CN109574321A - 油-泥-水三相一体化分离装置及分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油‑泥‑水三相一体化分离装置及分离方法。所述分离装置包括由外向内同心套设的反应池和沉淀池，反应池与沉淀池为连通的筒体结构，沉淀池内设有导流筒将沉淀池由外向内分为底部连通的隔油区和沉淀区。所述分离方法包括以下步骤：待处理废水与油水分离药剂在反应池内反应；混合液进入隔油区内实现油与泥水分离，油经连通孔返回至反应池经集油装置排出，泥水在沉淀区内沉淀分离，清水上流经溢流槽排出。该分离装置及方法适用对象包括但不限于隔油处理后的不同规模的石油炼化废水；出水含油量低，有利于降低后续生物处理出水COD值；水中油可回收；污泥可直接用厢式隔膜压滤机脱水且含水率低；操作方便；投资运行成本低。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种油-泥-水三相一体化分离装置及分离方法。
背景技术
石油炼化废水的处理，通常采用“预处理+生物处理”方法，良好的预处理可以除油与除泥，是实现高效生物处理的技术关键。
隔油(包括罐中罐除油)是一种常见的除油技术，经隔油后的石油炼化废水，仍含有部分乳化油及带油的泥沙，若直接进入生物处理系统，会对系统运行与处理效果造成负面影响。为解决该问题，现有较普遍的方法是采用二级混凝气浮，但是，混凝气浮技术通常存在以下3个问题：
(1)出现大量待进一步处理的油渣(浮渣)，且该油渣不容易脱水减容；
(2)运行不够稳定，出水经常夹带较高浓度的含油悬浮固体，导致后续生物处理出水COD难以到达30mg/L以下；
(3)系统不容易密封，处理场所气味重。
因此，针对隔油后的石油炼化废水，亟需开发一种经济、有效的除油方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服传统的隔油池出水所采用的混凝气浮技术普遍带来的问题，提供了一种油-泥-水三相一体化分离装置及分离方法。本发明的油-泥-水三相一体化分离装置结构简单，分离方法适用对象包括但不限于隔油池处理后的不同规模的石油炼化废水，运行效果稳定，水中油可回收，出水含油量低，有利于降低后续生物处理出水COD值，处理后的污泥可直接用厢式隔膜压滤机脱水且含水率低，操作方便、投资运行成本低。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了一种油-泥-水三相一体化分离装置，其包括由外向内同心套设的反应池和沉淀池，所述反应池和所述沉淀池为相互连通的筒体结构；其中，
所述反应池中设有推进器，所述反应池的上部设有用于拦截油层的集油装置；
所述沉淀池的上部沿筒壁向内形成有用于排水的溢流槽，所述沉淀池内还设有导流筒，所述导流筒的顶部与所述溢流槽的槽底或近轴心一侧的壁面连接，所述导流筒将所述沉淀池由外向内分为底部连通的隔油区和沉淀区；
所述沉淀池的筒壁上设有与所述反应池连通的连通孔，所述连通孔的安装高度高于所述导流筒的底部。
本发明中，较佳地，所述反应池连接有进水管；更佳地，所述进水管位于所述反应池外壁的底部。
本发明中，较佳地，所述反应池还设置有加药装置，用于添加药剂。
本发明中，所述推进器的数量至少为一个，较佳地，所述推进器的数量至少为2个。
本发明中，较佳地，所述推进器位于所述反应池的底部。
本发明中，所述集油装置可为本领域常规的集油装置，较佳地，所述集油装置为集油槽和/或集油管，进一步地，所述集油装置径向设置于所述反应池的上部。
本发明中，较佳地，所述集油装置连接有出油管。
本发明中，较佳地，所述连通孔位于所述沉淀池的筒壁上部，且低于所述溢流槽的槽底。
