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(shí)間：2014-09-03 15:04
前言
與陸上采油相同，海上石油的幵采過(guò)程中同樣會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的高含油污水，即便在海上油田開(kāi)采初期，也會(huì)有大量的生產(chǎn)污水產(chǎn)生。伴隨石油開(kāi)采而產(chǎn)生的高含油污水在空間狹小的海上平臺(tái)很難得到有效處理，含油超標(biāo)的采油污水排入大海以后，會(huì)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(huì)吸附在水鳥(niǎo)羽毛上，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致水鳥(niǎo)死亡；另外污水中的懸浮物也會(huì)使海水混池度增加，嚴(yán)重影響海洋中植物和藻類(lèi)的生長(zhǎng)繁殖；最后，沉淀物沉入海底后腐爛變質(zhì)又會(huì)進(jìn)一步惡化水體質(zhì)量。歷年的《中國(guó)海洋質(zhì)量公報(bào)》顯示，石油類(lèi)物質(zhì)已然成為我國(guó)四大海域海水主要污染因子之一，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)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(jìn)，這也成為是制約海上石油開(kāi)采發(fā)展的一個(gè)重要因素。由于海上采油平臺(tái)空間小，污水石油類(lèi)物質(zhì)含量高且停留時(shí)間短等特點(diǎn)，在海上采油平臺(tái)的總體工藝設(shè)計(jì)中，污水處理系統(tǒng)是其重要難題。不斷增長(zhǎng)的石油需求與日益嚴(yán)峻的海洋生態(tài)環(huán)境，均對(duì)海上平臺(tái)采油污水處理工藝的改進(jìn)提出迫切要求。
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第1章文獻(xiàn)綜述
1.1海上平臺(tái)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(lèi)：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(zhǎng)時(shí)間靜置后往往會(huì)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(shí)可小到幾納米。
根據(jù)我國(guó)2008發(fā)布強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值GB4914-2008》，規(guī)定三級(jí)海域海洋石油開(kāi)采過(guò)程中生產(chǎn)水石油類(lèi)排放濃度限度月平均值為45mg/L。而實(shí)驗(yàn)研究所用水樣TPH (總石油烴）含量經(jīng)紫外分光光度法測(cè)得高達(dá)4700mg/L左右，超標(biāo)104倍。與常規(guī)含油污水相比，海上平臺(tái)采油污水石油類(lèi)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(lèi)含量?jī)H為20-200 mg/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于海上采油污水，因而采油平臺(tái)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(shí)，各相產(chǎn)生不同的離心力而進(jìn)行分離的。旋流器的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)及分離機(jī)理如圖1.1所示。水力旋流器，一般由圓筒旋流腔、細(xì)錐段和平行尾管三部分組成。
兩個(gè)模型均在科學(xué)研宄及工程實(shí)際中得到了廣泛的檢驗(yàn)和成功的應(yīng)用，前人也對(duì)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(duì)而同樣適用于求解強(qiáng)旋流場(chǎng)的RNGk-s模型和Omega RSM模型，在模擬旋流分離中的差異尚無(wú)人深入探究。以下是對(duì)RNGk-s模型和OmegaRSM模型的詳細(xì)介紹。
…………
第3章UBD菌降解海上平臺(tái)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(shí)驗(yàn) ............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(duì)其適用性進(jìn)行初步考察。進(jìn)而將多個(gè)新旋流器組合成絮凝旋流處理工藝，對(duì)采油污水進(jìn)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(xì)長(zhǎng)，污水在旋流器內(nèi)可以獲得更長(zhǎng)的分離時(shí)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(chǎng)從而完成油水分離，仍需進(jìn)一步試驗(yàn)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(duì)經(jīng)絮凝旋流處理后的采油污水進(jìn)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(cè)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(dá)到國(guó)家三級(jí)海域海洋石油開(kāi)采污水排放標(biāo)準(zhǔn)（45mg/L)。說(shuō)明經(jīng)前處理后的采油污水，經(jīng)進(jìn)一步UBD菌降解處理后可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而依靠單一生物手段處理采油污水，降解時(shí)間達(dá)到72h后仍無(wú)法滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)。絮凝旋流法在短時(shí)間內(nèi)去除了污水中大部分的石油類(lèi)物質(zhì)，將后續(xù)生物手段的處理時(shí)間縮短，24hj5TPH脫除率即可達(dá)到97.6%，48h后水質(zhì)即可達(dá)標(biāo)。而48-72h之間由十UBD菌逐漸進(jìn)入衰亡期，對(duì)石油類(lèi)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(tái)采油污水中石油烴為研宄目的，以《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值GB4914-2008》為目標(biāo)。探宄了不同生物、物理、化學(xué)處理手段對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(guò)濃度梯度遞增法對(duì)UBD菌進(jìn)行耐氯性馴化培養(yǎng)，經(jīng)馴化后的UBD菌的生長(zhǎng)繁殖能力更強(qiáng)，并對(duì)馴化后UBD菌降解污水能力進(jìn)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(dá)到95.7%，但仍無(wú)法滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)釆油污水進(jìn)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(jiǎn)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(qiáng)電解質(zhì)型絮凝劑硫酸鋁明顯優(yōu)于其他幾種類(lèi)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(dá)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(hào)：8611
