煉油廠污水處理文獻綜述

1、學校代碼：10425 學 號：t2007011 同等學力人員申請 學科專業(yè) 培養(yǎng)方向 申請人 指導教師入學日期：2003年10月中國石油大學碩士學位論文華a(申請工學碩士學位)煉油廠污水處理技術(shù)應用研究化學工程 化學反應工程 杜云散 趙朝成論文完成曰期：2007年4月煉油廠污水處理技術(shù)應用研究杜云散（化學工程） 指導教師：趙朝成教授摘要我國淡水資源短缺，環(huán)境污染問題日益嚴重。環(huán)保部門對煉油廠污 水排放指標的要求日益嚴格。而國內(nèi)煉油廠含油污水處理技術(shù)與國外 先進水平相比還有很大的差距。在此背景下，中國石油大連石化公司 在建設2000萬噸/年現(xiàn)代化煉廠時，引進了國外先進的污水處理工藝技 術(shù)及設備。

2、本文就結(jié)合這個污水處理場的技術(shù)交流、工程設計和生產(chǎn) 運行過程，在調(diào)研中國石油集團股份公司下屬多家煉油廠污水處理場 的運行情況的基礎上，將國內(nèi)外的污水處理技術(shù)進行了對比，從理論 上對現(xiàn)行的污水處理工藝進行了分析，對引進技術(shù)的先進之處進行了 針對性的分析研究，并結(jié)合生產(chǎn)實際，分別對預處理部分的均質(zhì)、除 硫、氣浮除油單元，a/0生化反應部分的確化反硝化及實時控制原理 及方式以及污泥濃縮部分進行了專題研究，并提出了優(yōu)化的設計參數(shù)、 控制方案、和工藝流程。本文將會對煉油廠的含油污水處理場的設計 和生產(chǎn)操作起到一定的指導作用。關鍵詞：含油污水處理，溶氣氣浮，a/0生化，污泥處理the research o

3、f refinery wastewater treatmenttechnology du yunsan(chemical engineering) directed by professor zhao chaochengabstractchina is shortage of freshwater, the resource of freshwater is decreasing and the pollution of water is more serious day after day. the discharge standards of wastewater from refiner

4、y is more rigorous, and the domestic technology of oiled wastewater treatment is far behind that of developed country. so cnpc dalian company decided to introduce the advanced wastewater treatment process and equipments from abroad, when they were constructing the most modem refinery in china, whose

5、 capability is 20 million tons crude oil per year. having completed the engineering design and started working of the new wastewater treatment plant, and having investigated some wastewater treatment plants of cnpc, a comparison between the domestic technology and the foreign technologies of oiled w

6、astewater treatment is done in this paper. some theoretical research and analysis for pretreatment section, a/o biochemical treatment section and sewage sludge thickening section in a wastewater treatment process is completed, then some design par顧eters，some control schemes and a new processing are

7、proposed. this paper will helpful to design or operate a wastewater treatment plait.key words； oiled wastewater treatment, daf, a/0 biochemical treatment, sewage sludge thickening111獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取 得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論 文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中國 石油大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使

8、用過的材料。與我一同工作 的同志對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示了 謝意。簽名：多劣1年 6月! r關于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解中國石油大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即： 學校有權(quán)保留送交論文的復印件及電子版，允許論文被查閱和借閱：學 校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復制手 段保存論文。學生簽名：年6 月r円 導師簽名h)c -losj 年 / 月/ r中國油大寧:（華/jo碩十論文第1章前r第1章前言首先讓我們來看一組觸目驚心的數(shù)據(jù)：全球有12億人口面臨中度到 高度的缺水11力，so個國家水源不足，20億人的飲用水得不到保證。中 國更是

9、全球13個嚴重缺水的國家，人均淡水資源僅為世界平均水平的四 分之一，居世界第109位。全國共有600多個城市，就有一半以上城市不 同程度的缺水，其中嚴重缺水的城市有111個。水即是21世紀的油，牽制著經(jīng)濟的發(fā)展，每一滴未經(jīng)處理的廢水都 迫使全球人口朝著干旱危險的方向邁進一;目前全國污水的處理率僅為 45%。由建設部、發(fā)改委和國家環(huán)保總局聯(lián)合起草的關于加強城市污水處 理和利用的規(guī)劃文件中，到2010年，我國重點城市的污水處理率要達到 80%,中小城市要達到60-70%。污水處理行業(yè)有著巨大的市場空間。我國石化行業(yè)既是能源和化工資源生產(chǎn)大戶，也是能源和資源消耗大 戶，國家發(fā)改委把石化、鋼鐵、印染、

