絮凝旋流-UBD菌深度降解組合工藝脫除海上采油污水石油烴研究
發(fā)布時間：2014-09-03 15:04
前言
與陸上采油相同，海上石油的幵采過程中同樣會伴隨產(chǎn)生大量的高含油污水，即便在海上油田開采初期，也會有大量的生產(chǎn)污水產(chǎn)生。伴隨石油開采而產(chǎn)生的高含油污水在空間狹小的海上平臺很難得到有效處理，含油超標的采油污水排入大海以后，會立即在海面形成大面積油膜并導(dǎo)致水體缺氧，造成水中的生物的死亡甚至滅絕。海面的油污還會吸附在水鳥羽毛上，嚴重時會導(dǎo)致水鳥死亡；另外污水中的懸浮物也會使海水混池度增加，嚴重影響海洋中植物和藻類的生長繁殖；最后，沉淀物沉入海底后腐爛變質(zhì)又會進一步惡化水體質(zhì)量。歷年的《中國海洋質(zhì)量公報》顯示，石油類物質(zhì)已然成為我國四大海域海水主要污染因子之一，對海洋生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴重的威脅。由于環(huán)保要求的不斷提高和環(huán)保呼聲的日益高漲，海上采油污水的處理工藝亟待改進，這也成為是制約海上石油開采發(fā)展的一個重要因素。由于海上采油平臺空間小，污水石油類物質(zhì)含量高且停留時間短等特點，在海上采油平臺的總體工藝設(shè)計中，污水處理系統(tǒng)是其重要難題。不斷增長的石油需求與日益嚴峻的海洋生態(tài)環(huán)境，均對海上平臺采油污水處理工藝的改進提出迫切要求。
.............
第1章文獻綜述
1.1海上平臺釆油污水特征及處理現(xiàn)狀
采油污水是一種0/W型多相體系，根據(jù)油相在水中的存在形式，可分為浮油、分散油、乳化油和溶解油四類：1)浮油，以連續(xù)相漂浮于水面，形成油膜或油層，油滴粒徑一般大于lOOum。2)分散油，以微小油滴懸浮于水中，不穩(wěn)定，長時間靜置后往往會變成浮油，其油滴粒徑在10?100 um之間。3)乳化油，油滴粒徑極微小，一般小于10 Pm，只有幾lim。4)溶解油，一種以化學(xué)方式溶解的微粒分散油，油粒直徑比乳化油還要小，有時可小到幾納米。
根據(jù)我國2008發(fā)布強制性國家標準《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值GB4914-2008》，規(guī)定三級海域海洋石油開采過程中生產(chǎn)水石油類排放濃度限度月平均值為45mg/L。而實驗研究所用水樣TPH (總石油烴）含量經(jīng)紫外分光光度法測得高達4700mg/L左右，超標104倍。與常規(guī)含油污水相比，海上平臺采油污水石油類物質(zhì)含量極高，含油污水處理工藝一般在石化企業(yè)應(yīng)用較為廣泛，而一般煉油廠的生產(chǎn)污水石油類含量僅為20-200 mg/L,遠遠小于海上采油污水，因而采油平臺上需要采用更為高效的污水處理工藝。
1.2液-液水力旋流分離器
水力旋流分離器，是一種離心沉降分離設(shè)備，既可用于液固分離，也可用于液液分離。液-液水力旋流器是應(yīng)用于液體間分離的水力旋流器，利用兩種不同密度且互不相容的非均相液體混合介質(zhì)高速旋轉(zhuǎn)時，各相產(chǎn)生不同的離心力而進行分離的。旋流器的簡易結(jié)構(gòu)及分離機理如圖1.1所示。水力旋流器，一般由圓筒旋流腔、細錐段和平行尾管三部分組成。
兩個模型均在科學(xué)研宄及工程實際中得到了廣泛的檢驗和成功的應(yīng)用，前人也對k-s模型和RSM模型在不同工況條件做了較為廣泛的研究比對而同樣適用于求解強旋流場的RNGk-s模型和Omega RSM模型，在模擬旋流分離中的差異尚無人深入探究。以下是對RNGk-s模型和OmegaRSM模型的詳細介紹。
…………
第3章UBD菌降解海上平臺采油污水適應(yīng)性考察 ..........24
3.1 UBD菌耐氯性馴化........... 24
第4章不同理化處理手段石油烴脫除效果考察 .........31
