本發(fā)明涉及一種二次旋流氣浮含油污水處理裝置，特別涉及一種用于空間局限性大、出水水質(zhì)要求高的場合進行含油污水處理的裝置，屬于油氣集輸系統(tǒng)多相分離技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著油田持續(xù)開采，油田采出液含水量逐漸增大，污水處理成本在生產(chǎn)成本中占據(jù)的比例越來越大；出于環(huán)境保護的需要和油田滲透率的限制，污水排放標準和回注要求越來越嚴苛，這些對污水處理裝置的處理能力和處理效果提出更高的要求。此外，對于海上油田和部分陸上油田，由于空間的局限性需要污水處理系統(tǒng)流程簡單、裝置緊湊。

旋流分離技術(shù)和氣浮技術(shù)是現(xiàn)有的油田污水處理系統(tǒng)中的主要工藝。旋流分離技術(shù)基于油水密度差，利用離心力強化油水分離，其裝置結(jié)構(gòu)簡單、占地小、處理量大，但對于油水密度差相近的污水凈化深度較小，且動能耗散大。氣浮技術(shù)基于微小氣泡密度小、易上浮的特點，利用氣泡攜帶油滴上浮實現(xiàn)污水除油，雖然油滴的去除不會受到油滴密度的限制，但是浮選需要較長的停留時間且氣浮系統(tǒng)占地面積大。旋流氣浮技術(shù)克服了現(xiàn)有污水處理技術(shù)的局限，通過將旋流分離技術(shù)與氣浮技術(shù)進行耦合，利用離心力強化氣泡與油滴的碰撞、粘附，并加速粘附體從水中的分離，充分發(fā)揮了弱旋流場對氣浮選的促進作用。

中國發(fā)明專利CN103303992A公開的一種含油污水旋流氣浮分離裝置采用了兩個筒體進行兩級分離，但由于每個筒體中旋流空間較大，旋流強度在徑向和軸向耗散嚴重，會影響氣泡油滴碰撞粘附效率的提高；此外氣浮發(fā)生器模鋼上用來產(chǎn)生微氣泡的氣孔易發(fā)生堵塞。中國發(fā)明專利CN101445279A公開的含油廢水處理用緊湊型旋流氣浮分離設(shè)備雖然可以形成穩(wěn)定持續(xù)的旋流場，但該設(shè)備所采用的內(nèi)筒集油和內(nèi)懸管排油的方式不利于油氣及時排出。中國發(fā)明專利CN102198984A公開的一種含油廢水處理用多相分離方法與系統(tǒng)，包括初次旋流分離和二次氣浮分離，結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部空間利用率高，但在錐形旋流筒內(nèi)污水與油滴氣泡同向運動，不利于油水初級分離；同時污水由錐形旋流筒上部進入環(huán)形氣浮區(qū)時會沖擊氣浮區(qū)的油滴氣泡。中國發(fā)明專利CN2102417212A公開的一種含油污水處理用旋流氣浮分離裝置內(nèi)具有滿足高效氣浮要求的旋流氣浮場，但需要進行嚴格的液面控制，否則圓柱筒體與整流板之間的污水會經(jīng)扇形集油口進入集油罩內(nèi)而沖擊浮選出的油氣。

基于以上裝置的不足，有必要發(fā)明一種旋流氣浮含油污水處理裝置，能夠提供持續(xù)穩(wěn)定的旋流場、不易受沖擊的浮選區(qū)域和便捷迅速的油氣排出方式，以促進氣泡油滴完成碰撞粘附和從水中的分離過程，實現(xiàn)高效油水分離。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供了一種二次旋流氣浮含油污水處理裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

一種二次旋流氣浮含油污水處理裝置，其特征在于包括由圓柱筒體、上封頭和下封頭組成的殼體；由切向入口管、一級溢流管、二級溢流管和底流管組成的進出管路部分；其中，所述切向入口管水平通入上述圓柱筒體上半部，且切向入口管內(nèi)壁面與所述圓柱筒體內(nèi)壁面相切，所述一級溢流管位于所述上封頭頂部的中心位置，所述底流管設(shè)置在所述下封頭底部，底流管下端分別連接排水管和排沙管；所述圓柱筒體內(nèi)腔上部設(shè)有與圓柱筒體同軸的內(nèi)筒，內(nèi)筒上端連接有二級溢流管，所述二級溢流管與一級溢流管同軸且管徑小于所述一級溢流管，二級溢流管穿過所述一級溢流管內(nèi)部并延伸至殼體外；內(nèi)筒和圓柱筒體的內(nèi)壁之間設(shè)有螺旋上傾的旋流導(dǎo)板，且該旋流導(dǎo)板固定于圓柱筒體內(nèi)壁的上部；內(nèi)筒底部設(shè)有環(huán)狀的隔板，所述隔板由內(nèi)向外向下傾斜且上邊緣與內(nèi)筒下邊緣連接；所述殼體內(nèi)腔底部設(shè)有十字型止旋板，該十字型止旋板由兩塊交叉垂直的豎直板狀體構(gòu)成，其橫截面呈十字形；十字型止旋板下方為下封頭的底流口，該底流口與所述底流管相通；所述十字型止旋板頂部設(shè)有錐形板。

