1、 1 毕业论文 开题报告 环境工程 油田作业移动式废水处理系统设计 一 、 选题的背景、意义 含油废水处理一直是国内油田生产过程中的重要环节。目前国内陆上多数油田已基本进入高含水、特高含水期阶段。对胜利油田，需要三次采油工艺的油井比例已占据多数；而对于大庆油田，则基本进入三次采油工艺、新三次采油工艺阶段 1-3。 随着开发时间的延长，采出原油的含水量会不断上升。所以，采油新技术投入的同时，需处理的含油水量越来越多，油田废水处理功能已从简单的油水分离处理转变为带有工艺要求的功能处理设备 4，如果只考虑采用三次采油、新 三次采油工艺，每年需要配套的原油废水回收设备节油系统就有数套；考虑已有水处理设
2、备的老化更新，部分水处理设备的技术升级，年需求量就十分可观。 近 5年内，除了长庆油田后续仍需要 60 多套以外，大庆油田需求量为 240套，胜利油田、吐哈油田等也有 100多套的需求量 5。此外，中东地区的几大产油国也有了订货需求。 随着油田对节能降耗产业政策的进一步落实，油田废水原油回收技术及其系列化设备的应用前景将非常广阔。 油田 废 水处理的目的是去除水中的油、悬浮物以及其它有碍注水、易造成注水系统腐蚀、结垢的不利成分 6。各油田或 区块的水质成分复杂、差异较大，处理后回注水的水质要求也不一样，因此处理工艺应有所选择。为了能合理地、经济地选择水处理工艺流程，应对各单项工艺或组合工艺的处
3、理功能有所了解。我国油田污水处理回注的整体技术、工艺、管理水平低，不能及时引进、消化国际先进的技术与设备，没有借鉴国外先进的管理经验，这也是我国大部分油田污水处理回注站处理效率低、水质无法达标的主要原因之一 。故怎样合理、有效、经济地处理油田废水成了我们关注的焦点 7-8。 我国油田废水污染现状不容乐观。 由于油田污水种类多，地层差异及钻井工艺不同等原因，各 油田污水处理站不仅水质差异大，而且油田污水的水质变化大，这为油田污水的处理带来困难 9。所以处理油田废水的关键是要根据油田现状不同的污染程度采用不同的处理工艺，合理、有效、经济地处理油田废水。 如果含油废水不正确处理，不仅使油田地面设施不
4、能正常运行，而且会因地层堵塞而带2 来危害，同时也会带来环境污染，影响油田安全生产。除此之外，正确处理油田废水，不仅可以大量节省清水资源和取水设施的建设费用，而且使油田废水变废为宝，实现可持续发展，提高油田注水开发的总体经济效益 10。 水资源是不可再生资源，我们不仅要节约 用水，保护自然生态环境，坚持可持续发展，并且要处理好废水，不能让废水污染了健康自然绿色的生态环境，把坚持科学发展观应用到实际环境保护中，给人类营造一个健康绿色的生态圈 11。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 气浮法处理含油废水 气浮法是在水中通入空气或其他气体产生微细气泡， 使水中的一些细小悬浮油珠及固体颗粒附着在气
5、泡上，随气泡一起上浮到水面形成浮渣 12，然后使用适当的撇油器将油撇去。根据产生气泡的方式不同，气浮法又分为加压气浮、鼓气气浮、电解气浮等，其中应用最多的是加压溶气气浮法。应用模拟的沉降 罐开展了沉降罐 13、气浮工艺联用的小型试验研究，当进水油的质量浓度为 3 000 14 000 mg/L时，出水油的质量浓度均值在 300 mg/L 以下，最低曾达到 97 mg/L， 气浮工艺提高了除油效果。进行了溶气气浮分离油水的实验，发现采用硫酸铝 Al2(H2SO4)3进行絮凝预处理后 14,当进水油的质量浓度为 100 mg/L 时，油基本能被气浮全部除去。朱东辉等用旋切气浮 (MAF)处理炼油废
6、水，油的平均去除率为81.4%，悬浮固体的平均去除率为 69.2%。气浮法处理含油废水，工艺成熟，油水 分离效果好而且稳定，但缺点是浮渣难处理 15。 2.2 化学混凝法处理含油废水 混凝技术由于其适应性强， 可以去除乳化油和部分难以生物降解的有机物而被广泛应用于含油废水的处理。化学混凝的机理主要是 3 方面的作用：压缩双电层作用，吸附架桥作用和网捕作用。常用的混凝剂主要有 2 大类：无机盐类混凝剂，目前应用最广的是铝盐和铁盐；高分子混凝剂，又分为无机和有机 2 大类，应用比较多的有聚合氯化铝（ PAC），聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺 (PAM)16。林忠胜等针对石油工业含油废水的处理研制了一种CA
