专利名称：油田采稠油污水的深度处理工艺及其装置的制作方法
技术领域：
本发明关于一种对油田釆稠油形成的污水作深度处理的工艺及其装置。
背景技术：
油田釆稠油形成的污水中，污染物主要是石油类、悬浮物(Suspended Substance, SS)、硫化物、化学耗氧量(Chemical Oxygen Demand ， COD)
等，目前根据釆油水的水质特点，对含油污水普遍采用隔油+气浮+厌氧/好氧反 应的成熟工艺装置，如图8所示，釆用现有的工艺装置能够有效的去除油、SS， 进而达到规定的排放标准，但目前我国一直釆用的是国家GB8978-1996《污水 综合排放标准》(以下简称"国标")。该标准颁布于1996年，距今已十二年， "国标"中有些指标特别是COD、石油类等指标已不能满足我国的现有水环境管 理和地表水环境质量达标的实际需要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在现有工艺装置基础上能有效降低 COD指标的油田釆稠油污水的深度处理工艺及其装置。
本发明中油田釆稠油污水的深度处理工艺，包括以下步骤
1) 油田采稠油污水直接输入隔油装置；
2) 经隔油装置处理后的污水直接输入浮选装置；
3) 经浮选装置处理后的污水直接输入厌氧装置，利用厌氧微生物代谢活动 分解污水中的有机污染物，将有机物作为微生物的营养被微生物利用，最终分 解为稳定的无机物或合成细胞物质而作为污泥由水中分离，从而使污水得到净
化；
4) 经厌氧装置处理后的污水直接输入臭氧-生物活性炭装置，在所述污水
4输入所述臭氧一生物活性炭装置后由臭氧一生物活性炭装置曝入5-50亳克每升
污水的臭氧，曝入的臭氧与羟基自由基反应生成具有强氧化性的氢氧自由基， 由所述氢氧自由基对污水中的有机污染物进行氧化分解，分解成容易被活性炭 吸附和生物降解的有机物，并通过生物活性炭的生物降解作用将污水中的有机
污染物作进一步降解；
5)经臭氧--生物活性炭装置处理后的污水直接输入快速渗滤装置，使污水 通过土壤表层的好氧生物降解和再生以及土壤酶的吸附、降解作用。
在所述步骤4)之前增加利用石英砂过滤装置进行进一步过滤的工艺。 所述步骤4)中，污水进入所述臭氧--生物活性炭装置后停留的时间为1.5 至3小时。
所述步骤3)中，所述厌氧装置的工作温度为15-45摄氏度。
本发明中油田采稠油污水的深度处理装置包括有通过管道依序连通的隔油 装置、浮选装置、厌氧反应装置、臭氧--生物活性炭装置及快速渗滤装置，其 中臭氧--生物活性炭装置的污水输入端与输出端为同一进水出管，所述进出水 管通过三通或三通以上的控制阀分别与所述厌氧反应装置的输出端、快速渗滤 装置的输入端连通。
在所述厌氧反应装置与臭氧-生物活性炭装置的控制阀之间的管道中依序 增加连接有用于控制水位的中间水箱和作进一步过滤的石英砂过滤装置。
所述臭氧--生物活性炭装置包括有底座、过滤简体、反洗装置，在所述过 滤简体内部设置有活性炭，所述底座设置有所述进出水管，所述过滤简体通过 法兰与所述底座的顶部连接，并在所述法兰与底座之间设置有用于承载所述活 性炭的过滤板，在所述过滤简体接近所述底座的部位设置有用于输入臭氧的曝 气栅；所述反洗装置包括有设在所述过滤简体顶部的反洗出水槽、反洗出水管 及设在所述底座上的反洗气管。
所述曝气栅包括有曝气管及分布在所述曝气管两侧的曝气支管，在所述曝 气支管上开设有多个与垂直线呈现45度角分布的曝气孔。
