絮凝旋流-UBD菌深度降解组合工艺脱除海上采油污水石油烃研究
发布时间：2014-09-03 15:04
前言
与陆上采油相同，海上石油的幵采过程中同样会伴随产生大量的高含油污水，即便在海上油田开采初期，也会有大量的生产污水产生。伴随石油开采而产生的高含油污水在空间狭小的海上平台很难得到有效处理，含油超标的采油污水排入大海以后，会立即在海面形成大面积油膜并导致水体缺氧，造成水中的生物的死亡甚至灭绝。海面的油污还会吸附在水鸟羽毛上，严重时会导致水鸟死亡；另外污水中的悬浮物也会使海水混池度增加，严重影响海洋中植物和藻类的生长繁殖；最后，沉淀物沉入海底后腐烂变质又会进一步恶化水体质量。历年的《中国海洋质量公报》显示，石油类物质已然成为我国四大海域海水主要污染因子之一，对海洋生态环境构成了严重的威胁。由于环保要求的不断提高和环保呼声的日益高涨，海上采油污水的处理工艺亟待改进，这也成为是制约海上石油开采发展的一个重要因素。由于海上采油平台空间小，污水石油类物质含量高且停留时间短等特点，在海上采油平台的总体工艺设计中，污水处理系统是其重要难题。不断增长的石油需求与日益严峻的海洋生态环境，均对海上平台采油污水处理工艺的改进提出迫切要求。
.............
第1章文献综述
1.1海上平台釆油污水特征及处理现状
采油污水是一种0/W型多相体系，根据油相在水中的存在形式，可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油四类：1)浮油，以连续相漂浮于水面，形成油膜或油层，油滴粒径一般大于lOOum。2)分散油，以微小油滴悬浮于水中，不稳定，长时间静置后往往会变成浮油，其油滴粒径在10?100 um之间。3)乳化油，油滴粒径极微小，一般小于10 Pm，只有几lim。4)溶解油，一种以化学方式溶解的微粒分散油，油粒直径比乳化油还要小，有时可小到几纳米。
根据我国2008发布强制性国家标准《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值GB4914-2008》，规定三级海域海洋石油开采过程中生产水石油类排放浓度限度月平均值为45mg/L。而实验研究所用水样TPH (总石油烃）含量经紫外分光光度法测得高达4700mg/L左右，超标104倍。与常规含油污水相比，海上平台采油污水石油类物质含量极高，含油污水处理工艺一般在石化企业应用较为广泛，而一般炼油厂的生产污水石油类含量仅为20-200 mg/L,远远小于海上采油污水，因而采油平台上需要采用更为高效的污水处理工艺。
1.2液-液水力旋流分离器
水力旋流分离器，是一种离心沉降分离设备，既可用于液固分离，也可用于液液分离。液-液水力旋流器是应用于液体间分离的水力旋流器，利用两种不同密度且互不相容的非均相液体混合介质高速旋转时，各相产生不同的离心力而进行分离的。旋流器的简易结构及分离机理如图1.1所示。水力旋流器，一般由圆筒旋流腔、细锥段和平行尾管三部分组成。
两个模型均在科学研宄及工程实际中得到了广泛的检验和成功的应用，前人也对k-s模型和RSM模型在不同工况条件做了较为广泛的研究比对而同样适用于求解强旋流场的RNGk-s模型和Omega RSM模型，在模拟旋流分离中的差异尚无人深入探究。以下是对RNGk-s模型和OmegaRSM模型的详细介绍。
…………
第3章UBD菌降解海上平台采油污水适应性考察 ..........24
3.1 UBD菌耐氯性驯化........... 24
第4章不同理化处理手段石油烃脱除效果考察 .........31
4.1离心法 ..........31
4.2石英砂滤法 .........32
第5章水力旋流器应用与CFD优化........ 37
5.1 FX-50型水力旋流器的探究实验 ............37
第6章絮凝旋流-UBD菌深度降解组合工艺效果考察
6.1新水力旋流器的应用
本节首先按前章所述优化后的水力旋流器结构尺寸加工新旋流器，并对其适用性进行初步考察。进而将多个新旋流器组合成絮凝旋流处理工艺，对采油污水进行预处理，考察新工艺的石油经脱除效果。
可以看出，较原FX-50型水力旋流器，新旋流器更为细长，污水在旋流器内可以获得更长的分离时间，而缩小的溢流管径也可以减小分液比和分离粒径。但新结构的水流旋流器能否形成稳定的旋流流场从而完成油水分离，仍需进一步试验考察，将新旋流器按原装置图（图5.2)接入系统，做初步考察，以确定新旋流器的适用性。
6.2 UBD菌深度处理
采用生物手段对经絮凝旋流处理后的采油污水进一步深度处理。将UBD菌按4000UL/L的投加量加入到经前处理后的污水中，在20°C、连续曝气的条件下间歇降解，分别于12h，24h，48h，72h取污水水样测TPH含量，结果如表6.1所示。
可以看出，絮凝旋流处理后的采油污水再经UBD菌降解48后，TPH降至30mg/L，出水水质达到国家三级海域海洋石油开采污水排放标准（45mg/L)。说明经前处理后的采油污水，经进一步UBD菌降解处理后可以达到排放标准，而依靠单一生物手段处理采油污水，降解时间达到72h后仍无法满足排放标准。絮凝旋流法在短时间内去除了污水中大部分的石油类物质，将后续生物手段的处理时间缩短，24hj5TPH脱除率即可达到97.6%，48h后水质即可达标。而48-72h之间由十UBD菌逐渐进入衰亡期，对石油类物质降解能力降低，TPH变化己不再明显。
...........
