NB35-2 CEP 喷射诱导气浮机改造项目 设计说明 天津水运工程勘察设计院 2009 年 11 月 11 设计依据设计依据 （1）NB35-2 CEP 污水处理系统水质分析中海油能源发展有限公司采油技术服务分公司 （2）NB35-2 CEP 喷射诱导气浮装置相关图纸中海油能源发展有限公司采油技术服务分公司 （3）NB35-2 CEP 含油污水处理系统现场调研技术总结报告天津水运工程勘察设计院 2 基础资料基础资料 2.1 总体工艺概述 NB35-2 CEP 污水处理系统负责全油田的生产水处理工作，最大处理能力10656m3/d。通过生产水处理系统处理后达到回注水水质标准：含油3%。 5.2.2 回流量回流量 Qr 的确定的确定 当气固比 as确定后，由式(1)可得出: )(/0PPKVSSQaQtasr（2） 5.2.3 需气量需气量 V 的确定的确定 根据亨利定律，推导出需气量 V 的公式为: arVQPPKSV/10)(3 01（3） 式中：V需气量，m3/h； S1空气裕量系数； K标况下空气的溶解度，29.3mg/L。 Qg=QR/a e 式中：Q气浮池设计水量，m3/h； R/实验条件下回流比 （对于污水处理， 取 1530%， 考虑取为 20%） ； ae试验条件下的释气量（取 60L/m3） ，L/m3； 7水温校正系数，为 1.11.3，取 1.2。 5.2.4 所需空压机额定气量所需空压机额定气量 Qg/ / Qg/=/Q g/（601000） （4） 式中：/为安全系数，为 1.21.5，取 1.4。 2.5 加压溶气所需水量 Qp Qp=Qg/(736pKT) （5） 式中：p选定的溶气压力，取 3.43105Pa（3.5kgf/cm3） ； 溶气效率，取 80%； KT溶解度系数，取 3.3210-2。 选用气液混合泵，根据所选泵的技术参数复核实际回流比。 5.2.6 释放器的选择和布置释放器的选择和布置 根据 p=3.43105Pa，回流量为 44.4m3/h，选择 TV-型释放器。当 p=3.43105Pa 时，单只出水量 q=5.54m3/h，则单个气浮池内的释放器个数为：8 只，则每个进气口安排两只释放器，单只释放器的技术参数为25，5.54m3/h，工作直径为800mm，可以满足过水断面充分混合、均匀布气的需要。 5.3 气浮过流流速和表面负荷计算气浮过流流速和表面负荷计算 5.3.1 气浮表面负荷的核定气浮表面负荷的核定 根据现有喷射诱导气浮设备的规格尺寸和内部组成， 单套气浮设备的设计处理能力为 222.0m3/h，目前实际处理能力为 100.0m3/h，进行表面负荷校核时，其数据应满足常规处理的需要，同时也能满足最大设计能力条件下的合格处理。 1）表面负荷的校核 采用如下计算公式进行计算： q=Q/A （6） 考虑到气浮设备为卧式罐体结构，实际的过水表面为为 8.51.76=14.96815.0m2，则： 设计处理能力下的表面负荷：222.0/15.0=14.8m3/m2.h 实际运行情况下的表面负荷：100.0/15.0=16.67m3/m2.h 根据规范要求，分离室表面负荷率取 5.49.0m3/m2.h，计算结果表明，在设计处理负荷下，其表面负荷为 14.8m3/m2.h，大于分离室的表面负荷率，实际运行时负荷较大，导致出水水质大于设计出水水质的要求。 而在目前实际处理水量下，其表面负荷基本满足设计负荷的要求，经过系统内部适当完善、调整后基本满足处理要求。 5.3.2 水流上升流速和气浮分离室下向流速水流上升流速和气浮分离室下向流速 根据改造后的气浮内部结构， 分别计算气浮内水流上升流速和气浮分离室下向流速，选取合适的流速可以保证汽、液和微粒的充分接触和微粒的上浮分离。 1）气浮内过水断面上升流速计算 根据气浮池的内部组成，核算过水断面面积，混合部分的过水断面面积为：A=0.452.12=0.954m2 设计处理能力下的过水断面上升流速：222.0/（0.9543600）=64.6mm/s 实际运行情况下的过水断面上升流速：100.0/（0.9543600）=29.1mm/s 2）气浮分离室下向流速计算 根据气浮的内部组成，核算过水断面面积，气浮分离区的过水断面面积为：A=2.101.252.625m2 设计处理能力下的过水断面上升流速：222.0/（2.6253600）=23.5mm/s 实际运行情况下的过水断面上升流速：100.0/（2.6253600）=10.6mm/s 结算结果表明： 气浮内水流上升流速和气浮分离室下向流速均超过设计规范的取值范围，数据明显偏大，导致池内混合段流速较大，气浮分离段内下向流分离速度也偏大，明显印证了 3.1 节计算中出现的表面负荷过大的计算结果，分析其原因， 主要为该设备的结构布局及设备参数选取上均未能充分考虑到含油废水处理的实际需求。 