Vistas:118 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2024-04-22 Origen:Sitio
La eliminación de petróleo por flotación de aire es el método más comúnmente utilizado y efectivo para tratar aguas residuales aceitosas de proyectos de refinación y de campos de petróleo y gas.Este proceso implica introducir en las aguas residuales una gran cantidad de microburbujas altamente dispersas.Estas microburbujas actúan como transportadores y se adhieren a las gotas de aceite refinado y otras materias suspendidas en el agua.Luego flotan hacia la superficie del agua dependiendo de la tensión interfacial, la flotabilidad de las burbujas y otros efectos, donde se separan del agua.
Existen diferentes tipos de procesos de eliminación de aceite por flotación de aire que se utilizan actualmente en proyectos de tratamiento de aguas residuales oleosas, incluida la flotación por aire disuelto presurizado, la flotación por aire en vórtice, la flotación por aire inducida y la flotación por aire electrolítica, flotación por aire con impulsor.Es fundamental analizar y comparar las características de estos diferentes procesos para determinar su aplicación y ocasiones aplicables.
presurizado disuelto flotacion de aire es un proceso de tratamiento de agua que utiliza una bomba presurizada para mezclar aguas residuales aceitosas con aire de un compresor de aire en un tanque de aire disuelto.Esto crea agua con aire disuelto con una cierta presión, que luego regresa al tanque de flotación de aire.El agua del aire disuelto libera pequeñas burbujas bajo presión normal, lo que hace que las gotas de aceite se adhieran a ellas y floten hacia la superficie, logrando así la separación del agua y el petróleo.
Este método de aire disuelto libera pequeñas burbujas con un diámetro generalmente de 2
30-100 μm, con un promedio de 40 μm.En aplicaciones de ingeniería, el proceso se divide en flotación total por aire disuelto y flotación parcial por aire disuelto por reflujo.La fuente de gas suele ser el aire, pero en el tratamiento de campos petrolíferos se puede utilizar agua producida con alta salinidad, nitrógeno u otros gases combustibles en lugar de aire para reducir la corrosión del equipo.
También hay un tipo de flotación de aire en contenedor presurizado que utiliza una bomba de aire disuelto para generar agua de aire disuelto para la separación por flotación de aire.Reemplaza el tanque de aire disuelto, la bomba presurizadora y el compresor de aire en el método tradicional de aire disuelto presurizado.
La tecnología de flotación eléctrica es la electrólisis de aguas residuales para producir microburbujas de hidrógeno y oxígeno que se combinan con los contaminantes del agua para flotar hasta la superficie del agua para su separación.La carga superficial de la flotación eléctrica es más significativa que la de la flotación por aire convencional, el tiempo de residencia hidráulica es más corto y el tamaño del equipo es pequeño y compacto.Aún así, el consumo de energía cinética y los costes de mantenimiento son mayores.El diagrama de estructura del proceso se muestra en la siguiente figura.
La placa de electrodos del flotador eléctrico electroliza el agua entrante, lo que genera burbujas.Simultáneamente se añade ácido nítrico para romper la emulsificación.Este proceso hace que la suciedad del aceite flote y se separe del agua, y luego se descarga.El efluente resultante se envía a la siguiente unidad para su tratamiento.
El equipo de flotación de aire con impulsor comprende un cuerpo de piscina, un mezclador de gas-líquido, un raspador de escoria y un gabinete de control de energía.El mezclador gas-líquido se utiliza principalmente para proporcionar las microburbujas requeridas por la máquina de flotación por aire.Es un equipo de mezcla gas-líquido autocebante con impulsor.El impulsor tiene una estructura única.El aire ingresa al interior del impulsor dependiendo de la presión negativa generada durante la rotación de alta velocidad del impulsor bajo el agua, y se divide en microburbujas por el flujo de agua de alta velocidad en el campo de fuerza centrífuga de supergravedad dentro del impulsor, y luego choca dos veces con el mecanismo del estator fuera del impulsor, lo que hace que el aire entre en el impulsor.Las microburbujas se fragmentan aún más y se dispersan uniformemente en el cuerpo de agua.
Flotación de aire cóncava de vórtice Es un proceso que utiliza un motor instalado en la parte superior de la máquina de flotación de aire para hacer girar el impulsor sumergido a alta velocidad.Esto crea una presión negativa dentro del impulsor, que aspira aire del tubo de entrada de aire y lo expulsa con el impulsor giratorio.El aire expulsado forma burbujas atomizadas, que luego se mezclan completamente con agua bajo la agitación del impulsor y luego son expulsadas por las palas guía.Estas finas burbujas se combinan con gotas de aceite y flóculos en el agua, adhiriéndose entre sí y subiendo rápidamente a la superficie, lo que resulta en la separación de aceite y agua.
