几种气浮除油工艺的应用比较.docx

1、几种气浮除油工艺的应用比较几种气浮除油工艺的应用比较 摘要： 以加压溶气气浮、涡凹气浮、诱导气浮 3 种应用较广的气浮除油工艺为研究对象， 分别从气浮除油原理、工艺设计、操作运行、投资等方面分析了各自的特点及适用场合。加 压溶气气浮工艺除油效率高、处理效果稳定， 附属设备却较多， 操作复杂； 涡凹气浮工 艺设备简单、占地小， 但对进水负荷变化的适应性较差； 诱导气浮工艺设备简单， 适用 于对污水中溶解氧要求严格的密闭处理系统。在炼化及油气田工程含油污水的处理中， 气 浮除油是最常用且有效的除油措施。气浮除油是依靠在污水中通入大量高度分散的微气泡， 使之作为载体与悬浮在水中的细小油滴及其它悬浮物

2、黏附， 依靠界面张力、气泡上浮力等 作用一起上浮到水面，实现与水分离。目前在含油污水处理工程中常用的 气浮除油工艺主要有加压溶气气浮、 涡凹气浮及诱导气浮等。 对以上几种气浮工艺的特点进 行分析比较， 讨论不同气浮除油工艺的应用特点及适用场合。 1 气浮除油工艺原理 11 加压溶气气浮 加压溶气气浮是通过加压泵将含油污水与空压机提供的空气在一定压力的溶气罐中混合， 形成的溶气水返回到气浮池中， 在常压下释放出微小气泡， 粘附油滴上浮到水面， 进而 实现油水分离。该溶气方式释放的气泡直径较小， 一般为 20 100m， 平均 40 m1 2 。 在工程应用中加压溶气气浮工艺又分为全溶气气浮和部分

3、回流溶气气浮。 气源通常为 空气， 在高矿化度的油田产出水处理中也可用氮气或其它燃料气代替空气作为气源， 以减 轻设备腐蚀度。 也有一种加压容器气浮是用溶气泵代替传统加压溶气方式中的溶气罐、 加压 泵、空压机，直接用溶气泵产生溶气水进行气浮分离。 12 涡凹气浮 涡凹气浮是利用安装于气浮机上部的电机， 带动液下叶轮高速旋转， 叶轮内部形成负压， 空气从进气管吸入， 然后随着旋转的叶轮被甩出。被甩出的空气， 形成雾化气泡， 在叶 轮的搅拌下， 空气被粉碎成细小的气泡， 并与水充分混合后被导向叶片甩出， 甩出的细 小气泡和水中的油滴、絮粒相互粘附， 快速浮出水面， 实现油水分离34 。涡凹气浮 产

4、生的气泡直径较大， 一般在 700 1 500 m5 。涡凹气浮机底部设有回流管道， 在 产生微气泡的同时， 会在池底形成一个负压区， 这种负压作用会使污水从池底回流至叶轮 曝气区， 然后又返回气浮段。这个过程确保了 40 左右的污水回流及在没有进水的情况 下气浮段仍可进行工作6 。 13 诱导气浮 诱导气浮是利用循环泵将部分处理水加压返回至安装于气浮机内部的*器， 利用诱导和* 的原理， 当回流水流经*器时， 能将气浮机上部气体介质吸入。气体经*器作用， 被破 碎成 500 1 000 m 大小的气泡7 ， 与所处理的污水充分混合，在气浮分离室内， 微 气泡在上浮过程中吸附悬浮油滴到液面，

5、实现油水分离。 诱导气浮机内部没有转动部件， 依 靠水力作用产生气泡。工程应用中， *器有安装在气浮机内部的， 也有安装在气浮机外 部顶端的， 不同*器对气泡产生的大小有较大影响。诱导气浮在油田产出水处理中应用较 广泛。 2 气浮除油工艺主要设计参数及设备 21 加压溶气气浮 加压溶气气浮设备主要包括气浮池本体设备、释放器、刮渣机、排泥机、回流泵、空压机、 溶气罐等。 针对炼化行业含油污水处理工程， 溶气压力通常设计为 04 05 MPa， 回 流比一般取 30 508 ，气固比一般取 002 010 kgair kgSS ， 表 面水力负荷为 12 20 L （m2s） ， 分离室水力停留时

