一种高效油田回注水处理系统及其方法
【专利摘要】一种高效油田回注水处理系统及其方法。提供了一种生产成本低，分离效果好、效率高的高效油田回注水处理系统及其方法。包括与进水阀连通的聚结器，所述聚结器依次连接旋流器、气浮机、粗滤罐和膜罐，所述聚结器具有进水口、出油口、出水口和小间距斜板，所述旋流器呈锥形，内部设有锥形螺旋状的旋流管和稳流罩，所述气浮机包括气浮机本体、气浮机进水口、气浮机出水口、气浮机出油口、溶气泵、压力罐、两组潜污泵和若干不同高度的浮球开关，所述粗滤罐包括粗滤罐本体、旋流推进式搅拌机、核桃壳滤料、粗滤罐进水口、粗滤罐出水口和粗滤罐出油口，所述膜罐内设有滤芯。本发明设计巧妙，过滤效果好，生产成本低。
【专利说明】一种高效油田回注水处理系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种油田回注水处理系统及其方法。
【背景技术】
[0002]在开采油田的过程中会产生一种含油的污水，为提取污水内的石油及部分有效物质，需对该污水进行处理，使得处理后的污水能循环使用，降低生产成本，避免浪费水资源。
[0003]目前污水常规处理方法为:一级沉降一二级沉降一缓冲罐一一级过滤一二级过滤—出水储罐，由于常规一级沉降、二级斜板沉降等处理设备效率较低、停留时间长，因此相对投资成本、占地都很大。同时由于设备流程长，处理设施多，造成操作维修不方便，运行费用闻等缺点。
[0004]同时现有技术中通常采用自然沉降和斜管沉降的方法对污水预处理，其工作原理分别为:
[0005]一、自然沉降:沉降是固液分离或液液分离的过程，在重力作用下，依靠悬浮颗粒和油珠与水的密度差进行分离。密度大于水的下沉，小于水的上浮。沉降法一般只适于去除20-100 μ m以上的颗粒(与颗粒的性质、比重有关)。自然沉降的颗粒在沉降过程中呈离散状态，其形状、尺寸、质量均不改变，沉降速度不受干扰；
[0006]二、斜管沉降:斜管沉降采用“浅层沉降”，又称“浅池沉降”理论。即在其它条件相同时，对于除油设备的分离高度越小，油珠上浮到表面所需的时间就越短。对于沉降设备，减小沉降池的深度，可以缩短沉淀时间，因而减少沉降池的体积，也就可以提高沉降效率。
[0007]但这两类沉降方式均带来沉降时间长，效率低，分离效果差等问题，严重影响油田开采进度及含有污水处理效果。
【发明内容】
[0008]本发明针对以上问题，提供了一种生产成本低，分离效果好、效率高的高效油田回注水处理系统及其方法。
[0009]本发明的技术方案是:包括与进水阀连通的聚结器，所述聚结器依次连接旋流器、气浮机、粗滤罐和膜罐，其中所述聚结器、旋流器、气浮机、粗滤罐和膜罐均连通污油池；
[0010]所述聚结器具有进水口、出油口、出水口和小间距斜板，所述进水口设于所述小间距斜板的下方，所述出油口和所述出水口设于所述小间距斜板上方且分别位于所述小间距斜板的两侧；
[0011]所述旋流器呈锥形，内部设有锥形螺旋状的旋流管和稳流罩，所述旋流管呈直线型排布、包括进口、旋流腔、收缩腔、尾锥、尾管、底流口和溢流口，所述稳流罩设于所述收缩腔和所述尾椎之间，所述稳流罩包括排油段和进水段，所述排油段设于所述进水段内且所述排油段的端面与所述进水段的端面平齐，所述排油段的中心设有稳流罩排油口，所述进水段设有切向进水口；
[0012]所述气浮机包括气浮机本体、气浮机进水口、气浮机出水口、气浮机出油口、溶气泵、压力罐、两组潜污泵和若干不同高度的浮球开关，所述压力罐一端连接靠近所述气浮机进水口一侧的所述气浮机本体上、另一端连接所述溶气泵，所述溶气泵的另一端连接靠近所述气浮机出水口一侧的所述气浮机本体上，所述潜污泵并联连接并连通所述粗滤罐；
