油田水处理(在用)

第一节油田污水的来源

水是石油生成、运移和储集过程中的主要天然伴生物。

石油的开采经历了三次采油阶段：

一次采油:油藏勘探开发初期，原始地层能量将部分油气水液体驱

向井底，举升至地面，以自喷方式开采. 采出液含水率很低

二次采油有注水开发和注气开发等方式。高压水驱动原油。存在问题：经过一段时间注水后注入水将随原油采出，且随开发时间的延长，采出油含水率不断上升。

三次采油注聚合物等驱油。

油田含油污水来源

原油生产过程中的脱出水:原油脱水站、联合站内各种原油储罐的罐底水、含盐原油洗盐后的水。

洗井水为提高注水量、有效保护井下管柱，需定期对注水井进行洗井作业。

为减少油区环境污染，将洗井水建网回收入污水处理站。钻井污水、井下作业污水、油区站场周边工业废水等全部回收处理净化，减少污染，满足环保要求。

原水:未经任何处理的油田污水。

初步净化水:经过自然除油或混凝沉降除油后的污水。

滤后水:经过过滤的污水。

净化水:凡是经过系统处理后的污水都叫净化水。

第二节污水处理利用的意义

1、含油污水不合理处理回注和排放的影响

油田地面设施不能正常运作造成地层堵塞而带来危害造成环境污染，影响油田安全生产

2、油田注水开发生产带来的问题

注入水的水源

油田注水开发初期，注水水源为浅层地下水或地表水（宝贵的清水），过量开采清水会引起局部地层水位下降，影响生态环境。

对环境的影响

随着原油含水量的不断上升，大量含油污水不合理排放会引起受纳水体的潜移性侵害，污染生态环境。

二、腐蚀防护与环境保护

油田含油污水特点：

矿化度高溶解有酸性气体腐蚀处理设施、注水系统溶解氧

三、合理利用污水资源

水源缺乏的办法之一：提高水的循环利用率油田污水经处理后代替地下水进行回注是循环利用水的一种方式。若污水处理回注率100％，即油层中采出的污水和地面处理、钻井、作业过程中排出的污水全部处理回注，则注水量只需要补充由于采油造成地层亏空的水量，因而节约大量清水资源和取水设施的建设费用，提高油田注水开发的总体技术经济效益。

第三节水质标准

一、油田开发对注水水质的要求

油田注水的服务对象：致密岩石组成的油层

要求：保证注水水质，达到“注得上，注得进，注得够” 。

对净化采出水的具体要求:化学组分稳定，不形成悬浮物；严格控制机械杂质和含油；有高洗油能力；腐蚀性小；尽量减少采出水处理费用。

油层条件对注水水质的要求：低渗透油田注水水质标准。

目前，陆上低渗透油藏为35％左右，且每年新探明的石油地质储量中低渗透油层所占的比重越来越大。

二、净化污水回注水质标准

1、注水水质基本要求注水水质确定：根据注入层物性指标进行优选。

具体要求：

对水处理设备、注水设备、输水管线腐蚀性小；

不携带超标悬浮物、有机淤泥、油；

与油层流体配伍性良好，即注入油层后不使粘土发生膨胀和移动。

2、注水水质标准

由于各油田或区块油藏孔隙结构和喉道直径不同，相应的渗透率也不相同，因此，注水水质标准也不相同。下表为石油天然气行业标准《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》SY／T5329－94水质主控指标。

3、注水水质辅助性指标

辅助性指标包括：

溶解氧水中溶解氧时可加剧腐蚀。腐蚀率不达标时，应首先检测氧浓度。

油田污水溶解氧浓度<0.05mg/l，特殊情况不超过0.1mg/l；清水中溶解氧含量要小于0.5 mg/l。

硫化氢硫化物含量过高，说明细菌增生严重，引起水中悬浮物增加。油田污水中硫化物含量应小于2.0 mg/l。

侵蚀性二氧化碳=0，稳定

侵蚀性二氧化碳含量>0，可溶解CaCO3垢，但对设施有腐蚀

<0，有碳酸盐沉淀析出

pH控制在7 0.5为宜。

铁

当水中含有亚铁离子时，铁细菌可将其转化为三价铁离子，生成氢氧化铁沉淀，水中含有硫化物（H2S）时,生成FeS沉淀，使水中悬浮物增加。

第四节油田水中的杂质

一、原水杂质分类

按油田污水处理的观点，原水中的细小杂质分为五大类。

1、悬浮固体颗粒直径范围1～100m，此部分杂质主要包括：

泥沙：0.05～4 m的粘土、4～60 m的粉砂、大于60 m的细砂；

各种腐蚀产物及垢：Fe2O3、CaO、MgO、FeS、CaSO4、CaCo3等；

细菌：硫酸盐还原菌（SRB）5～10 m，腐生菌（TGB）10～30 m；

有机物：胶质、沥青质和石蜡等重质油类。

2、胶体粒径为110－3～1 m，主要由泥砂、腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似。

3、分散油与浮油原水中一般约有1000mg/l的原油，偶尔有2000～1000mg/l的峰值含油量，其中90％左右为10～100 m的分散油和大于100 m的浮油。

4、乳化油原水中有10％左右的（110－3～10m ）的乳化油。

5、溶解物质在污水中处于溶解状态的低分子及离子物质。

主要包括：

溶解在水中的无机盐类基本上以阳离子和阴离子的形式存在，粒径在110－3m以下，如Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na+、Fe2＋、Cl－、HCO3－、CO32－等，还包括环烷酸类等有机溶解物。

溶解的气如溶解氧、二氧化碳、硫化氢、烃类气体等，粒径一般为（3～5）10－4m

二、原水杂质分析

在水处理过程中，主要是从堵塞和腐蚀的角度来考察重要的水中的离子及其物理性质。还要计算总溶解固体量（TDS）：离子浓度总和测试余氯含量（杀菌剂）或水质处理化学药剂含量：监控其在系统中的效能。

总体上讲，油田污水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体以及溶解盐类等较复杂的多相体系。

1、阳离子

（1）钙油田盐水的主要成分，含量高达30000mg/L,能很快与碳酸根或硫酸根离子结合，沉淀生成附着的垢或悬浮固体，是造成地层堵塞的主要原因。（2）镁镁离子浓度比钙离子低得多。能形成碳酸镁（MgCO3）垢。纯的碳酸镁很难获得，溶解度是碳酸钙的50倍，在Ca-Mg碳酸盐垢的混合物中，只有极少量的MgCO3。

（3）钠油田水中的主要成分，通常不会引起什么问题。

（4）铁

地层水中天然铁含量很低。其存在标志着有金属腐蚀。

存在形式：溶液中以离子形式存在（高铁（Fe3＋）或低铁（Fe2＋））作为沉淀出来的铁化合物悬浮在水中

（5）钡与硫酸根离子结合生成及其难溶的BaSO4。

（6）锶与钡和钙一样，能与SO42-形成难溶的SrSO4。比BaSO4好溶一些，但发现的常常是BaSO4和SrSO4的混合垢。

2、阴离子

（1）氯根主要来源是NaCl，Cl-是个稳定成分，其浓度用作水中含盐量的度量。Cl-浓度高更容易引起腐蚀。

（2）CO32-和HCO3-能够生成不溶解的垢。CO32-浓度表示的碱度称为酚酞碱度，HCO3-浓度表示的碱度称为甲基橙碱度。

（3）SO42-与钙、钡或锶反应生成不溶解的垢，也是硫酸盐还原菌的“食物”。

3、其它性质

（1）pH值碳酸钙和铁的化合物的溶解度很大程度上取决于pH 值。大多数油田水的pH值在4～8之间

pH值越高，结垢趋势越大；若pH值较低，则结垢趋势减小，但其腐蚀性增大。

pH值的测定：可采用高压pH值电极进行在线测试。

（2）悬浮固体

a、含量

用膜过滤器过滤出的固体数量来衡量水中固体悬浮物含量。

常用滤膜孔径为0.45 的过滤器来测定。

b、颗粒大小的分布可用于过滤器性能的监测。

c、颗粒形状通过光学或扫描电镜测定，通常与颗粒大小分布结合使用。

d、悬浮固体的化学组分对化学组分的测定，可以确定其起因（腐蚀产物、垢的颗粒、地层砂等），对清除堵塞的设计很重要。

（3）浊度水“混浊”程度的一个度量，反映注水过程中地层堵塞的可能性。意味着水中含有不溶物质，如分散油或气泡。通常用测定浊度来监视过滤器的性能。

（4）总溶解固体量（TDS，总矿化度）

已知体积的水中所溶解物质的总量总矿化度高对抑制油层粘土膨胀有利，但易结垢，更

易引起腐蚀。对水中溶解氧含量敏感。

测定方法：通过水分析报告给出的阳离子、阴离子的浓度总数计算，或是通过将蒸发的水样进行干燥后称重残余物测定。

（5）温度水温度影响结垢趋势、pH值、气体在水中的溶解度。水温过低原水不易处理，水温增高，腐蚀加剧.水的相对密度也是温度的函数。

（6）相对密度

相对密度的大小是水中溶解的固体总量的直接标志。由于实际水中含有溶解的固体，因而相对密度＞1。

（7）溶解氧影响水的腐蚀性；若水中存在溶解的铁，会与氧形成铁的氧化物沉淀，造成堵塞；

助长需氧细菌的生长

（8）溶解的CO2影响水的pH值、腐蚀率、碳酸钙结垢的程度。

（9）硫化物（H2S）水中存在H2S会增加水的腐蚀性。自然存在于水中或由硫酸盐还原菌（SRB）产生。

（10）细菌总数细菌存在引起腐蚀、地层堵塞。测定和监视硫酸盐还原菌（SRB）的数目，还要测定粘泥生成菌（TGB）及细菌总数。

（11）油含量

水中含油会降低注水效率，表现为在油层中产生“乳状块”是一些固体如硫化铁的极好粘结剂，加重堵塞。

第二章油田污水处理工艺

第一节工艺流程简介

一、重力式流程

自然（或斜板）除油—混凝沉降—压力（或重力）过滤流程。

重力式流程在20世纪七八十年代国内各陆上油田较普遍采用。

1、该流程处理过程

脱水转油站来的原水，经自然收油初步沉降后，加入混凝剂进行混凝沉降，再经过缓冲、提升、进行压力过滤，滤后水加杀菌剂，得到合格的净化水，外输用于回注。滤罐反冲洗排水用回收水泵均匀地加入原水中再进行处理。回收的油送回原油集输系统或者用作原料。