7、X 复合混凝剂， 当原水中油质量浓度为 207 mg/L， COD 质量浓度为 600 mg/L，经混凝处理后，油和 COD 的去除率分别达到 98和 80以上 17。 ZENG 等使用聚合硅酸锌（ PZSS）和聚丙烯酰胺阴离子（ A-PAM）复合絮凝剂处理含油废水，油去除率高达 99%，悬浮固体质量浓度小于 5 mg/L，满足回注水要求 18。但该方法存在成本较高，易造成水体二次污染，后续处理困难等问题，研制经济高效的新型复合絮凝剂是一个发展趋势。 3 2.3 吸附法处理含油废水 吸附法是利用亲油性材料吸附水中的油。最常用的吸附材料是活性炭， 它具有良好的吸油性能，此外，吸附树脂、煤炭、吸油
8、毡、陶粒、石英砂、木屑、稻草等也具有吸油性能，可用作吸附材料 19。陈晓玲分别用粉末活性炭和颗粒活性炭处理机械加工时产生的含油废水，原水中油的质量浓度为 3 310 mg/L， COD 质量浓度为 56 760 mg/L，结果表明， COD 和油类的去除率分别在 90%和 88%以上 20。 LI 等以自制的改性聚丙烯腈纤维进行柴油乳化废水的动态吸附实验， 油的初始质量浓度为 630 mg/L， 在最佳条件下，油的去除率超过 97。刘汉利进行了改性粉煤灰处理含油废水的实验 ， 在处理含油废水其质量浓度为 700 mg/L 时， 其处理能力可达到单位灰吸附 0.06 g 油； 对于废水中油的质量
9、浓度为 75 mg/L，当改性粉煤灰与处理废水体积为 1 1 000 时，其出水水质仍可达到排放标准 21。吸附法处理后的出水水质好且比较稳定， 对其他方法难以去除的一些大分子有机污染物的处理效果尤为显著，但吸附剂成本较高，吸附容量有限，一般用于深度处理，研发诸如粉煤灰此类的吸附剂，以废治废，将有很大前景。 2.4 生物法处理含油废水 生化处理法是利用微生物的生物化学作用，对废水中石油烃类进行 降解， 主要是在加氧酶的催化作用下， 将分子氧结合到基质中， 先形成含氧中间体，然后再转化成其他物质。常用的生物法有活性污泥法、生物滤池法、生物膜法和接触氧化法等。生物技术的关键在于根据含油废水的特性，
10、 开发出高效的生物菌种和处理工艺，一般与其他方法联用。山东莱钢冷轧生产线采用无机陶瓷膜超滤与生物接触氧化以及核壳过滤的组合工艺处理含油废水， 出水水质可达到杂用水水质标准，废水、废油、废渣全部实现资源化回用 22。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 3.1 课题研究内容 （ 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
11、和自动化。 （ 3）原始资料：工程处理总水量： 150 3/d， 进水水质： CODCr=500 700mg/L，含油量： 120mg/L； 4 要求出水水质： CODCr 50mg/L，含油量： 5mg/L。 3.2 拟采取的研究方法 隔油 -混凝气 浮 -吸附 隔油 -混凝气浮 -吸附流程图 该流程图所示 ： “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 150m3/d,出水 CODCr小于 5
12、0mg/L,含油量小于 5mg/L 3.3 难点 设计中的有关计算及 CAD画图 3.4 预期达到的目标 工程处理总水量： 150m3/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。 四、论文详细工作进度和安排 2010.11.22-2011.1.10 完成外文翻译、文献综述和开题报告等工作 。 2011.1.10-2011.3.11 编写毕业设计方案，做好设计所需前期准备工作 。 2011.3.11-2011.4.10 完成工艺、设备设计计算，编写设计说明书 。 2011.4.11-2011.