10、造紙、電力列為五大工業(yè)污水排放 重點治理行業(yè)，并規(guī)定了具體的限量用水指標，鼓勵企業(yè)通過改進生產(chǎn)工 藝，加大水處理設施的技術(shù)投入，開源節(jié)流，提高水資源重復利用率。目 前我國石化企業(yè)在水方面主要面臨以下幾個問題：1. 淡水資源嚴重慶乏我國水資源短缺，是世界13個貧水國家之一，同時水資源污染嚴重， 因前有80%水域，45%地下水及90%以上的城市水源受到污染，我們已進 入水危機吋代。據(jù)統(tǒng)計60%以上的煉化企業(yè)都處tm缺水地淡水 的供需矛盾嚴重制約著石化行業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展。2. 水的重復利用率低目前，大部分的石化企業(yè)把大量的煉化污水，經(jīng)過二級處理，達到國 家污水綜合排放標準中的二級指標后排放，這不僅污染了

11、江、河、湖、海， 而且山于水未得到充分利用，每天還要補充大量的新鮮水用于工藝生產(chǎn)。 中國a油人7:(華東）碩士論文第1章前r3. 開源工作范圍狹窄近年來水的幵源節(jié)流工作逐少受到重視，但多數(shù)僅限于企業(yè)內(nèi)部it：氣 凝結(jié)水的回收循環(huán)使用。由于污水的性質(zhì)復雜以及污水處理工藝落后，管 理跟不上，造成處理后的水質(zhì)不穩(wěn)定，給重復利用帶來困難。4. 工程應用后缺乏技術(shù)上的優(yōu)化總結(jié)，沒有形成適應性強的煉化企業(yè) 水處理專有技術(shù)由于世界性水資源短缺，導致水資源可持續(xù)利用與節(jié)水回用在世界范 圍內(nèi)得到普遍重視。尤其在美國、加拿大、曰本、歐洲等發(fā)達國家，水的 重復利用率已高達80-90%。美國是世界上最早進行污水回用的

12、國家之一， 20世紀70年代初幵始大規(guī)模地興建污水場，隨后幵始了污水回用。目前 有幾百座污水場的二級處理出水經(jīng)適當處理后回用，全國城市污水每年回 用總量約9.4105m3/104m3飲用水來自再生水 工廠。此外，約旦、塞普魯斯、埃及、突尼斯等水資源較為短缺的國家，中國石油人學（華爾）碩七論文笫1章前言水回用開發(fā)也比較普遍，而且收到了良好效果。目前對石化污水的處理技術(shù)缺乏系統(tǒng)地研究工作，與國外先進水平相 比，我們的水處理技術(shù)還停留在六七十年代的水平。中油內(nèi)部各個煉廠污 水處理技術(shù)繁雜不齊，現(xiàn)有的污水處理場對企業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)的突發(fā)性事故的 應變能力及適應性差，運行不經(jīng)濟。造成污水處理設施運行不穩(wěn)定，污

13、水 排放達標率低，更增加了下一ip污水回用的難度。由于上述原因使中國石 油各煉化企業(yè)的噸油水耗與國外先進水平相比差距較大，國外煉化企業(yè)加 工噸原油的新鮮水耗量一般小于0.5噸，而國內(nèi)平均水平為1.25噸。中石 油新建煉廠水耗指標確定為0.5,老廠也逐ip-向這個目標靠攏。大連市是淡水資源嚴重短缺的城市，大連石化公司當加工能力擴建至 2000萬噸/年，建設“國內(nèi)領先，世界一流”煉廠時，為應對更加嚴重的水 資源短缺和環(huán)境污染問題，在海水淡化、中水回用、污水處理方面加大投 入，引進國外先進的工藝技術(shù)設備，在水資源開源和環(huán)境保護方面取得了 業(yè)界公認的成就。我們作為設計單位參加了全部項目的前期調(diào)研、工程

14、設 計。本文就是針對中國石油大連石化公司引進法國得利滿技術(shù)新建的污水 處理場，結(jié)合中油股份公司科技部對污水處理技術(shù)幵發(fā)研究的科技立項， 對引進技術(shù)進行消化吸收，掌握其技術(shù)關鍵點，結(jié)合中油其他煉廠污水處 理場的情況，結(jié)合煉廠污水的實際情況，對其工藝進行優(yōu)化和完善，爭取 形成具有中國石油自主知識產(chǎn)權(quán)的煉化企業(yè)污水處理技術(shù)，推動中石油在 污水處理方面的技術(shù)進y；。中國w油人學（華/jo碩十論文笫2章引進i:藝技術(shù)介紹第2章引進工藝技術(shù)介紹2.1項目概況中國石油大連石化分公司原有污水處理場始建于20世紀30年代， 僅有隔油處理設施，80年代后增建了名義處理水量為700m3/h的生化塔 和斜管沉淀池,對

15、污水進行二級生化處理，降解水中污染物質(zhì)，實際處理 水量300mvh，流程為隔油_接觸氧化一沉淀一排放。出水中的油、cod、 硫化物、氨氮等指標沒有達到國家污水綜合排放標準中的二級排放指標 的要求，出現(xiàn)過污染海域的事件。隨著大連石化分公司的發(fā)展，煉油能 力將由500萬噸/年擴建到2000萬噸/年，含油污水的性質(zhì)更加復雜， 現(xiàn)有的污水處理設施更是難以應對，因此亟待進行改擴建。大連石化分 公司用地緊張，污水處理場位于老廠區(qū)，占地較小，且又無擴大面積的 可能。為了能夠在較小的面積上完成污水場的建設，并達到國家一級污 水排放標準，從參加投標的五六家設計單位及水務公司中，經(jīng)多方比選， 專家論證，最終得利滿