2、流程特点

处理效果良好。对原水含油量、水量变化波动适应性强自然除油回收油品好投加净化剂混凝沉降后净化效果好若处理规模较大时：压力滤罐数量较多、操作量大处理工艺自动化程度稍低

当对净化水质要求较低，且处理规模较大时，可采用重力式单阀滤罐提高处理能力。

二、压力式流程旋流（或立式除油罐）除油—聚结分离—压力沉

降—压力过滤流程。

压力式流程是20世纪80年代后期和90年代初发展起来的。它加强了流程前段除油和后段过滤净化。

1、流程处理过程

脱水站来的原水，若压力较高，可进旋流除油器；若压力适中，可进接收罐除油，为提高沉降净化效果，在压力沉降之前增加一级聚结（亦称粗粒化），使油珠粒径变大，易于沉降分离。或采用旋流除油后直接进入压力沉降。根据对净化水质的要求，可设置一级过滤和二级过滤净化。

2、流程特点

处理净化效率较高，效果良好，污水在处理流程内停留时间较短旋流除油装置可高效去除水含油，聚结分离使原水中微细油珠聚结变大，缩短分离时间，提高处理效率。适应水质、水量波动能力稍低于重力式流程流程系统机械化、自动化水平稍高于重力式流程，现场预制工作量大大降低可充分利用原水来水水压，减少系统二次提升。

三、浮选式流程

接收（溶气浮选）除油—射流浮选或诱导浮选—过滤、精滤流程。浮选式流程主要是借鉴20世纪80年代末、90年代初从国外引进污水处理技术的基础上，结合国内各油田生产实际需要发展起来的。

1、流程处理过程

流程首端采用溶气气浮，再用诱导气浮或射流气浮取代混凝沉降设施，后端根据净化水回注要求，可设一级过滤和精细过滤装置。

2、流程特点

处理效率高；设备组装化、自动化程度高，现场预制工作量小；广泛用于海上采油平台；陆上油田，尤其是稠油污水处理中有较多应用。流程动力消耗大，维护工作量稍大。

四、开式生化处理流程

隔油—浮选—生化降解—沉降—吸附过滤流程。该流程适用条件：针对部分油田污水采出量较大，但回用量不够大，必须处理达标外排而设计的。

1、流程处理过程

原水经过平流隔油池除油沉降，再经过溶气气浮池净化，然后进入曝气池、一级、二级生物降解池和沉降池，最后提升经砂滤或吸附过滤达标外排。

2、流程净化效果

一般情况，经过开式生物处理流程净化，排放水质可以达到《污水综合排放标准》GB8978—1996要求。应注意的是：少部分油田污水水温过高，若直接外排，将引起受纳水体生态平衡的破坏—排放前淋水降温；少部分矿化度高的油田污水，进行除盐软化，降低含盐量，以免引起受纳水体盐碱化。

第二节除油

一、自然除油

1、基本原理

物理法除油，根据油水密度不同，达到油水分离。

该种方法：忽略了进出配水口水流的不均匀性忽略油珠颗粒上浮中的絮凝等因素的影响，认为油珠颗粒是在理想状态下进行重力分离

a、假定过水断面上各点的水流速度相等，且油珠颗粒上浮时的水平分速度等于水流速度；

b、油珠颗粒以等速上浮；

c、油珠颗粒上浮到水面即被去除。

含油污水在重力分离池中的分离效率（除油效率）为：

式中：E —油珠颗粒的分离效率；u —油珠颗粒上浮速度；

Q/A —面负荷率；Q—处理流量；A —除油设备水平工作面积。

表面负荷率Q/A是一个重要参数。当Q一定时，加大表面积

A，可以减小油珠颗粒上浮速度u，意味着更小直径的油珠颗粒

被分离出来，从而提高除油效率或增加设备的处理能力。

S t o k e s公式

式中：

u－颗粒的浮升速度，m/s；

、o－分别表示颗粒及水的

w

密度，kg/m3；

g－重力加速度，m/s2；

－污水的粘度，Pa﹒s；

d－颗粒的粒径，m。

Stokes公式说明的问题

（1）颗粒与水的密度差（w-o）愈大，它的浮升速度愈大，成正比关系。当w>o时，u>0，颗粒上浮；当w

Stokes公式说明的问题

（2）水的粘度愈小，上浮速度愈快，成反比关系。因粘度与水温成反比，故提高水温有利于上浮。

（3）颗粒直径d愈大，浮升速度愈快，成平方关系。因此随粒度的下降，颗粒的浮升速度会迅速降低。

实际水处理过程中，水流呈层流状态的情况较少，所

以一般只能去除d >20m的颗粒。

2、装置结构

自然除油设施一般兼有调储功能，油水分离效率不够高，通常工艺结构采用下向流设置。

二、斜板（管）除油

斜板（管）除油是目前最常用的高效除油方法之一，是一种物理法除油。

1、基本原理

斜板（管）除油基本原理是“浅层沉淀”，又称“浅池理论”。若将水深为H的除油设备分隔为n个水深为H/n的分离池，当分离池长度为原除油区长度的1／n 时，处理水量与原分离区相同，且分离效果完全相同。为便于浮升到斜板（管）上部油珠的流动和排除，把浅的分离池倾斜一定角度（一般为45°～60°）。

除油效率：假设除油设备高度为H，油珠颗粒分离时间为t ，则表面负荷率表示为Q/A＝H/t，则分离效率为

公式表明：重力分离除油设备的除油效率是分离高度的函数。

H减小，E增大。

2、斜板除油装置

立式和平流式两种，油田上常用的是立式斜板除油罐和平流式斜板除油罐。

（1）立式斜板除油罐

结构形式与普通立式除油罐基本相同，主要区别是在普通除油罐中心反应筒外的分离区一定部位加设了斜板组。对斜板材质要求：在污水中长期浸泡不软化、不变形、耐油、耐腐蚀。

工作过程：

含油污水从中心反应筒出来，在上部分离区进行初步的重力分离，较大油珠颗粒分离出来。

污水通过斜板区进一步分离

分离后的污水在下部集水区流入集水管，汇集后由中心柱管上部流出。

斜板区分离出的油珠颗粒上浮至水面，进入集油槽后由出油管排出到收油装置。

常用的斜板规格

立式斜板除油罐的主要设计参数：

斜板间距80～100mm

斜板倾角45°～60°

斜板水平投影负荷1.5×10－4～2.0 ×10－4m3/(s﹒m2)

其它设计数据与普通除油罐基本相同。

实践证明：在除油效率相同条件下，与普通立式除油罐相比，同样大小的斜板除油罐的除油处理能力可提高1.0～1.5倍。

（2）平流式斜板隔油池

平流式斜板隔油池是在普通的隔油池中加设斜板构成。一般是由钢筋混凝土做成池体，池中波纹斜板大多呈45°安装。

隔油池原理：隔油池是用自然上浮法分离、去除含油废水中可浮油的处理筑物。

构造：废水从池的一端流入池内，从另一端流出。在流经隔油池的过程中，由于流速降低，密度小于1.0而粒径较大的油类杂质得以上浮到水面上，密度大于1.0的杂质则沉于池底。在出水一侧的水面上设集油管。

工作过程：

进入的含油污水通过配水堰、布水栅后均匀而缓慢地从

上而下经过斜板区，油水泥在斜板中分离。

油珠颗粒沿斜板组的上层板下，向上浮升滑出斜板到水面，通过活动集油管槽收集到污油罐再送去脱水；

泥砂沿斜板组下层斜板面滑向集泥区落到池底，定时排除；分离后的水，从下部分离区进入

折向上部的出水槽，然后排出或送去进一步处理，而由于高程布置的原因，污水进入下一步处理工序，往往需要用泵进行提升。

三、粗粒化（聚结）除油

粗粒化：含油污水流经装有填充物（粗粒化材料）的

装置后，使油珠由小变大的过程。这样，更容易用重力分离法将油除去。

粗粒化处理的对象：水中的分散油。

2、粗粒化的机理

有两种观点：润湿聚结；碰撞聚结

润湿聚结理论

建立在“亲油性”粗粒化材料的基础上。当含油污水流经亲油性材料组成的粗粒化床时，分散油珠在材料表面润湿吸附，材料表面几乎全被油包住，再流来的油珠更容易润湿附着在上面，油珠不断聚结扩大并形成油膜，在浮力和反向水流冲击作用下，油膜开始脱落，在水相中仍形成油珠，但比聚结前的油珠粒径大，从而达到粗粒化的目的。具有该种特性的聚结材料：聚丙烯塑料球，无烟煤等

碰撞聚结理论

建立在疏油材料基础上。

由粒状的或纤维状的粗粒化材料组成的粗粒化床，其空隙均构成互相连续的通道，如无数根直径很小交错的微管。当含油污水流经该床时，由于粗粒化材料是疏油的，两个或多个油珠有可能同时与管壁碰撞或互相碰撞，其冲量足可以将它们合并为一个较大的油珠，达到粗粒化目的。具有该种特性的聚结材料：蛇纹石，陶粒等。

需澄清的问题

无论是亲油的或是疏油的材料，两种聚结同时存在。亲油材料以“润湿聚结”为主，也有碰撞聚结。原因是污水流经粗粒化床，油滴之间也存在碰撞。疏油材料以“碰撞聚结”为主，也有润湿聚结。原因是当疏油材料表面沉积油泥时，该材料便有亲油性。无论是亲油性材料还是疏油性材料，只要粒径合适，都有较好的粗粒化效果。

3、粗粒化材料（聚结板材）的选择

分类：

形状：粒状（重复使用）；纤维状（一次性使用）

材质：天然的（无烟煤、蛇纹石、石英砂等）

人造的（聚丙烯塑料球、陶粒等）

选用原则：

耐油性好，不能被油溶解或溶胀；具有一定的机械强度，且不易磨损；不易板结，冲洗方便；一般主张用亲油性材料；尽量采用相对密度大于1的材料；

粒径3～5mm为宜；货源充足，加工运输方便，价格便宜。

目前，国内各油田工业化的粗粒化装置大多是粒状材料。各种材料性能见下表。

常用聚结板材的特性：

聚丙烯、塑料钢塑料聚结板属润湿聚结范畴；纯聚丙烯板材，当吸油接近饱和时，纤维周围会产生油水界面引起的分子膜状薄油摸，吸油趋于平衡，影响聚结效果；玻璃钢材质吸油时，对油水界面引起的分子膜状薄油模影响较小，吸油功能可保持良好，但板材加工难度大；碳钢、不锈钢聚结板材属碰撞聚结范畴，板材表面经过特殊处理后，亲水性能良好。不锈钢板聚结效果优于碳钢板，其运行寿命大于碳钢板，但不锈钢板造价远高于碳钢。