本发明中，较佳地，所述导流筒底部与所述沉淀池底部的距离为所述沉淀池筒壁高度的1/3～1/2。导流筒将物流引流至沉淀池底部，降低物流中絮体或泥沙的沉降高度，减少沉降时间，促进沉淀区内泥、水的分离过程。
本发明中，较佳地，所述溢流槽连接有出水管。
本发明中，较佳地，所述沉淀池内还设有用于使出水均匀的堰板，所述堰板固接在所述溢流槽的槽口；更佳地，所述堰板为三角形的堰板。
本发明中，较佳地，所述沉淀池的沉淀区中设有刮泥机，所述沉淀池的底部设有集泥斗；更佳地，所述集泥斗连接有用于将污泥排出的排泥装置，所述排泥装置优选为泵或气提器。最佳地，所述排泥装置与污泥脱水装置连接，所述污泥脱水装置优选为厢式隔膜压滤机。
本发明还提供了一种利用所述油-泥-水三相一体化分离装置进行油-泥-水三相分离的方法，其包括以下步骤：
(1)将待处理废水通入所述反应池中与用于促进油水分离的药剂进行反应，所述反应池中液面的高度高于所述连通孔的安装高度，反应后的混合液通过所述连通孔进入所述沉淀池的隔油区；
(2)在所述隔油区中，在重力的作用下，油与泥水分离，所述隔油区中分离得到的油层经所述连通孔返回至所述反应池经所述集油装置排出，剩余混合液在所述沉淀池内沉淀，经沉淀后得到的清液经所述溢流槽排出。
本发明中，所述待处理废水可为本领域常规的石油炼化废水，较佳地为经隔油处理后的石油炼化废水，所述隔油处理可为本领域常规的隔油处理，进一步地，所述待处理废水的含油量为10～30mg/L。
本发明中，所述药剂可为本领域常规的用于促进油水分离的药剂，较佳地，所述药剂包括铁盐和有机高分子絮凝剂，所述铁盐可为含铁离子的单一或复合的固体药剂或液体药剂，所述铁盐优选为聚合硫酸铁(例如液体聚合硫酸铁)；所述有机高分子絮凝剂可为单一或复合的固体药剂，所述有机高分子絮凝剂优选为聚丙烯酰胺(例如固体阳离子聚丙烯酰胺)。
本发明中，所述药剂的用量可为本领域常规的用量，较佳地，所述药剂中，基于铁计算，所述铁盐(例如聚合硫酸铁)与所述待处理废水的质量体积比为20～200mg/L；所述有机高分子絮凝剂(例如阳离子聚丙烯酰胺)与所述待处理废水的质量体积比为0.2～5.0mg/L。更佳地，所述药剂中，基于铁计算，所述铁盐与所述待处理废水的质量体积比为50～100mg/L；所述有机高分子絮凝剂与所述待处理废水的质量体积比为0.5～2.0mg/L。
本发明中，较佳地，所述药剂可通过所述加药装置添加。更佳地，根据待处理废水的流动方向依次设置所述铁盐和所述有机高分子絮凝剂的加药入口。
本发明中，较佳地，所述药剂的添加方式为连续加入，优选为以溶液的形式添加。
在所述反应池内，所述待处理废水与所述药剂进行反应，具体而言，所述铁盐中的铁离子对所述待处理废水中的乳化油进行电性中和并与泥沙形成絮体，通过有机高分子絮凝剂的架桥作用，絮体逐渐变大。电性中和后的油与泥沙中的油在絮体或泥沙表面凝聚形成大油滴，在所述推进器的水力搅拌剪切作用下，油滴从絮体或泥沙表面分离。
本发明中，所述推进器可为本领域常规的推进器，较佳地，所述推进器的电机输入功率密度为0.50～2.00W/m3，推进器的电机输入功率密度会影响反应池内物流的流速，进而影响水力搅拌剪切作用，电机输入功率密度过低不利于油滴从絮体或泥沙表面分离，过高则会造成剧烈的湍流，不利于油滴的上浮。
本发明中，较佳地，所述反应池内物流的平均流速为0.3～0.5m/s。
本发明中，所述反应池的水力停留时间为4～10h；更佳地，所述反应池的水力停留时间为6～8h。
本发明中，较佳地，所述隔油区的水力停留时间为15～30min。隔油区内，在重力的作用下，油与泥水分离，被分离出的油经连通孔上浮至反应池表层，被集油装置拦截后排出，絮体留在水相中，实现油与泥水的分离。导流筒将水与絮体引流至沉淀池底部，降低絮体沉降高度，减少沉降时间，促进沉淀区内泥、水的分离过程。