16、水務公司中標。大連石化分公司污水處理場設計規(guī)模為1500m3/h,分二期建設，一 期處理量為500m3/h (污水場進出水水質(zhì)見表2.1),引進法國得利滿公 司a/o污水處理工藝包（以下簡稱引進工藝），詳細設計全部由中油設 計公司大連分公司完成。該水場引進世界領先的工藝技術(shù)、處理設施和 運行設備及水處理工藝理念，釆用了裝置化布冒格局和自動化操作方 式，占地僅19000m2，工程總造價約5000萬元人民幣，實現(xiàn)了全程工 藝運行plc控制，其技術(shù)水平和綜合性能國內(nèi)領先。工程于2002年5 月動工，2003年4月建成，2003年6月開工試運，2005年4月所有水 質(zhì)指標達到設計要求。，大連石化分公司

17、污水處理場的設計，是在總結(jié)國內(nèi)已建成煉化企業(yè)中國石油大學（華東）碩+論文污水場的經(jīng)驗和消化吸收國外發(fā)達國家先進污水處理技術(shù)和理念的基 礎上進行的。時至今円，污水處理場各項出水水質(zhì)指標均達到污水綜合 排放標準一級標準，其中出水氣氮保持在lnig/l的水平，其優(yōu)異的出 水水質(zhì)受到業(yè)內(nèi)同行的好評。現(xiàn)代污水處理技術(shù)始發(fā)于國外，并且經(jīng)過多年的發(fā)展，已形成了設 計、運營、研發(fā)于一體的良性循環(huán)體系。因此對于該套工藝的先進性， 應進行悉心的研究，做到知其然，知其所以然。本文的宗旨在于探尋引進工藝背后的理論依據(jù)，以便在工程設計、 中可以根據(jù)實際情況靈活應用，以免陷入盲目照抄照搬的誤區(qū)。第2章引進.丨：藝技術(shù)介紹

18、表2.1含油污水的進出水指標 原水水質(zhì)指標項s監(jiān)測標準處理后山水 水質(zhì)指標codmg/lbod5mg/l0 邊.5油mg/lmg/lssmg/lnh3-5059.56-；裁 +tt中國油人學（華東）碩十論文第4章i:藝研究第4章工藝研究 4.1煉化企業(yè)含油污水水質(zhì)調(diào)研中，我們發(fā)現(xiàn)本項目研究的污水處理工芝適應以下類型的石化廠念 油含鹽污水：第一類燃料型煉油廠：包括常減壓蒸飽、催化重整、催化裂化/加氫裂 化/延遲焦化/減粘裂化、加氧處理、氣體分饋、mtbe、焼基化、硫購回收 等不同裝置組合的加工流程；第二類燃料潤滑油石錯型：在第一類燃料型的基礎上，增加酮苯脫油脫 蠟、糠醛精制/nmp精制、丙燒脫浙

19、青、白土精制、加氣精制等潤滑油石蠟 加工裝置；第三類煉油化工型：在第一類或第二類的基礎上，增加乙苯、笨乙稀、 聚苯乙條、聚丙稀等化工裝置；上述類型煉廠的含油污水進入污水處理場的前提條件-1. 加氬或催化等裝置的含硫污水須經(jīng)過污水汽提裝置處理；2. 化工裝置如乙苯、苯乙煉、聚苯乙焼、聚丙稀等的污水要經(jīng)過預處理c3.上述經(jīng)過預處理后的污水水質(zhì)，應符合表2.1的水質(zhì)狀況。 從該表2.1 51以看出，此類污水b/c比值0.3以上，屬于可生化降解污水對于符合上述條件的新建煉廠的污水處理場，該數(shù)據(jù)可以作為污水場設 計的進水水質(zhì)的參考值。4.2預處理部分工藝研究污水場的預處理工藝起到穩(wěn)定生化處理單元進水水量

20、和水質(zhì)的作用，預中國油人學（華爾）碩十論文第4章.1:藝研究處理工藝選擇的是否合適將直接關系到后續(xù)生化車元運行狀況。引進工藝采用了除油、中和、調(diào)節(jié)均質(zhì)、除硫、氣浮的預處理工藝（詳 見圖2.1)。該工藝與國內(nèi)常規(guī)預處理工藝相比，其獨到之處體現(xiàn)在以下四 個方面-調(diào)節(jié)耀和隔油池的相對位置。 污水的均質(zhì)措施。 污水中硫化物的去除工藝。簡潔的一級daf工藝設計，起到了國內(nèi)二級daf甚至三級daf工藝 所能達到的效果。下面對這四方面進行詳細分析研究。4.2.1關于調(diào)節(jié)縫和除油池的相對位置國內(nèi)工藝和引進工藝的做法是截然相反的，國內(nèi)傳統(tǒng)工藝：先調(diào)節(jié)后隔油；引進工藝：先隔油后調(diào)節(jié)。先調(diào)節(jié)后隔油”的優(yōu)點是可以盡量

