何軸線重合。

影響油、水兩相溶液分離效果的因素除了旋流器本身的結(jié)構(gòu)尺寸和操作條件(壓力、壓差和流量)外，起決定作用的是分離液的物理性質(zhì)。第一節(jié)除油五、旋流除油圖6-15多管污水除油水力旋流器結(jié)構(gòu)圖水的相對密度大、液體溫度高、分散相(油)液滴尺寸大，有利；油的相對密度大、油的粘度高、表面活性劑含量高，不利;旋流器的入口流速，過高則液漓易分裂，過低則離心力不足

一、混凝機理

混凝含指“凝聚”和“絮凝”過程。一般認(rèn)為水中膠體失去穩(wěn)定性，即“脫穩(wěn)”的過程稱為“凝聚”；而脫穩(wěn)膠體中粒子及微小懸浮物聚集的過程稱為“絮凝”。油田含油污水處理中的混凝現(xiàn)象比較復(fù)雜，不同的凝聚劑、絮凝劑組合，不同的水質(zhì)條件，混凝作用機理也有所不同。第二節(jié)混凝沉降

一般說來，混凝劑對水中膠體顆粒的混凝作用有三種：電性中和、吸附橋架和卷掃作用。這三種作用以何者為主，取決于混凝劑的種類、投加量、水中膠體粒子的性質(zhì)、含量和水的pH值等因素。

1.電性中和

要使膠體顆粒通過布朗運動相互碰撞聚集，就必須消除顆粒表面同性電荷的排斥作用，即在水中投入電解質(zhì)便可達此目的。含油污水中膠體顆粒大都帶負(fù)電荷，故通常投入的電解質(zhì)—凝聚劑是帶正電荷的離子或聚合離子。第二節(jié)混凝沉降

一、混凝機理

2.吸附橋架

當(dāng)高分子鏈的一端吸附了某一膠粒后，另一端又吸附了另一膠粒，形成“膠粒—高分子—膠?！钡男躞w。高分子物質(zhì)在這里起到了膠粒與膠粒之間相互結(jié)合的橋梁作用，故稱吸附橋架。

3.網(wǎng)掃作用

當(dāng)水中投加的混凝劑量足夠大，便可形成大量絮體。成絮體的線性高分子物質(zhì)，不僅具有一定長度，且大都有一定量的支鏈，絮體之間也有一定的吸附作用?；炷^程中在相對較短的時間內(nèi)，在水體中形成大量絮體，趨向沉淀，便可以網(wǎng)捕，卷掃水中的膠體顆粒，以致產(chǎn)生凈化沉淀分離，這種作用基本上是一種機械作用。

1.混合

投藥口的位置和混合設(shè)備的選擇必須使加入的混凝劑與水急劇、充分混合。當(dāng)進行配伍性試驗時，幾種藥劑投入污水后必須有利于混凝沉淀處理，而且不能起相反的作用。由于受污水處理站處理工藝的限制，兩種藥劑投入口不可能相隔太遠，但至少應(yīng)有10s左右的混合時間。目前各油田投藥口大部分都設(shè)在壓力管線上。

第二節(jié)混凝沉降二、混凝工藝圖6-16簡易管式混合器示意圖圖6-17葉片渦流管式混合器示意圖

2.反應(yīng)

油田污水處理站一般不設(shè)單獨的反應(yīng)構(gòu)筑物，大都是反應(yīng)與分離(沉淀)合建在一起的臥式或立式混凝沉降設(shè)施。反應(yīng)部分從反應(yīng)的水力原理上分為旋流式中心反應(yīng)器和渦流式中心反應(yīng)器，及旋流渦流組合式反應(yīng)器。。第二節(jié)混凝沉降二、混凝工藝

(1)旋流式中心反應(yīng)器有效反應(yīng)時間一般為8～15min，噴嘴進口流速2～3m/s。其計算式如下：有效容積。W1——反應(yīng)筒有效容積，m3；

T——反應(yīng)時間，min；

Q1——單罐設(shè)計水量，m3/h。第二節(jié)混凝沉降二、混凝工藝

由圖6-18可以看出，反映器總高度應(yīng)包括上部橢圓形封頭高度、中下部整流格板高度、配水及排污部分高度之和。即：②直徑。③反應(yīng)筒總高度圖6-18旋流式中心反應(yīng)器工藝結(jié)構(gòu)圖