與陸上采油相同，海上石油的幵采過(guò)程中同樣會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的高含油污水，即便在海上油田開(kāi)采初期，也會(huì)有大量的生產(chǎn)污水產(chǎn)生。伴隨石油開(kāi)采而產(chǎn)生的高含油污水在空間狹小的海上平臺(tái)很難得到有效處理，含油超標(biāo)的采油污水排入大海以后，會(huì)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(huì)吸附在水鳥(niǎo)羽毛上，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致水鳥(niǎo)死亡；另外污水中的懸浮物也會(huì)使海水混池度增加，嚴(yán)重影響海洋中植物和藻類(lèi)的生長(zhǎng)繁殖；最后，沉淀物沉入海底后腐爛變質(zhì)又會(huì)進(jìn)一步惡化水體質(zhì)量。歷年的《中國(guó)海洋質(zhì)量公報(bào)》顯示，石油類(lèi)物質(zhì)已然成為我國(guó)四大海域海水主要污染因子之一，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)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(jìn)，這也成為是制約海上石油開(kāi)采發(fā)展的一個(gè)重要因素。由于海上采油平臺(tái)空間小，污水石油類(lèi)物質(zhì)含量高且停留時(shí)間短等特點(diǎn)，在海上采油平臺(tái)的總體工藝設(shè)計(jì)中，污水處理系統(tǒng)是其重要難題。不斷增長(zhǎng)的石油需求與日益嚴(yán)峻的海洋生態(tài)環(huán)境，均對(duì)海上平臺(tái)采油污水處理工藝的改進(jìn)提出迫切要求。
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第1章文獻(xiàn)綜述
1.1海上平臺(tái)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(lèi)：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(zhǎng)時(shí)間靜置后往往會(huì)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(shí)可小到幾納米。
根據(jù)我國(guó)2008發(fā)布強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值GB4914-2008》，規(guī)定三級(jí)海域海洋石油開(kāi)采過(guò)程中生產(chǎn)水石油類(lèi)排放濃度限度月平均值為45mg/L。而實(shí)驗(yàn)研究所用水樣TPH (總石油烴）含量經(jīng)紫外分光光度法測(cè)得高達(dá)4700mg/L左右，超標(biāo)104倍。與常規(guī)含油污水相比，海上平臺(tái)采油污水石油類(lèi)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(lèi)含量?jī)H為20-200 mg/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于海上采油污水，因而采油平臺(tái)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(shí)，各相產(chǎn)生不同的離心力而進(jìn)行分離的。旋流器的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)及分離機(jī)理如圖1.1所示。水力旋流器，一般由圓筒旋流腔、細(xì)錐段和平行尾管三部分組成。
兩個(gè)模型均在科學(xué)研宄及工程實(shí)際中得到了廣泛的檢驗(yàn)和成功的應(yīng)用，前人也對(duì)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(duì)而同樣適用于求解強(qiáng)旋流場(chǎng)的RNGk-s模型和Omega RSM模型，在模擬旋流分離中的差異尚無(wú)人深入探究。以下是對(duì)RNGk-s模型和OmegaRSM模型的詳細(xì)介紹。
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第3章UBD菌降解海上平臺(tái)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(shí)驗(yàn) ............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(duì)其適用性進(jìn)行初步考察。進(jìn)而將多個(gè)新旋流器組合成絮凝旋流處理工藝，對(duì)采油污水進(jìn)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(xì)長(zhǎng)，污水在旋流器內(nèi)可以獲得更長(zhǎng)的分離時(shí)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(chǎng)從而完成油水分離，仍需進(jìn)一步試驗(yàn)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(duì)經(jīng)絮凝旋流處理后的采油污水進(jìn)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(cè)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(dá)到國(guó)家三級(jí)海域海洋石油開(kāi)采污水排放標(biāo)準(zhǔn)（45mg/L)。說(shuō)明經(jīng)前處理后的采油污水，經(jīng)進(jìn)一步UBD菌降解處理后可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而依靠單一生物手段處理采油污水，降解時(shí)間達(dá)到72h后仍無(wú)法滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)。絮凝旋流法在短時(shí)間內(nèi)去除了污水中大部分的石油類(lèi)物質(zhì)，將后續(xù)生物手段的處理時(shí)間縮短，24hj5TPH脫除率即可達(dá)到97.6%，48h后水質(zhì)即可達(dá)標(biāo)。而48-72h之間由十UBD菌逐漸進(jìn)入衰亡期，對(duì)石油類(lèi)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(tái)采油污水中石油烴為研宄目的，以《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值GB4914-2008》為目標(biāo)。探宄了不同生物、物理、化學(xué)處理手段對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(guò)濃度梯度遞增法對(duì)UBD菌進(jìn)行耐氯性馴化培養(yǎng)，經(jīng)馴化后的UBD菌的生長(zhǎng)繁殖能力更強(qiáng)，并對(duì)馴化后UBD菌降解污水能力進(jìn)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(dá)到95.7%，但仍無(wú)法滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)釆油污水進(jìn)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(jiǎn)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(qiáng)電解質(zhì)型絮凝劑硫酸鋁明顯優(yōu)于其他幾種類(lèi)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(dá)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(xiàn)（略）
本文編號(hào)：8611
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