4.1離心法 ..........31
4.2石英砂濾法 .........32
第5章水力旋流器應(yīng)用與CFD優(yōu)化........ 37
5.1 FX-50型水力旋流器的探究實驗 ............37
第6章絮凝旋流-UBD菌深度降解組合工藝效果考察
6.1新水力旋流器的應(yīng)用
本節(jié)首先按前章所述優(yōu)化后的水力旋流器結(jié)構(gòu)尺寸加工新旋流器，并對其適用性進行初步考察。進而將多個新旋流器組合成絮凝旋流處理工藝，對采油污水進行預(yù)處理，考察新工藝的石油經(jīng)脫除效果。
可以看出，較原FX-50型水力旋流器，新旋流器更為細長，污水在旋流器內(nèi)可以獲得更長的分離時間，而縮小的溢流管徑也可以減小分液比和分離粒徑。但新結(jié)構(gòu)的水流旋流器能否形成穩(wěn)定的旋流流場從而完成油水分離，仍需進一步試驗考察，將新旋流器按原裝置圖（圖5.2)接入系統(tǒng)，做初步考察，以確定新旋流器的適用性。
6.2 UBD菌深度處理
采用生物手段對經(jīng)絮凝旋流處理后的采油污水進一步深度處理。將UBD菌按4000UL/L的投加量加入到經(jīng)前處理后的污水中，在20°C、連續(xù)曝氣的條件下間歇降解，分別于12h，24h，48h，72h取污水水樣測TPH含量，結(jié)果如表6.1所示。
可以看出，絮凝旋流處理后的采油污水再經(jīng)UBD菌降解48后，TPH降至30mg/L，出水水質(zhì)達到國家三級海域海洋石油開采污水排放標準（45mg/L)。說明經(jīng)前處理后的采油污水，經(jīng)進一步UBD菌降解處理后可以達到排放標準，而依靠單一生物手段處理采油污水，降解時間達到72h后仍無法滿足排放標準。絮凝旋流法在短時間內(nèi)去除了污水中大部分的石油類物質(zhì)，將后續(xù)生物手段的處理時間縮短，24hj5TPH脫除率即可達到97.6%，48h后水質(zhì)即可達標。而48-72h之間由十UBD菌逐漸進入衰亡期，對石油類物質(zhì)降解能力降低，TPH變化己不再明顯。
...........
第7章總結(jié)
本論文以脫除綏中海上平臺采油污水中石油烴為研宄目的，以《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值GB4914-2008》為目標。探宄了不同生物、物理、化學(xué)處理手段對污水中石油烴的脫除效果，并最終提出采油污水處理的組合工藝方案。通過實驗研究以及數(shù)值模擬的結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：1、通過濃度梯度遞增法對UBD菌進行耐氯性馴化培養(yǎng)，經(jīng)馴化后的UBD菌的生長繁殖能力更強，并對馴化后UBD菌降解污水能力進行了考察。從而確定在菌種濃度為4000 u L/L、連續(xù)曝氣，20°C條件下，馴化后的UBD菌表現(xiàn)出最佳的降解能力，經(jīng)48h后污水TPH含量由4633mg/L降至116mg/L，脫除率達到95.7%，但仍無法滿足排放標準，因而需要在生物降解前加入其他前處理手段。2、采用不同油水分離手段對釆油污水進行石油烴脫除效果的考察，其中離心法、化學(xué)絮凝法脫除效果較好且操作簡單，其中離心手段更適合用于脫除污水中的分散油部分，應(yīng)作為采油污水處理的上游工藝，化學(xué)絮凝法中，強電解質(zhì)型絮凝劑硫酸鋁明顯優(yōu)于其他幾種類型絮凝劑，經(jīng)2h靜止沉降后，TPH含量即可由4633mg/L降至212mg/L,脫除率可達到95.4%。將絮凝法和離心手段結(jié)合使用，在2min內(nèi)即可去除污水中96.28%的石油烴。
本文編號：8611