4、粗粒化（聚结）装置

单一式一般为立式结构：下部配水，中部装填粗粒化材料上部出水

组合式一般为卧式结构：前端为配水部分中部为粗粒化部分中后部为斜板（管）分离部分

后部为集水部分

聚结分离器

采用卧式压力聚结方式与斜板（管）除油装置结合除油。其工艺原理图见图。

工作过程：原水进入装置前端，通过多喇叭口均匀布水，水流方式横向流经三组斜交错聚结板，使油珠聚结，悬浮物颗粒增大，然后再横向上移，自斜板组上部均布，经斜板分离，油珠上浮聚集，固体悬浮物下沉集聚排除，净化水由斜板下方横向流入集水腔。

四、气浮除油

1、基本原理

气浮：在含油污水中通入空气（或天然气），使水中产生微细气泡，有时还需加入浮选剂或混凝剂，使污水中颗粒为0.25～0.35 m的乳化油和分散油或水中悬浮颗粒粘附在气泡上，随气体一起上浮到水面并加以回收，从而达到含油污水除油除悬浮物的目的。具体过程：通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→上浮应用：自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近1的固体颗粒。

2 气浮的理论基础水中颗粒与气泡粘附的条件

水、气、固三相混合体系中，不同介质表面因受力不均衡而存在界面张力，气泡与颗粒或絮体一旦接触，由于界面张力存在会产生表面吸附作用。

2）润湿周边：三相间的吸附界面构成的交界线。与润湿接触角有关系。

3）亲水吸附与疏水吸附

泡沫的稳定性

(1)不稳定的后果：气泡浮到水面后，水分很快蒸发，泡沫极易破灭，会使已经浮到水面的污染物又脱落回到水中。

(2)方法：投加起泡剂（表面活性物质）达到易起气泡的稳定的目的。

改变疏水性能

向水中投加浮选剂，可以使颗粒由亲水性物质变为疏水性。

结合方式（气浮中气泡对絮体和颗粒单体的结合方式）

分为：气泡顶托；气泡裹携；气泡吸附

3、气浮除油（除悬浮物）装置

按气体被引入水中的方式分为两类：溶解气气浮选装置；分散气气浮选装置

（1）溶解气气浮选装置

溶气气浮原理：

使空气在一定的压力作用下，溶解于水并到达过饱和状态，再减至常压释放，气体便以微小气泡的形式逸出。

A、容器真空气浮

常压空气溶于水，负压析出。特点：整个气浮池在负压下操作，空气溶解容易，动力设备和

电能消耗少。

缺点：所有设备均要密封在气浮池内，构造复杂，生产中使用不多。

B、加压溶气气浮

工作原理：在加压条件下，使空气溶于水，形成空气过

饱和状态。然后减至常压，使空气析出，以微小气泡释放于水中，实现气浮，此法形成气泡小，约20 ～100μm ，处理效果好，应用广泛。

其气浮工艺有三种形式：

全溶气法电耗高，但气浮池溶积小。

部分溶气法(应用比较广泛)省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大压力

回流加压溶气法适用于SS高的原水，但气浮池容积大。

组成：空气饱和设备、空气释放器、气浮池

加压溶气气浮法的特点：

加压条件下，空气的溶解度大，能提供足够的微气泡，确保气浮效果。

减压释放，产生气泡不仅微细（20-100μm ），粒径均匀，密集度大，而且上浮稳定，对液体扰动小。特别适合于疏松絮凝体，细小颗粒的固液分离。工艺设备和流程较为简单，便于管理维护。对回流加压，处理效果显著、稳定，节约能耗。

溶解气气浮选装置工艺过程

使气体在压力状态下溶于水中，再将溶气水引入浮选器首端或底部均匀配出，待压力降低后，溶入水中的气体便释放出来，使被处理水中的油珠和悬浮物吸附到气泡上，上浮聚集被去除。

（2）分散气浮选装置

A、旋转型浮选装置

机械转子旋转，在气液界面上产生液体漩涡，漩涡气液界面随着转速升高，可扩展到分离室底部以上。在漩涡中心的气腔中，压力低于大气压，引起分离室上部气相空间的蒸气下移，通过转子与水相混合，形成气水混合体。在转子的旋转推动下向周边扩散，形成与油、悬浮物混合、碰撞、吸附、聚集、上浮被去除的循环过程。大多数旋转式分散气浮选装置设有四个浮选单元室。含油污水依次流经四个浮选单元室，水中含油和悬浮物逐级被去除净化。

B、喷射型浮选装置

该装置每个浮选单元均设置一个喷射器，利用泵将净化水打入浮选单元的喷射器，喷射器内的喷嘴局部产生低气压，引起气浮单元上部气相空间的气体流向喷射器喷嘴，气、水在喷嘴出口后的扩散段充分混合，射流进入浮选单元中下部，与被处理的污水混合，形成油、悬浮物比B型能耗高，气耗大。

五、旋流除油

1、基本原理

利用油水密度差，在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。

2、旋流除油装置—水力旋流器

工作过程：含油污水切向或螺旋向进入圆筒涡旋段，并沿旋流管轴向螺旋态流动，在同心缩径段，由于圆锥截面的收缩，使流体增速，并促使已形成的

螺旋流态向前流动，由于油水的密度差，水沿着管壁旋流，油珠移向中心，流体进入细锥段，截面不断收缩，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇成油芯。流体进入平行尾段，由于流体恒速流动，对上段产生一定的回压，使低压油芯向溢流口排出。

水力旋流器分离效率的影响因素：

离心力和介质阻力

离心力：油旋流管中心向器壁辐射的力。球形液滴所受的离心力为：

按斯托克斯公式求得的介质阻力为：

忽略重力不计，当离心力与介质阻力相等时，油

滴的径向速度为：

油滴在重力场内的浮升速度：

分离因数K c，是离心加速度与重力加速度的比值。

统计计算表明：水力旋流器的分离因数在500～

2000之间。

油滴直径

流量

随着流量的增加，离心力也相应增加。对特定的旋流器，在保证分离效率的前提下，存在

最大流量和最小流量的工作范围。流量过小，离心力不足，影响油滴聚集；流量过大，油

芯容易不稳定。进出口压差过大，对油滴产生剪切作用。例如：一根直径35mm的旋流管，最佳流量范围100～200m3/d。

密度两种液体的密度差越大，旋流产生的离心力越大，分离效率越高。

3、对旋流除油的要求

应产生非常强烈的旋流，使分散相有足够的径向迁移；旋流器直径要小，并有足够大的长径比；

油芯附近的液流层必须稳定，避免油水两相重混；旋流器应具有很小的圆锥角，导流口能使液流产生好的旋转，且旋转轴与旋转器几何轴线重合。

第三节混凝沉降

一、基本概念

混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。

凝聚过程：水中胶体失去稳定性的过程，即脱稳。

混凝

絮凝过程：脱稳胶体中粒子及微小悬浮物聚集过程。

混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用。

二、水中胶体的稳定性

1、概念

胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

2、胶体稳定性分类

动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。聚集稳定性：①胶体带电相斥（憎水性胶体）；②水化膜的阻碍（亲水性胶体）在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒双电层结构

滑动面上的电位：称为电位，决定了憎水胶体的聚集稳定性；也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当ξ电位降低时，水化膜减薄及至消失。

3、DLVO理论

胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，分别由静电斥力与范德华引力产生。胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见图2。当胶体距离xoc时，吸引势能占优势；当oa

三、混凝机理

1．电性中和作用机理

电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电中和作用机理，见图3。

（1）压缩双电层

随着电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使ξ电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。压缩双电层机理适用于叔采－哈代法则，即：凝聚能力

离子价数6。该机理认为电位最多可降至0。因而不能解释以下两种

现象：①混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；②与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。

压缩双电层

压缩双电层是指在胶体分散系中投加能产生高价反离子的活性电解质，通过增大溶液中的反离子强度来减小扩散层厚度，从而使ζ电位降低的过程。该过程的实质是新增的反离子与扩散层内原有反离子之间的静电斥力把原有反离子程度不同地挤压到吸附层中，从而使扩散层减簿。

压缩双电层的机理可以分为憎水性胶体和亲水性胶体两种类别：

1、憎水性胶体当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸

附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。重新稳定现象: 当混凝剂投量过多时，凝聚效果下降的现象。胶体吸附电解质，表面电荷重新分布。2、亲水性胶体：水化作用是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但ξ电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响（2）吸附－电性中和

这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位。其特点是：当药剂投加量过多时，电位可反号。总之，要使胶体颗粒通过布朗运动相互碰撞聚集，必须消除颗粒表面同性电荷的排斥作用，即“排斥能峰”。

降低排斥能峰的办法：降低或消除胶体颗粒的电位，即在水中投入电解质。含油污水中胶体颗粒大都带负电荷，故投入的电解质为带正电荷的离子或聚合离子，如Na＋、Ca2＋、Al3＋

等。

2．吸附架桥

不仅带异性电荷的高分子物质（即絮凝剂）与胶体颗粒具有强烈的吸附作用，不带电的甚至带有与胶粒同性电荷的高分子物质与胶粒也有吸附作用。“吸附架桥”：

高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附了另一胶粒，形成“胶粒—高分子—胶粒”的絮体。高分子物质起到了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用。架桥模型示意见图4。

如果投加的药剂是水溶性链状高分子聚合物并具有能与胶粒和细微悬浮物发生吸附的活性部位，那末它就能通过静电引力、范德华引力和氢键力等，将微粒搭桥联结为一个个絮凝体(俗称矾花)。这种作用就称为吸附桥联。聚合物的链状分子在其中起了桥梁和纽带的作用。

在吸附桥联形成絮凝体的过程中，胶粒和细微悬浮物并不一定要脱稳，也无需直接接触，ζ电位的大小也不起决定作用。但聚合物的加入量及搅拌强度和搅拌时间必须严格控制，如果加入量过多，一开始微粒就被若干个高分子链包围，微粒再没有空白部位去吸附其它的高分子链，结果形成无吸附部位的稳定颗粒。如呆搅拌强度过大或时间过长，桥联就会断裂，絮凝体破碎，并形成二次吸附再稳颗粒。

起架桥作用的高分子都是线性高分子且需要一定长度，当长度不够时，不能起到颗粒间的架桥作用，只能吸附单个胶粒。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：

①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；

②但投加过多，会出现“胶体保护”