所述快速渗滤装置包括有筒体，在简体的顶部设有进水口，底部设有出水
5口，中间管壁上设有多个取样口，在所述简体内部从上往下填充有具好氧生物 降解和再生作用的土壤表层，以及具吸附、降解作用的土壤酶。
所述石英砂过滤装置在其内部从进水口至出水口填充有密度从小到大，粒 径从大到小排列的滤料。
本发明中油田采稠油污水的深度处理工艺及其装置针对常规工艺装置，将 常规工艺装置中效率较低的好氧反应装置改成臭氧--生物活性炭装置以及快速 渗滤装置，即将厌氧反应装置输出的污水直接输入臭氧—生物活性炭装置，利 用臭氧-生物活性炭装置曝入的臭氧与羟基自由基反应产生具有强氧化性的氢 氧自由基，以氢氧自由基作为氧化中间产物来对输入的污水中不可降解的有机 污染物进行氧化，形成便于活性炭吸附的中间氧化物，甚至彻底的转化为无害 无机物，如二氧化碳和水等。从而可以将污水中难降解的有机物分解成易于生 物降解的和容易吸附的小分子物质，增强了污水的可生物降解性。从臭氧--生
物活性炭装置出来的污水再进入快速渗滤装置，通过进一步的吸附、降解作用，
使有机污染物COD达到50mg/l以下，为稳定达标起到有效的保障。
图1为本发明油田采稠油污水的深度处理装置的流程框图。
图2为本发明中臭氧—生物活性炭装置的剖视示意图3为臭氧--生物活性炭装置中曝气栅的俯视示意图4为图3中沿A-A线的剖视示意图5为臭氧--生物活性炭装置中滤板的俯视示意图6为臭氧—生物活性炭装置中臭氧的分解原理图7为快速渗滤装置的剖视示意图8为现有油田釆稠油污水的处理装置流程框图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明中的最佳实施例作详细说明。
6如图l所示，本发明中油田采稠油污水的深度处理装置包括有通过管道依 序连通的隔油装置、浮选装置、厌氧池、中间水箱、过滤装置、臭氧—生物活
性炭装置及快速渗滤装置，其中
隔油装置为巿售的隔油池，使油田采稠油污水直接进入隔油池，利用隔油 池对污水进行处理，由于隔油池为现有技术，不再另行说明。
从隔油池出来的污水通过管道直接进入浮选装置，利用浮选装置对经隔油 池处理后的污水进行浮选处理，该部分技术也为现有技术，也不再详细说明。
从浮选装置出来的污水经管道直接输入厌氧池，该厌氧池也釆用目前市售 成熟产品，其工作原理是利用厌氧微生物代谢活动分解污水中的有机污染物, 将有机物作为微生物的营养被微生物利用，最终分解为稳定的无机物或合成细 胞物质而作为污泥由水中分离，从而使污水得到净化。厌氧池工作温度在15-45 摄氏度之间可以达到比较好的处理效果。对厌氧池的具体结构不再另行说明。
从厌氧池出来的污水通过管道直接进入中间水箱，该中间水箱包括有储水 箱，及设在储水箱内用于协调处理整个装置用水平衡的水位控制装置，尤其在 臭氧--生物活性炭装置对污水进行处理时，可以对污水进行暂时储存，其中水 位控制装置为巿售成熟产品，而对于整个装置的水位控制对本领域的技术人员 来说，也是容易实现的，不再详细说明。
从中间水箱处来的污水通过管道直接进入过滤装置，该过滤装置为石英砂 过滤装置，用于去除水中的悬浮物、胶体等杂质。过滤装置内填充有不同密度、 不同粒径的过滤介质，密度从小到大，粒径从大到小排列，使进入的污水先经 过颗粒间隙较大的大颗滤料，然后逐渐流过颗粒间隙更小的滤料，使过滤装置 的截污能力沿程渐增，从而实现了整层滤料截污能力与残留杂质除去难度的最 佳匹配。
