一種基于錳砂濾料進行污水過濾除鐵的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于廢水處理技術領域，尤其是涉及一種基于錳砂濾料進行污水過濾除鐵 的方法。
【背景技術】
[0002] 在海上采油平臺生產污水處理中，經(jīng)常遇到污水中Fe2+和Fe3+聲離子超標的問題。 渤海某油田投產以來，處理后的水質中總鐵和亞鐵含量一直超標。經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)地層產出物 中已經(jīng)含有較高的鐵離子了。
[0003] 目前，國內大部分除鐵工程一般采用兩種方法：一、曝氣接觸氧化法，也是最常用 的方法，該方法通過曝氣像水中充氧，使水中Fe2+形式存在的鐵離子在接觸氧化過程中得 以氧化祛除。雖然曝氣接觸氧化法工藝簡單，投資及運行費用低，但由于海上平臺受空間限 制，因為不適宜采用。二、接觸氧化法，該方法通過裝有濾料的過濾器時，濾料上包覆的鐵質 活性膜有自催化氧化作用，更適用于海上采油平臺的污水處理。
[0004] 但現(xiàn)有技術中的海上平臺雙介質過濾器填料為核桃殼濾料，核桃殼濾料具有較強 的除油效果，但去除懸浮物的能力有限。核桃殼濾料是采用優(yōu)質的山核桃殼作原料，經(jīng)過破 碎、拋光、蒸洗、藥物處理、兩次篩選加工而成的一種水處理濾料，表層具有大量微孔，依靠 表層粘附和深床過濾，所以除油效率高。濾料在裝填過程出壓實程度低，填料過流孔隙較大 無法對懸浮物進行有效截留，因此除懸浮物能力差。鐵離子溶解在生產污水中，無法通過核 桃殼濾器出去掉，而總鐵和亞鐵含量超標將會使污水中懸浮物固體含量上升，對水質造成 二次污染，使得回注壓力增高，最終導致注水困難；含鐵超標的水質如果注入到生產層位后 也會堵塞地層，對儲層帶來傷害。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的問題是提供一種安全可靠、除鐵效果理想的基于錳砂濾料進行污 水過濾除鐵的方法。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種基于錳砂濾料進行污水過 濾除鐵的方法，包括以下步驟：污水首先進入斜板除油器進行處理，處理后的污水輸送至下 游的加氣浮選器過濾，污水從加氣浮選器輸出后進入預過濾水罐，再經(jīng)提升栗進入雙介質 過濾器和超聲波過濾器處理； 所述雙介質過濾器內填充有錳砂和核桃殼濾料，所述錳砂的填充高度由下式確定：
式中，Lb為反洗時濾器內部液面有效高度；L1為上層核桃殼填料高度；L2為下層錳砂填 料高度；Xbl為上層濾料反洗時膨脹率；xb2為下層濾料反洗時膨脹率； 此公式中需要首先分別確定上層和下層濾料的膨脹率xbl、xb2,才能進一步確定Lp L2; 所述膨脹率由下式確定：
式中，ε。為濾料正常情況下空隙度，由錳砂濾料的堆密度可以計算；ε b為濾料在反 洗情況下的空隙度； 此公式中若想確定ε b，則必須計算反洗速度以及臨界流化速度，所述臨界流化速度由 下式確定：
式中，Uf為臨界流化速度；D6。為顆粒累計分布為60%的濾料粒徑；P p為濾料密度；P 為反洗介質的密度；μ為反洗介質的動力粘度；根據(jù)上述公式可計算出上層濾料核桃殼的 臨界流化速度； 反洗速度與臨界流化速度的關系由下式確定： 式中η為擴展系數(shù)
式中，Ref為反洗介質在上部濾料核桃殼取得臨界流化速度時的雷諾數(shù)；通過上述公式 可以計算出擴展系數(shù)； 根據(jù)反洗速度與臨界流化速度的公式，只要確定核桃殼濾料在自然狀態(tài)下的空隙度即 可確定核桃殼濾料在反洗狀態(tài)下的空隙率；所述核桃殼濾料自然狀態(tài)下的空隙率可以通過 核桃殼的真密度和堆密度求得； 反洗速度由下式確定： Uh=QhA 式中，QhS反洗栗排量;A為過濾器截面積； 得到Ik后，通過公式：
即可得出上部濾料核桃殼的反洗時膨脹率xbl; 根據(jù)同樣的計算過程，可以計算出下層錳砂濾料的膨脹率xb2; 根據(jù)公式