所述旋流導(dǎo)板上傾升角為5°～10°；旋流導(dǎo)板的螺旋圈數(shù)為0.75～1.5圈；且旋流導(dǎo)板寬度為所述圓柱筒體與所述內(nèi)筒之間間距的1/2～2/3。

所述切向入口管與所述圓柱筒體內(nèi)壁水平向切，且所述切向入口管與所述圓柱筒體連通處的正下方是旋流導(dǎo)板中間段。

所述內(nèi)筒頂部封閉且上邊緣至圓柱筒體上邊緣的距離為0～0.2倍圓柱筒體高度；所述內(nèi)筒高度與直徑的比值為2～3；所述內(nèi)筒與所述圓柱筒體直徑的比值為0.3～0.7。

所述隔板較水平面傾斜度為10°～20°；所述隔板底部邊緣與圓柱筒體間距為0.3～0.6倍的內(nèi)筒與圓柱筒體的間距。

所述錐形板錐角為45°～90°；錐形板底部圓周直徑與圓柱筒體直徑之比為0.3～0.7。

所述十字型止旋板寬度不小于錐形板底部圓周直徑，厚度以小于0.2倍所述底流管內(nèi)徑為宜。

所述排沙管沿底流管所在的豎直方向，利用小段管路存沙，并由閥門控制排沙；排水管與所述底流管垂直。

所述的任意一種二次旋流氣浮含油污水處理裝置進行一個、或多個串聯(lián)、或多個并聯(lián)使用以應(yīng)用于不同出水水質(zhì)和處理量需求的含油污水處理。

本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是：一種二次旋流氣浮含油污水處理裝置，其內(nèi)筒頂部封閉，可避免旋流分離區(qū)污水由上部進入浮選區(qū)而沖擊上浮的油滴氣泡。內(nèi)筒和隔板將內(nèi)部區(qū)域分隔成上部旋流預(yù)分離區(qū)和下部二次浮選區(qū)，可以使含油污水在一個筒體內(nèi)經(jīng)過旋流預(yù)分離和二次浮選兩次除油，克服了一次旋流氣浮除油中裝置空間利用率低和氣泡利用率低等問題。底部錐形板和“十”字形防渦板結(jié)構(gòu)可以起到加深二次浮選的除油深度，減少底流口含油、含氣率的作用：底部錐形板結(jié)構(gòu)可減緩二次浮選區(qū)旋流強度衰減、引導(dǎo)氣泡油滴上浮，避免了大量氣泡油滴流向底流口；“十”字形止旋板不僅能夠支撐錐形臺，與傳統(tǒng)水平圓板防渦結(jié)構(gòu)相比可起到更好的防渦作用而減少底流口油氣攜帶。兩級溢流管使兩個區(qū)域中分離出的油氣分別從各自的溢流口排出，使得油滴或油滴氣泡粘附體從水中分離的路徑小，排油速度快；兩級溢流管同心相套布置方式可以使兩級溢流口均位于裝置中心而避免影響旋流場分布。底流口連接排沙口和排水口的設(shè)計方式在解決裝置排沙問題的同時又可避免排水口和排沙口在下封頭分別設(shè)置時會影響流場。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明縱剖面圖。

圖3為本發(fā)明圖1中A—A線剖視圖。

圖中：Ⅰ—旋流預(yù)分離區(qū)、Ⅱ—二次浮選區(qū)；1—圓柱筒體、2—上封頭、3—下封頭、4—切向入口管、5—一級溢流管、6—二級溢流管、7—旋流導(dǎo)板、8—內(nèi)筒、9—隔板、10—錐形板、11—十字型止旋板、12—底流管、13—排水管、14—排沙管。