从过滤装置出来的污水通过三通或三通以上的控制阀(图中示出)进入臭 氧-生物活性炭装置的进出水管10，如图2所示，臭氧—生物活性炭装置包括有 底座1、过滤简体2、反洗装置。
底座l设有用于输入污水及输出净化后污水的进出水管IO，及反洗气管11。过滤简体2经法兰20与底座1的顶部可拆卸的固定连接，并在法兰20与 底座1的顶部之间设置有过滤板21,如图2和图5所示，在过滤板21的滤孔 23中安装有长柄滤头22，起到均匀布水、布气的作用。
在过滤简体2内部从下往上依次设置有多层密度大小不同的活性炭层，其 中活性炭由于具有极大的比表面积和很强的吸附能力，可以去除污水中残存的 有机物颗粒、胶体颗粒、微生物及微量金属等，使出水水质达到较高的指标。 并在过滤简体2接近底端设置有曝气管24，在曝气管24的两侧设置有多根曝 气支管25,由曝气管24与曝气支管25构成曝气栅，其中在曝气支管25上设 置有与垂直线呈45度角的多个曝气孔26，如图3和图4所示。曝气是目前在 污水处理过程中常用的一种技术，在此不再另行说明，但本发明通过曝气栅曝 入的是5-50亳克每升污水的臭氧，不仅可以使过滤简体2内的污水与臭氧更好 的接触，而且由于搅动液体，加速了臭氧向污水中的转移，同时臭氧通过与羟 基自由基反应产生具有强氧化性的氢氧自由基(，0H),利用氢氧自由基(*OH) 作为氧化中间产物来实现对污水中的有机污染物进行氧化，形成容易被活性炭 吸附和生物降解的有机物。
反洗装置包括有设在过滤简体2顶部的反洗出水槽30、反洗出水管31及 设在底座1上的反洗气管11,由于反洗装置的设置及工作原理也是现有技术， 因此不再另行说明，主要用于对过滤简体2内部的活性炭作清洗用。
本发明中臭氧--生物活性炭装置是将过滤装置输出的污水通过进出水管10 输入过滤简体2内，并通过曝气栅曝入臭氧，通过臭氧与羟基自由基反应产生 具有强氧化性的氢氧自由基(*OH),以氢氧自由基作为氧化中间产物来实现 氧化，通过氢氧自由基('OH)反应能够将有机污染物有效分解，甚至彻底的 转化为无害无机物，如二氧化碳和水等，进而通过生物活性碳的生物降解作用 将污水中的有机污染物进一步降解，其中污水进入臭氧--生物活性炭装置后停 留的时间一般为1.5至3小时。最后将处理后的污水从进出水管IO直接排放， 并经三通或三通以上的控制阀(图中未示出)输入快速渗滤装置。
如图7所法，快速渗滤装置8 ( Rapid Infiltration System, RIS )包括有简体80，该简体80可以一体成型，也可以由多个经法兰连接而成，在简体80的顶 部设有进水口 81,底部设有出水口 82，中间管壁上设有多个取样口 83,在简 体80内部从上往下填充有具好氧生物降解和再生作用的土壤表层84以及具吸 附、降解作用土壤酶85，并在土壤表层84与土壤酶85之间由具过滤作用的丙 纶布86隔开，对进入的污水具有过滤、吸附和生物氧化的功能，即通过土壤表 层的好氧生物降解和再生以及土壤酶的吸附、降解作用，使有机污染物COD 达到50mg/l以下，为稳定达标起到有效的保障。
在本发明的臭氧--生物活性炭装置中曝入的臭氧的作用机理如下
臭氧的氧化能力极强，仅次于氟，它的氧化还原电位为
C 2 + //26> — 03 + + 2e广酸性条件下/)f '' =
<92 + 20fT 4 (93 + i/2(9 +f碱性条件下jf ° = 1.24厂