(2)渦流式中心反應(yīng)器

有效反應(yīng)時間一般為6～10min，進水管流速0.8～1.0m/s，錐底夾角口為30o～45o。第二節(jié)混凝沉降二、混凝工藝圖6-19渦流中心反應(yīng)器工藝結(jié)構(gòu)有效容積②有效高度

根據(jù)幾何關(guān)系列出：可求出及

經(jīng)重力除油或其他除油設(shè)備初步凈化后的污水加入混凝劑，通過進水管道混合后分別進入兩種型式的中心反應(yīng)筒。反應(yīng)后形成礬花的污水經(jīng)布水管進入混凝沉降罐沉降分離部分，對下向流沉降罐，反應(yīng)器采用上配水式，污水經(jīng)多點配水喇叭口均勻分配至配水?dāng)嗝?。污水在自上而下流動過程中，污油攜帶大部分懸浮物上浮至油層，經(jīng)出油管流出。部分相對密度比較大的懸浮物下沉至罐底。因此，混凝沉降包括：上浮除去油和懸浮物，下沉部分懸浮物，一般認(rèn)為若污水中油是主要污染指標(biāo)，固體懸浮物為次要污染指標(biāo)，多采用下向流模式，這種罐也稱混凝除油罐；若污水中主要污染指標(biāo)是固體懸浮物，而油是次要污染指標(biāo)，常采用上向流(也稱逆向流)模式，通常叫做混凝沉降罐，其意義是以除固體懸浮物為主。第二節(jié)混凝沉降三、沉降分離工藝

1.下向流混凝沉降罐工藝結(jié)構(gòu)簡介第二節(jié)混凝沉降三、沉降分離工藝

2.上向流混凝沉降罐工藝結(jié)構(gòu)簡介

重力式上向流混凝沉降罐為立式裝配。設(shè)備中心的中下部為混凝反應(yīng)部分；環(huán)空底部為集泥、排污和沖洗系統(tǒng)，中部為下向逆流配水系統(tǒng)，上部為逆流斜板(管)分離部分；設(shè)備中上部為周向斜擋板集水部分，設(shè)備上部為浮渣污油加熱收除系統(tǒng)。圖6-20上向流混凝沉降罐工藝結(jié)構(gòu)圖1—進水口；2—收油口；3—出水口；4—呼吸口；5—排污口；6—進料口；7—人孔；8—沖洗口；9—蒸汽回水口；10—密封口3.壓力式混凝逆流沉降罐工藝結(jié)構(gòu)簡介

第二節(jié)混凝沉降三、沉降分離工藝

壓力式混凝逆流沉降罐為臥式裝配。設(shè)備首段為組合式混凝反應(yīng)部分，外側(cè)環(huán)空為旋流反應(yīng)，內(nèi)側(cè)錐形空間為渦流反應(yīng)；中段為整流過渡和配液區(qū)，中后段為逆流斜板(管)沉降分離區(qū)，后段為集水出流部分。設(shè)備中段、中后段上部為浮渣、污油收除內(nèi)件，中部為配水分離內(nèi)，下部為污泥集聚和排除內(nèi)件。

圖6-21壓力式逆向流沉降罐工藝

1—進水口；2—出水口；3—收油口；4—安全口5—排污口；6—進料口；7—人孔；8—沖洗水口9—蒸氣回水口；10—放空口一、基本原理第三節(jié)過濾

過濾是指水體流過有一定厚度(一般為700mm左右)且多孔的粒狀物質(zhì)的過濾床，這些粒狀物濾床，通常是由石英砂、無煙煤、磁鐵礦、石榴石、鋁礬土等組成，并由墊層支撐。雜質(zhì)被截留在這些介質(zhì)的孔隙里和介質(zhì)上，從而使水得到進一步凈化。濾池不但能去除水中的懸浮物和膠體物質(zhì)，而且還可以去除細(xì)菌、藻類、病毒、油類、鐵和錳的氧化物、放射性顆粒、在預(yù)處理中加入的化學(xué)藥品、重金屬以及很多其他物質(zhì)。