本发明中，较佳地，所述沉淀区的水力停留时间为4～12h。沉淀区内，在重力作用下，絮体留在沉淀池底部，水上流溢出，实现泥与水的分离。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
(1)实现废水中低浓度油的分离；
(2)运行效果稳定，出水含油量低，有利于降低后续生物处理出水COD值；
(3)处理得到的污泥易于脱水，经脱水后泥饼的含水率<60％；
(4)适用范围广、处理水量大；
(5)投资、运行成本低；
(6)处理过程自动化程度高，操作简单。
附图说明
图1为本发明分离装置的结构示意图；
图2为图1中A-A截面的示意图；
图3为本发明实施例1废水处理的工艺流程图。
附图标记说明：
1-反应池，2-沉淀池，3-连通孔；
11-进水管，12-推进器，13-集油装置，131-出油管；
21-溢流槽，22-堰板，23-导流筒，24-集泥斗；
201-隔油区，202-沉淀区。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中，COD和含油量的检测方法按照国家标准执行，具体参照《水和废水监测分析方法》，中国环境科学出版社，第四版，2002年；具体的，COD的检测方法为重铬酸钾法；含油量的检测方法为四氯化碳萃取-红外分光光度法。
实施例1
如图1～2所示，本实施例提供了一种油-泥-水三相一体化分离装置，该分离装置的尺寸为Ф36×6m，其包括由外向内同心套设的反应池1和沉淀池2，反应池1和沉淀池2为相互连通的筒体结构；其中，反应池1的宽度为4m，即反应池1的外径与内径之差为8m，反应池1的有效容积为2200m3。
反应池1连接有进水管11，反应池1底部设有两个用于推动流体在该反应池1内流动的推进器12，反应池1的上部径向设有集油装置13，该集油装置13具体设置为集油槽，实际制作时，可在集油槽或集油管之间进行选择。反应池1内流体在推进器12的推动下流动，浮在上层的油层经过集油装置13时被拦截，该集油装置13连接有出油管131，收集得到的油通过该出油管131排出。
反应池1还设有加药装置，药剂通过该加药装置添加，添加方式可为连续加入，当药剂为固体药剂时，先溶解后再加入体系中。
沉淀池2的上部沿筒壁向内形成有用于排水的环形的溢流槽21，该溢流槽21连接有出水管。沉淀池2内还设有用于使出水均匀的三角形的堰板22，该堰板22固接在溢流槽21的槽口。该溢流槽21近轴心一侧的壁面连接有导流筒23，该导流筒23将沉淀池2由外向内划分为底部连通的隔油区201和沉淀区202，隔油区201的有效容积为130m3，沉淀区202有效容积为3200m3。
沉淀池2的筒壁上设有与反应池1连通的连通孔3，该连通孔3位于沉淀池2的筒壁上部，且低于溢流槽21的槽底。
沉淀池2的沉淀区201中设有刮泥机，沉淀池2的底部设有集泥斗24；该集泥斗24连接有用于将污泥排出的排泥装置，该排泥装置可在泵和气提器之间选择。该排泥装置与污泥脱水装置连接，该污泥脱水装置具体可以设置为厢式隔膜压滤机。
本实施例中，废水来自于石油炼化企业的油罐切水、电脱盐废水、精炼排水及其他废水等，处理水量为6000～12000m3/d，废水COD为400～3000mg/L，含油量为100～2000mg/L，采用的废水处理技术流程为“隔油处理→油-泥-水三相一体化分离→生物处理”，工艺流程图如图3所示。
需要说明的是，本实施例为连续处理，废水的处理水量、COD及含油量会随着企业的生产情况变化，含油量为隔油处理的重要指标，因此，经隔油处理后，废水的含油量波动较小。