13、5.1 用 Auto CAD画出污水收集和预处理工艺流程和主要设备、构筑物图 。 2011.5.1-2011.5.14 毕业设计初稿撰写、修改及定稿，评阅 。 2011.5.15-2011.5.23 论文 ppt制作、参加设计答辩，提交与毕业设计相关的其它材料。 2011.5.24-2011.6.9 毕业论文答辩资格审查、答辩和成绩评定 。 5 五、主要参考文献 1 陈国华 .水体油污治理 M.北京 :化学工业出版社 ,2002. 2 杨云霞 ,张晓健 .我国主要油田污水处理技术现状及问题 .油气田地面工程 J,2001,20（ 1） :4 5. 3 朱亦仁 .环境污染治理技术 M.北京 :中
14、 国环境科学出版社 ,1996:50 - 51. 4 李书光 ,刘冰 ,胡松青 .超声波处理石油污水的实验研究 .石油学报 J,2003,19（ 3） :99 102. 5 E.Bessa, G.L.SantAnna, M.Dezotti. Photocatalytic/H2O2 treatment of oilfield produced waters. Applied Catalysis B:EnvironmentalJ, 2001,29:125134. 6 S.Rubach,I.F.Saur. Onshore testing of produced water by electroflo
15、cculation. Filtration and SeparationJ,1997,34(8):877882. 7 顾国维 ,何义亮 .膜生物反应器在污水处理中的研究和应用 M.北京 :化学工业出版社 ,2002. 8 马喜平 ,刘雪娟 .用混凝剂处理油田污水的应用现状及展望 .钻采工艺 J,2001,24（ 1） :7981. 9化学工业出版社 .水处理工程典型设计实例 M .北京 :化学工业出版社 ,2005:76 80. 10闪红光 .环境保护设备选用手册 水处理设备 M .北京 :化学工业出版社 ,2005:226 529. 11张瑞成 ,薛家慧 ,谷玉洪 .核桃壳过滤器设计参数实验
16、研究 J .石油机械 ,2001,34(20):5659. 12高俊发 .王社平 .污水处理厂工艺设计手册 M .化学工业出版社出版 ,2003:56 59. 13韩洪军 .污水处理构筑物设计与计算 M .哈尔滨工业大学出版社出版 ,2003:123 139. 14Juvkam-Wold HC,Jiang Wu.Casing deflection and centralizer spacing calculationsJ.SPE Drilling Engineering,1992,28 (11):662 670. 15Durham D K.Advances in water clarifier
17、 chemistry for treatment of produced water on Gulf of Mexico and North Sea offshore production facilities J . SPE 26008 ,1993,32 (11):526 536. 16市政工程设计施工系列图集编写组编市政工程设计施工系列图集给水排水工程 M.北京 :中国建筑工业出版社 ,2002:76 90. 17北京市市政工程设计研究总院主编 .给水排水设计手册（第 5册）城镇排水 M.北京 :中国建筑工业出版社 ,2000:65 72. 6 18中国市政工程西南设计院主编 .给水排水设
18、计手册（第 1册）常用资料 M.北京 :中国建筑工业出版社 ,2000:226 229. 19北京市市政工程设计研究总院主编 .给水排水设计手册 （第 5册）城镇排水 M.北京 :中国建筑工业出版社 ,2000:150 159. 20上海市政工程设计研究院主编 .给水排水设计手册（第 9册）专用机械 M.北京 :中国建筑工业出版社 ,2000:76 93. 21上海市政工程设计研究院主编 .给水排水设计手册（第 10册）技术经济 M.北京 :中国建筑工业出版社 ,2000:22 39. 22中国市政工程西北设计研究院主编 .给水排水设计手册（第 11册）常用设备 M.北京 :中国建筑工业出版社 ,2000:161 169.