21、早地進行 污水水量的調(diào)節(jié)，以減少對污水場的沖擊；其缺點是由于污水場來水中往往 含有大量的泥渣，而這些泥濟靠格柵是無法去除的，泥澄隨菜提升進入調(diào)節(jié) 罐內(nèi)，將造成調(diào)節(jié)罐隨底泥澄的堆積，厚度常達12m高，有時甚至高達 3m (如華北石化污水場），清除泥蜜時工人勞動強度大，勞動環(huán)境惡劣，先 隔油后調(diào)節(jié)”的優(yōu)點是調(diào)節(jié)罐內(nèi)的污泥量大大減少，外加罐底設置曙氣裝置， 調(diào)節(jié)罐無需清澄，缺點是由于隔油池甜無污水調(diào)節(jié)單元，可能對隔油池造成 沖擊。從大連石化幾年來的運行經(jīng)驗上看，污水場受到水量沖擊只發(fā)生在射 季，所以這個問題在中油系統(tǒng)下屬各單位安環(huán)整改項目實施完成后將得到解 決。安環(huán)整改中的一項工作就是將事故消防水和

22、污染雨水單獨收集進事故緩中av油大亨：（華東）碩十論文第4章1:藝研究沖池，再由菜提升進入污水場，從而解決了隔油池遭受沖擊的問題。但是在安環(huán)整改項目沒有最后實施之前，可以釆用如下簡圖所示的方式 解決。原水一jt一隔油池一調(diào)節(jié)_ 后續(xù)單元事故池4.2.2關于污水均質(zhì)措施在調(diào)研中我們發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)煉廠污水處理工藝大多缺少水質(zhì)均質(zhì)措施，因 此后續(xù)單元進水水質(zhì)波動比較大，以致影響污水場出水的穩(wěn)定性。引進工藝設計了水質(zhì)均衡的措施，增設了二個調(diào)節(jié)罐，并在調(diào)節(jié)罐底部 增加曙氣管，曙氣氣源取自工廠的動力風或污水廠單獨設置的鼓風機，通過 曙氣管的曙氣作用，實現(xiàn)均衡水質(zhì)?？梢钥闯?，調(diào)節(jié)罐具有水量調(diào)節(jié)和水質(zhì)均衡的雙重作

23、用。 煉化企業(yè)污水的特點是水質(zhì)水量波動大，如果缺少均衡措施，將難以保 證污水場出水效果。污水進行預_氣可以起到以下幾種作用：1、氧化還原性物質(zhì)（如氧化除硫）；2、吹脫污水中溶解性的揮發(fā)物（如吹脫氣）；3、增加污水的do值，減輕污水的腐化，提高污水的穩(wěn)定性。當然還有其它均質(zhì)字段，比如：機械攪拌、鼓風攬枠、提升回流攬拌等， 或是設置審獨的水力均質(zhì)池。形式較多，各廠可根據(jù)自己的具體情況合理選 擇，但是水質(zhì)均衡的措施是必不可免的。 建議流程：中國w油大學（華東）碩十論文設計參數(shù)：曜氣量：6nni3/m3h。 4.2.3關于除硫工藝1、除硫工藝的理論基礎煉化企業(yè)硫化物主要來自原油，在加工過程中進入到含油

24、污水中，但大 部分含硫污水，如常減壓、催化裂化、焦化、加氫裂化、加氣精制等裝置產(chǎn) 生的含硫污水，都必須經(jīng)過污水汽提裝置處理,脫出絕大部分的硫化氫和氨， 汽提后的污水含有少量殘余硫化物，除裝置回用外，進入到污水處理場進行 處理，這部分污水的硫化物的含量一般在20mg/l以下。還有一部分罐區(qū)切 水、裝置沖洗水等未經(jīng)汽提處理的含硫污水，也一并進入污水場。一般進入 污水場的污水硫含量不大于50mg/l。當然，硫化物含量的大小與煉化企業(yè) 加工的原油種類有關室外排水設計規(guī)范規(guī)定，生化處理單元的進水中有害物質(zhì)允許濃度為 20mg/l【3】，而根據(jù)污水處理場的運行經(jīng)驗，生化處理構(gòu)筑物進水中的硫化物 應控制在5

25、ing/l以下。否則將對生化池中的細菌的生長產(chǎn)生抑制作用。章i:藝研究硫化物的去除方法包括生物法和物化法。當原水中硫化物含量較低時， 常釆用物化法處理水中的硫化物。物化法除硫包括：沉淀法、氧化法、曙氣 法等。引進工藝束用的是曙氣法，其反應機理是 2hs-+202 szoj+hzo 2s202+h20 s203+20h-中國彳(油人寧（華爾）碩十論文第4章：1:藝研究s2o32-+2o2+2oh- 2s04+2h20由上述反應式可知，廢水中有毒的硫化物或硫氫化物被氧化為硫代硫酸 鹽和硫酸鹽，其中硫代硫酸鹽毒性超過硫化物，在通常情況下硫代硫酸鹽轉(zhuǎn) 變?yōu)榱蛩猁}的反應較為緩慢，大約只有的硫代硫酸鹽氧化

