1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 油田作业水移动式 废水 处理系统设计 所在学院 专业班级 环境工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 针对目前油田作业废水处理量少且面广 ,处理费用高 ,且大多数废水处理工艺已不能满足国家对企业污染物排放达标规定要 求的问题 ,研制出移动式作业废水处理装置。由于油气田作业产生的废水含多种添加剂 ,处理难度较大 ,且各油田作业分散 ,废水间歇排放 ,不适合采用常规连续式固定废水处理装置处理。经大量实验研究 ,提出了一套适合处理油气井作业废水的工艺流程 ,即 “隔油 混凝气浮活性炭吸附 ”三步法处理工艺。车载式橇装油气田废水
2、处理装置采用了三步法处理工艺 ,它适合油田油气井作业分散、废水量小、排放间歇的特点 ,运行过程中还可根据现场废水污染特点进行优化组合。 该装置采用两台大型卡车载运 ,处理规模为 150 3/ ,出水 CODCr 小于50mg/L,含油量小于 5mg/L。出水达到国家一级回注水标准。该 系统流程 具有投资小、净化效果好、设备简单、占地面积小、操作方便、不产生二次污染等优点 。 关键词 ：车载装置，油田废水，隔油，混凝，气浮 II Vehicle-mounted treating system design for oil extration wastewater ABSTRACT How to
3、deal with the wastewater produced in various oil wells efficiently is described in this paper, and a vehicle-mounted oilfield wastewater treating system is developed. To solve the problem of wastewater discharging, a new oilfield wastewater treatment unit is developed. In the unit, a three-step trea
4、ting process is used. The unit is suitable for intermittent operation with small displacement and can realize optimal combination of treating processes according to the characteristics of on-site wastewater pollution. The unit is transportated with two trucks. Its treating capacity is 150 m3/d, and
5、CODCrof the water in the outlet is less than 50 mg/L, and oil of the water is less than 5mg/L.The water in the outlet can attach the coutry sdandard. KEY WORDS: Vehicle-mounted treatment unit， oil extration wastewater，segregate oil， coagulation-flocculation， air-floated I 目录 1绪论 . 1 2. 设计说明 . 3 2.1
6、设计的目的和任务 . 3 2.1.1 设计目的 . 3 2.1.2 设计任务 . 3 2.2 污水处理系统设计的基本原则 . 3 2.3工艺的确定 . 5 2.3.1 污水处理工艺流程 . 5 2.3.2 方案的选定和比较 . 5 2.4 污水处理构筑物的说明 . 9 2.4.1 计量装置 . 9 2.4.2 斜板隔油池 . 9 2.4.3 混凝气浮池 . 9 2.4.4 吸附塔 . 10 3设计计算书 . 11 3.1 设计流量 . 11 3.2 隔油池 . 11 3.2.1 油珠上浮速度（ u0） . 11 3.2.2 板组内的水力特性 . 13 3.2.3 水通过板组的时间及产生的水头损
7、失 . 13 3.2.4 隔油池的规格 . 13 3.2.5 斜板隔油池主要工程量 . 13 3.3 混凝气浮池 . 14 3.3.1 压力溶气罐设计与计算 . 14 3.3.2 气浮除油混凝反应段计算 . 14 3.3.3 加药量计算 . 15 3.3.4 气浮除油容积及基本尺寸 . 15 3.3.5 混凝气浮池主要工程量 . 16 3.4 吸附塔 . 16 3.4.1 主要设计参数 . 16 3.5高程计算 . 17 3.5.1水通过板组的水头损失 . 17 3.5.2出水堰堰上水头值： . 17 4 处理系统投资及成本计算 . 19 4.1 总投资表 . 19 4.2 成本计算 . 19