臭氧能迅速而广泛的氧化某些元素和有机化合物，即使在低浓度情况下， 也能瞬间完成。溶解于水中的臭氧再酸性条件下比较稳定，但当PH或水温升 高，臭氧对有机物的分解速度会逐渐加快。具体是臭氧分子(03)与羟基自由 基(OH")反应生成超氧自由基('02"和超氧化氢自由基(H02O ,如图6 所示，超氧自由基('02—)再与臭氧分子(03)反应并与氢基(ff)结合生成 氢化臭氧自由基(H03，)，然后由氢化臭氧自由基(H03* )分解为氧分子(02) 和氢氧自由基(*OH)。通过臭氧分解产生的氢氧自由基(*OH)具有比臭氧 分子(03)更强的氧化能力，可以对污水中的多环芳烃类、杂环类化合物、氯 化芳香族化合物、有机氰化物、有机合成高分子化合物等进行氧化，也就是说， 对污水中的有机污染物作进一步有效氧化，氧化成便于活性炭容易吸附的有机 物颗粒、胶体颗料，甚至转化成二氧化碳和水。
如图6所示，臭氧的分解过程是一个自由基连锁反应(Radical Chain Reaction),在这个连锁反应过程中，臭氧反应产生的氢氧自由基("OH )在臭 氧处理过程中起着重要的作用， 一部分氢氧自由基(*OH)用于氧化分解有机 污染物， 一部分氢氧自由基(，OH)与臭氧分子(03)结合成臭氧氢氧自由基 (03OH*)，臭氧氢氧自由基(03OH，)分解出氧分子(02)并转化为氧化氢自由基(H02，)，完成一个臭氧分解过程。在这个分解过程中转化成的氧化氢自由基(H02*)与超氧自由基(*02。之间有化学平衡关系，如此可以构成一个循环连锁反应，即生成的超氧自由基。02—)再与臭氧分子(03)作用开始下一个循环的连锁反应，如此可以反应产生足够的氢氧自由基(*OH)，可以对输入过滤简体2的污水进行彻底的氧化，进而通过生物活性炭的进一步生物降解，确保COD指标达到50mg/l以下，为稳定达标起到有效的保障。
综上所述，本发明中的深度处理工艺及其装置针对常规工艺装置效率低下的好氧反应装置作了改进，通过臭氧--生物活性炭装置以及快速渗滤装置的使用，将污水中难降解的有机物分解成易于生物降解的和吸附的小分子物质，增强了污水的可生物降解性。另通过中间水箱的设置，可以保证臭氧--生物活性炭装置的安全处理，及通过石英砂过滤装置的设置，可以进一步有效地滤出悬浮物，保证臭氧-生物活性炭装置的安全运行，使有机污染物COD达到50mg/l以下，为稳定达标起到有效的保障。
权利要求
1、一种油田采稠油污水的深度处理工艺，包括以下步骤1)油田采稠油污水直接输入隔油装置；2)经隔油装置处理后的污水直接输入浮选装置；3)经浮选装置处理后的污水直接输入厌氧装置，利用厌氧微生物代谢活动分解污水中的有机污染物，将有机物作为微生物的营养被微生物利用，最终分解为稳定的无机物或合成细胞物质而作为污泥由水中分离，从而使污水得到净化；4)经厌氧装置处理后的污水直接输入臭氧--生物活性炭装置，在所述污水输入所述臭氧--生物活性炭装置后由臭氧--生物活性炭装置曝入5-50毫克每升污水的臭氧，曝入的臭氧与羟基自由基反应生成具有强氧化性的氢氧自由基，由所述氢氧自由基对污水中的有机污染物进行氧化分解，分解成容易被活性炭吸附和生物降解的有机物，并通过生物活性炭的生物降解作用将污水中的有机污染物作进一步降解；5)经臭氧--生物活性炭装置处理后的污水直接输入快速渗滤装置，使污水通过土壤表层的好氧生物降解和再生以及土壤酶的吸附、降解作用。