26、為硫酸鹽。 所以，需向水中投加催化劑，如硫酸猛、氣化銅和氣化鐵等，提高其轉(zhuǎn)化率。 氣化鐵本身具有氧化性，但氯化鐵只有在酸性環(huán)境下，才具有強的氧化 性，在偏堿的環(huán)境中，氣化鐵的氧化性較弱，不能完成與硫化物(ifcs,:hs，s2 的氧化反應。氣化鐵在上述除硫過程中所扮演的角色是催化劑，其作用是加 速空氣和硫化物的反應過程，最終硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}。不過，可以作為硫氧化的催化劑并不限于氯化鐵，前面也提到過其它幾 種物質(zhì)可以選用，各單位可以根據(jù)實際情況酌情選用。在a/0池中的缺氧g中，是否會因為缺氧條件，使硫酸鹽還原為32_在 調(diào)研中，我們發(fā)現(xiàn)有的污水場工作人員有這樣的擔心。誠然，在缺氧的條件 下，高

27、價態(tài)的硫化物可以通過反硫化細菌（srb)的還原作用被還原為低價 態(tài)的硫，這也是自然界中硫循環(huán)的必由之路。但是，由于srb是嚴格厭氧 菌，在以a/0活性污泥工藝為主的污水處理廠中，混合液交咎進入缺氣、 好載反應池，不可能達到srb細菌所要求的嚴格厭氧環(huán)境，因此也就不可 能發(fā)生上述的反硫化物作用【5。 2、引進的除硫工藝流程笫4章i:藝研究為了保證生化處理單元的處理效果，同時滿足排放要求，需在預處理部 分去除硫化物（h2s，hs，s2f),工藝流程如下圖所示- 中國石油大學（華東）碩七論文中和地h來自工廠動力鳳圖4一 1除硫:1:藝流程圖 dci出水進入到中和池中，在此通過向水中投加氫氧化鈉或硫酸

28、調(diào)節(jié) ph值，隨后投加氣化鐵。投加氯化鐵的作用是催化后續(xù)的空氣氧化除硫反 應。加藥后的中和池出水由粟提升至調(diào)節(jié)罐，通過調(diào)節(jié)罐底部的曙氣裝置， 在催化劑的幫助下，將水中的硫化物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的形式。 通過上述的工藝工程，硫化物的去除率可達90%以上。 1.工藝參數(shù)的選取： 曙氣時間：他 調(diào)節(jié)后的ph值：88.5 氯化鐵的投藥量：1020mg/l 中和池的水力停留時間：3min 攪拌器的g值：40s-14.2.4關于氣浮除油單元氣浮工藝原理分析中國石油人學（華東）碩十論文第4章t.藝研究首先我們從膠體顆粒特性和氣泡與絮粒的作用機理方面分析闡述氣浮 工藝原理，為進一研究引進工藝的氣浮工藝奠定理論基礎；

29、然后介紹引進 工藝的流程及關鍵技術(shù)參數(shù)；最后結(jié)合氣浮工藝原理，分析引進工藝選擇的 關鍵技術(shù)參數(shù)與技術(shù)路線。1) 膠體顆粒特性分析水體中的顆粒物是廣泛存在的，它實際上涵蓋了除溶解態(tài)小分子以外的 所有水體雜質(zhì)或污染物，粒徑可以從幾個納米到數(shù)十個微米以上。水中的膠體顆粒可分成親水膠體和憎水膠體兩類，還有一壁膠體具有介 乎這兩個極端間的性質(zhì)，屬于兩性膠體。水中粘土以及投加的無機混凝劑所 形成的膠體厲于憎水膠體，而有機物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、淀粉及膠質(zhì)等則屬于親 水膠體。膠體顆粒在水中保持分散狀態(tài)的性質(zhì)稱為膠體的穩(wěn)定性對于憎水膠 體，穩(wěn)定性可以通過它的雙電層結(jié)構(gòu)來說明。水處理中的憎水膠體，它們的 表面電荷是由于

30、優(yōu)先吸附水中某些離子而產(chǎn)生的，這些離子稱之為“電位離 子”，常帶負電荷。電位離子與其吸附的反電荷離子構(gòu)成膠體的雙電層，憎 水膠體就是依靠它的電位離子的電荷而在水中維持穩(wěn)定狀態(tài)的。因此只要消 除憎水膠體電位離子的電荷，水中的憎水膠體就會失去其穩(wěn)定性。對于親水膠體，這些膠體的電荷是出于經(jīng)基、硫酸根、憐酸根和胺基等 基團，因受到水的ph的影響，而發(fā)生部分電離作用。其電荷的大小，取決 于電離的程度。親水膠體由于存在可溶牲的極性基團161，如一oh、-c00 和一nh2等，因此對極性水分子具有強親和力，在膠體顆粒的周ii吸附了厚 層的富有彈性的水膜。親水膠體依靠電離的極性基團的電荷及其水化層的雙 重作用