與陸上采油相同，海上石油的幵采過程中同樣會伴隨產(chǎn)生大量的高含油污水，即便在海上油田開采初期，也會有大量的生產(chǎn)污水產(chǎn)生。伴隨石油開采而產(chǎn)生的高含油污水在空間狹小的海上平臺很難得到有效處理，含油超標的采油污水排入大海以后，會立即在海面形成大面積油膜并導(dǎo)致水體缺氧，造成水中的生物的死亡甚至滅絕。海面的油污還會吸附在水鳥羽毛上，嚴重時會導(dǎo)致水鳥死亡；另外污水中的懸浮物也會使海水混池度增加，嚴重影響海洋中植物和藻類的生長繁殖；最后，沉淀物沉入海底后腐爛變質(zhì)又會進一步惡化水體質(zhì)量。歷年的《中國海洋質(zhì)量公報》顯示，石油類物質(zhì)已然成為我國四大海域海水主要污染因子之一，對海洋生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴重的威脅。由于環(huán)保要求的不斷提高和環(huán)保呼聲的日益高漲，海上采油污水的處理工藝亟待改進，這也成為是制約海上石油開采發(fā)展的一個重要因素。由于海上采油平臺空間小，污水石油類物質(zhì)含量高且停留時間短等特點，在海上采油平臺的總體工藝設(shè)計中，污水處理系統(tǒng)是其重要難題。不斷增長的石油需求與日益嚴峻的海洋生態(tài)環(huán)境，均對海上平臺采油污水處理工藝的改進提出迫切要求。
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第1章文獻綜述
1.1海上平臺釆油污水特征及處理現(xiàn)狀
采油污水是一種0/W型多相體系，根據(jù)油相在水中的存在形式，可分為浮油、分散油、乳化油和溶解油四類：1)浮油，以連續(xù)相漂浮于水面，形成油膜或油層，油滴粒徑一般大于lOOum。2)分散油，以微小油滴懸浮于水中，不穩(wěn)定，長時間靜置后往往會變成浮油，其油滴粒徑在10?100 um之間。3)乳化油，油滴粒徑極微小，一般小于10 Pm，只有幾lim。4)溶解油，一種以化學(xué)方式溶解的微粒分散油，油粒直徑比乳化油還要小，有時可小到幾納米。
根據(jù)我國2008發(fā)布強制性國家標準《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值GB4914-2008》，規(guī)定三級海域海洋石油開采過程中生產(chǎn)水石油類排放濃度限度月平均值為45mg/L。而實驗研究所用水樣TPH (總石油烴）含量經(jīng)紫外分光光度法測得高達4700mg/L左右，超標104倍。與常規(guī)含油污水相比，海上平臺采油污水石油類物質(zhì)含量極高，含油污水處理工藝一般在石化企業(yè)應(yīng)用較為廣泛，而一般煉油廠的生產(chǎn)污水石油類含量僅為20-200 mg/L,遠遠小于海上采油污水，因而采油平臺上需要采用更為高效的污水處理工藝。
1.2液-液水力旋流分離器
水力旋流分離器，是一種離心沉降分離設(shè)備，既可用于液固分離，也可用于液液分離。液-液水力旋流器是應(yīng)用于液體間分離的水力旋流器，利用兩種不同密度且互不相容的非均相液體混合介質(zhì)高速旋轉(zhuǎn)時，各相產(chǎn)生不同的離心力而進行分離的。旋流器的簡易結(jié)構(gòu)及分離機理如圖1.1所示。水力旋流器，一般由圓筒旋流腔、細錐段和平行尾管三部分組成。
兩個模型均在科學(xué)研宄及工程實際中得到了廣泛的檢驗和成功的應(yīng)用，前人也對k-s模型和RSM模型在不同工況條件做了較為廣泛的研究比對而同樣適用于求解強旋流場的RNGk-s模型和Omega RSM模型，在模擬旋流分離中的差異尚無人深入探究。以下是對RNGk-s模型和OmegaRSM模型的詳細介紹。
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第3章UBD菌降解海上平臺采油污水適應(yīng)性考察 ..........24
3.1 UBD菌耐氯性馴化........... 24
第4章不同理化處理手段石油烴脫除效果考察 .........31
4.1離心法 ..........31
4.2石英砂濾法 .........32
第5章水力旋流器應(yīng)用與CFD優(yōu)化........ 37
5.1 FX-50型水力旋流器的探究實驗 ............37