其中，隔油处理采用现有技术进行处理，例如可为水力隔油或重力隔油，实际处理时可根据需要进行选择。经隔油处理后废水的处理水量为6000～12000m3/d，废水COD为270～910mg/L，含油量为15.3±3.4mg/L。
采用本发明的油-泥-水三相一体化分离装置对隔油处理后废水进行进一步处理，具体步骤及最近半年内的运行数据统计如下：
(1)废水经进水管进入反应池内，在反应池内与液体聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺进行反应，聚丙烯酰胺在水中溶解后再投入反应池内，其中，每L废水投入50mg液体聚合硫酸铁(以铁计)和2.0mg聚丙烯酰胺，液体聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺水溶液通过加药装置连续投加至反应池内，根据废水的流动方向依次设置液体聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺水溶液的加药入口，由此废水中的乳化油先与液体聚合硫酸铁进行电性中和并和泥沙形成絮体，通过聚丙烯酰胺的架桥作用，絮体逐渐变大。
反应池内流体在推进器的推动下在反应池内流动，推进器的电机输入功率密度为0.57W/m3，物流的平均流速为0.3m/s，电性中和后的油与泥沙中的油在絮体或泥沙表面凝聚形成大油滴，在水力搅拌剪切作用下，油滴从絮体或泥沙表面分离。反应池的水力停留时间为4.4～8.8h。
(2)反应后的混合液通过连通孔进入所述沉淀池的隔油区，隔油区内，在重力的作用下，被分离出的油经连通孔上浮至反应池表层经集油槽拦截后排出，絮体留在水相中，实现油与泥水的分离。导流筒将水与絮体引流至沉淀池底部，降低絮体沉降高度，减少沉降时间，促进沉淀区内泥、水的分离过程。隔油区的水力停留时间为16～31min。
(3)沉淀区内，在重力作用下，絮体留在沉淀池底部，水上流溢出至溢流槽，实现泥与水的分离。沉淀区的水力停留时间为6.4～12.8h。
(4)分离后的油层经集油槽收集后暂储，后转运至原油炼化系统；分离后的污泥直接用厢式隔膜压滤机脱水后外运，泥饼含水率为40-50％；处理后的水含油量为7.4±2.1mg/L，进入生物处理系统进行生物处理，生物处理采用现有技术进行处理，例如可采用A/O法、生物膜法、生物滤池等，本实施例采用A/O法，实际处理时可根据需要进行选择。经生物处理，出水COD为24±5mg/L、石油类未检出。
实施例2
本实施例采用的废水处理技术流程与实施例1相同，均为“隔油处理→油-泥-水三相一体化分离→生物处理”，其中，经隔油处理后废水的处理水量为8630m3/d，废水COD为761mg/L，含油量为16.9mg/L。
采用实施例1的油-泥-水三相一体化分离装置对隔油处理后废水进行进一步处理，具体步骤与实施例1相同，区别在于，反应池内药剂的投加量不同。反应池中，每L废水投入180mg液体聚合硫酸铁(以铁计)和5.0mg聚丙烯酰胺。反应池、隔油区和沉淀区内水力停留时间分别为6.1h，22min和8.9h，其余运行参数与实施例1中一致。经油-泥-水三相一体化分离装置处理后的水含油量为6.2mg/L，经生物处理后出水COD为25mg/L。
实施例3
本实施例采用的废水处理技术流程与实施例1相同，均为“隔油处理→油-泥-水三相一体化分离→生物处理”，其中，经隔油处理后废水的处理水量为7380m3/d，废水COD为581mg/L，含油量为14.8mg/L。
采用实施例1的油-泥-水三相一体化分离装置对隔油处理后废水进行进一步处理，具体步骤与实施例1相同，区别在于，反应池内推进器的电机输入功率密度不同，推进器的电机输入功率密度为1.82W/m3，物流的平均流速为0.5m/s，反应池、隔油区和沉淀区内水力停留时间分别为7.2h，25min和10.4h，其余运行参数与实施例1中一致。经油-泥-水三相一体化分离装置后的水含油量为7.8mg/L，经生物处理后出水COD为26mg/L。