31、，而在水中保持十分穩(wěn)定的狀態(tài)。2) 水中氣泡的形成及其特性水中通入空氣或減正釋放水中溶解的過飽和空氣，都會產(chǎn)生氣泡。所形中國w油大學（華東）碩士論文成的氣泡大小和強度取決于釋放空氣時的各種條件和水的表面張力的大小。 氣泡的形成過程分為兩步：成核和成長。在過飽和的溶氣水從壓力溶氣線流 出釋放器的瞬間，氣泡核的臨界直徑deb遵循公式dcb=4o/ap7，其中：(7 為表面張力，ap為溶氣水經(jīng)由釋放器時的壓力差?？梢妷翰钤礁?，氣泡越 小，壓力大于0.5mpa，氣泡尺寸受其影響甚微；如果處于非均質(zhì)系統(tǒng)，氣 泡核將更容易地產(chǎn)生于一些顆粒物核或另外一些有缺陷的表面上【8】。此后， 氣泡核進入成長階段力溶氣

32、水通過溶氣釋放器釋出的微氣泡，在其氣泡外包 著一層透明的水膜，且富有彈性。在范德華引力和氣鍵作用下，它們作定向 有序排列，見圖4-2，從而使氣泡膜具有一定的強度。除排列疏、的外層(稱 流動層)泡膜在上浮過程中受浮力和阻力的影響而流動外，其內(nèi)層(稱附著層） 泡膜與空氣一起構(gòu)成穩(wěn)定的微氣泡而上浮。由定向有序排列的水分子構(gòu)成的 內(nèi)膜，因極性的減弱而可能帶有憎水性。第4章.丨:藝研究氣泡受水流斎動撞擊時，會使泡膜局部流失，可能四周受力不均，引起 外壓強失去平衡，氣泡變形破裂和并大。若在水中投加長鏈的高分子物質(zhì)， 則可提高泡膜的勧性和強度。極體m 4-2絮粒lj氣泡的碰撞粘附中au油人尹（華爾）碩十論文

33、第4章i:藝研究3)氣泡與絮粒相互作用機理 a)絮凝作用。研究氣浮過程機理實質(zhì)上就是要研究氣泡與絮凝體的相互作用t9。根據(jù) 近代絮凝理論，這種作用的本質(zhì)依然是一種絮凝作用，僅在兩相顆粒之間進 行的，因而稱其為異相絮凝作用丨它遵循絮凝作用機理。對凝聚絮凝 作用機理的探討始終是混凝技術(shù)研究領域的核心問題12，許多研究者對凝聚 絮凝的作用機理從不同方面進行了論述i3i4，主要包括- 雙電層壓縮作用。當水中加入帶有與膠體表面相反電荷的電解質(zhì)后，膠體顆粒表面雙電層 中的擴散層因反離子的作用而被壓縮，使擴散層厚度減小，i電位相應降低， 顆粒間的靜電斥力也就相應減小 吸附電中和作用機理15161吸附電中和理

34、論著重強調(diào)了膠體顆粒與混凝劑水解產(chǎn)物之間存在某種 專屬化學作用，即混凝劑可水解形成某種離子化合態(tài)吸附在膠體顆粒表面并 中和其負電荷，使膠體顆粒脫穩(wěn)并進而發(fā)生絮凝作用。絮凝劑的化學結(jié)構(gòu)， 特別是某些官能團的存在會極大地影響吸附作用，進而影響脫穩(wěn)膠體的能 力。吸附架橋作用在溶液中的長鏈狀聚合物分子上分布著的眾多活性基團，它們可以占據(jù) 膠體顆粒表面一個或多個吸附位，因而一個聚合物分子可以結(jié)合多個顆粒 物,通過這種顆粒間架橋方式,將水中分散的顆粒物聯(lián)成了粗大的絮狀物 卷掃絮凝作用當混凝劑投加量較大，水的ph值又較高的情況下，很容易生成氫氧化 物沉淀。由于在水中形成的絮狀氧氧化物具有很大的比表面，粘附顆

35、粒物的 能力很強，這樣水中的膠體顆粒就會被這些沉淀形成時所網(wǎng)捕進而被沉淀除中國石油大字（華/碩十論文第4章.1:藝研究去【丨8】。b)碰撞粘附作用氣泡與絮粒接近粘附時，兩者之間還存在著一層殘留水化層，這層水化 層是很難去除的。用氣浮工藝去除水中顆粒的機理可分為兩絮粒轉(zhuǎn)移到 氣泡表面和絮粒粘附到氣泡上。在一定的水力條件下，具有足夠動能的微氣泡和絮粒相互碰撞時，彼此 擠開對方結(jié)合力較弱的外層水膜而靠近，當排列有序的氣泡內(nèi)層水膜碰到絮 粒的剩余憎水基團（包括活性較大的脫穩(wěn)膠粒）時，相互通過分子間的范德 華引力而粘附。由于絮粒與微氣泡帶有一定的憎水性能，它們的比表面又很大，并且有 剩余的自由界面能，因