具體實施方式

如圖1-3，一種二次旋流氣浮含油污水處理裝置，其特征在于包括由圓柱筒體1、上封頭2和下封頭3組成的殼體；由切向入口管4、一級溢流管5、二級溢流管6和底流管12組成的進出管路部分；其中，所述切向入口管4水平通入上述圓柱筒體1上半部，且切向入口管4內(nèi)壁面與所述圓柱筒體1內(nèi)壁面相切，所述一級溢流管5位于所述上封頭2頂部的中心位置，所述底流管12設(shè)置在所述下封頭3底部，底流管12下端分別連接排水管13和排沙管14；所述圓柱筒體1內(nèi)腔上部設(shè)有與圓柱筒體1同軸的內(nèi)筒8，內(nèi)筒8上端連接有二級溢流管6，所述二級溢流管6與一級溢流管5同軸且管徑小于所述一級溢流管5，二級溢流管6穿過所述一級溢流管5內(nèi)部并延伸至殼體外；內(nèi)筒8和圓柱筒體1的內(nèi)壁之間設(shè)有螺旋上傾的旋流導(dǎo)板7，且該旋流導(dǎo)板7固定于圓柱筒體1內(nèi)壁的上部；內(nèi)筒8底部設(shè)有環(huán)狀的隔板9，所述隔板9由內(nèi)向外向下傾斜且上邊緣與內(nèi)筒8下邊緣連接；所述殼體內(nèi)腔底部設(shè)有十字型止旋板11，該十字型止旋板11由兩塊交叉垂直的豎直板狀體構(gòu)成，其橫截面呈十字形；十字型止旋板11下方為下封頭3的底流口，該底流口與所述底流管12相通；所述十字型止旋板11頂部設(shè)有錐形板10。

如圖2所示，旋流氣浮筒內(nèi)分為旋流預(yù)分離區(qū)Ⅰ和二次浮選區(qū)Ⅱ。旋流預(yù)分離區(qū)Ⅰ為所述圓柱筒體1上部與所述內(nèi)筒8和隔板9之間的環(huán)形部分。該區(qū)域利用所述切向入口管4和所述旋流導(dǎo)板7的起旋作用使含氣泡污水形成旋流場，實現(xiàn)初步除油和油滴氣泡碰撞粘附。二次浮選區(qū)Ⅱ為所述圓柱筒體1下部、所述內(nèi)筒8和所述隔板9所圍成的區(qū)域，該區(qū)域主要進行弱旋流浮選過程，浮選除油效果決定了裝置處理污水的深度。

如圖2所示，所述旋流導(dǎo)板7在整個裝置中的作用主要表現(xiàn)在以下三個方面：(1)降低入口湍流耗散，減弱旋流強度的衰減；(2)實現(xiàn)裝置周向上均勻布水布氣；(3)上旋設(shè)計可引導(dǎo)污水向上旋流，促進氣泡油滴從水中初步分離，增加旋流預(yù)分離區(qū)Ⅰ的除油深度。

如圖2所示，所述內(nèi)筒8的存在可以減弱所述旋流預(yù)分離區(qū)Ⅰ旋流強度的衰減，同時為所述二次浮選區(qū)Ⅱ提供油滴上浮路徑；所述內(nèi)筒8頂部封閉的設(shè)計方式可以避免旋流分離區(qū)的流體從上方進入內(nèi)筒而對上浮的氣泡油滴造成沖擊。

如圖2所示，所述隔板9一方面可以減弱旋流預(yù)分離區(qū)Ⅰ的污水對下部二次浮選區(qū)Ⅱ的沖擊，保證底部弱旋流場中湍流強度較小，另一方面可截留上浮的氣泡油滴，使氣泡油滴粘附后經(jīng)所述內(nèi)筒8上浮溢流出，防止粘附體進入旋流預(yù)分離區(qū)Ⅰ發(fā)生粘附破裂。

如圖2所示，所述錐形板10可以起到減緩二次浮選區(qū)Ⅱ旋流強度衰減、引導(dǎo)氣泡油滴上浮的作用。

如圖2所示，所述十字型止旋板12可起到支撐所述錐形板10以及防止底流出水在底流口產(chǎn)生渦流而造成對氣泡油滴的卷攜的作用。

如圖2所示，所述一級溢流管5位于所述上封頭2中心；所述二級溢流管6管徑小于所述一級溢流管5，經(jīng)所述一級溢流管5內(nèi)部延伸至裝置外。這種兩管相套的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使兩級溢流口均位于裝置中心而避免影響旋流場。