Las burbujas producidas por la flotación de aire en vórtice tienen un diámetro mayor, normalmente entre 700 y 1500 μm.En la parte inferior de la máquina de flotación por aire vórtice, hay una tubería de retorno.Cuando se generan microburbujas, se forma un área de presión negativa en el fondo de la piscina.Esta presión negativa hace que las aguas residuales regresen desde el fondo de la piscina al área de aireación del impulsor y luego regresen a la sección de flotación de aire.Este proceso garantiza que aproximadamente el 40 % de las aguas residuales se devuelvan y que la sección de flotación de aire pueda seguir funcionando sin entrada de agua.
La flotación por aire inducida es un proceso de tratamiento de agua que utiliza una bomba de circulación para presurizar una porción del agua tratada, que luego regresa a un eyector dentro de la máquina de flotación por aire.A través del principio de inducción e inyección, el agua de retorno fluye a través del eyector y aspira gas desde la parte superior de la máquina de flotación de aire.Este gas se rompe en burbujas de tamaño de 500 a 1000 micrómetros mediante el eyector y se mezcla completamente con las aguas residuales tratadas en la cámara de separación por flotación de aire.Durante el proceso de flotación, las microburbujas adsorben las gotas de aceite suspendidas en la superficie del líquido, logrando la separación del aceite y el agua.La máquina de flotación inducida funciona sin piezas giratorias y, en cambio, depende de la acción hidráulica para generar burbujas.En aplicaciones de ingeniería, los inyectores se pueden instalar dentro o encima de la máquina de flotación de aire, y los diferentes inyectores tienen un impacto más significativo en el tamaño de las burbujas producidas.La flotación por aire inducida se utiliza ampliamente en el tratamiento del agua producida en yacimientos petrolíferos.
La flotación por aire disuelto presurizado es un proceso utilizado para tratar aguas residuales aceitosas en la industria química y de refinación.El equipo utilizado en este proceso incluye el cuerpo del tanque de flotación, liberador, raspador de escoria, descargador de lodo, bomba de retorno, compresor de aire y tanque de aire disuelto.La presión del aire disuelto generalmente está diseñada para estar entre 0,4 y 0,5 MPa, con una relación de reflujo del 30% al 50%, una relación gas-sólido de 0,02 a 0,10 kg[aire]/kg[SS] y una superficie Carga hidráulica de 1,2 a 2,0 L/(m2·s).El tiempo de retención hidráulica de la cámara de separación suele ser de 40 a 60 minutos, y la profundidad de agua adecuada del tanque de flotación es generalmente de 2,0 a 2,5 metros.
Durante la operación de flotación eléctrica, se debe agregar una cantidad adecuada de NaCl al agua residual para asegurar una mayor densidad de corriente bajo el mismo voltaje, reduciendo así el costo operativo de electricidad.Dado que las aguas residuales de aceite espeso laminadas en frío tienen una alta conductividad (5000 ~ 6000 μS/cm), no es necesario agregar sales metálicas adicionales.Lleve uno #, dos # y tres # aguas residuales a flotadores eléctricos para su tratamiento.El tiempo de residencia se controla en 30 minutos.Se trazan los cambios en la calidad del efluente con el pH del agua entrante (se agrega ácido nítrico al agua entrante para ajustar el pH).
Al comparar un dispositivo con una escala de tratamiento de aguas residuales de 100 m3/h, la máquina de flotación por aire con impulsor normalmente solo requiere un mezclador de gas y líquido para cumplir con los requisitos, con un consumo de energía de alrededor de 0,75 kW.El tiempo de retención hidráulica durante el proceso de flotación es de aproximadamente 20-30 minutos.El objeto experimental consta de seis celdas de flotación por aire disuelto, cada celda tiene un tamaño de 20,0 mx 4,5 mx 2,0 my un volumen total de 1080 m3, y el agua de retorno representa alrededor del 50%-70% del volumen.Utilizando el método de flotación por aire con impulsor, un solo tanque puede tratar hasta 300 m3/h de agua.
El principal parámetro de control de la máquina de flotación por aire con impulsor es la velocidad del mezclador gas-líquido.Su consola se puede instalar en interiores para un control centralizado.