第7章总结
本论文以脱除绥中海上平台采油污水中石油烃为研宄目的，以《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值GB4914-2008》为目标。探宄了不同生物、物理、化学处理手段对污水中石油烃的脱除效果，并最终提出采油污水处理的组合工艺方案。通过实验研究以及数值模拟的结果，可以得出以下结论：1、通过浓度梯度递增法对UBD菌进行耐氯性驯化培养，经驯化后的UBD菌的生长繁殖能力更强，并对驯化后UBD菌降解污水能力进行了考察。从而确定在菌种浓度为4000 u L/L、连续曝气，20°C条件下，驯化后的UBD菌表现出最佳的降解能力，经48h后污水TPH含量由4633mg/L降至116mg/L，脱除率达到95.7%，但仍无法满足排放标准，因而需要在生物降解前加入其他前处理手段。2、采用不同油水分离手段对釆油污水进行石油烃脱除效果的考察，其中离心法、化学絮凝法脱除效果较好且操作简单，其中离心手段更适合用于脱除污水中的分散油部分，应作为采油污水处理的上游工艺，化学絮凝法中，强电解质型絮凝剂硫酸铝明显优于其他几种类型絮凝剂，经2h静止沉降后，TPH含量即可由4633mg/L降至212mg/L,脱除率可达到95.4%。将絮凝法和离心手段结合使用，在2min内即可去除污水中96.28%的石油烃。
本文编号：8611
与陆上采油相同，海上石油的幵采过程中同样会伴随产生大量的高含油污水，即便在海上油田开采初期，也会有大量的生产污水产生。伴随石油开采而产生的高含油污水在空间狭小的海上平台很难得到有效处理，含油超标的采油污水排入大海以后，会立即在海面形成大面积油膜并导致水体缺氧，造成水中的生物的死亡甚至灭绝。海面的油污还会吸附在水鸟羽毛上，严重时会导致水鸟死亡；另外污水中的悬浮物也会使海水混池度增加，严重影响海洋中植物和藻类的生长繁殖；最后，沉淀物沉入海底后腐烂变质又会进一步恶化水体质量。历年的《中国海洋质量公报》显示，石油类物质已然成为我国四大海域海水主要污染因子之一，对海洋生态环境构成了严重的威胁。由于环保要求的不断提高和环保呼声的日益高涨，海上采油污水的处理工艺亟待改进，这也成为是制约海上石油开采发展的一个重要因素。由于海上采油平台空间小，污水石油类物质含量高且停留时间短等特点，在海上采油平台的总体工艺设计中，污水处理系统是其重要难题。不断增长的石油需求与日益严峻的海洋生态环境，均对海上平台采油污水处理工艺的改进提出迫切要求。
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第1章文献综述
1.1海上平台釆油污水特征及处理现状
采油污水是一种0/W型多相体系，根据油相在水中的存在形式，可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油四类：1)浮油，以连续相漂浮于水面，形成油膜或油层，油滴粒径一般大于lOOum。2)分散油，以微小油滴悬浮于水中，不稳定，长时间静置后往往会变成浮油，其油滴粒径在10?100 um之间。3)乳化油，油滴粒径极微小，一般小于10 Pm，只有几lim。4)溶解油，一种以化学方式溶解的微粒分散油，油粒直径比乳化油还要小，有时可小到几纳米。
根据我国2008发布强制性国家标准《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值GB4914-2008》，规定三级海域海洋石油开采过程中生产水石油类排放浓度限度月平均值为45mg/L。而实验研究所用水样TPH (总石油烃）含量经紫外分光光度法测得高达4700mg/L左右，超标104倍。与常规含油污水相比，海上平台采油污水石油类物质含量极高，含油污水处理工艺一般在石化企业应用较为广泛，而一般炼油厂的生产污水石油类含量仅为20-200 mg/L,远远小于海上采油污水，因而采油平台上需要采用更为高效的污水处理工艺。
1.2液-液水力旋流分离器
水力旋流分离器，是一种离心沉降分离设备，既可用于液固分离，也可用于液液分离。液-液水力旋流器是应用于液体间分离的水力旋流器，利用两种不同密度且互不相容的非均相液体混合介质高速旋转时，各相产生不同的离心力而进行分离的。旋流器的简易结构及分离机理如图1.1所示。水力旋流器，一般由圆筒旋流腔、细锥段和平行尾管三部分组成。