8、 4.2.1 运行成本计算基础 . 19 4.2.2 运行成本计算结果 . 19 5、设计小结 . 21 参考文献 . 22 致 谢 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论 油田废水主要包括原油脱出水 (又名油田采出水 )、钻井废水及站内其它类型的含油废水。油田废水的处理依据油田生产、环境等因素可以有多种方式 1-3。当油田需要注水时，油田废水经处理后回注地层，此时要对水中的悬浮物、油等多项指标进行严格控制，防止其对地层产生伤害。如果是作为蒸汽发生器或锅炉的给水，则要严格控制水中的钙、镁等易结垢的离子含量、总矿化度以及水中的油含量等 4。如果处理后排放，则根据当地环境要求，将废水处理到排放标准
9、 5。我国一些干旱地区，水资源严重缺乏，如何将采油过程中产生的废水变废为宝，处理后用于饮用或灌溉，具有十分重要的现实意义。 采用注水开采的油田，从注水井注人油层的水，其中大部分通过采油井随原油一起回到地面，这部分水在原油外运和外输前必须加以脱除，脱出的废水中含有原油，因此被称为油田采出水。随着油田 开采年代的增长，采水液的含水率不断上升，有的区块已达到 90以上，这些含油废水已成为油田的主要注水水源。随着油田外围低渗透油田和表外储层的连续开发，对油田注水水质的要求更加严格。 钻井废水成分也十分复杂，主要包括钻井液、洗井液等。钻井废水的污染物主要包括钻屑、石油、粘度控制剂 (如粘土 )、加重剂、
10、粘土稳定剂、腐蚀剂、防腐剂、杀菌剂、润滑剂、地层亲和剂、消泡剂等，钻井废水中还含有重金属。 其它类型废水主要包括油污泥堆放场所的渗滤水、洗涤设备的废水、油田地表径流雨水、生活废水以及事故性泄露和排放引起的污染水体等。 由于油田废水种类多，地层差异及钻井工艺不同等原因，各油田废水处理站不仅水质差异大，而且油田废水的水质变化大，这为油田废水的处理带来困难。经大量调研和参考资料研究 ,选出一套适合处理油气井作业废水的工艺流程 ,即“ 隔油 混凝气浮 活性炭吸附 ” 三步法处理工艺 6-8。车载式橇装油气田废水处理装置采用了三步法处理工艺 ,它适合油田油气井作业分散、废水量小、排放间歇的特点 ,运行过
11、程中还可根据现场废水污染特点进行优化集成组合。本课题本项目拟对油田作业污水进行实际工程设计，日处理设计能力为 150 3/。根2 据油田作用面大 、油井和集污池分散，污水日产生量不大的特点，采油移动式污水处理系统可以充分利用设备、降低成本，且易实现强化手段和自动化 9。设计内容可达到工程应用的基本要求。该装置采用两台大型卡车载运 ,处理规模为150 3/ ， 出水 CODCr小于 50mg/L， 含油量小于 5mg/L。 3 2. 设计说明 2.1 设计的目的和任务 2.1.1 设计目的 毕业设计的目的在于进一步巩固和加深课程理论知识，并能结合实践，学以致用。本设计为油田作业移动式废水处理系统
12、的设计，能使学生得到一次综合训练， 特别是： 工程设计的基本方法、步骤、技术资料的查找与应用； 基本计算方法和绘图能力的训练； 综合运用本课程及其有关课程额理论知识解决工程中的实际问题； 熟悉、贯彻国家环境保护法规及其它有关政策。 2.1.2 设计任务 （ 1）设计目标 ： 设计一套油田作业水移动式污水处理系统装置，使出水 CODCr 50mg/L，含油量 5mg/L。出水达到国家一级回注水标准。 （ 2）设计条件：油田作用面大、油井和集污池分散，污水日产生量不大的特点，采油移动式污水处理系统可以充分利用设备、降低成本，且易实现强化手段和自动化。 （ 3）原始资料： 工程处理总水量： 150
13、3/d， 进水水质： CODCr=500 700mg/L，含油量： 120mg/L； 要求出水水质： CODCr 50mg/L，含油量： 5mg/L。 2.2 污水处理系统设计的基本原则 进行污水处理系统的设计，应从水污染综合防治的总体上考虑。首先，应对污水处理工程的工艺制定切实可行的方案，并在制定方案的同时进行一定的科学研究，使处理方案不断完善 10。 4 采油废水是石油开采生产过程中排放的废水，这类废水具有成分复杂，水质变化较大，水量少而不稳定，处理难度高等特点，而且石油废 水处理的投资和平时运行的费用均比生活废水处理的费用高 11。 采油废水处理的出路，根据废水的情况，大致可以从三条途径
14、考虑处理： （ 1）当废水中含的有毒物质少，酸碱度呈中性，有机物含量少，且悬浮物的颗粒物含量高时，这类废水只需经过格栅、沉淀池、初沉池、气浮池、隔油池等设施的简单处理后，就能使废水基本呈现生活污水的水质，在环保部门的许可下，送往城市污水处理系统处理 12。 （ 2）当石油开采所产生的废水，其浓度高，水量较大而且能生化处理时，可以利用生活废水作为稀释水，这样，从某角度看，有一定的合理性，单运行的经常费用增加，因此，应做适当的比较后再予以接纳采用 13。 （ 3）当废水对环境污染较生活污水严重时，应将有毒有害的采油废水独立进行二级处理后排放，处理效果上就较为理想 14。 选择采油废水处理途径时，需