实施例4
本实施例采用的废水处理技术流程与实施例1相同，均为“隔油处理→油-泥-水三相一体化分离→生物处理”，其中，经隔油处理后废水的处理水量为10740m3/d，废水COD为841mg/L，含油量为16.2mg/L。
采用实施例1的油-泥-水三相一体化分离装置对隔油处理后废水进行进一步处理，具体步骤与实施例1相同，区别在于，反应池内推进器的电机输入功率密度为2.27W/m3，物流的平均流速为0.7m/s，反应池、隔油区和沉淀区内水力停留时间分别为4.9h，17min和7.2h，其余运行参数与实施例1中一致。经油-泥-水三相一体化分离装置后的水含油量为12.6mg/L，经生物处理后出水COD为44mg/L。
实施例5
本实施例采用的废水处理技术流程与实施例1相同，均为“隔油处理→油-泥-水三相一体化分离→生物处理”，其中，经隔油处理后废水的平均处理水量为16000m3/d，废水COD为632mg/L，含油量为18.1mg/L。
采用实施例1的油-泥-水三相一体化分离装置对隔油处理后废水进行进一步处理，具体步骤与实施例1相同，区别在于，由于进水水量的不同引起的反应池、隔油区和沉淀区的水力停留时间不同，其中，反应池、隔油区和沉淀区内水力停留时间分别为3.3h、11.7min和4.8h，其余运行参数与实施例1中一致。经油-泥-水三相一体化分离装置后的水含油量为12.7mg/L，经生物处理后出水COD为37mg/L。
对比例1
本对比例采用的废水处理技术流程为“隔油处理→二级混凝气浮装置分离→生物处理”，其中，其中，经隔油处理后废水的处理水量为7000～12000m3/d，废水COD为370～1120mg/L，含油量为90～170mg/L。
需要说明的是，本对比例中采用重力隔油进行隔油处理，该隔油方式运行相对不稳定导致出水含油量波动较大。
采用二级混凝气浮装置对隔油处理后的出水进一步除油，所涉及的具体步骤如下：
(1)在该废水中投加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，其中，每L废水投入250mg聚合氯化铝和20mg聚丙烯酰胺，混合后依次进入一级、二级混凝气浮装置，该一级、二级混凝气浮装置采用现有技术中的混凝气浮装置，通过气泡带动水中小粒径油、乳化油上浮；
(2)处理过程中产生大量油渣(浮渣)，采用碳酸钙+聚丙烯酰胺处理，离心脱水后外运处置，处置费用高昂，泥饼含水率>90％；二级混凝气浮装置处理过程中，无原油回收；二级混凝气浮装置处理后的水含油量为20～70mg/L，由此可以看出，采用二级混凝气浮装置进行处理时，系统运行的稳定性较差，出水含油量波动较大。
二级混凝气浮装置处理后的水经与实施例1相同的生物处理，出水COD为80～100mg/L。
Claims (10)
1.一种油-泥-水三相一体化分离装置，其特征在于，其包括由外向内同心套设的反应池和沉淀池，所述反应池和所述沉淀池为相互连通的筒体结构；其中，
所述反应池中设有推进器，所述反应池的上部设有用于拦截油层的集油装置；
所述沉淀池的上部沿筒壁向内形成有用于排水的溢流槽，所述沉淀池内还设有导流筒，所述导流筒的顶部与所述溢流槽的槽底或近轴心一侧的壁面连接，所述导流筒将所述沉淀池由外向内分为底部连通的隔油区和沉淀区；
所述沉淀池的筒壁上设有与所述反应池连通的连通孔，所述连通孔的安装高度高于所述导流筒的底部。
2.如权利要求1所述的油-泥-水三相一体化分离装置，其特征在于，所述反应池连接有进水管；较佳地，所述进水管位于所述反应池外壁的底部；