[0013]所述粗滤罐包括粗滤罐本体、旋流推进式搅拌机、核桃壳滤料、粗滤罐进水口、粗滤罐出水口和粗滤罐出油口，所述旋流推进式搅拌机设于所述粗滤罐本体的上部，所述粗滤罐进水口的高度低于所述核桃壳滤料的高度；
[0014]所述膜罐内设有滤芯。
[0015]所述小间距斜板包括框架和若干波浪状的过滤板，所述框架上设有若干插槽，所述过滤板通过所述插槽斜向设于所述框架内。
[0016]所述过滤板之间的间距为28mm-32mm。
[0017]所述气浮机产生的气泡直径为20um_50um。
[0018]所述滤芯为99.6%的高纯度的钛粉，经高温烧结制得。
[0019]处理方法步骤如下:
[0020]I)、初级沉降、除杂:油田开采过程中产生的污水进入沉降池，去除污水中体积大、重量重的杂质，实现初级沉降；
[0021]沉淀后的污水通过进水阀进入聚结器的小间距斜板后，污水中的部分油珠上浮，经出油口进入污油池，固体悬浮物下沉，沉于聚结器底部，经过除杂后的污水进入旋流器；
[0022]2)、油水分离:油水混合液通过旋流泵进入旋流器的进口后流入分离器，形成螺旋流动；经收缩腔、尾锥两级收缩，使流体增速并在分离器的内部形成一个稳定的离心力场；油水混合液中重相水在强大离心力作用下被抛向旋流器内壁呈螺旋态从底流口排出，并流入污油池，轻相油则向分离器的中心聚结形成油芯，从溢流口排出，实现油水分离；
[0023]3)、精细分离:经过步骤2处理后的污水中仍含有难以分离的油污，进入气浮机，通过气浮机产生的气泡与油珠碰撞，结合气泡后的油珠上升速度增加；同时气浮机内的潜污泵将污水中固体杂质撕裂、切断，使得污水进入粗滤池；
[0024]4)、核桃壳过滤:由粗滤罐进水口进入的污水在旋流推进式搅拌机作用下在罐体内反洗，将污水中大于核桃壳滤料间隙的油珠和悬浮物被截留在核桃壳滤料表层，小于核桃壳滤料间隙的油珠和悬浮物在通过核桃壳滤料层时，靠重力作用沉淀在滤料表面；或在流线距滤料距离为颗粒半径时，在被滤料吸附；粒经< Ium的油珠迁移扩散到核桃壳滤料表面且被核桃壳滤料吸附；
[0025]5)、二级膜过滤:采用膜过滤技术做最后的处理工序，去除剩余油污；
[0026]6)、出水:将处理后符合排放标准的污水直接排放或进入清水池；完毕。
[0027]本发明中污水经过除杂、油水分离、过滤等工序处理后，水质处理效果优于现有技术中常规的处理工艺，同时利用旋流器进行油水分离，而旋流管采用直线排油技术，可最大限度降低旋流器的排油阻力，在旋流器内部设计了中心稳流罩，避免了入口与排油口之间“短路”情况的发生， 同时也使入口流体受到的干扰降低，性能和可靠性进一步提高。本发明设计巧妙，过滤效果好,生产成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本实用流程示意图，
[0029]图2是图1中小间距斜板过滤示意图，
[0030]图3是图2中I处局部放大示意图，
[0031]图4是图1中旋流器的结构示意图，
[0032]图5是图4中稳流罩的结构示意图，
[0033]图6是图5的剖视图，
[0034]图7是图1中粗滤罐的结构示意图；
[0035]图中I是聚结器，11是进水阀，12是小间距斜板，121是框架，122是过滤板，2是旋流器，21是旋流泵，22是旋流管，221是进口，222是旋流腔，223是收缩腔，224是尾椎，225是尾管，226是底流口，227是溢流口，23是稳流罩，231是排油段，2311是稳流罩排油口，232是进水段，2321是切向进水口，3是气浮机，31是溶气泵，32是压力罐，33是潜污泵，34是浮球开关，35是气浮机本体，36是气浮机进水口，37是气浮机出水口，38是气浮机出油口，4是粗滤罐,41是粗滤罐本体，42是旋流推进式搅拌机，43是核桃壳滤料，44是粗滤罐进水口，45是粗滤罐出水口，46是粗滤罐出油口，5是膜罐，6是清水池，7是污油池。