過濾法的機理很多，從過濾性質(zhì)來說，一般可以分為物理作用和化學(xué)作用。過濾機理可分為：吸附、絮凝、沉淀和截留等幾個方面。1.吸附第三節(jié)過濾

濾池功能之一是把懸浮顆粒吸附到濾料顆粒表面。

吸附性能是濾料顆粒尺寸、絮體顆粒尺寸以及吸附性質(zhì)和抗剪強度的函數(shù)。

吸附的影響因素影響吸附的物理因素包括濾池和懸浮液的性質(zhì)。影響吸附的化學(xué)因素包括懸浮顆粒、懸浮液水體以及濾料的化學(xué)性質(zhì)，其中電化學(xué)性質(zhì)和范德華力(顆粒間分子的內(nèi)聚力)是兩個最重要的化學(xué)性質(zhì)。2.絮凝第三節(jié)過濾

為了得到水的最佳過濾性，有兩種基本方法。一種是按取得最佳過濾性而不是為產(chǎn)生最易沉淀的絮凝體，來確定混凝劑的最初投藥量。另一種是在沉淀后的水進入濾池時，向其投加作為助濾劑的二次混凝劑。

為了得到有效的過濾，進行預(yù)處理以產(chǎn)生小而致密的絮凝體，使之能穿透表面而進入濾床。絮粒的形成，大大地提高了與濾料顆粒表面之間的接觸機遇。在濾床內(nèi)主要依靠絮體顆粒與濾料顆粒表面或先前已沉積的絮凝體相接觸產(chǎn)生吸附來去除絮凝體。接觸主要是濾料顆粒之間的孔隙通道的彎折處由于流水線的匯集而造成的。當(dāng)絮體被截留在個別孔隙中時，其孔隙流速必有所增高。然而，水流通道受到的這種侵占將造成末絮凝的固體穿透至濾池的深處。第三節(jié)過濾

溫度對絮凝的影響在低溫時，水的粘度增高，絮凝作用有所減弱。同時，水的剪力也有所增強，當(dāng)這種力超過絮粒的抗剪強度時，絮粒即被撕碎破裂。這樣，它們就將穿透至濾床的更深遠處。因此，使得過濾的效率隨著溫度的下降而降低。第三節(jié)過濾3.沉降

小于孔隙空間的顆粒的過濾去除，同一個布滿著極大數(shù)目淺盤的水池中的沉淀作用是類似的。據(jù)此聯(lián)想，用粒徑為5×10-2cm的球狀砂粒為例，1m3體積中，所含的空隙空間為40％，有9.15×109個顆粒，其總表面積為7.2×103m2。假定只有1/6的面積是水平的和面向上的，其中1/2又是同其他砂粒相接觸的，而余留下的1/3是受沖刷的，則相當(dāng)于一個沉淀池的有效面積為100m2，或相當(dāng)于每米深度中布置著400個淺盤，按斯托克斯和有關(guān)公式計算，可得出被去除顆粒的沉降速度和直徑是同等負(fù)荷沉淀池中可被沉淀掉顆粒的1/4和其直徑的1/20。由慢速砂濾池同沉淀池比較，預(yù)期可去除掉沉降速度為1/4000的和直徑小于1/60的那些顆粒。4.截留第三節(jié)過濾

截留也可以說成篩濾，這是最簡單的過濾。它幾乎全部發(fā)生在濾層的表面上，也就是水進入到濾床的孔隙之處。開始時，篩濾只能去除比孔隙大的那些物質(zhì)。隨著過濾的進行，篩濾出的物質(zhì)貯積在濾池濾料的表面上形成一層面膜，此時水必須先通過它方能到達過濾介質(zhì)。這樣，雜質(zhì)的去除也就更限制在濾層的表面上。