和/或，所述反应池还设置有加药装置；
和/或，所述推进器的数量至少为一个；较佳地，所述推进器的数量至少为2个；
和/或，所述推进器位于所述反应池的底部；
和/或，所述集油装置为集油槽和/或集油管；
和/或，所述集油装置径向设置于所述反应池的上部；
和/或，所述集油装置连接有出油管；
和/或，所述连通孔位于所述沉淀池的筒壁上部，且低于所述溢流槽的槽底；
和/或，所述导流筒底部与所述沉淀池底部的距离为所述沉淀池筒壁高度的1/3～1/2；
和/或，所述溢流槽连接有出水管；
和/或，所述沉淀池内还设有用于使出水均匀的堰板，所述堰板固接在所述溢流槽的槽口；较佳地，所述堰板为三角形的堰板；
和/或，所述沉淀池的沉淀区中设有刮泥机，所述沉淀池的底部设有集泥斗；较佳地，所述集泥斗连接有用于将污泥排出的排泥装置；更佳地，所述排泥装置与污泥脱水装置连接。
3.一种利用权利要求1或2所述的油-泥-水三相一体化分离装置进行油-泥-水三相分离的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)将待处理废水通入所述反应池中与用于促进油水分离的药剂进行反应，所述反应池中液面的高度高于所述连通孔的安装高度，反应后的混合液通过所述连通孔进入所述沉淀池的隔油区；
(2)在所述隔油区中，在重力的作用下，油与泥水分离，所述隔油区中分离得到的油层经所述连通孔返回至所述反应池经所述集油装置排出，剩余混合液在所述沉淀池内沉淀，经沉淀后得到的清液经所述溢流槽排出。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述推进器的电机输入功率密度为0.50～2.00W/m3。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述反应池内物流的平均流速为0.3～0.5m/s。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述待处理废水为隔油池处理后的石油炼化废水；较佳地，所述待处理废水的含油量为10～30mg/L。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述药剂包括铁盐和有机高分子絮凝剂，所述铁盐为含铁离子的单一或复合的固体药剂或液体药剂，所述铁盐优选为聚合硫酸铁；所述有机高分子絮凝剂为单一或复合的固体药剂；所述有机高分子絮凝剂优选为聚丙烯酰胺。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述药剂中，基于铁计算，所述铁盐与所述待处理废水的质量体积比为20～200mg/L；所述有机高分子絮凝剂与所述待处理废水的质量体积比为0.2～5.0mg/L；
较佳地，所述药剂中，基于铁计算，所述铁盐与所述待处理废水的质量体积比为50～100mg/L；所述有机高分子絮凝剂与所述待处理废水的质量体积比为0.5～2.0mg/L。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述药剂通过加药装置添加；较佳地，根据待处理废水的流动方向依次设置所述铁盐和所述有机高分子絮凝剂的加药入口；
和/或，所述药剂的添加方式为连续加入；
和/或，所述药剂以溶液的形式添加。
10.如权利要求3～9任一项所述的方法，其特征在于，所述反应池的水力停留时间为4～10h；较佳地，所述反应池的水力停留时间为6～8h；
和/或，所述隔油区的水力停留时间为15～30min；
和/或，所述沉淀区的水力停留时间为4～12h。
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