3．网捕或卷扫作用（网扫作用）

水中投加混凝剂量足够大形成大量絮体。具有一定长度

成絮体的线性高分子物质有一定量的支链絮体之间有一定吸附作用

混凝过程中，在相对短的时间内，水体中形成大量絮体，趋向沉淀，便可以网铺，卷扫水中的胶体颗粒，产生净化沉淀分离。是一种机械作用。当用铁、铝盐等高价金属盐类作混凝剂，而且其投加量和介质条件足以使它们迅速生成难溶性氢氧化物时，沉淀就能把胶粒或细微悬浮物作为晶核或吸附质而将其一起除去。

四、混凝工艺

1、混合若使加入的混凝剂与水急剧、充分混合，关键是

投药口的位置和混合设备的选择。

投加两种及两种以上混凝剂或助凝剂时，应事先进行配伍性试验：几种药剂投入污水后必须有利于沉降处理，且不能起相反的作用。药剂投入还要考虑先后顺序。

投药口位置根据采用流程不同而异。受污水处理站工艺限制，两种药剂的投入口不可能相隔太远，但至少应有10s左右混合时间。油田投药口大部分设在压力管线上。

混合设备的选择各油田为保证投加药剂的充分混合，采用的混合器

有两种：

①静态简易管式混合器②静态叶片涡流管式混合器

喷嘴流速3～4m/s。两种混合器混合时间一般为10～20s左右，混合管线流速为1.0～1.5m/s。

当原水投加絮凝剂或助凝剂后，要求水流在剧烈的紊流流态下进行快速混合，为絮凝创造良

好条件。80年代初，开发应用了多种新型快速混合设备，如网格、多孔隔板、弯管以及管式静态混合器等，不仅节省投药量，缩短了混合时间，而且提高了效率。管式静态混合器是利用在管道内设置的多节固定分流板，使水流成对分流，同时又产生交叉旋涡起反向旋转作

用，实现快速混合。快速混合器有二种结构型式，一种是在原水进水管内设固定叶片，而另一种是借助外部动力，带动管内叶片运动而扩散的。目前国内有三种型式，即螺旋浆片混器、SMM型混合器及komax管式静态混合器，其中komax型管式混合器又可分为成对分流式、交流混合式、涡流反应旋流式等。

采用静态混合器，可在瞬间完成被处理和中和剂的混合，因而能缩短处理时间。由于没有可动部分，所以不会发生故障；因为能给流体以有效的搅拌，所以动能耗也少。

2、反应

油田污水处理站一般不设单独的反应构筑物，大都是反应分离（沉降）合建在一起的卧式或立式混凝沉降设施。反应部分从反应的水力原理来看，分为：

旋流式中心反应器涡流式中心反应器旋流涡流组合式反应器

旋流式中心反应器

有效反应时间8～15min，喷嘴进口流速2～3m/s。也可根据原水水质情况、投加的混凝剂性能通过实验确定。

①旋流式中心反应筒有效容积②旋流式中心反应筒直径③反应筒总高度

反应器总高度为：上部椭圆形封头高度、中下部整流隔板高度、配水及排污部分高度之和。

H＝H r＋H1＋H2＋H3

涡流式中心反应器

有效反应时间6～10min，喷嘴进口流速0.8～1m/s，椎底夹角为30°～45°。①有效容积

②有效高度H r＝H4＋H5

五、沉降分离工艺

经重力除油或其它除油设备初步净化后的污水加入混凝剂，通过进水管道混合后分别进入两种型式的中心反应筒，反应后形成矾花的污水经布水管进入混凝沉降罐沉降

分离部分。混凝沉降过程包括：上浮除油和部分悬浮物下沉部分悬浮物污水中油是主要污染指标固体悬浮物次要污染指标固体悬浮物主要污染指标油是次要污染指标

1、下向流混凝沉降罐

反应器采用上配水式，污水自上而下流动，污油携带大部分悬浮物上浮至油层，经出油管流出；部分密度较大的悬浮物沉至罐底。与混凝除油罐的工艺构造基本一致。其结构与立式除油罐基本相同，不同的是在罐中增设一个反应中心筒，使废水与混凝剂在反应筒内进行充分反应，以发挥药剂的混凝破乳作用。

2、上向流混凝沉降罐重力式上向流混凝沉降罐为立式装配。

工艺结构简介：设备中心的中下部为混凝反应部分；环空底部为集泥、排污和冲洗系统，中部为下向逆流配水系统，上部为逆流斜板（管）分离部分；设备中上部为周向斜挡板集水部分；

设备上部为浮渣污油加热收除系统。

3、压力式混凝逆流沉降罐压力式混凝逆流沉降罐为卧式装配。工艺结构简介：

设备首段为混凝反应部分中段为整流过渡和配液区上部为浮渣、污油收除内件

中后段为逆流斜板（管）中部为配水分离内件

沉降分离区下部为污泥集聚和排除内件后段为集水出流部

第四节过滤

过滤：水体流过有一定厚度（一般为700mm左右）且多孔

的粒状物质的过滤床，杂质被截留在这些介质的孔

隙里和介质上，从而使水得到进一步净化。

过滤能去除的杂质：

水中的悬浮物和胶体物质

细菌、藻类、病毒

油类

铁和锰的氧化物

放射性颗粒

预处理中加入的化学药品

重金属

一、基本原理

采用过滤方式去除水中杂质，所包括的机理很多。

从过滤性质来说，一般可分为物理作用和化学作用。

过滤机理分为：吸附，絮凝，沉淀，截留等。

1、吸附

滤池功能之一是把悬浮颗粒吸附到滤料颗粒表面。

滤料的颗粒尺寸

吸附性能颗粒尺寸絮体吸附性质抗剪强度

影响吸附的因素滤池的性质

物理因素悬浮液的性质悬浮颗粒

化学因素悬浮液水体电化学性质滤料

范德华力（颗粒间分子内聚力）

2、絮凝

得到水的最佳过滤性的基本方法

（1）按取得最佳过滤性而不是产生最易沉淀的絮凝体，来确定混凝剂的最初投药量；

（2）在沉淀后的水进入滤池时，投加作为助滤剂的二次混凝剂。

污水预处理的目的

生成小而致密的絮粒而不是大而松散的絮状体，穿透表面进入滤床，从而提高絮粒与滤料颗粒表面间的接触机率。

滤床内絮凝体的去除机理

主要依靠絮体颗粒与滤料颗粒表面或先前已沉积的絮凝体相接触产生吸附。

3、沉降

小于孔隙空间的颗粒的过滤去除，同一个布满着极大数目浅盘的水池中的沉淀作用是类似的。

颗粒的沉降速度和直径可用Stokes公式计算。

慢速砂滤池同沉淀池比较：预期可去除掉沉降速度为

1/4000的和直径小于1/60的那些颗粒。

4、截留

也称筛滤，是最简单的过滤，发生在滤层的表面，即水进入滤床的孔隙之处。

筛滤过程：开始时只能去除比孔隙大的物质，随着筛滤过程的进行，筛滤出的物质在滤料的表面形成一层面膜，水必须先通过它才能到达过滤介质。杂质的去除被限制在滤

层的表面。当被过滤的水中含有有机物质时，外来的生物—腐生菌会利用这些物质作为能量来源而繁育在滤层表面的面膜上—使面膜具有粘性，增强筛滤过程的效率。

滤池的成熟或突破：由胶团性生物的繁殖造成的过滤效率的逐渐增长。作为微生物养料的杂质的浓度

滤池成熟需要的时间作为微生物养料的杂质的可利用程度水温度高浓度、高营养价值、高温度有助于细菌的繁育并产生一层厚的面膜；富有藻类或类似生物的水，可能形成一层很厚的面膜，当过滤的阻力达到一定的数值，或表面膜有破裂的危险时，必须把这层面膜和支承它的滤料表面层加以清理。

二、过滤工艺设计

1、滤速

单位过滤面积上的过滤流量，即为滤速。

当滤速超过400m/d时，常使用高分子絮凝剂提高净化效果。滤速的确定是设计中最重要的问题之一。滤速小，过滤面积大，不经济；滤速大，过滤持续时间太短；

2、过滤阻力

水体通过滤层时，滤层的上下两侧产生水头差，称为过滤水头损失或过滤阻力—随过滤时间延长而增大。过滤阻力在设计上是决定构筑物高低的一个指标，在运行上是停止过滤的时间指标。重力式过滤采用的最大过滤阻力：范围：1.3～3.0m水柱一般：1.5～2.0m水柱过滤阻力并非一层不变，不同时期过滤阻力不同。

清洁滤层的过滤阻力（初期水头损失）

初期水头损失：滤层尚未截流悬浮物时的过滤阻力。流体流过颗粒材料滤层的水头损失计算式：

层状构造的滤层，假定整个滤层的孔隙度ε0、形状系数α/β及阻力系数C D都相同，则滤层的滤阻力为：

堵塞滤层的过滤阻力

过滤阻力h 随截留悬浮物的增加而增大。但截留方式不同，过滤阻力增加的程度有所差异。

对于下向流过滤，悬浮物多被截留在滤层表面，过滤阻力增加快；悬浮物到达滤层深处被截留，过滤阻力增加较慢。不同研究者给出的过滤阻力的计算公式，都是微分厚度△Z滤层中的微分过滤阻力△h。全滤层的过滤阻力需在Z=0至Z=L上积分求得。

过滤阻力的一般规律

滤料粒径愈粗，过滤阻力的绝对值增大愈慢；

对悬浮物截留量及截留模式都相同的滤层，过滤阻力与滤速成比例变化；

滤速增加，初期过滤阻力增大；但悬浮物进入滤层的深度大，对相同的截留悬浮物数量而言，此时过滤阻力增加缓慢。

对一定浓度的原水进行等速过滤时，过滤阻力在开始时按比例上升，随后则急剧加大。

3、反冲洗

影响滤料反冲洗效果的最重要因素：反冲洗强度（必须维持必要的反冲洗压力）

反冲洗方式

①水冲洗

依靠从滤层下部喷出的压力水使滤层处于流态化，利用滤料颗粒相互碰撞将截留的悬浮物冲洗下来。日美广泛应用。

②气—水冲洗依靠空气气泡搅动滤层，使悬浮物自滤料颗粒上脱落下来，再用水将其冲走。用于欧洲式滤池。采用粗滤的滤池中使用气—水法比较经济。气—水反冲洗的操作过程

（1）反冲洗水头（水冲洗方式）滤层无流态化前，当反冲洗强度由零开始逐渐增大

时，反冲洗水头直线增大。当滤层开始流态化后，即使再增大流速，水头也不随反冲洗强度的增大而增大。此时的水头，即流态化滤层中的水头损失，在数值上等于单位面积滤层上滤料在水中的重量。