95.3.3 气液混合泵及回流量的选取气液混合泵及回流量的选取 根据设计要点中的参考数据， 选取合适的回流比和气固比是保证出水水质满足要求的必要条件。 考虑到立式撇油器的去除负荷及出水实际监测数据，回流比选定为 20%，按最大设计处理能力进行综合考虑，选取 80FP 型的气液混合泵，该泵的技术参数为 45.0m3/h 的实际过流量，气液比为 1：9（气液比约为 1:9(吸气量为 810%） ，则实际的溶气量为 5.0m3/h，经过立式撇油器处理后的含油污水的悬浮物含量为200300mg/L，总固体含量约为 222.0300=66.0kg/h；则气固比约为 0.0017，基本符合设计参数的范围，为此经过改造后的气液混合泵可以满足处理的要求。 结合实际情况， 尽可能维持现有的内部布局不变的情况下， 挖掘设备的潜力，为此在保留两个机位、四处喷射口的情况下，更新两台气液混合泵将原有的四处喷射口进行改造串联在一起。内部为保持布水的均匀性，在每个喷射口处布设两个 TV-释放头，将混合后的气液均匀布置在设备内部，利用水中污染物的去除分离。 5.4 改造设计完善中的主要技术问题探讨改造设计完善中的主要技术问题探讨 影响溶气气浮系统出水水质的一个重要因素是气浮前的絮凝预处理。 良好的絮凝效果对气浮系统极为重要，絮凝预处理对气浮系统的作用主要体现在：原水中的胶体颗粒通常带负电荷(表面 Zeta 电位一般在-10 mV 左右)；而水中微气泡表面的 Zeta 电位通常在-100mV 左右；二者之间较强的静电排斥力对它们的碰撞、粘附起阻碍作用。而絮凝预处理则可显著降低胶体颗粒表面的 Zeta 电位；故能减弱由静电排斥作用产生的不利影响；絮凝过程中，絮体颗粒从周围水体吸附了大量有机污染物而使其表面的憎水性能增强， 有利于它与微气泡的粘附结合；絮凝过程形成的絮体颗粒尺寸比原胶体状污染物大得多，有利于它与微气泡发生碰撞。絮凝预处理的效果可通过絮体颗粒大小进行控制，故气浮前絮凝预处理后絮体颗粒应控制在这个范围。 10图 5-4-1 气泡表面作用区分类 影响气浮处理效果的主要因素有气泡的性质、颗粒物的性质、气泡和颗粒物的相互作用等。气泡与颗粒物的相互作用分为碰撞、粘附与分离 3 个过程,碰撞主要由颗粒与气泡的物理性质及其周围的水力学条件决定;粘附是颗粒与气泡间液膜变薄与破裂的过程,由此形成稳定的接触湿周来维持聚集体的稳定。固定颗粒在气泡表面的吸附(碰撞和粘附)是气浮过程中最重要的步骤,取决于颗粒与气泡表面的物理化学性质。 图 5-4-1 为气泡与颗粒物相互作用的三区作用模型。区域 1 是液相主体区。该区域的主要作用力是水流动力。在惯性力和重力的共同作用下,悬浮颗粒物沿流线向气泡表面运动,液流粘性对该运动施以阻力。区域 2 是剪切力区。运动气泡周围的水流剪切力使气泡上表面吸附的颗粒物向其下半部移动,颗粒物或者吸附粒子因其性质不同而不均匀地分布在气泡表面,区域 2 中颗粒的运动还受扩散与电场力的影响,朝向气泡表面吸引或排斥。 在区域 1 和区域 2 中,颗粒与气泡的相互作用属于碰撞过程,对于胶体颗粒,扩散与电场力的作用大于重力与惯性力的作用。区域 3 是粘附作用区。一旦液膜厚度降低到几百纳米以下,表面力将会在碰撞过程中起主导作用。 从热力学角度而言,液膜一旦形成,其自由能将有异于主体自由能,多出的自由能称作分离压力,代表液膜内部压力与液相主体压力之差。 通过对气泡周围流场的分析,可将气泡与胶体颗粒的相互作用分为以下 3 个子过程： (1)碰撞过程,两者近距离相遇;(2)稳定粘附过程,指液膜的排除与破裂,11三相接触线扩展形成稳定的接触湿周;(3)如果剪切力超过粘附力,则会发生气泡颗粒聚集体的分离,胶体颗粒能否被气浮去除的条件在与气泡的相互碰撞过程中,能否形成稳定的三相接触,这主要受颗粒物的动能影响。 根据以上理论分析,一方面,全溶气气浮系统中,由于气泡和絮体颗粒在呈紊流气浮状态的泵体内接触碰撞,因此两者之间的碰撞机会最多,有利于气泡和絮体颗粒间的粘附,而回流加压溶气气浮系统中絮体颗粒和气泡在气浮池中同向推流接触,碰撞次数最少;另一方面,对于已在絮凝阶段形成的良好絮体颗粒来说,内部水流呈紊流状态的气液混合泵对絮体颗粒的剪切力最大,并且剪切力超过了絮体颗粒和气泡的粘附力,使形成的气粒聚集体重新分离,而回流加压溶气气浮系统仅对气浮出水回流加压,对絮体颗粒没有干扰,水流剪切力对絮体颗粒和气泡的粘附力影响最小。