6、间为 40 60 min， 气浮 池有效水深一般为 20 25 m。 22 涡凹气浮 涡凹气浮设备主要包括气浮池本体设备、涡凹曝气机、刮渣机、排渣装置等。涡凹气浮设计 时，叶轮直径、转速及吸气管安装位置等是其关键设计因素。叶轮直径一般为 200 400 mm， 最大不应超过 600 mm； 叶轮转速为 900 1 500 r min， 圆周线速度为 10 15 m s； 气浮分离时间一般为 20 25 min； 气浮池水深一般为 2.0 25 m， 不 宜超过 3.0 m； 单个气浮单元应为方形， 单边尺寸不大于叶轮直径的 6 倍9 ； 叶轮所 需功率约为 18 kWm3。 23 诱导气浮 诱

7、导气浮设备主要包括气浮池本体设备、*器、循环泵等。诱导气浮通常设计为*圆筒体 设备， 设备内部由 4 个串联气浮分离室单元， 出水单元、浮渣收集单元组成， 每个气浮 分离单元都安装有一组*器。运行时， 循环泵从出水单元吸水，将部分出水加压作为工作 流体送至各个分离室内的*器， 水流经*器*并吸入气体， 在分离室内释放气泡完成气 浮分离过程。气浮分离时间通常为 4 8 min， 单个分离室停留时间约为 1 2 min， 对于特殊油品 （如 API 20） 气浮分离时间可为 8 20 min； 回流比一般为 20% 30。 3 操作运行及处理效果 31 加压溶气气浮 加压溶气气浮中的溶气罐压力、

8、液位的控制， 回流泵及空压机的操作控制及停机再开时繁琐 的操作工序， 使其操作运行起来比较复杂， 同时系统维护工作量也较多。但溶气气浮具有 较高的溶气效率， 能产生稳定细小的气泡使得其能够得到理想的气浮效果， 系统运行稳定， 能够保证出水水质。因溶气水量可以通过循环泵来调节， 所以加压溶气气浮对进水负荷具 有较大的适应性。但是， 由于溶气气浮系统中有回流泵和空压机， 导致其运行 费用偏高。以回流泵扬程 30 60 m， 空压机压力 04 05 MPaG， 电费 08 元 （kWh）计， 仅曝气系统的吨水能耗约为 08 16 元5 。溶气气浮在国内炼 油、化工行业中的含油污水处理中应用较普遍。如

9、茂名石化炼厂 950 t h 污水处理场， 浮选单元选用加压溶气气浮， 进水油的质量浓度为 100 mg L， 出水油的平均质量浓 度为 20mg L10 ； 洛阳石化污水处理场以加压溶气气浮作为二级浮选， 进水油的质 量浓度为 6837 mg L， 出水为 5022 mg L11 ； 抚顺石化公司石油二厂污水 处理场采用涡凹气浮-加压溶气气浮组合工艺， 处理规模为 1 500 t h， 进水油的质量 浓度为 50 80mg L， 出水为 11 15 mg L12 ； 中石油东北某炼油厂 2007 年新建 1 个污水处理场， 除油单元采用 2 套斜板加压溶气气浮， 单套设备处理能力为 175m

10、3 h， 气浮单元设计进水油的质量浓度为 100 mg L， 其出水质量浓度小于 10 mg L13 。 32 涡凹气浮 涡凹气浮的主要部件为涡凹曝气机， 附属设备少， 可即开即用， 操作维护工作量小。主 要耗能部件只有涡凹曝气机， 能耗低。 单台轴长 2 m 的曝气机处理水量约为 30 150 m3 h， 功率为 22 kW，相应曝气系统吨水电耗为 001 006 元5 。涡凹气浮具 有独特的溶气方式， 絮凝体是在曝气后才形成的， 否则容易导致絮体的破坏。所以其对混 凝、絮凝药剂的选择依赖性也较大。同时涡凹气浮对进水冲击负荷的适应性也较小， 进水 负荷的变化对处理效果的影响较大。涡凹气浮因其

11、设备简单、操作方便、节能等， 在国内 炼化行业的应用也越来越广泛。荆门石化污水处理场经改造后采用两级涡凹气浮处理工艺， 一级涡凹气浮进水中油平均质量浓度为 190 mg L， 二级涡凹气浮出水中油平均质量浓 度为 25 mg L， 去除率为 866 。2004 年扬子石化炼油厂对第二污水处理场升级 改造， 气浮单元由原来的溶气气浮改造为涡凹气浮， 设计处理能力 600 m3 h， 涡凹 气浮进水油的质量浓度为 80 150 mg L 时， 出水油的质量浓度为 10 20 mg L 14 。 中石化沧州炼油厂污水处理装置 2003 年部分溶气气浮经过改造选用涡凹气浮， 涡 凹气浮进水中油平均质量