两个模型均在科学研宄及工程实际中得到了广泛的检验和成功的应用，前人也对k-s模型和RSM模型在不同工况条件做了较为广泛的研究比对而同样适用于求解强旋流场的RNGk-s模型和Omega RSM模型，在模拟旋流分离中的差异尚无人深入探究。以下是对RNGk-s模型和OmegaRSM模型的详细介绍。
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第3章UBD菌降解海上平台采油污水适应性考察 ..........24
3.1 UBD菌耐氯性驯化........... 24
第4章不同理化处理手段石油烃脱除效果考察 .........31
4.1离心法 ..........31
4.2石英砂滤法 .........32
第5章水力旋流器应用与CFD优化........ 37
5.1 FX-50型水力旋流器的探究实验 ............37
第6章絮凝旋流-UBD菌深度降解组合工艺效果考察
6.1新水力旋流器的应用
本节首先按前章所述优化后的水力旋流器结构尺寸加工新旋流器，并对其适用性进行初步考察。进而将多个新旋流器组合成絮凝旋流处理工艺，对采油污水进行预处理，考察新工艺的石油经脱除效果。
可以看出，较原FX-50型水力旋流器，新旋流器更为细长，污水在旋流器内可以获得更长的分离时间，而缩小的溢流管径也可以减小分液比和分离粒径。但新结构的水流旋流器能否形成稳定的旋流流场从而完成油水分离，仍需进一步试验考察，将新旋流器按原装置图（图5.2)接入系统，做初步考察，以确定新旋流器的适用性。
6.2 UBD菌深度处理
采用生物手段对经絮凝旋流处理后的采油污水进一步深度处理。将UBD菌按4000UL/L的投加量加入到经前处理后的污水中，在20°C、连续曝气的条件下间歇降解，分别于12h，24h，48h，72h取污水水样测TPH含量，结果如表6.1所示。
可以看出，絮凝旋流处理后的采油污水再经UBD菌降解48后，TPH降至30mg/L，出水水质达到国家三级海域海洋石油开采污水排放标准（45mg/L)。说明经前处理后的采油污水，经进一步UBD菌降解处理后可以达到排放标准，而依靠单一生物手段处理采油污水，降解时间达到72h后仍无法满足排放标准。絮凝旋流法在短时间内去除了污水中大部分的石油类物质，将后续生物手段的处理时间缩短，24hj5TPH脱除率即可达到97.6%，48h后水质即可达标。而48-72h之间由十UBD菌逐渐进入衰亡期，对石油类物质降解能力降低，TPH变化己不再明显。
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第7章总结
本论文以脱除绥中海上平台采油污水中石油烃为研宄目的，以《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值GB4914-2008》为目标。探宄了不同生物、物理、化学处理手段对污水中石油烃的脱除效果，并最终提出采油污水处理的组合工艺方案。通过实验研究以及数值模拟的结果，可以得出以下结论：1、通过浓度梯度递增法对UBD菌进行耐氯性驯化培养，经驯化后的UBD菌的生长繁殖能力更强，并对驯化后UBD菌降解污水能力进行了考察。从而确定在菌种浓度为4000 u L/L、连续曝气，20°C条件下，驯化后的UBD菌表现出最佳的降解能力，经48h后污水TPH含量由4633mg/L降至116mg/L，脱除率达到95.7%，但仍无法满足排放标准，因而需要在生物降解前加入其他前处理手段。2、采用不同油水分离手段对釆油污水进行石油烃脱除效果的考察，其中离心法、化学絮凝法脱除效果较好且操作简单，其中离心手段更适合用于脱除污水中的分散油部分，应作为采油污水处理的上游工艺，化学絮凝法中，强电解质型絮凝剂硫酸铝明显优于其他几种类型絮凝剂，经2h静止沉降后，TPH含量即可由4633mg/L降至212mg/L,脱除率可达到95.4%。将絮凝法和离心手段结合使用，在2min内即可去除污水中96.28%的石油烃。
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参考文献（略）
本文编号：8611
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/8611.html