2、 根据权利要求l所述的油田釆稠油污水的深度处理工艺，其特征在于， 在所述步骤4)之前增加利用石英砂过滤装置进行进一步过滤的工艺。
3、 根据权利要求1或2所述的油田釆稠油污水的深度处理装置，其特征在 于，所述步骤4)中，污水进入所述臭氧-生物活性炭装置后停留的时间为1.5 至3小时。
4、 根据权利要求1或2所述的油田釆稠油污水的深度处理装置，其特征在 于，所述步骤3)中，所述厌氧装置的工作温度为15-45摄氏度。
5、 一种油田釆稠油污水的深度处理装置，其特征在于，包括有通过管道依 序连通的隔油装置、浮选装置、厌氧反应装置、臭氧--生物活性炭装置及快速 渗滤装置，其中臭氧--生物活性炭装置的污水输入端与输出端为同一进水出管，所述进出水管通过三通或三通以上的控制阀分别与所述厌氧反应装置的输出 端、快速渗滤装置的输入端连通。
6、 根据权利要求5所述的油田釆稠油污水的深度处理装置，其特征在于，在所述厌氧反应装置与臭氧-生物活性炭装置的控制阀之间的管道中依序增加 连接有用于控制水位的中间水箱和作进一步过滤的石英砂过滤装置。
7、 根据权利要求5所述的油田采稠油污水的深度处理装置，其特征在于，所述臭氧--生物活性炭装置包括有底座、过滤简体、反洗装置，在所述过滤简 体内部设置有活性炭，所述底座设置有所述进出水管，所述过滤简体通过法兰 与所述底座的顶部连接，并在所述法兰与底座之间设置有用于承载所述活性炭的过滤板，在所述过滤简体接近所述底座的部位设置有用于输入臭氧的曝气栅;所述反洗装置包括有设在所述过滤简体顶部的反洗出水槽、反洗出水管及设在 所述底座上的反洗气管。
8、 根据权利要求7所述的油田釆稠油污水的深度处理装置，其特征在于， 所述曝气栅包括有曝气管及分布在所述曝气管两侧的曝气支管，在所述曝气支 管上开设有多个与垂直线呈现45度角分布的曝气孔。
9、 根据权利要求5所述的油田釆稠油污水的深度处理装置，其特征在于， 所述快速渗滤装置包括有简体，在简体的顶部设有进水口，底部设有出水口， 中间管壁上设有多个取样口，在所述简体内部从上往下填充有具好氧生物降解 和再生作用的土壤表层，以及具吸附、降解作用的土壤酶。
10、 根据权利要求6至9中任意一项所述的油田釆稠油污水的深度处理装 置，其特征在于，所述石英砂过滤装置在其内部从进水口至出水口填充有密度 从小到大，粒径从大到小排列的滤料。
全文摘要
一种油田采稠油污水的深度处理工艺及其装置，工艺包括1)油田采稠油污水直接输入隔油装置；2)经隔油装置处理后输入浮选装置；3)经浮选装置处理后输入厌氧装置；4)经厌氧装置处理输入臭氧-生物活性炭装置，并曝入5-50毫克每升污水的臭氧，曝入的臭氧与羟基自由基反应生成具有强氧化性的氢氧自由基，由氢氧自由基对污水中的有机污染物进行氧化分解；5)经臭氧-生物活性炭装置处理输入快速渗滤装置，使污水通过土壤表层的好氧生物降解和再生以及土壤酶的吸附、降解作用。其装置包括有通过管道依序连通的隔油装置、浮选装置、厌氧反应装置、臭氧-生物活性炭装置及快速渗滤装置，可以使污水中的有机污染物COD达到50mg/l以下。
文档编号C02F9/14GK101481197SQ20091007731
公开日2009年7月15日 申请日期2009年2月17日 优先权日2009年2月17日
发明者斌 展, 杜秋平, 王之峰, 秦丽娟, 赵生利, 马海波 申请人:北京世纪华扬能源科技有限公司