15、要进行工程投资对比和环境质量评价，确定一种切实可行的处理途径，然后进行采油废水处理工程设计。油田的发展规划，在进行采油废水处理设计之前，还应遵守下列基本原则： （ 1）应该对该生产规模、产品结构及生产工艺中可能引起和产生的污染源做调查研究，并掌握第一手资料 15。 （ 2）必须对生产过程中的排水情况及生火污 水情况做调查研究，确定其流量及变化情况。 （ 3）必须对该油井的生产废水的水质情况，包括 COD、 BOD、 pH、 SS等有害物质浓度有所了解，此外，还必须对废水的腐蚀性或水质变化规律有所了解，并确定处理对象的水质情况。 （ 4）应根据国家排放标准和环保部门的要求，确定处理后出水水质要求
16、，来最终选择合适的工艺设计方案，并在试验基础上确定必要的设计参数，供工程设计适用 16。 5 2.3 工艺的确定 2.3.1 污水处理工艺流程 污水处理工艺流程 图 2-1 处理流程图 2.3.2 方案的选定和比较 采油废水主要来源于油 田采油、洗井等过程，其主要污染物为油。油田采油废水除含有浮油，乳化油和溶解油外，还含有大量悬浮固体，以及开采过程加入的木质素、发泡剂、重晶石、粘土等，使废水成份极为复杂。油田废水是溶胶和高分子的混合体系。该废水在采油场或附近一般都要进行破乳以回收一部分油，脱油后的废水 CODCr 含量仍有 500-2500mg/L，油含量为 100-200mg/L， SS 为
17、300-400mg/L。这类废水必需经过进一步处理才能外排或回用。然而该废水是很难处理的。国内外对此进行了大量的研究，含油废水处理的难易程度随其来源及油污的 状态和组成不同而有差异。其处理方法按原理可分为：物理法 (沉降 、 机械、离心、粗粒化、过滤、膜分离等 )；物理化学法 (浮选、吸附、离子交换、电解等 )；化学法 (凝聚、酸化、盐析等 )；生物化学法 (活性污泥、生物滤池、氧化塘等 )17。 1） 国内外常见的处理方法 a、重力分离法 ：利用油水两相的密度差及油和水的不互溶性进行分离。沉降分离在隔油池中进行，常见的有平流式 (API)、 平行板式 (PPI) 、波纹板式 (CPI) 等型
18、式。平流式隔油池的设计主要基于斯托克斯公式，由公式可求得一定表面积的隔油池所能除去的最小油珠粒径 。隔油池水流状态对除油能力和效果也有很大影响，最好的水流状态是层流状态，它有利于油珠的上升和固相的沉降。根据以上理论，进而设计出了 PPI 式、 CPI 式 、 IPI 式 (斜板式 )等更为高效隔油池。这几种型式的隔油池与 API 式相比较，占地面积省，去油能力、排油能力及安全程度等方面明显提高，因此已被广泛应用。该类方法设备结构简单，易操作，除油效果稳定，但对溶解性油类或乳化油是不适用的。 6 b、聚结法 (粗粒化法 )：利用油水两相对聚结材料亲和力的不同来进行分离，主要用于分散油的处理。此法
19、的技术关键是粗粒化材料的选择 ，许多研究者认为材质表面的亲油疏水性是主要的，而且亲油性材料与油的接触角小于 70 为好。常用的亲油性材料有蜡状球、聚烯系或聚苯乙烯系球体或发泡体、聚氨酯发泡体等。粗粒化法可以把 5-10m 粒径以上的油珠完全分离，无需外加化学试剂，无二次污染，设备占地面积小，基建费用较低。但对悬浮物浓度高的含油废水，聚结材料易堵塞 18。 c、凝聚法 ：也就是用絮凝剂除油的方法。常用的无机絮凝剂是铝盐和铁盐，特别是近年来出现的无机高分子凝聚剂，如聚硫酸铁、聚氯化铝等，具有用量少、效率高的特点，而且使用时最优 pH 也较宽。虽 然无机絮凝剂法的处理速度快，但药剂较贵，污泥生成量多
20、。有机高分子凝聚剂的研究发展很快，但目前有机高分子絮凝剂在含油废水处理方面的应用仍然主要是用作其它方法的辅助剂。 d、气浮法 ：通常采用的主要是加压溶气浮选法去除乳化油。因为空气微泡由非极性分子组成，能与疏水性的油结合在一起，带着油滴一起上升，上浮速度可提高近千倍，所以油水分离效率很高。常在含油废水中加入絮凝剂，还会进一步提高油水的分离效果。目前该法已被广泛应用于油田废水、石油化工废水、食品油生产废水等的处理，但动力消耗较大，构造复杂，维修保养困难。 e、 生物法 ：含油废水经隔油、浮选等处理后，出水油含量一般仍高达 20 30mg/L，若废水中存在溶解性有机物，则 COD 和 BOD5也很高，都达不到国家规定的排放标准，尚需进行二级处理。二级处理主要采用活性污泥法和生物滤池法。生物处理法近年来已有不少改进，新的发展包括曝气塔、深井曝气、纯氧曝气以及循序间歇式生物处理等，这些方法都不同程度地提高了对含油废水的处理效率。 F、 电絮凝法 ：以金属铝或铁作阳极电解处理含油废水的方法，主要适用于机加工工业中冷却润滑液在化学絮凝后的二级处理。国内外使用较多的是小间隙(1mm)高流 速旋转电极装置，但此种方法存在着阳极钝化问题。电絮凝法具有处理效果好、占地面积小、操作简单、浮渣量相对较少等优点，但是它存在阳极金属消耗量大、需要大量盐类作辅助药剂、耗电量高、运行费用较高等缺点。
