“基于微泡浮选的多流态梯级强化油水分离技术”

       油田采出水处理是矿场油田开发利用和环境工程面临的重要课题，是一个必不可少的生产环节。近年来，随着三次采油技术的长足发展，油田采出水的水质情况更加复杂。现有的很多油田采出水处理技术已经无法满足油田生产的要求，并大大滞后于驱油技术，严重限制了先进驱油技术的推广应用。

    由于化学法受到限制，物理法或物理化学法除油技术成为近年来研究的热点。现有的物理法除油基本上都是依靠重力沉降分离实现，但对于稳定性高的含油污水，由于原油颗粒难以碰撞聚结，仅靠简单的自然重力沉降分离难以达到满意的处理效果。因此，需要找出新的基于物理法或物理化学法高效分离设备、工艺，改善油水分离效果。聚结技术与浮选分离技术的研究与应用正满足了这种需求，这两种技术的开发与应用将使我国油田采出液分离技术水平大大提高。

    聚结除油技术具有简单、经济、高效的特点。聚结又称粗粒化，是通过物理或化学的方法使流体颗粒聚并，形成较大的颗粒，从而强化流体颗粒分离的过程，分为碰撞聚结和湿润聚结。湿润聚结是基于聚结介质而言的，含油污水通过聚结介质（填料），在湿润聚结、碰撞聚结、截留、附着作用下油滴由小变大的过程。碰撞聚结是指分散相颗粒相互碰撞使得颗粒之间的界面破裂，两个或几个颗粒合并成一个颗粒。聚结方法主要有重力场聚结、电场聚结、旋流聚结、超声聚结等。聚结技术通过改变原油颗粒的分布情况，增大原油颗粒的直径尺寸，再同合适的后续分离工艺结合，可以明显提高油田采出污水的除油效率。聚结技术对分离有着重要意义，目前国内外对聚结技术的研究主要集中于聚结机理、湿润聚结]旋流聚结、聚结-气浮以及聚结效果影响因素分析等方面。利用泡沫选择性地分离目的矿物和非目的矿物的矿物选别技术-浮选技术，因其具有分离效率高、处理量大、成本低等优势，已引起人们的广泛关注，正在成为国内外广泛研究与不断推广的一种水处理新技术。

    因此，将聚结技术和浮选技术结合起来，必将大大提高采油污水的除油效果。旋流-静态微泡柱（美国专利6,073,775，澳大利亚专利734,415，中国专利ZL 97107091.1；2002年国家技术发明二等奖）即是一种将聚结技术与浮选技术较好结合起来的高效分离设备。旋流-静态微泡浮选柱现在除用于矿物分选外，其应用范围已拓展到油水分离领域。

    该设备的主体为柱式结构，包括柱分离、旋流分离、管流段分离（管流矿化）三部分。位于浮选柱上部的柱分离段处于层流状态，含油污水经层流聚结后分离；旋流分离位于柱体下部，通过旋流场强化分离效果，进一步降低出水的含油浓度。旋流-静态微泡浮选柱内置旋流器是一种独特的气携式液-液水力旋流器，其特点在于是被置于浮选柱背压条件下；旋流-静态微泡浮选柱的管流段是指气泡发生器后、内置旋流器前的直管段，管流段中的流体以较高能量状态沿切向高速进入旋流分离段，它用于旋流分离的进一步分离并沿切向与旋流分离相连形成循环。

     在油田胜利孤岛第六联合站进行了聚合物驱采出污水处理研究，开发了油田水处理“聚结浮选-载体浮选二级采油污水处理工艺”。针对含油浓度1000-2000mg/L、悬浮物120mg/L左右的进水，经浮选柱处理后，出水含油浓度在10mg/L以下，悬浮物含量达在20mg/L以下，系统运行稳定。浮选柱的底流直接作为出水，不产生低泥，每处理1m3水可减少污泥排放量1.87Kg。在大庆油田一厂二矿聚表剂驱试验站，针对大庆油田聚表剂驱采出水开展了柱分离技术和基于浮选柱的多元聚结强化油水分离试验研究。试验结果表明，采用旋流-静态微泡浮选柱进行一次处理，在进水含油量平均1090.65mg/L的情况下，出水含油可以达到137.00mg/L，除油率86.51%，多元聚结除油效果明显。

旋流-静态微泡浮选柱将常规水力旋流器和常规浮选柱结合起来，其分离过程是集浮选、旋流与聚结于一体的一个复合分离过程。多元聚结除油基本原理是：通过旋流聚结、管流聚结、层流聚结等多元聚结过程将含油污水中微细粒油分及乳化油滴聚并成大油滴，再将其与旋流分离和浮选分离作用有机结合，通过气泡的携带作用强化油滴与污水分离，上浮的污油不掺杂化学助剂可直接进电脱系统，实现物理法强化除油的目的。多元聚结除油具体过程是：浮选柱内置旋流器中旋流分离段的旋流聚结（90o碰撞聚结）、管流段的管流聚结（0o碰撞聚结）、柱分离段层流聚结（180o碰撞聚结）。

    该设备具有聚结与浮选、旋流分离和浮选分离的多重功效，相对于常规水力旋流器和常规浮选柱具有处理效率更高，其有效浮选粒度下限小，分离时间短，处理量大以及运行成本低等优点。