【具体实施方式】
[0036]本发明如图1-7所示，包括与进水阀11连通的聚结器1，所述聚结器I依次连接旋流器2、气浮机3、粗滤罐4和膜罐5，其中所述聚结器1、旋流器2、气浮机3、粗滤罐4和膜罐5均连通污油池7，便于每道工序处理后所得到的油污能统一得到处理；
[0037]所述聚结器I具有进水口、出油口、出水口和小间距斜板12，所述进水口设于所述小间距斜板12的下方，所述出油口和所述出水口设于所述小间距斜板12上方且分别位于所述小间距斜板12的两侧；
[0038]所述小间距斜板12包括框架121和若干波浪状的过滤板122，所述框架121上设有若干插槽，所述过滤板122通过所述插槽斜向设于所述框架121内，所述过滤板122之间的间距为28mm-32mm ;通过将所述过滤板122设置呈波浪状使得在相同直线距离的情况下，污水的运行路程增加，即延长了污水在所述小间距斜板12中停留的时间，同时波浪状的过滤板使得污水中的杂质撞击到过滤板壁上，从而使其下落、沉淀，增强过滤处理效果。
[0039]所述旋流器2呈锥形，内部设有锥形螺旋状的旋流管22和稳流罩23，所述旋流管22呈直线型排布、包括进口 221、旋流腔222、收缩腔223、尾锥224、尾管225、底流口 226和溢流口 227，所述稳流罩23设于所述收缩腔223和所述尾椎224之间，所述稳流罩23包括排油段231和进水段232，所述排油段231设于所述进水段232内且所述排油段231的端面与所述进水段232的端面平齐，所述排油段231的中心设有稳流罩排油口 2311，所述进水段232设有切向进水口 2321，当污水进入所述旋流管22后经所述旋流腔222高速旋转、所述收缩腔223 二级旋转后，离心力有所减小，此时增加了所述稳流罩23 (污水进入时为切向)，对污水进行三级旋流，同时将油芯与水在此处隔离，避免了入口与排油口之间“短路”情况的发生，同时也使入口流体受到的干扰降低，性能和可靠性进一步提高。
[0040]所述气浮机3包括气浮机本体35、气浮机进水口 36、气浮机出水口 37、气浮机出油口 38、溶气泵31、压力罐32、两组潜污泵33和若干不同高度的浮球开关34，所述压力罐32一端连接靠近所述气浮机进水口 36 —侧的所述气浮机本体35上、另一端连接所述溶气泵31，所述溶气泵31的另一端连接靠近所述气浮机出水口 37 —侧的所述气浮机本体35上，以便所述溶气泵31能源源不断、循环式的向所述气浮机3内注入空气，所述潜污泵33并联连接并连通所述粗滤罐4，设置不同高度的所述浮球开关34可实时根据所述气浮机3内不同高度的液面控制开关；
[0041 ] 所述粗滤罐4包括粗滤罐本体41、旋流推进式搅拌机42、核桃壳滤料43、粗滤罐进水口 44、粗滤罐出水口 45和粗滤罐出油口 46，所述旋流推进式搅拌机42设于所述粗滤罐本体41的上部，所述粗滤罐进水口 44的高度低于所述核桃壳滤料43的高度；
[0042]所述膜罐5内设有滤芯，所述滤芯为99.6%的高纯度的钛粉，经高温烧结制得。
[0043]本发明的处理方法步骤如下:
[0044]I)、初级沉降、除杂:油田开采过程中产生的污水进入沉降池，去除污水中体积大、重量重的杂质，实现初级沉降，防止体积大、重量中的杂质进入污水处理装置后对设备造成堵塞、磨损等问题，同时也提高后期污水处理的效率；
[0045]沉淀后的污水通过进水阀进入聚结器的小间距斜板后，污水中的部分油珠上浮，经出油口进入污油池，固体悬浮物下沉，沉于聚结器底部，经过除杂后的污水进入旋流器；