以及濾器反洗時的有效高度值和濾料有效高度值，可得出方程組，兩方程聯(lián)立，即得出 1^和 L 2〇
[0007] 所選錳砂濾料粒徑規(guī)格為0. 6-1. 2mm，密度為3. 6g/cm3,堆密度為2. 6g/cm3錳，錳 含量不低于35%，鹽酸可溶率為0. 03%，磨損率為0. 003,化學成分為MnO2，孔隙率為48%。
[0008] 所述核桃殼濾料的真密度為I. 3g/cm3~l. 4g/cm3,堆密度為0. 8g/cm3~0. 85g/cm3。
[0009] 所述核桃殼濾料的真密度為I. 3g/cm3,堆密度為0. 8 g/cm3。
[0010] 所述過濾器反洗有效高度為2000mm。
[0011] 所述濾料有效高度為1400mm。
[0012] 由于采用上述技術方案，錳砂中含有大量的二氧化錳，二氧化錳是除鐵反應中的 催化劑，含F(xiàn)e2+離子的污水在PH值大于6. 0時，可發(fā)生如下催化-氧化反應：
其中Fe (OH) 3是膠體，MnO (OH)是沉淀物質，生產污水流經(jīng)錳砂濾層時，這些膠體和沉 淀物質吸附在錳砂顆粒間隙與濾層中，再利用雙介質濾器反沖洗功能從濾料中清理出去， 可以看出，二氧化錳是催化劑同時在反應中也會消耗一部分，錳砂濾料需要根據(jù)處理量定 期更換；定期曝氣和反洗是整個除鐵過程中十分重要的環(huán)節(jié)，只有及時曝氣補氧才能維持 錳砂的除鐵效果，同時要通過及時反洗將膠體沉淀物清理出濾料層，通過一系列的反應，將 Fe2+轉變成Fe (OH) 3膠體過濾掉； 海上采油某平臺生產污水處理中通過嘗試在雙介質濾器中增添錳砂濾料這一工藝改 造，并確定了錳砂濾料最優(yōu)的填充高度，使一直超標的總鐵和亞鐵下降到回注標準，取得了 良好的試驗效果?？傝F和亞鐵含量穩(wěn)定，能夠滿足回注要求，只需定期更換濾料即可；錳砂 除鐵在該油田的嘗試取得了成功并為其他油田治理生產污水含鐵超標提供了經(jīng)驗參考。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：具有安全可靠、除鐵效果理想的優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明一種基于錳砂濾料進行污水過濾除鐵的方法，包括以下步驟： 污水首先進入斜板除油器進行處理，處理后的污水輸送至下游的加氣浮選器過濾，污 水從加氣浮選器輸出后進入預過濾水罐，再經(jīng)提升栗進入雙介質過濾器和超聲波過濾器處 理； 所述雙介質過濾器內填充有錳砂和核桃殼濾料，所述錳砂的填充高度由下式確定：
式中，Lb為反洗時濾器內部液面有效高度；L1S上層核桃殼填料高度；L2為下層錳砂填 料高度；Xbl為上層濾料反洗時膨脹率；Xb2為下層濾料反洗時膨脹率； 此公式中需要首先分別確定上層和下層濾料的膨脹率xbl、xb2,才能進一步確定Lp L2; 所述膨脹率由下式確定：
式中，ε。為濾料正常情況下空隙度，由錳砂濾料的堆密度可以計算；ε b為濾料在反 洗情況下的空隙度； 此公式中若想確定ε b，則必須計算反洗速度以及臨界流化速度，所述臨界流化速度由 下式確定：
式中，Uf為臨界流化速度；D6。為顆粒累計分布為60%的濾料粒徑；P p為濾料密度；P 為反洗介質的密度；μ為反洗介質的動力粘度； 可計算出上層濾料核桃殼的臨界流化速度為31. 65m/h ; 反洗速度與臨界流化速度的關系由下式確定： 式中η為擴展系數(shù)
式中，Ref為反洗介質在上部濾料核桃殼取得臨界流化速度時的雷諾數(shù)；可計算出擴展 系數(shù) η=2· 028 ; 根據(jù)反洗速度與臨界流化速度的公式，只要確定核桃殼濾料在自然狀態(tài)下的空隙度即 可確定核桃殼濾料在反洗狀態(tài)下的空隙率；而核桃殼濾料自然狀態(tài)下的空隙率可以通過核 桃殼的真密度和堆密度求得，核桃殼濾料的真密度為I. 3g/cm3~l. 4g/cm3,堆密度為0. 8g/ cm3~0. 85g/cm