當(dāng)被過濾的水含有很多有機物質(zhì)時，只要那層面膜是被長久的遺留著，那么外來的生物（主要是腐生菌）將利用其作為能量來源而在這層面膜上繁育。膠團性生物的繁殖將使這層面膜具有粘性，使篩濾過程的效率有進一步的增強。這樣所造成的效率的逐漸增長，稱為濾池的成熟或突破。濾池成熟所需用的時間，主要是隨著作為微生物養(yǎng)料的雜質(zhì)的濃度、可利用程度以及水溫而變化的。高濃度、高營養(yǎng)和高溫度有助于細(xì)菌繁育并產(chǎn)生一層厚的面膜。富含藻類或類似生物的水，可能形成一層很厚的面膜，當(dāng)過濾的阻力升高到一個過大的數(shù)值時，或表面膜有破裂的危險時，就必須把這層面膜和支承它的濾料表面層加以清理。第三節(jié)過濾1.濾速以過濾面積除過濾流量而得的商為過濾速度，過濾速度的單位有：m/d、m3/d·m2、m/h、m3/h·m2等。范圍：100～1000m/d；一般單層過濾：120～250m/d；一般雙層過濾：200～400m/d；二、過濾工藝設(shè)計

當(dāng)濾速超過400m/d時，常使用高分子絮凝劑來提高凈化效果。究竟采用多大濾速合適，這是設(shè)計中最重要的問題之一。如果濾速小，必然使過濾面積大，因而不經(jīng)濟；如果濾速過大，則過濾持續(xù)時間太短。然而通過計算求出最佳濾速也是很困難的。所以必須在綜合考慮經(jīng)濟性、過濾持續(xù)時間和濾過水質(zhì)的基礎(chǔ)上，參照上述濾速范圍，并根據(jù)經(jīng)驗加以確定。

第三節(jié)過濾2.過濾阻力

當(dāng)水體通過濾層時，在濾層的進水和兩側(cè)便產(chǎn)生水頭差。這個水頭差稱為過濾水頭損失或過濾阻力，其值隨過濾時間延長而增大。

濾池常以過濾阻力達到頂定值作為結(jié)束過濾的標(biāo)志。當(dāng)然，當(dāng)過濾阻力在某一值以下時，如果事先知道濾過水質(zhì)符合容許值范圍以內(nèi)，那么即使把過濾阻力作為終止過濾的標(biāo)志，仍能保證濾過水的水質(zhì)。從下圖亦可看出，可能達到的最大過濾阻力與濾池高度有關(guān)。二、過濾工藝設(shè)計過濾阻力在設(shè)計上是構(gòu)筑物高低的一個指標(biāo)，運行上是停止過濾的時間指標(biāo)，所以是很重要的。第三節(jié)過濾

重力式過濾一般采用的最大過濾阻力的數(shù)值如下：范圍：1.3～3.0m水柱；一般：1.5～2.0m水柱。二、過濾工藝設(shè)計(1)清潔濾層的過濾阻力(初期水頭損失)

濾層尚未截留懸浮物時的過濾阻力，稱為初期水頭損失。流體流過顆粒材料濾層時的水頭損失，常用利瓦(Leva)公式或弗—哈奇(Fair-Hatch)公式表示，即，利瓦公式：（6-47）（6-48）第三節(jié)過濾

如同快濾池的濾層一樣，具有層狀構(gòu)造時，濾層的過濾阻力可表示如下。但假定孔隙度，形狀系數(shù)及阻力系數(shù)對整個濾層都是相同的，則利瓦公式。

二、過濾工藝設(shè)計弗爾—哈奇公式：（6-49）（6-50）（6-51）

（6-52）（6-53）第三節(jié)過濾

利瓦公式和弗爾—哈奇公式都是從科澤尼一卡曼(Kozeny－Carman)公式推導(dǎo)出來的。特別是弗爾—哈奇公式是以濾池為對象求出的，所以與實測吻合，但以及Re＝1為界，公式的形式有變化，所以在Re＝1附近探討過濾阻力有些不便。然而利瓦公式適用于及Re＜10的范圍，所以是個便于應(yīng)用的公式。

為了便于應(yīng)用上述公式，對一般快濾池可采用下列數(shù)值：

動力粘滯系數(shù)：1.0×10-3kg／m·s(水溫20℃)；形狀系數(shù)：0.7～0.85；形狀系數(shù)：5.5～5.7；空隙度：0.4～0.5。二、過濾工藝設(shè)計第三節(jié)過濾