[0046]2)、油水分离:油水混合液通过旋流泵进入旋流器的进口后流入分离器，形成螺旋流动；经收缩腔、尾锥两级收缩，使流体增速并在分离器的内部形成一个稳定的离心力场；根据斯托克斯(stokes)定律，油水混合液中重相水在强大离心力作用下被抛向旋流器内壁呈螺旋态从底流口排出，并流入污油池，轻相油则向分离器的中心聚结形成油芯，从溢流口排出，实现油水分离；
[0047]水力旋流器在连续运行时，在下表所示，分离效率的油滴粒径分布情况下
[0048]
_去除率去除率去除率
油滴粒径
比重0.7~0.8 比重0.8~0.9 比重0.9~0.95
ds￡5um12%10%9%
5μιη<?=￡Ξ10μιη50%30%25%
10ym<dsS20um80%50%45%
20ym<dsS30ym90%85%80%
30um<dsi50yin98%95%90%
d>50um99%98%95%
[0049]3)、精细分离:经过步骤2处理后的污水中仍含有难以分离的油污，进入气浮机，通过气浮机产生的气泡与油珠碰撞，结合气泡后的油珠上升速度增加，所述气浮机产生的气泡直径为20um-50um ;通过减小气泡直径，增加气泡与油珠碰撞几率，提高分离效率，从而固液分离或油水分离更彻底；同时气浮机内的潜污泵将污水中固体杂质(例如纤维、袋、带、草、布条)撕裂、切断，使得污水进入粗滤池；
[0050]气浮机的工作原理如下:
[0051]气浮技术根据牛顿第二定律可得出以下公式(假设水中带气絮粒或油珠为球形)
[0052]公式一、在阻力平方区，根据牛顿公式:
[0053]V = 1.83 SQR[ ( P 水-P 絮)/p 水].gd
[0054]公式二、在层流区根据斯托克斯公式:
[0055]V = g/18u ( P 水— P 絮)d2
[0056]公式三、在过渡区，根据阿伦公式:
[0057]v = 0.22[(p 水一P 絮)/P 水]2/3.d/u1/3
[0058]公式一至公式三中:
[0059]P水:水的密度g/cm3 ；
[0060]g:重力加速度cm/s2 ；
[0061]P絮:带气絮粒或油珠密度g/cm3 ；
[0062]u:运动沾滞系数cm2/s ；
[0063]d:带气絮粒直径(或特征直径);
[0064]从公式一到公式三可看出，不管处于那一种水流形式，带气絮粒(或油珠)的上浮速度V都取决于水和带气絮粒(或油珠)的密度差、带气絮粒(或油珠)的直径、及水的温度和流态。若带气絮粒(或油珠)中气泡所占比例越大，则带气絮粒(或油珠)的密度就越小，其特性直径就越大，上浮速度就越大。
[0065]空气气泡在水中絮凝颗粒(或油珠)相结合取决于气泡与絮凝颗粒之间的表面张力。而表面张力T的大小正比于比表面层的长度L，即:
[0066]公式四、T= α.L
[0067]公式四中:α:表面张力系数，L:表面层长度；
[0068]从上式可以看出表面层长度L越大，表面张力越大，则气泡吸咐于絮凝颗粒(或油珠)外表越多，则P J5越小，则上浮速度越大。
[0069]气浮器利用减小气泡直径，则气泡与絮凝粒(或油珠)的碰撞机率越大，结合的气泡越多，从而导致絮凝粒(或油珠)的上浮速度越大，从而固液分离或油水分离越彻底。
[0070]4)、核桃壳过滤:由粗滤罐进水口进入的污水在旋流推进式搅拌机作用下在罐体内反洗，将污水中大于核桃壳滤料间隙的油珠和悬浮物被截留在核桃壳滤料表层，小于核桃壳滤料间隙的油珠和悬浮物在通过核桃壳滤料层时，靠重力作用沉淀在滤料表面；或在流线距滤料距离为颗粒半径时，在范德华力作用下被滤料吸附；粒经< Ium的油珠在布朗运动作用下迁移扩散到核桃壳滤料表面且被核桃壳滤料吸附；
[0071]5)、二级膜过滤:采用膜过滤技术做最后的处理工序，去除剩余油污；
[0072]6)、出水:将处理后符合排放标准的污水直接排放或进入清水池；完毕。
【权利要求】