實施例

在一些實施方式中，

切向入口管4與圓柱筒體1連通處位于旋流導(dǎo)板7中間段。

所述旋流導(dǎo)板7上傾升角為5°～10°；旋流導(dǎo)板7的螺旋圈數(shù)為0.75～1圈；且旋流導(dǎo)板7寬度為所述圓柱筒體1與所述內(nèi)筒8之間間距的1/2～2/3。

所述切向入口管4與所述圓柱筒體1內(nèi)壁水平向切，且所述切向入口管4與所述圓柱筒體1連通處的正下方是旋流導(dǎo)板7中間段。

所述內(nèi)筒8頂部封閉且上邊緣至圓柱筒體1上邊緣的距離為0～0.2倍圓柱筒體高度；所述內(nèi)筒8高度與直徑的比值為2～3；所述內(nèi)筒8與所述圓柱筒體1直徑的比值為0.3～0.7。

所述隔板9較水平面傾斜度為10°～20°；所述隔板9底部邊緣與圓柱筒體1間距為0.3～0.6倍的內(nèi)筒8與圓柱筒體1的間距。

所述錐形板10錐角為45°～90°；錐形板10底部圓周直徑與圓柱筒體1直徑之比為0.3～0.7。

所述十字型止旋板11寬度不小于錐形板10底部圓周直徑，厚度以小于0.2倍所述底流管12內(nèi)徑為宜。

所述排沙管14沿底流管12所在的豎直方向，利用小段管路存沙，并由閥門控制排沙；排水管13與所述底流管12垂直。

一級溢流管5位于上封頭2中心；二級溢流管6向上經(jīng)一級溢流管5中心且管徑小于一級溢流管5。

本發(fā)明提供的一種二次旋流氣浮含油污水處理裝置可進行一個、或多個串聯(lián)、或多個并聯(lián)使用以適應(yīng)不同出水水質(zhì)和處理量需求。

如圖3所示，所述切向入口管4為水平圓管，與所述圓柱筒體1內(nèi)壁水平向切，兩者連通處位于所述旋流導(dǎo)板7中間段。切向入口的主要作用是利用污水的入口動能產(chǎn)生旋流。考慮到切向入口的動能耗散較大，為了使上部產(chǎn)生(8～12)倍重力加速度(g)的旋流場，污水在切向入口處的離心加速度應(yīng)不小于8g。

本發(fā)明工作過程闡述如下：

帶有氣泡的含油污水經(jīng)切向入口管4切向進入，在旋流導(dǎo)板7的導(dǎo)流作用下向上旋流運動，控制離心加速度在8～12倍的重力加速度為宜。在旋流場中，氣泡、油滴和水產(chǎn)生有序地徑向運動，水在離心力作用下向圓柱筒體1壁面移動，油滴和氣泡在向心作用力下向位于中心運移。其中，大粒徑的油滴和氣泡可以在向中心運移的過程中上浮至液面；部分粒徑較小不足以上浮的油滴氣泡在旋流場中運移至內(nèi)筒8外壁附近，形成油滴氣泡高密度區(qū)域，發(fā)生油滴—油滴或油滴—氣泡的聚并后上浮至液面，經(jīng)一級溢流管5排出，實現(xiàn)油滴和氣泡從水中分離；一部分粒徑較小的油滴與氣泡碰撞并成功粘附后，在氣泡攜帶作用下也可以上浮至液面從污水中分離。未分離出的小粒徑油滴和氣泡隨污水經(jīng)過旋流導(dǎo)板7導(dǎo)流作用后在重力作用下向下旋流運動，經(jīng)隔板9與圓柱筒體1之間的空隙進入下部二次浮選區(qū)Ⅱ。隨著流通面積增大，污水流速減小，流場趨于穩(wěn)定，形成弱旋流場。殘余的小粒徑氣泡和油滴會在弱旋流作用下發(fā)生碰撞粘附形成粘附體，后經(jīng)內(nèi)筒8內(nèi)部上浮，由二次溢流管6排出。凈化后的污水由底流管12排出，泥沙會在排沙管14沉積，凈化后的污水經(jīng)水平排水管13排出。

本發(fā)明提供的一種二次旋流氣浮含油污水處理裝置具有以下優(yōu)點：(1)結(jié)構(gòu)緊湊；(2)油水分離效果好；(3)內(nèi)部無轉(zhuǎn)動部件且不需要外部能量帶動，操作簡單，易于維護；(4)可通過串并聯(lián)連接滿足不同出水效果和處理量要求，適應(yīng)性廣。

本發(fā)明提供的污水處理裝置不限于以上實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)理念對本發(fā)明實施例進行的任何修改、等同替換、改進等，都并未脫離本發(fā)明的精神原則和保護范圍。