含油污水过滤处理技术研究

【摘要】：在油气田开发和生产过程中产生了大量的含油污水,如联合站产出水、洗井回水以及钻井废水等。与此同时,在油气田开发后期,油气井大量出水,地层能量衰竭。为了保持地层压力,需要大量注水。把油、气井产水经过处理回注地层,既可以保持地层压力,维持产能,又可以减少污水排放,形成产与注平衡的良性循环,具有十分重要的工业与环境保护意义。对含油污水进行处理后进行回注不但具有重要的社会意义,而且也具有巨大的经济意义。 本文就针对含油污水的过滤处理技术进行了相关的研究。首先分析了含油污水过滤过程机理研究。微观上,污水中悬浮物的去除过程包括悬浮物颗粒的迁移、附着和脱落过程。其中,污染物在滤料表面的附着过程主要通过两种机理:一是当悬浮颗粒接触滤料表面时由于范德华引力大于双电层的斥力而产生的附着:另一种是悬浮颗粒与滤料表面间借高分子物质所起的架桥作用而产生的附着。迁移过程则主要包括筛滤、拦截、惯性、沉淀、扩散和动力效应等几种迁移机理。 污水过滤过程的数学模型包括固体滤料相和液体污水相的物料衡算方程。在本文中根据这些方程,采用了有限差分和特征线法。以及适当取用含深度步长的参数α,得到简化模型等三种算法对固定床的过滤过程进行了模拟计算分析,然后以固定床过滤过程模拟终了时滤层内污水悬浮物体积分数与比沉积量分布作为初始条件又对移动床过滤过程模拟分析。 考虑到过滤操作中涉及到许多复杂和随机的因素,认识过滤过程还必须依靠实验手段,因此文中分别针对移动床过滤过程滤料、再生过程进行了实验研究。以便于在今后的过滤过程操作设计有一定的依据,为连续过滤工艺选择合适的滤料再生方式,并对再生装置的结构和运行参数进行优化配置。 针对滤料再生过程的机理进行了分析,认为滤料反洗过程中滤料颗粒表面悬浮物的去。除可能会同时受到水流剪切力和颗粒之间以及颗粒与固体表面之间碰撞摩擦作用的影响,但究竟哪种作用起主导作用要取决于具体的反洗工作条件。阐述了滤料的三种再生方式:流化、水力旋流和机械搅拌。同时还运用紊流流体力学和液固两相流的基本理论,建立过滤过程中污水的紊流流动方程和滤料颗粒运动方程,并针对实际过滤过程建立相应的定解条件和求解方法。 【关键词】：含油污水 滤料 再生器 固定床 移动床 有限差分 特征线法
【学位授予单位】：西南石油学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 含油污水过滤处理技术的应用及研究状况11-14
• 1.2.1 污水过滤处理技术概况11-13
• 1.2.2 污水过滤处理技术发展趋势13-14
• 1.3 立论依据及主要研究内容14-15
• 1.3.1 立论依据14
• 1.3.2 主要研究内容14-15
• 1.4 本文的创新点15-16
• 2 污水过滤过程机理研究16-20
• 2.1 污水过滤过程微观机理16-18
• 2.1.1 迁移机理16-17
• 2.1.2 附着机理17
• 2.1.3 脱落机理17-18
• 2.2 影响固定床污水过滤过程的因素18
• 2.3 滤层移动对污水过滤的影响18
• 2.4 本章小结18-20
• 3 污水过滤过程数学模型及求解20-39
• 3.1 污水过滤过程的简化数学模型20-26
• 3.1.1 定解条件及有关参数确定22-23
• 3.1.2 用差分方法求解过滤过程的简化模型23-26
• 3.2 用差分方法求解污水过滤过程一般模型26-29
• 3.3 用特征线法求解污水过滤过程一般的数学模型29-35
• 3.4 移动床过滤过程模拟结果及分析35-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 移动床过滤过程小型实验研究39-48
• 4.1 移动床过滤实验介绍39-41
• 4.1.1 移动床过滤实验装置39-40
• 4.1.2 实验相关参数及其测量40
• 4.1.3 过滤实验所用污水40
• 4.1.4 过滤实验所用滤料40-41
• 4.2 污水过滤过程实验研究41-46
• 4.2.1 过滤初步实验41-43
• 4.2.2 不同种类滤料过滤效果评价43-44
• 4.2.3 滤速对过滤过程影响44-45
• 4.2.4 移动床过滤过程实验研究45-46
• 4.2.5 几种连续过滤运行方案的设想及验证46
• 4.3 本章小结46-48
• 5 滤料再生过程理论48-55
• 5.1 滤料再生过程机理分析48-49
• 5.2 流体运动的模型49-52
• 5.2.1 流体紊流运动的模型49-51
• 5.2.2 定解条件51
• 5.2.3 求解方法51-52
• 5.3 颗粒运动的数学模型52-54
• 5.3.1 颗粒运动方程52-53
• 5.3.2 定解条件53-54
• 5.3.3 求解方法54
• 5.4 本章小结54-55
• 6 滤料再生过程小型实验研究55-62
• 6.1 再生实验装置介绍55-57
• 6.2 滤料再生效果评价指标57
• 6.3 不同滤料再生方式实验结果比较57-58
• 6.3.1 实验结果比较57
• 6.3.2 不同滤料再生方式实验结果分析57-58
• 6.4 搅拌再生装置分批操作实验研究58-60
• 6.4.1 转速对机械搅拌式装置效果的影响58-59
• 6.4.2 滤料搅拌时间对搅拌装置效果的影响59-60
• 6.5 搅拌再生装置连续操作实验研究60-61
• 6.5.1 滤料停留时间控制分析60-61
• 6.5.2 连续操作时滤料再生效果实验研究61
• 6.6 本章小结61-62
• 7 再生器结构尺寸对流场和颗粒运动的影响计算62-93
• 7.1 金杯状结构62-67
• 7.1.1 结构特点63
• 7.1.2 流场图63-65
• 7.1.3 颗粒运动轨迹65-67
• 7.2 简化金杯结构67-70
• 7.2.1 结构特点67
• 7.2.2 流场图67-69
• 7.2.3 颗粒运动轨迹69-70
• 7.3 组合结构70-73
• 7.3.1 结构特点70-71
• 7.3.2 流场图71-73
• 7.3.3 颗粒运动轨迹73
• 7.4 同心圆柱管结构73-78
• 7.4.1 结构特点74
• 7.4.2 流场图74-77
• 7.4.3 颗粒运动轨迹77-78
• 7.5 倒锥管同心管结构78-81
• 7.5.1 结构特点78-79
• 7.5.2 流场图79-80
• 7.5.3 颗粒轨迹图80-81
• 7.6 塔式结构81-84
• 7.6.1 结构特点81
• 7.6.2 流场图81-83
• 7.6.3 颗粒轨迹图83-84
• 7.7 流化床式结构84-87
• 7.7.1 结构特点84
• 7.7.2 流场图84-86
• 7.7.3 粒子轨迹图86-87
• 7.8 直筒式流化床结构87-89
• 7.8.1 结构特点87
• 7.8.2 流场图87-88
• 7.8.3 颗粒运动轨迹88-89
• 7.9 运行参数优化89-91
• 7.10 本章小结91-93
• 8 结论与建议93-96
• 8.1 结论93-95
• 8.2 建议95-96
• 致谢96-97
• 参考文献97-102

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