1.一种高效油田回注水处理系统，其特征在于，包括与进水阀连通的聚结器，所述聚结器依次连接旋流器、气浮机、粗滤罐和膜罐，其中所述聚结器、旋流器、气浮机、粗滤罐和膜罐均连通污油池； 所述聚结器具有进水口、出油口、出水口和小间距斜板，所述进水口设于所述小间距斜板的下方，所述出油口和所述出水口设于所述小间距斜板上方且分别位于所述小间距斜板的两侧； 所述旋流器呈锥形，内部设有锥形螺旋状的旋流管和稳流罩，所述旋流管呈直线型排布、包括进口、旋流腔、收缩腔、尾锥、尾管、底流口和溢流口，所述稳流罩设于所述收缩腔和所述尾椎之间，所述稳流罩包括排油段和进水段，所述排油段设于所述进水段内且所述排油段的端面与所述进水段的端面平齐，所述排油段的中心设有稳流罩排油口，所述进水段设有切向进水口； 所述气浮机包括气浮机本体、气浮机进水口、气浮机出水口、气浮机出油口、溶气泵、压力罐、两组潜污泵和若干不同 高度的浮球开关，所述压力罐一端连接靠近所述气浮机进水口一侧的所述气浮机本体上、另一端连接所述溶气泵，所述溶气泵的另一端连接靠近所述气浮机出水口一侧的所述气浮机本体上，所述潜污泵并联连接并连通所述粗滤罐； 所述粗滤罐包括粗滤罐本体、旋流推进式搅拌机、核桃壳滤料、粗滤罐进水口、粗滤罐出水口和粗滤罐出油口，所述旋流推进式搅拌机设于所述粗滤罐本体的上部,所述粗滤罐进水口的高度低于所述核桃壳滤料的高度； 所述膜罐内设有滤芯。
2.根据权利要求1所述的一种高效油田回注水处理系统，其特征在于，所述小间距斜板包括框架和若干波浪状的过滤板，所述框架上设有若干插槽，所述过滤板通过所述插槽斜向设于所述框架内。
3.根据权利要求2所述的一种高效油田回注水处理系统，其特征在于，所述过滤板之间的间距为28mm-32mm。
4.根据权利要求1所述的一种高效油田回注水处理系统，其特征在于，所述气浮机产生的气泡直径为20um-50um。
5.根据权利要求1所述的一种高效油田回注水处理系统，其特征在于，所述滤芯为99.6%的高纯度的钛粉，经高温烧结制得。
6.一种根据权利要求1所述的高效油田回注水处理方法，其特征在于，处理方法步骤如下: 1)、初级沉降、除杂:油田开采过程中产生的污水进入沉降池，去除污水中体积大、重量重的杂质，实现初级沉降； 沉淀后的污水通过进水阀进入聚结器的小间距斜板后，污水中的部分油珠上浮，经出油口进入污油池，固体悬浮物下沉，沉于聚结器底部，经过除杂后的污水进入旋流器； 2)、油水分离:油水混合液通过旋流泵进入旋流器的进口后流入分离器，形成螺旋流动；经收缩腔、尾锥两级收缩，使流体增速并在分离器的内部形成一个稳定的离心力场；油水混合液中重相水在强大离心力作用下被抛向旋流器内壁呈螺旋态从底流口排出，并流入污油池，轻相油则向分离器的中心聚结形成油芯，从溢流口排出，实现油水分离； 3)、精细分离:经过步骤2处理后的污水中仍含有难以分离的油污，进入气浮机，通过气浮机产生的气泡与油珠碰撞，结合气泡后的油珠上升速度增加；同时气浮机内的潜污泵将污水中固体杂质撕裂、切断，使得污水进入粗滤池； 4)、核桃壳过滤:由粗滤罐进水口进入的污水在旋流推进式搅拌机作用下在罐体内反洗，将污水中大于核桃壳滤料间隙的油珠和悬浮物被截留在核桃壳滤料表层，小于核桃壳滤料间隙的油珠和悬浮物在通过核桃壳滤料层时，靠重力作用沉淀在滤料表面；或在流线距滤料距离为颗粒半径时，在被滤料吸附；粒经< Ium的油珠迁移扩散到核桃壳滤料表面且被核桃壳滤料吸附； 5)、二级膜过滤:采用膜过滤技术做最后的处理工序，去除剩余油污； 6)、出水:将处理后符合排放标准的污水直接排放或进入清水池;完毕。
【文档编号】C02F103/10GK104129865SQ201410378091
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】孙辉, 叶华林, 沙德育 申请人:扬州天源环保工程有限公司