反冲洗所需水头等于滤层、砾石承托层、集水装置中的水头损失之和，即

（2）最佳反冲洗强度滤料颗粒相互碰撞最多，其反冲洗效果最好。据此，流态化冲洗方式中最佳反冲洗强度为：

（3）最佳膨胀率滤层的膨胀率常用来作为反冲洗操作的控制指标。最佳反冲洗强度时，滤层膨胀率为：\

（4）反冲洗时间

反冲洗时间因滤层污染程度而异。一般为5～10min。

反冲洗操作包括启闭阀门的时间和表面冲洗时间，总计需15～30min。

排除截留悬浮物的99％和90％所需时间

t99≈3.5 L T/u B

t90≈2.0 L T/u B

L T≈L A+L0ε0

（5）气—水冲洗

不需要使滤层全部流态化，与流态化冲洗相比：

①滤层不产生分层现象；②不必担心由于滤层膨胀而导致滤料流失，所以排水槽

到滤层表面高度可以减小，槽间间距可以加大；③即使使用粗重的滤料，也无需增大反冲洗强度；④为使空气和水在滤层中均匀分布，需设特殊的集水装置。

目前为止，还没有从理论上推导出气—水冲洗最佳空气流量和冲洗水量的大小。

三、滤料及垫层

1、滤料（1）滤料的性能

滤料的种类常用滤料：石英砂，无烟煤等；其它滤料：核桃壳，石榴石，钛铁矿砂，磁铁矿砂，金刚砂，铝矾土等；人工优质滤料：陶粒，活性炭，聚苯乙烯球粒，聚氯乙烯球粒。

作为滤料的要求

①有足够的机械强度在冲洗过程中，机械强度低的颗粒由于摩擦会破碎，破碎的细颗粒容易进入过滤水中。摩擦与破碎使颗粒粒径变小，增加了“干

净滤层的水头损失”；破碎的细粒在冲洗时会被水流带出滤池，增加滤料的损耗。

②具有足够的化学稳定性过滤过程中，滤料与水发生化学反应会恶化水质。滤料尤其不能含有对人体健康和生产有害的物质。③就地能取材，货源充足，价格合理；④具有一定的颗粒级配和适当的孔隙度；⑤外形接近于球形，表面比较粗糙且有棱角。球状颗粒间的孔隙较大；表面粗糙的颗粒，其比表面较大；棱角处吸附力量强。

（2）滤料的颗粒级配

滤料颗粒的大小用“粒径”表示。因为滤料不一定是球形，所以粒径指的是：能把滤料颗粒包围在内的一个假想的球面直径。通常用不同网孔的筛子确定滤料粒径。如：一般快滤池

中的滤料，能通过18目/英寸（孔径为1mm）的网孔，但截留在36目/英寸（孔径为0.5mm）的筛上，则滤料最大粒径为1mm，最小粒径为0.5mm最大粒径选择滤料的考虑因素最小粒径滤料的均匀程度（滤料的级配）

滤料的级配

定义：滤料粒径大小不同的颗粒所占的比例。具有适当的滤料级配，才能有良好的过滤效果。

滤料级配的表示方法规定最大、最小两种粒径和K80。我国现行规范即采用这种表示方法。

不均匀系数愈大，则滤料愈不均匀，小颗粒会填充于大颗粒的间隙内，从而使滤料的空隙率和纳污能力降低，水头损失增大。因此，不均匀系数以小为佳。但是，不均匀系数愈小，加工费用也愈高。权衡利弊，砂滤料的极值应控制在1.6～2.0之间。

快速滤池常见的问题及解决办法

气阻：

滤料层内积聚了大量空气，特别是当滤料层内出现负水头时，这部分滤料层内呈现真空状态，使水中的溶解气体逸出并积聚在滤层中，以致滤水量显著减少。冲洗时，气泡会冲出滤层表面，因而出现大量空气，它是形成滤料层裂缝、水质恶化的原因。这种现象叫气阻或气闭。

解决办法：

可增高滤料层上的水深；在池深已定的情况下，可采取调换表面层滤料，增大滤料粒径的方法；有时可适当加大滤速，促使整个滤料层内积污比较严重。进行滤料的水力计算时，用当量粒径表示粒径大小

当量粒径按下式计算：

（3）滤料空隙率定义：指某一体积滤层中空隙的体积与其总体积（即滤料颗粒的体积与滤粒间隙体积的和）的比值。

测量方法：取一定量的滤料，在105℃下烘干称重，用比重瓶测出相对密度。然后放入过滤筒中，用清水过滤一段时间后，量出滤层体积，按下式求出滤料空隙率ε：

（4）滤料形状

滤料形状影响滤层中水头损失和滤层孔隙率。不规则颗粒的实际表面积、有关形状系数还没有满意的计算方法。以“颗粒球形度系数”作为参考。设某一形状不规则的颗粒粒径为d i，与其同体积的球体直径为d0，则颗粒的球形度系数Φ为：

（5）滤层规格

滤层的材料滤料的粒度滤料的粒度比较小，一般在0.3～2.0mm 。小粒度的滤

料比表面积大，有利于过滤。

滤层的厚度滤层厚度为矾花所穿透的深度与保护厚度的和。

滤料粒径：粒度大

穿透深度滤速：滤速高穿透深度深

水的混凝效果：混凝效果差

下表列出了粒度和允许滤速及水头损失的经验数据，滤层厚度600～700mm。

对于石英砂和煤构成的双层滤料滤池，由于煤粒间的孔隙较大，矾花可以穿透得更深，较好发挥了整个滤层表面积的吸附能力。

※煤、砂双层滤料在反冲洗后，能分层的主要原因：

两种不同相对密度的滤料，在反冲洗上升水流中形成悬浮体（煤—水悬浮体、砂—水悬浮体），相对密度大的趋向下层，相对密度小的趋向上层。反冲洗一旦停止，两种滤料便保持分层状态。双层滤料级配参见下表。

接触滤池常识

接触滤池是原水投加凝聚剂后，滤料层上方设穿孔进水管将投加过混凝剂的原水直接送入滤池，不经沉淀而直接进行微絮凝过滤的滤池。

国内接触滤池以双层滤料居多。由于双层滤料层截污能力高，滤层中水流阻力及水头损失的增加缓慢，工作周期可延长。

接触滤池适用于原水浑浊度长年低于20NTU，处理效果较稳定。滤池滤速宜采用6m/h～8m/h，因原水投加凝聚剂后，微絮凝主要在上层无烟煤孔隙中完成，故滤速不宜过高。

三层滤料粒径级配原则基本上同于双层滤料，即根据三种滤料相对密度的不同，选配适当的粒径，以防滤层混杂。

三层滤料选用最多的形式是：

在无烟煤、石英砂两层滤料的下面，加一层比石英砂细的磁铁矿薄层。设计滤速可达30～40m/h。

2、垫层（承托层）

作用

A、防止过滤时滤料从配水系统中流失；

B、冲洗过程中保证均匀布水。

垫层（承托层）的材料要求

对于单层或双层滤料滤池，采用大阻力配水时，承托层均用天然卵石。颗粒最小直径2mm（由滤料的最大直径确定）；颗粒最大直径32mm（由冲洗时孔隙射流产生最大冲击力确定）。

配水系统的主要作用：保证进入滤池的冲洗水，能够均匀分布在整个滤池面积上；过滤时，也起了均匀集水的作用。

（1）大阻力配水系统?穿孔管上总的开孔率（孔口面积与滤池面积之比）很低，为0.20％～0.28％，反冲洗时孔口流速v=5～6m/s,产生较大的水头损失，约为3～4m左右。

优点：其配水均匀性好，单池面积大（可到100m2左

右），基建造价低，工作可靠。

不足之处：需单设反冲水塔或水泵，反冲洗所需水

头大、能耗高。

（2）小阻力配水系统?开孔率一般在1.0％～1.5％，反冲洗水头只需1m左右。优点：不需设置反冲洗水塔或水泵，反冲洗水头小，动力

费省，易于实现滤池自动化运行。?不足：单池面积小（最大约50m2左右），且基建费较

高。

（3）中阻力配水系统，开孔率在0.6％～0.8％，配水系

统多用双层滤砖。

承托层规格承托层自上而下分为四层。油田污水处理中，小阻力配水系统的垫层也参见下表。

四、过滤设施的分类

非均质滤层下向过滤

缺点：

A、截留的杂质集中在滤层表面几厘米内，造成表面堵塞，不利于滤床整个深度的利用；

B、过滤速度受到限制。注意的问题：反冲洗开始时，必须用小强度冲洗，然后逐渐加大，以

免冲跑较轻的滤料。

均质滤层下向过滤

滤池的滤床从上到下，个个剖面都有大、中、小粒径的颗粒，它们各自的量相等或接近。

优点：滤床上下方向的滤料孔隙率相同，而使滤床水的流态也相同，使滤池能更好地克服表面阻塞，絮体深入滤床，以达到滤出水量多、水质好的效果。

为了达到上述目的，最主要的一个因素是滤床不允许膨胀或是稍有膨胀，使其始终保持原有填料时滤床滤料的原有状

态，杂质深入到滤层的深部。这种滤池采用较粗的砂滤料，可减少气阻或气闭现象的发生。

多滤层过滤可避免非均质滤层故有的缺点，即表面堵塞和过滤速度受到限制。

1、向下过滤

为提高滤池的滤速、延长其运行时间，用粒径大于下面砂料的轻质材料（一般为无烟煤，有效粒径比砂大2～3倍为好）代替上面一层细砂。选择每一滤层的粒径原则：反冲洗水量相同时，它们的膨胀程度相同。滤层材料特别是上层滤料材料的均匀系数必须尽可能的低（不超过1.5），以防止杂质堵塞各滤层表面。

2、向上过滤

特点A、滤床粒径自底部至顶部逐渐减小目的是使杂质能够深入滤床深部，尽可能利用过滤体、

延长过滤周期。B、水由底部向上流这样，砂层受到浮力作用，可使滤床上部的细砂产生局

部膨胀区。解决办法：在顶部埋置固定在边缘上由扁平栅条构成的水平格栅，用以稳定细砂。

3、双向流过滤

允许过滤工作从两个相对方向同时进行，其容量相等，从而使结构上和排水系统得到某些节省。

双向流滤池固有的局限性：不能生产高质量净化水。

存在的问题：上向流和下向流的流量比很难调整和掌握。当提高上向流流量并接近某一值时，滤层滤料会产生流化现象，影响过滤。

五、压力过滤罐

在油田污水处理系统中，压力过滤罐广泛采用。

1、压力滤罐与重力式滤池的不同之处

重力式滤池水面与大气相通，依靠滤层上的水深，以重力方式进行过滤；

压力滤罐是密闭式圆柱形钢制容器，是在压力下工作的。滤罐内部装有滤料及进水和排水系统，罐外设置必要的管道和阀门。进水用泵打入，滤后水压较高。

2、压力滤罐的结构特点

上部安装放气阀，底部安装放空阀；立式和卧式，直径不超过3m，卧式罐由于过滤断面不均

匀，所以立式罐应用广泛；压力滤罐上部布水采用多点喇叭口上向布水，下部配水采用大阻力配水方式；压力滤罐可在工厂预制，现场安装方便、占地少，生产中运转管理方便；耗费钢材多，投资大，滤料进出不方便。核桃壳过滤器