El equipo de flotacion de aire cóncavo vórtice Consiste en el cuerpo del tanque de flotación, un aireador cóncavo de vórtice, un raspador de escoria y un dispositivo de descarga de escoria.El diámetro del impulsor, la velocidad de rotación y la posición de instalación de la tubería de succión son los factores clave de diseño de la flotación de aire cóncava de vórtice.El diámetro del impulsor generalmente debe estar entre 200 y 400 mm y no debe exceder los 600 mm como máximo.La velocidad del impulsor debe oscilar entre 900 y 1500 r/min, con una velocidad lineal circunferencial de 10 a 15 m/s.El tiempo de separación por flotación por aire suele ser de 20 a 25 minutos.La profundidad del agua del tanque de flotación por aire generalmente debe estar entre 2,0 y 2,5 m y no debe exceder los 3,0 m.Una sola unidad de flotación de aire debe ser cuadrada, con un tamaño de lado único que no supere seis veces el diámetro del impulsor.El impulsor requiere una potencia de aproximadamente 1,8 kW/m3.
La flotación por aire inducida es un proceso que involucra equipos como el tanque de flotación de aire, inyectores y bombas de circulación.El equipo está diseñado como una estructura cilíndrica horizontal, que consta de cuatro cámaras de separación por flotación de aire en serie, una unidad de salida de agua y una unidad de recolección de espuma.Cada unidad de cámara de separación tiene un conjunto de inyectores que funcionan absorbiendo agua de la unidad de salida de agua y presurizándola para enviarla como fluido de trabajo al eyector.Luego, el agua se expulsa a través del eyector e inhala gas, liberando burbujas en la cámara de separación para completar el proceso de separación por flotación de aire.La duración del tiempo de separación por flotación de aire suele ser de 4 a 8 minutos, y el tiempo de residencia de una única cámara de separación es de aproximadamente 1 a 2 minutos.Para productos petrolíferos específicos, el tiempo de separación por flotación de aire puede ser de entre 8 y 20 minutos, y la relación de reflujo suele oscilar entre el 20% y el 30%.
Presurizado flotación por aire disuelto Es un método altamente eficiente utilizado para tratar aguas residuales aceitosas en industrias como la refinación de petróleo y la producción química.El sistema produce burbujas estables y finas, asegurando un efecto de flotación de aire ideal.Puede adaptarse a diferentes cargas de agua entrante, gracias a la bomba de circulación, que puede regular la cantidad de aire y agua disueltos.Sin embargo, operar el sistema es complejo debido al control de presión y nivel de líquido del tanque de aire disuelto, así como al control de operación de la bomba de reflujo y el compresor de aire.Apagar y reiniciar el sistema también es engorroso.El mantenimiento del sistema es complicado y la carga de trabajo de enfermería es pesada.
Además, los costes operativos son relativamente altos debido a la bomba de reflujo y al compresor de aire necesarios.Suponiendo que la altura de la bomba de retorno es de 30 a 60 m, la presión del compresor de aire es de 0,4 a 0,5 MPa G y el costo de electricidad es de 0,8 yuanes/(kW·h), el consumo de energía por tonelada de agua solo en el sistema de aireación es de aproximadamente 0,8-1,6 yuanes.Varias refinerías petroquímicas y de petróleo utilizan flotación de aire disuelto presurizado para tratar sus aguas residuales.Por ejemplo, la planta de tratamiento de aguas residuales de 950 t/h de una refinería petroquímica utiliza la unidad de flotación con una concentración másica de aceite de agua entrante de 100 mg/L y una concentración másica promedio de aceite efluente de 20 mg/L.De manera similar, una planta de tratamiento de aguas residuales petroquímica y una planta de tratamiento de aguas residuales de la Segunda Planta de Petróleo de una empresa petroquímica utilizan flotación por aire disuelto presurizado.El primero tiene una concentración másica de petróleo entrante de 68,37 mg/L y el efluente es de 50,22 mg/L.Este último trata 1500 t/h de agua con una concentración másica de aceite de agua entrante de 50-80 mg/L y produce agua efluente de 11-15 mg/L.Además, una refinería en el noreste de PetroChina construyó una nueva planta de tratamiento de aguas residuales en 2007 y utiliza dos juegos de placas inclinadas para presurizar la flotación de aire disuelto en su unidad de eliminación de petróleo.La capacidad de procesamiento de un solo conjunto de equipos es de 175 m3/h, y la concentración másica diseñada de petróleo en la unidad de flotación por aire es de 100 mg/L, siendo la concentración másica del efluente inferior a 10 mg/L.