(2)堵塞濾層的過濾阻力

過濾阻力是隨截留懸浮物的增加而加大的。當(dāng)然，即使在截留懸浮物總量相同，但截留方式不同的話，其過濾阻力的增加情況也不同。例如，下向流過濾時，懸浮物多被截留于濾層的表層，那么過濾阻力增加得很快；但懸浮物若能到達濾層深處而被截留，那么過濾阻力的增加也就要慢一些。各位專家提出的過濾阻力公式，都是以與利瓦公式相同形式的科澤尼一卡曼(Kozeny－Carman)公式為基礎(chǔ)推導(dǎo)出來的。這些數(shù)學(xué)式表示的都是微分厚度濾層中的微分過濾阻力。全濾層的過濾阻力只能通過對這些公式由Z＝0至Z＝L進行積分的方法才能求出來，即二、過濾工藝設(shè)計（6-54）第三節(jié)過濾

單位體積濾料的截留懸浮物的值隨濾層深度而異。因此對上式進行積分時，必須知道與Z的關(guān)系。但由于從上述過濾方程式中得不到解析性解答，所以用一般函數(shù)形式來表示過濾阻力公式也是很困難的。

過濾阻力的一般規(guī)律歸納起來如下：濾料粒徑愈粗，過濾阻力的絕對值增大得也愈慢；對懸浮物截留量及截留模式都相同的濾層來說，過濾阻力與濾速成比例變化；濾速變大時，初期過濾阻力也大；但懸浮物進入濾層的深度也大。所以對同一截留懸浮物數(shù)量而言，過濾阻力的增高較慢；對一定濃度的原水進行等速過濾時，過濾阻力開始時按比例上升，隨后則急劇加大。二、過濾工藝設(shè)計第三節(jié)過濾3.反沖洗

影響濾料反沖洗效果的最重要的因素是反沖洗強度。為保證反沖洗強度，必須維持必要的反沖洗壓力?，F(xiàn)行的反沖洗方式有水沖洗和氣—水沖洗兩種。單獨用水沖洗濾層時，依靠從濾層下部噴出的壓力水使濾層處于流態(tài)化，并利用濾料顆粒相互碰撞將截留的懸浮物沖洗下來。這種方法在日本和美國得到廣泛應(yīng)用，并且在多數(shù)情況下還輔以表面沖洗。氣—水沖洗濾層用于歐洲式濾池。它是用空氣氣泡攪動濾層，使懸浮物自濾料顆粒上脫落下來，再用水將其沖走。二、過濾工藝設(shè)計第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計

影響濾料反沖洗效果的最重要的因素是反沖洗強度。為保證反沖洗強度，必須維持必要的反沖洗壓力?，F(xiàn)行的反沖洗方式有水沖洗和氣—水沖洗兩種。單獨用水沖洗濾層時，依靠從濾層下部噴出的壓力水使濾層處于流態(tài)化，并利用濾料顆粒相互碰撞將截留的懸浮物沖洗下來。這種方法在日本和美國得到廣泛應(yīng)用，并且在多數(shù)情況下還輔以表面沖洗。

氣—水沖洗濾層用于歐洲式濾池。它是用空氣氣泡攪動濾層，使懸浮物自濾料顆粒上脫落下來，再用水將其沖走。第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計(1)反沖洗水頭

當(dāng)反沖洗強度由零開始逐漸增大時，反沖洗水頭按式(6-47)直線增大。但當(dāng)濾層開始流態(tài)化后，即使再增大流速，水頭也不再隨反沖洗強度的增大而增大了。這時的水頭，即流態(tài)化濾層中的水頭損失，在數(shù)值上恰等于單位面積濾層上濾料在水中的重量，可以下式表示。——靜止濾層的厚度，m；

——靜止濾層的孔隙度；

——分別為水和濾料的密度，kg/m3。

第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計實際上，反沖洗所需水頭等于濾層、礫石承托層和集水裝置中的水頭損失之和，即——礫石承托層的厚度，m；

——礫石層的孔隙度；

——集水裝置噴水子L的流量系數(shù)；——集水裝置噴水孔總面積與濾池面積之比，稱為開孔比。

——礫石的形狀系數(shù)；第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計

圖6-23反沖洗水頭的表示方法

(反沖洗水頭是h，而不是h′)