3、压力过滤的水头损失总水头损失为：

4、反冲洗

反冲洗条件

正常情况下，滤罐的过滤水头损失达到预定的设计极限时，即需进行冲洗。特殊情况下，滤出水达不到规定的指标，即使尚未达到预定的水头损失极限，也要停止运行进行冲洗。

反冲洗强度影响因素

膨胀率：冲洗时，滤层膨胀后增加的厚度与原厚度的比值，一般用百分数表示。

反冲洗时：

冲洗强度约为15～20l/（s.m2）；

过小，滤料冲洗不干净；

膨胀率约为40％～50％。过大，降低滤料间摩擦机会，也冲洗不干净，且滤料容易流失。

冲洗强度计算公式（以砂层为例）：

（1）冲洗强度与粒径的关系

滤层的膨胀率e一定时，相应的冲洗强度q与d e1.31成正比，若粒径增加70％，q即增加100％。

（2）冲洗强度与水温的关系

d e及e一定时，q与μ0.54成反比。水温低，μ0.54增大，q值减小，反之，q值增大。

对含油污水，一般要求冲洗温度不低于40℃。

（3）选用冲洗强度的依据

使滤层中具有代表性的最大粒径d z在冲洗时恰好处于悬浮的临界状态，即e=0，取ε0=0.41，则冲洗强度为

反冲洗水头损失

冲洗水的供给大多采用专设冲洗水泵的方法。最大优点：冲洗强度均匀。水泵的流量按冲洗一个滤罐计算。水泵所需扬程为：

第五节深度净化

对于注水方式开发的低渗透、特低渗透油藏，为满足

注水水质要求，必须在常规污水处理工艺基础上，对水质进行深度处理净化。

水处理常用的深度处理净化工艺

二级深床过滤、吸附过滤、细滤、微滤、超滤、电渗析、反渗透等

油田污水处理中深度净化工艺

多采用二级深床过滤、吸附、细滤、微滤、超滤等。下面只对吸附、细滤、微滤作简要介绍。

一、活性炭吸附

吸附法：用含有多孔的固体物质，使水中污染物被吸附在固体孔隙内而去除。

去除的物质：水中的余氯、胶体颗粒、有机物、微生物等。

常用吸附剂：活性炭、大孔吸附树脂等。

活性炭的制成：活性炭是用木质、煤质、果壳（核）等含碳物质通过化学法活化或物理法活化制成的。

活性炭功能：

有非常多的微孔和巨大的比表面积，有很强的物理吸附能力，能有效吸附水中的有机污染物；

活化过程中，活性炭表面的非结晶部位上形成一些含氧官能

团，使活性炭具有化学吸附和催化氧化、还原的性能，能有效去除水中的一些金属离子。

活性炭的制作方法

分为两种：物理水蒸气和化学生产法。

一般均采取物理水蒸气法，其过程：

1、炭化：将原料在170-600度的温度下干燥，同时将其80%有机组织炭化；

2、活化：将已炭化好的材料送入反应炉中，与活化剂和水蒸气反应，使其表面与内部生成大量相互串通的小孔，形成纵横交错的蜂窝状结构，再经过酸

洗、水洗、烘干等工序制作成为活性炭。

1、颗粒活性炭

（1）活性炭的特性

主要物理特性：指孔隙结构及其分布，在活化过程中晶格间生成的孔隙形成各种形状和大小的

微细孔，构成巨大的吸附表面积，形成很强的吸附能力。

良好活性炭的参数

比表面积1000m2/g，细孔总容积0.6～1.18ml/g，孔径10～105?。

活性炭吸附量

影响因素：比表面积，细孔的孔径分布。大孔：为吸附质扩散提供通道，使之扩散到过渡孔和

微孔中去，主要是影响吸附质扩散速度；

过渡孔：吸附水中大分子有机物，同时又是小分子到达微孔的通道。

微孔：表面积占比表面积95％以上，活性炭吸附量主要

受微孔支配。根据吸附质的直径与碳的细孔分布情况选择恰当的活性炭。

活性炭的吸附特性

物理吸附为主，也进行一些化学选择性吸附。

（2）活性炭的技术要求

外观为黑色无定形颗粒状。

亚甲基蓝吸附值90～120mg/g或3～6ml。（脱色能力）

碘吸附值300～1000mg/g。（对液体物质的吸附能力）

强度

一定条件下测定合格粒度的比例，常在85％～90％之间。

水分

又称干燥减量，在5％～10％之间。

充填密度

颗粒之间空隙在内的体积，约为0.3g/cm3；

粒度一般在0.63～2mm。

（3）活性炭的使用条件碳的预处理

（4）活性炭吸附器

移动床按碳床形式膨胀床

固定床

（5）活性炭再生

再生方法

溶剂萃取、酸碱洗脱、蒸汽吹脱、湿式空气氧化、电解氧化、生物氧化、高频脉冲放电、微波加热、直接电流加热、热法再生

高温加热再生

干燥阶段：温度150～300℃，对湿碳进行脱水干燥；

焙烧阶段：温度300～600℃，对被吸附的有机物进行

热分解，碳化或气化，达到脱附；

活化阶段：温度800～900℃，对碳化了的表面用水蒸

汽或CO2气体进行活化。

2、渗银活性炭

银的杀菌消毒作用

水中有银存在时，银离子被菌体细胞膜吸附，银离子

穿透细胞膜储留在胞浆膜上，使胞浆膜内的细菌酶失去活性，导致细胞死亡。

银离子在水中的浓度0.1～0.2mg/l时，就能达到杀菌的目的。

渗银活性炭的物理构成2.54厘米（1英寸）长度中的筛孔数目，简称为目。

选用优质的颗粒状果壳活性炭，粒度20～30目，比表面积大于1000m2/g；常用的银剂AgNO3，经化学方法加工而成。渗银量以银计小于1％（重量比）。作用效果

去除水中色、臭味、氯、铁、砷、汞、氰化物、酚等，除菌效果90％以上。

3、纤维活性炭

（1）种类

按制造原材料：人造丝系、聚丙烯腈系、酚醛系、沥青系

按形状：毛毡状（无纺布）、纸片状、布料状（织物）、

蜂窝状、杂乱的短纤维及纤维束。

水处理中，常用的是毛毡状和布料状纤维活性炭。

（2）纤维活性炭的吸附性能

孔隙结构

只存在微孔，碳表面平整光滑；吸附过程中，纤维间的空隙起到大孔的扩散作用，便于吸

附剂与吸附质之间的接触，增加吸附效果；微孔几乎全部位于表面，且孔径不到颗粒活性炭微

孔的1/2，易产生毛细管凝聚作用，使吸附物质分子不易挥发，提高吸附效果。

比表面积和微孔容积

比表面积大，微孔直径介于10～20 ?，有效吸附表面积和微孔容积大大超出颗粒活性炭，吸附容量比颗粒活性炭大得多。

吸附脱附

吸附质直接在暴露于纤维表面的微孔上进行吸附和脱附，吸附速度比颗粒活性炭快2～3 倍，再生时容易脱附。

（3）工程应用的便利性

有一定的强度和形状，不易粉化，振动条件下不会产生装填松动和过分密实现象，克服了颗粒、粉末活性炭在操作过程中易形成水流沟和床层沉降等问题。

二、精细过滤

采用成型材料——滤芯，实现净化目的。可去除水中直径1～5μm的颗粒，设置于污水处理站压力过滤器之后。

1、烧结滤芯过滤器

烧结滤芯：由粉末材料烧结形成微孔滤元，滤芯材料有陶瓷、玻璃砂、塑料等。

（2）陶瓷滤芯

微孔孔径小于2.5 μm，孔隙率为47％～52％。

陶瓷烧结滤芯因截留悬浮物增多而出水量减小时，停止运行取出滤芯，用水砂纸磨去已堵塞的表层并清洗干净。当滤芯的壁厚减薄到2～3mm时，滤出液将不合格，需更换滤芯。

常用的纤维缠绕滤芯：

聚丙烯纤维—聚丙烯骨架滤芯，最高使用温度60℃；

脱脂棉纤维—不锈钢骨架滤芯，最高使用温度120℃。

三、微过滤（膜过滤）

微过滤是一种精密过滤技术，所用的微孔滤膜截留微粒直径为0.1～10μm，如病毒、细菌、胶体等，介于常规过滤和超滤之间，操作压力一般小于0.3MPa。

微孔滤膜由天然或合成高分子材料形成。

2、微过滤器

油田水处理深度净化中采用管式过滤器、折叠式过滤器。

管式过滤器

A、结构

国外：在多孔管外依次包裹聚丙烯网布和微孔滤膜，外面用预过滤介质缠绕，把两端密封，配以外壳构成。

国内：在蜂房式过滤芯的多孔管外，包裹一层微孔滤膜，外面缠绕聚丙烯纤维绳。

B、特点

滤芯制作方便，可多滤芯组装；过滤面积小，体积较大；适用于中等量的过滤。

折叠式过滤器

A、结构

由滤芯、壳体构成。滤芯构成：聚丙烯多孔管、聚丙烯网布、聚丙烯支撑网、微孔滤膜、聚丙烯多孔保护网、端盖、O型密封圈等。

B、特点

体积小，过滤面积大适用于大容量的过滤根据过滤量的多少可组装选用滤芯不能再生使用（尤其是对亚微米级的精过滤）

第六节污水污油回收

一、污水回收

1、污水处理站污水回收设施承接的污水来源

钻井作业废水、油站洗盐水、联合站自流排水、污水站内净化、过滤、污泥处理设施排水等。

从污水回收水量来看：过滤反冲洗水量最大，然后是污泥处理系统、油站自流排水系统，再者是站外钻井作业排水。

2、污水回收工艺流程

污水回收系统的主要设施

回收水池（罐）、回收水泵、相应的管道系统。

3、污水回收池

回收水池的主要功能

是污水回收的主要构筑物，既是回收污水的储存池，又是回收水泵的吸水池。

污水回收池（罐）形式

压力式滤罐：常采用地面式的立式钢罐作为回收水罐。

重力式滤池：常采用地下式或半地下室式的回收水池，平面形状为矩形。设计水深为2～3米，沉泥高度为0.5～1.0米，保护高为0.3～0.5米，长宽比为1.5～

2.5。

含油污水处理站中回收水池的位置

平面布置尽量靠近滤池和回收水泵房，同时考虑

各构筑物之间的防火安全距离的要求。

考虑池内水位变化对反冲洗水头的影响；考虑池内最高水位时，联合站内无压排水能

高程布置否自流入池；考虑工程地质和水文地质等因素（如地下水位高、有流砂时，采用地面式或半地下式回收水池，减少施工和管理上的困难）。4、污水回收泵

回收水泵的作用

将回收水池中的污水和污油抽送到除油罐的进水管。

泵的选用

常用单级离心式污水泵或清水泵，一般选2台，一台备用。水泵的流量：若水泵连续运行，流量按回收水池的有效容积和回收污水量及两次反冲洗时间间隔确定。水泵的扬程：由需提升的几何高度、管道的水头损失、一定的自由水头之和确定。

