污水處理技術之氣浮法處理含油污水詳解

普通的陸地油田污水主要是指在石油的開發中，通過鉆井、采油等生產過程產生的大量污水。一般包括采油污水、鉆井污水、洗井污水等。其中含有可溶性的鹽類和重金屬，懸浮的或乳化的原油，固體顆粒，硫化氫，有些甚至會含有微量的天然放射性物質：除了這些天然雜質外，還含有一些用來改變采出水性質的化學添加劑，以及注入地層的酸類、除氧劑、表面活性劑、潤滑劑、殺菌劑、防垢劑等。采油污水的性質不僅與原油性質有關，而且受到油田注入水的性質和轉油脫水的運行條件等諸多因素的影響，一般而言，常規的水驅采油污水主要具有以下特點：水溫高；礦化度高：pH較高；殘存一定數量的破乳劑： 成分復雜，非均相：除含油量高外，還有其他雜質，如所溶氣體、懸浮物、泥沙等；化學需氧量COD指標高。

含油污水含有大量的油類、懸浮物、重金屬等物質，如果不加以處理就任意排放或回注，對土壤、水生生物、人體健康和農作物生長危害極大。

2、氣浮技術

氣浮技術是在待處理水中通入大量的、高度分散的微氣泡,使之作為載體與雜質絮粒相互粘附，形成整體密度小于水的浮體而上浮到水面，以完成水中固體與固體、固體與液體、液體與液體分離的凈水方法。

氣浮技術早應用于礦冶工業。1905年，美國刊出了加壓溶氣技術；1907年，H.Norris又發明了噴射溶氣氣浮技術。目前國外在油田含油廢水處理中廣泛應用了氣浮技術。我國中原油田文二聯，勝利油田遼河油田署五聯、歡三聯等處理站都采用了葉輪浮選機。因此，氣浮技術在油田污水處理中的應用前景良好。

1）氣浮法的分類

氣浮法的分類不統一，根據不同的分類方法分類也不一樣,一般根據不同的氣泡產生方式，可以把氣浮過程分為：溶氣氣浮誘導氣浮法、電解氣浮法、生物及化學氣浮法和其他浮選法。

溶氣氣浮工作原理：利用水在不同的壓力下溶解度的不同，在加壓或者負壓的條件下使氣體在水中產生微氣泡的氣浮工藝。根據氣泡析出于水時所處的壓力情況，溶氣氣浮法又分壓力溶氣氣浮法和溶氣真空氣浮法兩種，其中的部分回流式壓力溶氣氣浮是水處理中常用的工藝。

誘導氣浮法也叫布氣氣浮法：該法利用機械剪切刀，將混合于水中的空氣粉碎成細小氣泡，通常采用微孔、擴散板或微孔竹直接向氣浮池通入壓縮空氣或采用水泵吸水管吸氣、水力噴射器、心速葉輪等向水中充氣，可分為擴散板曝氣氣浮、水泵吸水管吸氣氣浮、射流氣浮、葉輪氣浮。

電解氣浮法工作原理：該法在水中設置正負電極，當加上一定電流后，廢水則被電解出H2，O2等微小氣泡，這些微小氣泡浮栽能力大，它將吸附在水中微小懸浮物并上浮加以去除，以達到凈水的目的。

生物氣浮法：該法利用微生物的作用產生氣體，與水中的懸浮絮體充分接觸，使水中懸浮絮體粘附在微氣泡上，隨氣泡一起浮到水面，形成浮渣并刮去浮渣，從而凈化水質。

化學氣浮：利用某些化含物在廢水中產生氣體的反應原理進行的，反應生成的氣體在釋放過程中形成微小氣泡，吸附在固體顆粒表面，使固體順粒向浪面浮大，從而使固液分離。化學氣浮法作選礦、醫藥和廢水處理工程中都用應用。在國內的油田污水的處理中化學氣浮法使用幾乎沒有，本課題就是要優選化學氣浮法的條件和藥劑體系，對油田水處理的方法進行改進，以求達到比較理想的效果。

其他浮選法的產氣原理還有很多，其中典型的是渦凹氣浮，它使用的是渦凹曝氣機，其工作原理是利用空氣輸送管底部散氣葉輪的高速轉動作水中形成一個真空區，液面上的空氣通過曝氣機輸入水中，填補真空，微氣泡隨之產生并螺旋型地上升到水面，空氣中的氧氣也隨之溶入水中。

2）氣浮法的特點

雖然氣浮法具有工藝稍復雜、操作耍求高，但其特有的優點使其得到廣泛推廣。

（1）由于氣浮池的表面負荷有可能B達12m3/m2.h，固液分離時間一般小于30min，而且對混凝反應要求低，故占地較少，節省基建投資。

（2）氣浮池具有預曝氣作用，出水和浮渣都含有定量的氧，有利于后續處理或再用，泥渣不易腐化。

（3）處理效果好，對于那些難以被沉淀分離的低濁藻水，氣浮法處理效果高，出水水質好。

（4）浮渣含水率低，一般在97%以下，且體積小，這對污泥的后續處理有利。

（5）氣浮法所需化學藥劑投加量比沉淀法省。

3、氣浮技術水處理的影響因素

氣浮法水處理的影響因素很多，包括溫度、絮凝體顆粒大小、微氣泡大小、攪拌強度、絮凝時間、空氣注入量、氣流速率、浮選劑等。

1）溫度

溫度能影響氣浮體系的物化性質，如溶解度、泡沫穩定性、吸附等。溫度對氣浮的影響要看具體的氣浮種類，具體情況如下:

（1）在離子氣浮中，溫度的改變對不同的體系有不同的效果:當物理吸附占優勢時，因為吸附過程放熱，故吸附隨溫度升高而減少；但當化學吸附占優勢時，分離效率隨溫度升高而升高。

（2）在溶劑氣浮中，吸附是放熱過程，一般情況下分離效率隨溫度升高而降低，當溫度降低時，浮選物在氣泡上的吸附增加，分離效率提高。

（3）在沉淀氣浮中，溫度的升高利于粒子的長大，但另一方面卻增加沉淀的溶解度，降低泡沫的穩定性，不利于沉淀氣浮過程。

2）絮凝體顆粒大小

長久以來，人們一直認為氣浮技術和沉淀工藝對絮體的要求一樣需要數百微米或更大的顆粒，一些學者認為絮體顆粒粒為400~1000um時氣浮效果佳。但近期的研究發現，氣浮工藝不需要如此大的絮體顆粒，氣浮技術也能取得滿意的效果。的研宄結果表明，當絮體顆粒尺寸與微氣泡的尺寸接近時二者的粘附效率大，而氣浮工藝中氣泡直徑一般在10?100um的范圍內，故絮體顆粒只需在10?lOOum范圍內就足夠了。

3）微氣泡大小

許多研究者認為，氣浮技術中的氣泡尺寸越小越好，氣泡個數越多越好。但是，事實并非如此，太小的氣泡對氣浮不利。當水中的懸浮物一定時，一方面氣泡越小，則水中絮體上浮所需要的氣泡數量越多，氣泡跟絮體粘結的難度就増加了：

另一方面氣泡越小，則需要供氣系統提供的壓力越大，能耗也就越高。當浮渣含有過多的微氣泡時，浮渣的處理難度加大，浮渣的處理一直是氣浮工藝中比較難解決的問題并且成本很高。研究表明，氣浮工藝中微氣泡大小應適當，氣浮需要的氣泡大小在40um左右效果較好，一般把氣泡控制在10?100um就能取得滿意的凈水效

4）攪拌強度

研究表明氣浮工藝不需要較大尺寸的絮體顆粒，所以可以適當提高反應的攪拌強度(提高G值)，這一點己被許多學者的試驗證實。

5）絮凝時間

氣浮工藝的明顯特點就是停留的時間比較短，北歐和英國等在早期對氣浮絮凝采用的時間跟沉淀工藝相同，都采用了45分鐘。然而一些學者研究認為15-20分鐘絮凝時間足夠了，并且很多水廠采用的分級絮凝時間約20分鐘。在一些中試中采用54分鐘的絮凝時間也獲得了比較好的出水效果，并且經過重復試驗和中試驗證5的絮凝時間是合理的研宄發現溶氣氣浮工藝的絮凝時間低于5分鐘便可得到較好的出水水質。

6）空氣注入量

對于溶氣的氣浮技術，高壓使空氣溶解于水中，通過減壓使溶解在水中的空氣釋放而產生氣泡。一般認為氣浮的進氣量稍大于空氣在水中的溶解度，剛好使空氣在水中處于過飽和狀態是比較合適的，氣體的進氣量過小則會導致產生的氣泡量不夠而對氣浮不利，如果在溶氣罐中有大量未溶解的氣體，當通過降壓釋放時，這部分未溶解的氣體會產生大氣泡擾亂氣浮系統，影響氣浮效果；同時一些學者認為，氣浮技術需要多少氣泡跟原水的濁度有關，濁度高時需要的氣泡多，此時進氣量應該相應的増加。

7）流速率

氣流速率是影響氣浮過程的重要因素，在離子氣浮和溶劑氣浮中，需要使用孔徑較小的布氣板。在較低的氣流速率下，分離效率隨著氣流速度的增加而増加：但是在較高的氣流速率下，分離效率與氣流速率并不成比例。這是因為氣泡的直徑隨著氣流速度的增加而增大，致使單位體積氣體的氣液界面面積降低，同時大氣泡因為有了更高的上浮速率而減少了氣泡在水中的停留時間，故在保證氣泡尺寸的情況下，提高氣流速率對氣浮是有利的。

8）溶氣壓力

一般情況下，溶氣壓力越高，空氣在水中的溶解度也越大，形成的氣泡更小、更均勻、池的分散摶也越高、越均勻，他們與污染物粘附的機會也越多，有利于氣浮效果的提高。在氣浮工藝中，一般選擇壓力范圍在0.3~0.44MPa認為比較合理。

9）浮選劑

氣浮法處理含油污水的效果在很大程度上受投加藥劑的影響，且有時起決定性作用。采用氣浮助劑、混凝劑和發泡劑等可以大大提高氣浮法處理油田采出水的效率。一般來說，疏水性句質易被氣泡黏附而容易氣浮，親水性物質則不易被氣浮。

為使污水中的親水性懸浮物氣浮出來，在污水處理過程中投加浮選劑來改變懸浮物顆粒表面的潤濕性，使其易于黏附在氣泡上浮選出來。為了提高氣浮的除油效率，氣浮之前還需加及混凝劑，破乳劑，以便于氣泡黏附絮體。