12、浓度为 118 mg L， 出水为 16 mg L， 去除率达 864 。 中石化洛阳分公司配套污水处理场采用 3 台规模为 320 t h 的涡凹气浮系统作为生化 处理的预处理工艺， 夏季进水中油的平均质量浓度为 21523mg L， 出水中油的平均 质量浓度为 5471 mg L， 冬季进水中油的平均质量浓度为 13534 mg L， 出水中 油的平均质量浓度为 4976 mg L15 。 33 诱导气浮 诱导气浮相比溶气气浮不需要溶气设备（溶气罐及空压机） ， 能耗低， 操作维修更简单。 并且诱导气浮更容易在一个密闭系统中运行， 如在高矿化度的产出水处理中， 使用氮气或 燃料气为气源，

13、可避免与空气中氧的接触， 同时也防止待处理污水中有害气体释放到外部 环境造成污染。溶气回流水量可通过循环泵调节， 对进水负荷有较大适应性。曝气系统耗 能设备只有循环泵， 以回流比为 30， 扬程为 20 40 m 计， 吨水能耗约为 003 004 元。因其系统设计具有较好的密闭性， 诱导气浮在油田产出水处理中应用较多， 尤 其在国外应用较多。大庆油田杏十二联含油污水站从国外引进 1 套诱导气浮及微动力过滤 工艺处理含油废水， 试验处理规模为 4 000 m3 d， 回流比为 40， 气浮进水中油的 质量浓度为 10031 mg L， 出水为 2953 mg L16 。Veolia 在加拿大

14、Devon 能 源集团 Jachfish 2 个项目中， 选用诱导气浮处理油田产出水， 处理规模为 932 m3 h， 气浮设计进水中油的质量浓度为 100mg L， 出水为 10 mg L。美孚石油公司在 ImperialOil Cold Lake 第五产出水处理场选用诱导气浮处理含油污水， 以燃料气为溶气介 质， 单套处理规模为 995 m3 h， 回流量为 249 m3 h， 气浮进口中油的平均质量 浓度为 200 mg L， 出口为 10 mg L。 4 气浮除油工艺技术、经济比较 3 种不同气浮除油工艺的主要技术特点见表 1。3 种气浮除油工艺的投资、运行费用比较见 表 2。 据扬子

15、石化炼油 厂 600 m3 h 气浮单元改造投资比较15 ， 溶气气浮建设投资约 309 万人民币， 改 造后涡凹气浮建设投资约 229 万人民币， 运行费用电耗由原来的 0257 kWh t 降到 0036 kWh t；诱导气浮较溶气气浮水力停留时间更短， 设备更小， 且无需外部溶 气罐， 因此相同处理规模的设备投资更低， 但因目前大多诱导气浮应用在高矿化度的油田 产出水处理中， 设备材料防腐要求较高， 设备内件为不锈钢材质或双相钢材质， 因此投 资也较高， 且目前诱导气浮多为进口设备， 1 套处理能力为 660 m3 h 的诱导气浮装 置（配套循环泵、附属管道等） ， 设备投资费用约为 1

16、62 万美元。 5 结语 气浮除油工艺在油田地面工程及炼油、 化工领域含油污水处理中应用非常普遍。 实际应用中， 选择何种气浮除油工艺应考虑的主要因素有： （1） 进水水质影响， 如絮体是否容易形成、进水 TDS 水平是否要求设备隔氧等。 （2） 出水含油量要求。 （3） 操作、检修水平。 （4） 现场占地、设备投资等是否有限制。 通过对 3 种不同气浮工艺在原理、操作运行、投资等方面的比较可以看出： 加压溶气气浮 适用于对出水水质要求严格、进水负荷变化大的工况， 可 作为两级气浮工艺的后一级气浮单元； 涡凹气浮适用于投资、占地受限， 对出水水质要求 低的工况，可作为两级气浮工艺的一级气浮单元； 诱导气浮适用于处理系统要求密闭、隔 氧的工况。