在有管路的情況下，還必須加上在管路中的水頭損失。在表示反沖洗強度時，應(yīng)注意正確選擇基準(zhǔn)面。有些書籍中常以集水裝置部位為基準(zhǔn)來表示反沖洗水頭，如圖6-23之中。但反沖洗水頭應(yīng)為與之差，即以排水槽上緣為基準(zhǔn)表示的水頭。

很顯然，正確的表示方法是入，而且在本節(jié)中，反沖洗水頭A皆以排水槽上緣為基準(zhǔn)，或以濾池進水口和出水口處的水頭差來表示。第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計(2)最佳反沖洗強度反沖洗強度是指單位時間內(nèi)單位面積上所通過的沖水量。如果說，當(dāng)濾料顆粒相互碰撞最多時，其反沖洗的效果最好，那么，我們就可以說明上述的試驗結(jié)果。根據(jù)這個假定，流態(tài)化沖洗方式中最佳反沖洗強度可表示如下。

——最佳反沖洗強度，m/s；——單一濾料顆粒的沉降速度，m/s；

D——濾料粒徑(調(diào)和平均粒徑)，m。第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計

圖6-25說明了在常溫下石英砂、無煙煤和石榴石的最佳反沖洗強度與濾料粒徑的關(guān)系。在常溫以外的溫度下進行沖洗時，可由圖6-24求得修正系數(shù)，然后與圖6-25所得值相乘即可。

圖6-24溫度修正系數(shù)

圖6-25常溫下的最佳反沖洗強度

第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計(3)最佳膨脹率

濾層的膨脹率常用來作為反沖洗操作的控制指標(biāo)。最佳反沖洗強度時的濾層膨脹率可表示如下。

圖6-26反沖洗的最佳膨脹率（最佳膨脹率由膨脹前濾料的孔隙度決定）

可見，濾層的最佳膨脹率只用膨脹前濾層的孔隙度來表示。

第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計(4)沖洗時間反沖洗時間因濾層污染程度而異，所以應(yīng)根據(jù)運行情況來確定。但一般反沖洗所需的時間為5～10min，因此設(shè)計時采用10min左右已足夠。當(dāng)然這只是實際反沖洗時間。反沖洗操作尚包括啟閉閥門的時間和表面沖洗時間，總計需15～30min。沖洗廢水的濁度在沖洗開始后立即急劇升高，并到達頂峰后逐漸降低。如果認(rèn)為濾池是由流態(tài)化濾層和濾層上面水層這兩個完全混合區(qū)組成的模型的話，那么就可以用非常接近于實際的方法表示沖洗廢水濁度隨時間的變化。

從完全混合模型來看，沖洗廢水濁度隨時間的變化情況因濾池的構(gòu)造不同而有所不同，但在實用范圍內(nèi)可表示如圖6-27。第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計

排出截留懸浮物的99％和90％所需時間和表示為

濾層中殘留懸浮物量與沖洗廢水濁度的關(guān)系為：圖6-27完全混合模型的沖洗廢水濁度變化曲線（t—沖洗時間(s)；T—沖洗前單位面積濾層上截留的懸浮物(kg/m2)）第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計(5)氣—水沖洗

在歐洲式的濾池中，常用空氣和水自濾層下部送入的氣—水沖洗方式。氣—水沖洗方式是利用空氣氣泡在濾層中上升時引起的攪動使濾層截留的懸浮物自濾料顆粒上脫落下來，并被水流沖走。由于它不需要使濾層全部流態(tài)化，所以與流態(tài)化沖洗比起來有以下不同點。

濾層不產(chǎn)生分層現(xiàn)不必?fù)?dān)心由于濾層膨脹而導(dǎo)致濾料流失，所以排水槽到濾層表面的高度可以減小，槽間間距可以加大。即或使用粗重的濾料，也不必增大反沖洗強度；為使空氣和水在濾層中能均勻分布，需設(shè)特殊的集水裝置。第三節(jié)過濾