二、污油回收

1、污油回收的工艺过程油水分离装置分离出的污油收集、保温储存、加压输送。

常用的污油回收流程如下：

2、储油设备

储油设备的功能

储油设备一般是一个油罐（池）。储存回收的污油；

作用污油外输前初步沉降分离；缓冲吸油。

3、污油输送设备

污油输送设备主要包括：

油泵、输油管道系统、有关计量仪表

油泵的选取

油泵一般选用多级离心泵或齿轮泵，电动机和泵房照明及仪表均应选用防爆型的。

油泵一般选用2台，其中1台备用。

（1）油泵流量确定

污油管道（1）污油回收系统管道的工艺处理

作伴热保温；进行防腐绝缘处理；除油设备排油管及污油泵吸油管道设清管设施。

（收油是间断进行，可防止积存在管道内的污油凝固，使油泵启动不发生困难）

（2）污油管道直径的确定

简便方法就是按输送流量和经济流速近似计算。

第七节密闭隔氧

一、概述

氧是含油污水处理系统中重要的腐蚀因素之一。

特别是总矿化度大于5000mg/l且含有H2S时，即使水中含有微量氧也会造成严重的腐蚀。

对注入水溶解氧的规定（水中总矿化度大于5000mg/l）

国外0.02～0.05mg/l

国内≤0.05mg/l

原水中溶解氧含量一般都达标，因此，污水站都采取密闭措施达到控制溶解氧的目的。

密闭隔氧的方式

天然气密闭

薄膜气囊密闭

浮式床密闭

氮气密闭

柴油密闭

二、天然气密闭隔氧

天然气密闭：指污水处理站各种重力式常压钢罐罐顶密封，再通入一定压力的天然气并设排气口，随着液位的上、下波动，天然气进入或排出，防止空气进入系统。

天然气密闭技术主要是合理选择、设计、计算调压方式。

注意：天然气密闭不是简单地在容器液面以上空间通入天然气，而是要求在处理过程中天然气隔层压力在一定范围内变化，不致出现因负压过大时钢罐压扁、正压过大时钢罐压裂的运行事故。要求有一套完整的天然气调压系统。

1、调压方式选择

天然气调压系统有两类

调压阀调节（气源充足时）、低压气柜调节（气源不足时）

自力式调压器

规格

油田污水处理常用的自力式调压器有两种规格：

TMJ-314（T100）TMJ-316（T150）

几种密闭调压方式的对比

2、调压阀调节系统

实践证明：自力式调压器装置简单、运行可靠、维修工作量小，且补气调压效果好。

补气调压以自力式调压器为主；

排气调压采用气动或电动组合单元仪表控制薄膜阀调压，并在密闭管路上增设正压水封保护设施。调压阀调压系统的设计，主要是合理确定如下5个参数：补气压力

最大补气量

排气压力

最大排气量

补气或排气最大压降

（1）补气压力定义：调压系统开始补气的最低压力。

根据调压器性能确定

现有国产自力式调压阀最低工作压力为0.8～1.0kPa（80～100mm水柱）。

合理确定补气或排气系统的最大压降

目的是为迅速补气、排气，不使密闭罐出现负压或超压，又不至于因选择的允许压降过小使密闭气管径过大。压降应不超过系统压力的25％。

（2）最大补气量

由罐内液面下降在单位时间内形成的空间来决定。不同的处理流程要具体进行计算，以最不利情况确定。

（3）排气压力定义：指调压系统开始排气时的压力。排气压力可参照补气压力的原则进行。

注：为使补气和排气不互相干扰，不致于出现频繁补气和排气现象，应尽量使补气压力和排气压力拉开一定距离。确定排气压力为1.5kPa。

（4）最大排气量

产生于加压泵或外输水泵因故停运，而原水仍进入污水站的情况。

（5）补气、排气管线设计

根据最大补气量、最大排气量及压降，参照天然气管线

经济流速设计，一般流速取10m/s左右。

（1）气柜容积气柜的有效容积应能保证在最不利的情况下有充足

天然气供给。

（2）调节系统的压力

低压气柜调压系统的压力，原则上按调压阀调压系统压力来确定，一般为0.8～1.5kPa；但低压气柜压力是由气柜浮顶加重物决定的；确定气柜工作压力时，还应考虑密闭排气时天然气管内的压力损失；但最大压力以钢罐密闭能承受的最大压力为准，一般为2kPa（200mm水柱）。

4、密闭隔氧安全措施

密闭罐顶部透光孔用法兰密封，取消通气管；

设有溢流管的密闭罐应设水封；水封高度大于罐内天然气最大压力。

罐顶设微压安全阀，按耐压能力-0.5～2.0kPa进行标定；

微压安全阀与液压安全阀比较：运行可靠、压力可调、防冻、结构简单、体积小。

密闭罐设高低液位显示装置，用压差变送器传至值班室；

在缓冲罐、反冲洗罐、回收水罐等密闭罐液位上限、

液位下限设报警及连锁停泵；

为防止因缓冲罐等密闭罐液位过低，使水泵吸入天然气而引起爆炸事故。

天然气调压系统自动保护

调压阀调压系统：

天然气上、下限压力报警，当下限压力降至0.2kPa时，声光报警并连锁停运从密闭罐抽吸的水泵。

低压气柜调压系统：

根据气柜钟罩的位置设保护措施，如钟罩下降到

一定位置进行补气。

三、浮床式密闭隔氧

浮式床密闭隔氧装置是针对敞开式储水罐控制溶解氧上升的问题而发明的实用新型专利（专利号为ZL97 2 31676﹒0 ）

1、基本原理

采用两层具有长期防水性能的防水布制成条状密闭口袋，在口袋内充填低密度浮板，在水罐内液面上形成一个覆盖整个水面的圆形浮床。浮床边缘预留适量过盈量，采用柔性材料搭接密封，使水面与空气完全隔绝。浮床随罐内水面升降而同步波动，保证水中的溶解氧含量不再上升，达到隔氧的目的。

2、选材要求与构成

防水布良好的防水性能；良好的耐油溶胀性能；耐酸碱腐蚀特性；抗老化；耐温。

浮板低密度高强度良好的耐腐蚀性能

（2）装置构成

带装填口袋的特种防水布浮床

采用加强丁氰橡胶布制成，其上预留有径向和周向定型件或浮子的安装装填口袋。

浮子

薄壁不锈钢板为原料，焊接成长1.0m的长方形浮子，几个一组分别沿径向或平行装填在浮床上，可产生2.5～3.5倍于浮床自重的浮力。

支架浮床落至最低液位处应设置可承担浮床重量的支架，便于停产检修，保护浮床。支架可采用角钢附架，槽钢骨架，并进行防腐处理。

四、薄膜囊式隔氧

1、基本原理

在水罐内安装一个具有隔氧作用的高分子密闭隔氧膜，使水与大气分开，阻止氧的溶入。

3、隔氧膜密闭装置特点

无能源消耗；无损耗件和耗能介质；无易燃易爆材质和介质，运行安全平稳；设备简易，无专人管理，可实现自动化操作；隔氧性能好，运行费用低；

对隔氧膜要求严格。

第三章油田污水化学处理药剂

污水处理剂：在油田污水处理过程中，为防止设备及管线腐蚀、结垢，降低胶体、悬浮颗粒

含量，抑制有害细菌增生，所加入的化学药剂统称为污水处理剂。

油田常用的污水处理剂的种类主要有：

缓蚀剂阻垢剂杀菌剂絮凝剂除氧剂

第一节缓蚀剂

一、腐蚀及其危害

腐蚀

金属与周围介质接触，由于化学或电化学原因引起的破坏。

油田污水的腐蚀性

因具有较高的矿化度、含有腐蚀性气体（H2S、CO2、O2）

和微生物（SRB、TGB），具有较高的腐蚀性。

腐蚀危害

造成污水集输管线、水处理设备、油水井及井下工具的腐蚀破坏，影响油田生产系统的正常运行，还会引起火灾，造成环境污染。

金属设备的防腐措施

分为三类：一是通过化学防腐剂的加入，达到减轻腐蚀的目的；

二是把金属本体与腐蚀介质隔开，如各种内外衬、涂防腐设备管线等；

三是采用耐腐蚀材质，如不锈钢、塑料等。

二、缓蚀剂定义和类型

1、缓蚀剂定义凡是在腐蚀介质中添加少量物质就能防止或减缓金属的腐蚀，这类物质称为缓蚀剂。缓蚀剂的防腐效果常用缓蚀率来衡量。

缓蚀率的测定方法：

分别测出空白试样与加入缓蚀剂试样的腐蚀速度，按下式计算出缓蚀率。

沉淀型缓蚀剂

缓蚀机理：缓蚀剂与腐蚀环境中的某些组分反应，生成致密的沉淀膜，或生成新的聚合物，覆盖在金属的表面，这种膜的电阻率大，抑制了金属的腐蚀。

缓蚀剂有阴极抑制型和混合抑制型之分，如辛炔醇、磷酸盐、羟基喹啉等。

吸附型缓蚀剂（有机缓蚀剂）

缓蚀机理：缓蚀剂分子都有极性基团和非极性基团，加入腐蚀介质中的极性基团吸附在金属表面上，非极性基团则向外定向排列，形成憎水膜，使金属与腐蚀介质分开。如烷基胺（RNH2）、烷基氯化吡啶、咪唑啉衍生物等。