36、此，它們都有相互吸附而降低各自表面能的傾向。顆 粒和氣泡的附著過程，是向該體系減少界面能的方向自發(fā)進行。顆粒與氣泡 粘附時，當二者的外表面的液層相互作用，在剩余厚度小于10埃時，這一 液層將發(fā)生瞬時破壞，形成三相接觸角，如圖4-3所示【7。fttiam 4-3絮粒lj氣泡的碰撞粘附 在平衡時，界面張力處于平衡，圖中crsg，fflg,(js丨分別為s/g,s/l，l/g的界 面張力，0為接觸角，接觸角的大小依賴于氣泡和絮粒的粒徑范圍。接觸角 越大，疏水性越強，粘附性越好。氣泡絮粒的粘附實際是固、液、氣三相作 用的結(jié)果19】，其形成機理主要是- 中國h油人學（華東）碩十論文笫4章丨：藝研究氣泡與

37、絮粒的碰撞粘附由于絮粒柔軟而易變形，微氣泡膜又有一定的彈性，因此，兩者之間的碰撞是軟碰撞。視碰撞動能的大小，氣泡可以粘附在絮粒外圍，也可擠幵絮粒中的自由水而粘附在內(nèi)部。絮粒與氣泡的粘附點越多，粘附的越牢。見圖 4-420】圖44絮粒lj氣泡的碰撞粘附 _絮體對氣泡的包卷、網(wǎng)捕和架橋作用動能較大的微氣泡撞進大絮粒網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的四槽內(nèi)，被游動的絮粒所包 卷，見圖4-5(a);兩絮粒互撞變大時，將游離在中間的自由氣泡網(wǎng)捕進去，見圖4-5(b); 己粘附有氣泡的絮粒之間互撞時，通過絮粒、氣泡或兩者的吸附架橋而 結(jié)大，成為夾泡性帶氣絮粒，見圖4-5(c);中國:fi_油人學（華東）碩+論文第4章i:藝研究2

38、5 (b)(c)圖4一5微氣泡夾在絮粒中的三種形成情況 _表面活性劑參與作用水中存在表面活性劑時，往往會影響絮粒的憎水性能以及微氣泡的大小 和牢度。當表面活性劑的劑量適中時，絮粒的附加憎水基團增加，并因此而 提高氣浮凈水效果。但如果表面活性劑的劑量過高時，過量的表面活性劑會 在水中形成大量的膠束穩(wěn)定存在于水中，則會導致氣浮效果顯著降低。 c)氣泡與絮粒聚集體在水中上浮規(guī)律氣泡與絮粒聚集體顆粒在水中上浮，受到浮力f1。重力f2和阻力f3 的共同作用，其基本方程式為21： dvdt(式 41)尸(式 42) fi=p、爐(式 43)阻力f3與水的流態(tài)有關，在牛頓阻力平方區(qū)(re=100(k2500

39、00)為-2(式 4-4)氣泡與絮粒的聚集體顆粒，在開始聚集的一瞬間之后，便達到受力平衡， 加速度為零，聚集顆粒勻速上浮。假設氣泡與絮粒的聚集體顆粒為球形，直 徑為d,則上浮速度為：笫4章1:藝研究(式 4一5)(式 46)中國a油人學（華永）碩十論文=叫p、；d在層流區(qū)(rel)，f3為: 則上浮速度： 1(式 4一7)ip.-pjd 在過渡區(qū)(re= 101000)，上浮速度為- dv = 0.22(式 4s)p.-pa p. 式中；氣泡/絮粒聚集體上浮速度（m/s)m氣泡/絮粒聚集體質(zhì)量（kg) t一時間(s)ap-水的密度（kg/m3)氣泡/絮粒聚集體的密度（kg/m3) v-氣泡/絮

40、粒聚集體的體積（in3) g-重力加速度（m/s2) c-阻力系數(shù)a-在水流方向上氣泡/絮粒聚集體的投影面積（m2) a動力粘度系數(shù) 一運動粘度系數(shù)由上述可知，氣泡絮粒聚集體顆粒的上浮速度取決于水和聚集顆粒的密 度差、聚集顆粒的直徑(特征直徑)及水的流態(tài)。對于確定流態(tài)的水流，提高 絮凝體顆粒水的密度差越大和提高顆粒的特征直徑，都會提高上浮速度中國:油人學（華東）碩十論文第4章.藝研究4)共聚作用a) 微氣泡與微絮粒之間的共聚作用微絮粒與微氣泡的碰撞粘附，往往在它們上浮過程中因有速度梯度而引 起繼續(xù)并大。這種微氣泡直接參與凝聚而和絮粒共聚并大的過程簡稱為“共 聚”t2i】。運用共聚作用可以簡化水