二、過濾工藝設(shè)計

到目前為止，還沒有從理論上推導(dǎo)出氣—水沖洗最佳空氣流量和沖洗水量的大小。若以有效粒徑為0.9mm、濾層厚度為0.8～1.0m的砂層為例，其數(shù)據(jù)如下。

第一階段：以0.1m/min的水沖洗4～6min；第二階段：水0.1m/min，空氣lm/min，沖洗8～10min；第三階段：水0.3m/min，沖洗5～6min。

近來，將氣—水沖洗用于多層濾池和雙向流濾池等深層濾池的情況越來越多。這時，由于上層比重小的無煙煤能隨空氣氣泡逸出，所以有必要采取分別進行氣沖洗和水沖洗等措施。第三節(jié)過濾

三、濾料及墊層

1．濾料

(1)濾料的性能

濾料具有能吸附懸浮物的表面，濾池主要是靠濾料使水凈化。常用的濾料有石英砂和無煙煤粒。此外，核桃殼、石榴石、鉆鐵礦砂、磁鐵礦砂、金剛砂、鋁礬土等也可使用。近年來還創(chuàng)造了人工優(yōu)質(zhì)濾料，例如陶粒、活性炭、聚苯乙烯球粒、聚氯乙烯球粒等。

A．有足夠的機械強度。B．具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性。C．能就地取材，貨源充足，價格合理。D．具有一定的顆粒級配和適當(dāng)?shù)目紫抖?。E．外形接近于球狀，表面比較粗糙而有棱角。第三節(jié)過濾

表6-4濾料的比表面積（指單位體積濾料的表面積）

三、濾料及墊層粒度mm石英砂無煙煤石榴石空隙度%比表面積空隙度%比表面積cm2/cm3空隙度%比表面積cm2/cm3cm2/gcm2/cm32.5~1.20.4425.537.80.5530.40.4537.11.2~0.60.4450.675.10.5560.40.4574.80.6~0.30.4687.31250.551040.501160.3~0.150.461742490.552080.56203第三節(jié)過濾

(2)濾料顆粒級配

濾料顆粒的大小用“粒徑”表示，因為濾料不是球形，所以粒徑是指能把濾料顆粒包圍在圖6-28濾料粒徑示意圖內(nèi)的一個假想的球面直徑。通常用不同網(wǎng)孔的篩子來確定濾料的粒徑。

為了更明確地選擇濾料，只有最大和最小粒徑是不夠的，還必須考慮濾料的均勻程度，也就是濾料的級配情況。

濾料級配是指濾料粒徑大小不同的顆粒所占比例。具有適當(dāng)?shù)臑V料級配，才能取得良好的過濾效果。三、濾料及墊層圖6-28濾料粒徑示意圖第三節(jié)過濾

濾料級配的表示方法是規(guī)定最大、最小兩種粒徑和K80。我國現(xiàn)行規(guī)范即采用這種表示方法。

三、濾料及墊層類別濾料組成無煙煤m/h強制濾料m/h粒徑，mm不均勻系數(shù)K80厚度，mm單層石英砂濾料dmax=1.2dmin=0.52.07008~1210~14雙層濾料無煙煤dmax=1.8dmin=0.82.0400~50012~1614~18石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400~500表6-5快濾池單層及雙層濾料組成

這種濾料級配的表示方法用起來十分方便，在加工濾料時，只要按照這個要求把砂樣中不合用的兩頭顆粒篩去就行了。以最小和最大粒度為規(guī)格濾料，其最小粒徑和最大粒徑一般分別和它的d10和d80接近，故k80值也就自動定下來了。第三節(jié)過濾

在進行有關(guān)濾料水力計算時，往往用當(dāng)量粒徑來表示粒徑大小。當(dāng)量粒徑de按下計算：

式中符號的意義是將篩分級配曲線分為若干段，每段在粒徑眾di1及di2之間，其平均粒徑為di，其相應(yīng)的顆粒重量，用數(shù)值小的表示為pi。平均粒徑d50為濾料重量的50％通過的篩孔孔徑。當(dāng)量粒徑de與平均粒度數(shù)值d50一般都很接近。三、濾料及墊層第三節(jié)過濾

計算當(dāng)量直徑de時，往往要用