第6章絮凝旋流-UBD菌深度降解組合工藝效果考察
6.1新水力旋流器的應(yīng)用
本節(jié)首先按前章所述優(yōu)化后的水力旋流器結(jié)構(gòu)尺寸加工新旋流器，并對其適用性進行初步考察。進而將多個新旋流器組合成絮凝旋流處理工藝，對采油污水進行預(yù)處理，考察新工藝的石油經(jīng)脫除效果。
可以看出，較原FX-50型水力旋流器，新旋流器更為細長，污水在旋流器內(nèi)可以獲得更長的分離時間，而縮小的溢流管徑也可以減小分液比和分離粒徑。但新結(jié)構(gòu)的水流旋流器能否形成穩(wěn)定的旋流流場從而完成油水分離，仍需進一步試驗考察，將新旋流器按原裝置圖（圖5.2)接入系統(tǒng)，做初步考察，以確定新旋流器的適用性。
6.2 UBD菌深度處理
采用生物手段對經(jīng)絮凝旋流處理后的采油污水進一步深度處理。將UBD菌按4000UL/L的投加量加入到經(jīng)前處理后的污水中，在20°C、連續(xù)曝氣的條件下間歇降解，分別于12h，24h，48h，72h取污水水樣測TPH含量，結(jié)果如表6.1所示。
可以看出，絮凝旋流處理后的采油污水再經(jīng)UBD菌降解48后，TPH降至30mg/L，出水水質(zhì)達到國家三級海域海洋石油開采污水排放標準（45mg/L)。說明經(jīng)前處理后的采油污水，經(jīng)進一步UBD菌降解處理后可以達到排放標準，而依靠單一生物手段處理采油污水，降解時間達到72h后仍無法滿足排放標準。絮凝旋流法在短時間內(nèi)去除了污水中大部分的石油類物質(zhì)，將后續(xù)生物手段的處理時間縮短，24hj5TPH脫除率即可達到97.6%，48h后水質(zhì)即可達標。而48-72h之間由十UBD菌逐漸進入衰亡期，對石油類物質(zhì)降解能力降低，TPH變化己不再明顯。
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第7章總結(jié)
本論文以脫除綏中海上平臺采油污水中石油烴為研宄目的，以《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值GB4914-2008》為目標。探宄了不同生物、物理、化學(xué)處理手段對污水中石油烴的脫除效果，并最終提出采油污水處理的組合工藝方案。通過實驗研究以及數(shù)值模擬的結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：1、通過濃度梯度遞增法對UBD菌進行耐氯性馴化培養(yǎng)，經(jīng)馴化后的UBD菌的生長繁殖能力更強，并對馴化后UBD菌降解污水能力進行了考察。從而確定在菌種濃度為4000 u L/L、連續(xù)曝氣，20°C條件下，馴化后的UBD菌表現(xiàn)出最佳的降解能力，經(jīng)48h后污水TPH含量由4633mg/L降至116mg/L，脫除率達到95.7%，但仍無法滿足排放標準，因而需要在生物降解前加入其他前處理手段。2、采用不同油水分離手段對釆油污水進行石油烴脫除效果的考察，其中離心法、化學(xué)絮凝法脫除效果較好且操作簡單，其中離心手段更適合用于脫除污水中的分散油部分，應(yīng)作為采油污水處理的上游工藝，化學(xué)絮凝法中，強電解質(zhì)型絮凝劑硫酸鋁明顯優(yōu)于其他幾種類型絮凝劑，經(jīng)2h靜止沉降后，TPH含量即可由4633mg/L降至212mg/L,脫除率可達到95.4%。將絮凝法和離心手段結(jié)合使用，在2min內(nèi)即可去除污水中96.28%的石油烴。
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參考文獻（略）
本文編號：8611
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/8611.html
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