三、缓蚀剂选择

1、污水处理缓蚀剂的选择确定腐蚀原因对于油田生产系统，腐蚀的原因有pH值、含盐、含腐蚀性气体、细菌等，必须找出腐蚀的主要原因，测定各气体

的溶解量，分析腐蚀介质的离子组成、腐蚀产物等。对于抑制H2S腐蚀，可选用吡啶类和脂肪胺类吸附型缓蚀剂；防治CO2腐蚀，选用咪唑啉类缓蚀剂。

进行室内评价

在室内评选缓蚀率高的缓蚀剂及其用量，再在现场应用。室内评价一般采用挂片试验法。

现场实验确定缓蚀剂用量和加药方式设立腐蚀监测点，随时挂片监测腐蚀速度，以便调

整、改进缓蚀剂品种、加药量和加药方式。

进行经济技术指标比较

对缓蚀剂的价格、用量、毒性及缓蚀率进行全面分析，选择相对腐蚀率较高、成本较低、对环境污染轻的缓蚀剂。

2、油田污水处理系统常用的缓蚀剂

对于油田污水处理系统，防腐效果较好的缓蚀剂有：含氮的有机化合物，脂肪胺及盐类，酰胺及咪唑啉类等。下表列出了油田污水处理（注水）系统常用的缓蚀剂。

第二节阻垢剂

一、结垢及危害

水中的化学物质是以离子状态存在的，在水中的溶解度是有限的，超过这个限度，化合物便成为固体而沉淀。

在下列情况下引起结垢：

水中含有形成溶解度很小的化合物的离子；物理条件发生变化，或者水中的成分发生变化，使溶解度低于现有浓度。垢的存在形式：悬浮于水中，或附在设备表面和管壁上

垢的危害

悬浮于水中的颗粒堵塞贮油层，或在贮油层表面结成固体的垢；降低供、注水管道和油管的有效直径，摩阻增大，能耗增加；抽油杆结垢时，增加抽油杆的负荷；加热炉的辐射管结垢会造成过热，降低使用寿命。

二、常见的水垢

1、碳酸钙（CaCO3）碳酸钙垢是由钙离子与碳酸根或碳酸氢根离子结合生成的。

影响因素包括：

二氧化碳（CO2）增大碳酸钙在水中的溶解度。随着系统中二氧化碳分压的增加，碳酸钙的溶解度增大，且随着温度的升高，影响减小。系统中压降的存在CO2分压减小从溶液中逸出水的pH值升高导致碳酸钙沉淀

pH值pH值高会产生更多的沉淀。

总压力系统压力增加，碳酸钙溶解度增大。

温度当温度增高时，碳酸钙的溶解度降低，即水温较高时会

结较多的碳酸钙垢。

水中所溶盐类

水中含盐量增加，碳酸钙溶解度增加，结构趋势越小。水中溶解的固体总量（不包括钙和碳酸根离子）最大可达到200000mg/L。

综上，生成碳酸钙的趋势随温度升高而增加；随CO2分压减小而增加；随pH值增加而增加；随溶解的总盐量减少而增大；随总压力的减小而增大。

2、硫酸钙（CaSO4）

硫酸钙的类型油田上最常见的硫酸钙沉积物是石膏

高于38℃时，无水石膏（不溶性硬石膏）的溶解度比石膏小，先于石膏沉积，而石膏沉积温度为100 ℃。因此，在较深、较热的井中，硫酸钙主要以无水石膏的形式存在。温度在100 ℃以上时，在有搅动或流动的系统中，无水硫酸钙可直接沉积出来；若系统是静止的，半水的硫酸钙溶解度变小，随时间的延长可转变成无水硫酸钙。

b、水中溶解盐类

当水中存在NaCl或其它溶解的盐类（不包括Ca2+和SO42-）、浓度小于150000mg/L时，石膏或无水石膏的溶解度增大。当盐的含量大于150000mg/L时，硫酸钙的溶解度减小。

c、压力

水中所有垢的溶解度都随着压力的增加而增大。在生产井中，压力降是生成硫酸钙垢的一个主要原因。井筒周围的压力降会引起油层和油管结垢。压力和温度对硫酸钙（无水）溶解度影响图P58图3－7

d、pH值pH值对硫酸钙的溶解度的影响很小或根本不影响。

3、硫酸钡（BaSO4）就目前所讨论过的垢来说，硫酸钡是最难溶的垢。由于硫酸钡极难溶解，只要水中有Ba2+和SO42-就会结垢。

温度

100℃以下时，BaSO4的溶解度随温度的升高而增大；高于100 ℃时，溶解度随温度的升高而减小。由于BaSO4的溶解度在常温以上范围内随温度升高而增大，因此在地面条件没有结垢的注水井，在井底也不存在结垢问题。

溶解的盐类影响趋势同CaCO3和CaSO4。

压力随压力增加溶解度增大，与硫酸钙同样的作用机理。

4、硫酸锶（SrSO4）硫酸锶比硫酸钡好溶一些。

温度的影响SrSO4的溶解度随温度的升高而减小。25℃纯水中的溶解度为129mg/L，125 ℃时，溶解度降为68 129mg/L 。

溶解盐的影响SrSO4的溶解度随水中NaCl含量的增加而增大，但随NaCl含量的进一步增加，其溶解度会降低。在含有钙镁的咸水中，SrSO4的溶解度明显高于含有同等离子强度的NaCl咸水

压力的影响

压力对SrSO4的溶解度影响与CaSO4相同，随压力的增加而增大。当压力达到3000psig后，增加的幅度很小。许多情况下，Sr与Ba一同沉淀形成（Ba 、Sr ）SO4垢。Weintritt和Cowan研究表明，垢样中SrSO4含量为1.2～15.9％，BaSO4含量为63.7～97.5％。

pH值的影响pH值对硫酸钙的溶解度的影响很小或根本不影响。

5、铁化合物

水中铁的来源天然存在，含量仅有几mg/L，很少达到100mg/L。腐蚀产物。严重腐蚀的标志，沉淀的铁化合物可引起地层和注水井的堵塞。

溶解气和铁腐蚀通常是由CO2、H2S或溶解于水中的氧引起的。大多数含铁的垢都是腐蚀产物。但溶解气体也可与地层中天然铁反应生成铁化合物。

CO2CO2与铁反应生成碳酸铁垢。能否生成垢取决于系统的pH值，pH>7时最易生成垢。

H2S H2S与铁反应生成腐蚀产物—硫化铁，其溶解度极小，通常形成薄薄一层附着紧密的垢。

所谓“黑水”就是悬浮的硫化铁。

氧

铁与氧结合能形成许多化合物。其中，Fe(OH)2、Fe(OH)3和Fe2O3是常见的铁垢。“红水”是由水中含有的氧与铁作用的产物—氧化铁的悬浮颗粒形成的

三、结垢原因

1、不相容论各种水单独使用时，在系统条件下稳定且不结垢。混合使用后，溶解在各种水中的离子之间发生反应，可能生成不溶解的产物—垢。

显然，把两种或多种不相容的地面水混合注入地层是不合理的。

2、热力学条件变化论

在油田生产过程中，当压力、温度、pH值、流速以及溶解离子含量发生变化时，会增加结垢趋势。

3、吸附论结垢分为三个阶段：垢的析出，垢的长大，垢的沉积。垢具有晶体结构，设备、管线具有粗糙表面时，成垢离子会吸附在表面上，并以其为结

晶中心，不断长大，沉积成致密的垢。也可以把腐蚀产物、细菌作为结晶中心形成垢。

四、垢的鉴别

下列方法可初步判断垢的组成。

1、判断方法一

把垢样浸于有机溶液中，溶去有机烃类物质，若溶剂颜色变深，说明其中含有机质。

2、判断方法二

检查垢样是否带有磁性，若有磁性且磁性较强，表明含有Fe2O3。

3、判断方法三

把垢样放入15％的盐酸中，若发生强烈反应，并有臭鸡蛋气味放出，表明含有大量FeS；若放出的气体无味，表明垢样中以CaCO3为主；若酸液颜色变黄，表明垢样中含有铁的氧化物。

4、判断方法四

若垢样不与15％的盐酸溶液反应，则表明含有CaCO3、SrSO4、BaSO4。

5、判断方法五

若垢样溶于水，表明垢样以NaCl为主。

五、防垢

1、避免混合不相容的水

注入两种不相容的水，要消除不相容问题，有两种做法：

分开系统

两种水通过各自的注入系统进入不同的井组。

连续注入两种水分别处于两套储罐，交替注入。在注入管线中的混合区很小，产生的沉积体积不足以导致注入井堵塞。

2、水的稀释

通常会结垢的注入水可以用另外一种水稀释，形成在水系统条件下稳定的水。

3、控制pH值

降低pH值会增加铁化合物和碳酸盐的溶解度，但会使水的腐蚀性变大而出现腐蚀问题。pH值对硫酸盐垢的溶解度影响很小。这并不是广泛用来控制垢的方法。只有在稍微改变pH

值即可防止结垢时才有实用意义。必须精确控制pH值，而这在油田生产中往往是困难的。

4、去除结垢组分

清除溶解在水中的气体

采用化学和（或）机械方法把水中的溶解气如H2S、CO2和O2除去，避免生成不溶的铁化合物（硫化物、氧化物）。若仅仅从水中除去CO2，会使结垢更为严重。适宜的做法：把pH值降得足够低，使所有的CO32－和HCO3－转变成CO2，这样除去CO2就可防止碳酸钙垢生成。

软化方法

离子交换法Ca2＋、Mg2＋

沉淀软化法SO42－、HCO3－

蒸馏法

上述几种方法很少用于防止注入水结垢。采用上述方法软化油田水，中心问题是处理量极大，耗资过大。

5、化学防垢

（1）化学防垢机理

分散作用

低分子量的聚合物一般具有较高的电荷密度，可产生离子间斥力；

共聚物还具有表面活性功能，在水溶液中把胶体颗粒包围，呈稳定状态。

胶体颗粒的核心也包括CaCO3、CaSO4等晶体，因此起到防垢的作用。

螯合和络合作用

防垢剂把形成沉淀的金属离子（Ca2+、Mg2+、Ba2+）变成可溶性的螯合离子或络合离子，抑制金属离子和阴离子CO32- 、SO42-）结合生成沉淀。如ATMP 和EDTA就属于此类防垢剂。

絮凝作用

阻垢剂把水中含有的CaCO3及CaSO4晶核的胶体颗粒吸附在高分子聚合物的长链上，结合成矾花悬浮在水中，发挥阻垢作用。如聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠等。

晶体变形作用

在形成晶体垢的过程中，有机高分子聚合物进入晶体结构，破坏晶体的正常生长，使晶体发生畸变，改变原来的规则结构，晶体不再继续增大，从而防止或减轻结垢。

（2）油田常用防垢剂

防垢剂的作用：延缓、减少或抑制结垢。

绝大多数常用的防垢剂的作用是防止垢晶体的增长，即