核桃壳滤料粒径对油田污水过滤的影响研究

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1、核桃壳滤料粒径对油田污水过滤的影响研究2005年第33卷第7期石油机械CHINAPE,R0LEUMMACHINERY一23一.一专题研究核桃壳滤料粒径对油田污水过滤的影响研究'李相远邵长新万世清张传江.宋波.(1.胜利油田有限公司规划计划部2.胜利油田职工大学3.胜利油田有限公司东辛采油厂)摘要开展了核桃壳滤料粒径与滤层各参数的关系,以及粒径对过滤过程影响的研究,得出如下结论:(I)采用较小核桃壳滤料粒径对保证滤后水质有利,但可能导致水流剪力,水头损失增长过快,产生滤层的含污量低,过滤周期短,滤速低,产水量小等问题,一般对过滤不利;(2)在保证过滤水质的条件

2、下,宜选择较大粒径的核桃壳滤料;(3)滤层的厚度随核桃壳滤料粒径的增大而增大;(4)核桃壳滤料的平均粒径越小,不均匀系数可以越大,平均粒径越大,不均匀系数要越小.关键词核桃壳滤料粒径污水过滤滤层参数引言目前我国各大油田的采油废水处理中,以核桃壳过滤工艺应用最为广泛,成为油田污水过滤处理技术发展的一种趋势.与石英砂滤料过滤比较,核桃壳滤料过滤有更为突出的优点¨J:吸附截污能力强,亲水性好,抗油浸;密度略大于水,反冲洗容易.核桃壳滤料密度较石英砂滤料轻,对过滤罐进行反冲洗时,不仅能冲洗掉滤层表面上的油污及杂质,而且核桃壳过滤罐的搅拌机构还能让滤料通过反洗时的搅拌

3、,翻动使滤料内层的油污及杂质翻移到滤层表面而随水冲出,滤料清洗更彻底J.近几年来,人们对油田含油污水核桃壳过滤反洗再生方面进行了大量的研究"J,但对过滤机理研究很少,特别是核桃壳滤料粒径对过滤的影响方面研究几乎为空白,在粒径的选择上存在一些明显的误区.事实上,滤料粒径对过滤的影响,对过滤工艺的发展以及对在实际工程中合理选择过滤的方式,有着非常重要的意义.较小核桃壳滤料粒径对保证滤后水质有利,但可能导致水流剪力,水头损失增长过快,滤层的纳污量低,过滤周期短,滤速低,产水量小等问题.而粒径过大,则难以保证过滤水质.一般石英砂过滤采用均质滤料,均质滤料不同于均粒滤

4、料.当石英砂新装人时,这种滤层称为均质滤层,滤料则称为均质滤料,这就是说,均质滤料并不要求所有的滤料粒径相同,而是要求整个滤料层自上而下的组成条件都相同,满足均质滤料反冲洗时不出现水力分级现象].由于核桃壳在反洗再生时,必须通过水力反冲和机械搅拌使滤床充分流态化,这种再生反洗方式容易出现水力分级现象.为避免这种情况,核桃壳滤料应尽可能选择单一粒径,而不是同石英砂一样满足均质滤料就可以.换言之,在核桃壳过滤中,对粒径的选择不能停留在原有认识上,应该引起人们的重视.核桃壳滤料粒径与滤层各参数的关系I.核桃壳滤料粒径与清洁滤层的孔隙率假定核桃壳滤料颗粒是球形的,大

5、小都一样,可以证明,此时清洁滤层的孔隙率只与滤料颗粒的排列方式有关,而与滤料的粒径无关,也就是说,对于不同粒径滤料的滤层,清洁滤层的孔隙率都相差不大,例如,石英砂滤料滤层的孔隙率一般在42%左右.实际滤层的滤料是由大小不同的颗粒组成的,并且也不是严格球形的,尽管如此,实际工?本项目为中石化胜利油田有限公司东辛采油厂"东辛油田污水工艺配套技术研究"的部分内容.一24～石油机械2005年第33卷第7期程中使用的滤床,其滤层的孔隙率也基本在42%左右.粒状滤料滤层滤料颗粒的大小对滤层孔隙率的影响是不大的.2.核桃壳滤料粒径与滤层孔隙尺寸滤层的孔隙可以看作是由很多相

6、互连通的孔构成的,如果把所有的孔按照长度和体积不变的原则换算成等截面的圆形孔,其直径称作孔隙的当量直径,记为,清洁滤层的孔隙当量尺寸记为,则与滤料粒径d成正比关系,即d,o=kd(1)式中卜比例系数,无量纲;——清洁滤层孑L隙当量尺寸,×10～m;d——滤料粒径,×10～m.3.核桃壳滤料粒径与滤层滤料的总比表面积设滤层的体积为,则有.—(1一mo)Anas]——一V(1一mo)126(1一m0)——一式中——滤料总比表面积,m;滤层的体积,m;——孔隙的体积,m;——单个滤料颗粒的体积,m;(2)——单个滤料颗粒比表面积,m;——滤料颗粒总数;m.——清洁

7、滤层的孔隙率.由式(2)可知,对于给定处理量的过滤器,其滤层的体积一定,而且滤层孔隙率一般也变化不大,所以,滤层颗粒总比表面积这时主要取决于滤料粒径d,且与d呈反比关系.4.核桃壳滤料粒径对滤料颗粒与水中悬浮颗粒接触的影响悬浮颗粒要被滤层截留,必须与滤料表面接触.假定某一悬浮颗粒穿过滤层而不被滤层截留,其与滤料颗粒所具有的接触次数称作为悬浮颗粒与滤层可能的接触次数,悬浮颗粒与滤层可能的接触次数越多,被滤层截留的可能性越大.设悬浮颗粒穿过单位滤层与滤层可能的接触次数为,,,与很多因素有关,滤层的比表面积越大,,越大;滤层的孔隙尺寸越小,,越大.此外,厂与滤速,

8、温度,悬浮颗粒本身的特性等因素也有关.由于在容积不变