41、處理工藝流程和節(jié)省混凝劑投加量，因此 具有很大的實用性。氣泡與絮粒的粘附有三種方式：單氣泡粘附準絮粒；氣泡粘附在絮粒周 圍；氣泡粘附在絮粒中間和周圍。最后一種粘附方式充分發(fā)揮了共聚作用。 氣泡夾在絮粒內(nèi)部，既充分發(fā)揮了氣泡的凝聚作用，又牢固地把氣泡粘附在 絮粒上,在上浮過程中，氣泡不會脫落，而且形成浮澄后也不會輕易一下沉。 改善共聚作用的途徑有以下幾點-正確選擇混合、反應所需的g、t值。使形成的原絮粒尺寸既滿足微氣 泡有效吸附范圍，又盡量保持尺寸均勻和數(shù)量眾多，從而提高氣泡和絮粒的 有效碰撞率。改善釋放器的釋氣性能，進一步減小氣泡尺寸。在相等釋氣量時，可以 大大增加氣泡數(shù)量，從而具有更多的自由

42、界面能而增強氣泡的吸附性能，并 且，氣泡越小，越揚進入絮粒四槽或被絮粒網(wǎng)捕、包卷而形成穩(wěn)定的共聚絮粒。b) 共聚氣浮與常規(guī)氣浮區(qū)別為了創(chuàng)造共聚條件，原水加藥后，須采取快速混合和中速反應(不用慢 速反應)，歷時約3分鐘，使形成的微絮粒的當量直徑大致等于微氣泡直徑 20-50/im.在此條件下，經(jīng)共聚后，夾氣絮粒在100/n以上。這種共聚作用 良好的氣浮，稱為“共聚氣浮”。反應完善(一般混合與慢速反應2030min)， 絮粒已結(jié)大(當量直徑約50cvim以上)，氣泡主要粘附在絮粒周圍的氣浮，稱 作“常規(guī)氣浮”。中國:ff油人(華/jo碩十論文2引進氣浮除油工藝流程、流程說明及關鍵設計參數(shù) 1)引進

43、氣浮除油工藝流程按生產(chǎn)微細氣泡的方法，氣浮工藝可分為：分散空氣氣浮法、電解凝聚 氣浮法、生物及化學氣浮法、加ffi溶氣氣浮法、葉輪氣浮法。其中加扭溶氣 氣浮法是-種應用較為廣法的氣浮法，它又有三種基本流程：全溶氣流程、 部分溶氣流程、回流溶氣流程。引進工藝釆用的最為常用的回流溶氣流程，見圖4.6所示。mmit 反 fi池dir圖4.6 daf流程圖 2)引進氣浮除油工藝流程說明調(diào)節(jié)罐出水自流進入混凝池，在池內(nèi)投加氣化鐵使油滴、膠體和懸浮固 體脫棄，產(chǎn)生小鞏花，混凝后的水流入絮凝池，池內(nèi)投加聚合物將小鞏花聚 集為較大的、更為均勻的鞏花。第4章1.藝研究絮凝水和已溶解空氣的溶氣水混合進入氣浮池，帆

44、花在氣浮池中與空氣 微泡聚集在一起，在氣浮池表面形成均勻的油泥餅，然后油泥被輕輕刮入收 集槽中，同時經(jīng)過處理后的水流入吸水井中，進入下游氣浮池入口。13中國u油大(華碩十論文笫4章i:藝研究吸水井中的部分水將在循環(huán)水菜的作用下，泵入溶氣罐。通過溶氣_循 環(huán)至氣浮池入口。溶氣_的運行壓力為6bar左右，空氣被注入罐內(nèi)，在循環(huán)水中溶解， 然后，念飽和空氣的水通過壓力釋放裝置送至氣浮池入口。 3)關鍵技術(shù)參數(shù)混凝池水力停留時間：3niin絮凝池水力停留時間：6mm混凝池攪拌機g值：275s-1混凝池攪拌機轉(zhuǎn)速：isooipm絮凝池攪拌機轉(zhuǎn)速：isoorpm絮凝池攪拌機g值：96 s-1氯化鐵投藥量：

45、1020mg/l聚合物投藥量：（u0.5mg/l回流比：30%溶氣壓力：0.6mpa氣浮池水力停留實踐：26min氣浮池的表面負荷：5.26ra/h溶氣罐的溶氣時間-imin溶氣_的液位控制范圍：0,4、微氣泡尺寸：80mm3對氣浮除油工藝關鍵技術(shù)參數(shù)的分析 1)豎流式氣浮池的選用在氣浮池的布置形式上，一般可分為三大類，平流式、豎流式和綜合式。 平流式氣浮池是目前國內(nèi)水處理工藝中應用得最多的一種，而國外豎流式氣 浮池較為常見。隨著氣浮凈水技術(shù)的發(fā)展,氣浮池的工藝形式向多樣化發(fā)展，中國丨油大學（華東）碩十論文出現(xiàn)了綜合式氣浮池，即出現(xiàn)了氣浮一沉淀和氣浮一過濾一體化新工藝，綜 合式氣浮池在此不多介紹。 a)平流式氣浮池的缺點分析通常采用