El estudio implicó probar el efluente del tanque regulador en diferentes condiciones y periodos.El contenido de aceite en el efluente osciló entre 1500 y 40000 mg/L, mientras que el SS estuvo entre 500 y 9000 mg/L.El contenido de aceite fue mayormente de alrededor de 6000 mg/L, mientras que el SS fue de alrededor de 4000 mg/L.Se probaron tres tipos de aguas residuales, etiquetadas como 1#, 2# y 3#.El primer tipo contenía aceite de 40000 mg/L y SS 9000 mg/L, el segundo tipo contenía aceite de 6000 mg/L y SS 4000 mg/L, y el tercer tipo contenía aceite de 2500 mg/L y SS 1200 mg/L.Los cambios de pH se monitorearon agregando ácido nítrico al agua entrante para ajustar el pH, y los resultados se muestran en la Figura 1 a continuación.Los efectos del tratamiento se resumen en la Tabla 1 a continuación.
| Tabla 1 Efecto óptimo del tratamiento de pH de la flotación eléctrica | |||||
| Proyecto | Mejor salida de agua (PH) | Contenido de aceite (mg/L) | Tasa de eliminación/% | SS(mg/L) | Tasa de eliminación/% |
| 1#Aguas residuales | 6.5 | 2100 | 94.8 | 240 | 97.3 |
| 2#Aguas residuales | 6.5 | 750 | 87.5 | 161 | 95.8 |
| 3#Aguas residuales | 7.0 | 340 | 86.4 | 76 | 93.6 |
Se puede ver en la Figura 1 que la tasa de eliminación de petróleo y SS en el agua de entrada de electroflotación disminuye a medida que disminuye la concentración de agua de entrada, y la calidad del agua efluente aumenta a medida que disminuye la concentración de agua de entrada.Su efecto de tratamiento en condiciones de agua de entrada ácida es mejor que el del álcali.Debido a la entrada permanente de agua, considerando integralmente el costo de la dosificación, es apropiado controlar el pH del agua de entrada del flotador eléctrico a 6,5 ~ 7,0 en la operación real.La corriente de funcionamiento del equipo de flotación eléctrica se ajusta a medida que cambia la concentración del agua de entrada para garantizar la calidad del agua de salida.La curva de la corriente de funcionamiento que cambia con la concentración de agua de entrada se muestra en la Figura 2 (el pH del agua de entrada se controla a 6,5 y el tiempo de residencia se controla a 30 min).
Figura 2
Se observa que la calidad del agua en el flotador eléctrico aumenta con el aumento de la corriente operativa en las tres condiciones de entrada de agua.Para garantizar una buena calidad del agua de salida, se requiere una corriente de funcionamiento más alta para agua con una alta concentración.Sin embargo, si la concentración de agua de entrada aumenta demasiado y la corriente operativa aún se controla en un valor bajo, puede provocar una disminución en la calidad del agua producida y provocar un bloqueo en el sistema de ultrafiltración posterior.
El efecto de la cantidad de floculante añadido sobre el contenido de aceite de las aguas residuales se estudió mediante dos pruebas: una prueba de vaso de precipitado y una prueba de funcionamiento continuo.Se determinó que la dosis ideal de floculante (por unidad de volumen de agua residual) es 180 mL/m3 (21 mg/L) de polialuminio, 180 mL/m3 (21 mg/L) de polialuminio y 180 mL/m3 (2,1 mg/L) de acrilamida.Esta dosificación da como resultado una calidad estable del agua en la máquina de flotación por aire.
Cuando se añade aluminio polimerizado solo, la espuma formada es menos densa y el efluente transporta materia suspendida más fina.Sin embargo, cuando se añaden simultáneamente aluminio polimerizado y poliacrilamida, la espuma formada es más densa y el efluente es más claro y transporta menos sólidos en suspensión.Por lo tanto, se recomienda agregar ambos floculantes simultáneamente durante el funcionamiento estable de la máquina de flotación por aire.
Además, la dosis de floculante en el tanque de flotación del taller debe ser de 169 mL/m3 (20 mg/L) de polialuminio y 131 mL/m3 (1,6 mg/L) de poliacrilamida.
Los cambios en el contenido de aceite en el agua de entrada y salida de la máquina de flotación por aire con impulsor y el tanque de flotación del taller se muestran en la Figura 3.
figura 3
Se puede ver en la Figura 3 que en condiciones normales de agua entrante con buena calidad, el contenido de aceite del agua producida por la máquina de flotación por aire con impulsor es básicamente cercano al del agua producida por el tanque de flotación en el taller;cuando el agua entrante es negra, tiene un alto contenido de aceite y materia suspendida, la calidad del agua de la máquina de flotación por aire con impulsor también se mantuvo básicamente estable, pero el contenido de aceite del agua fue menor que el del tanque de flotación del taller.Los resultados de las pruebas muestran que, en circunstancias normales, la máquina de flotación por aire con impulsor puede lograr o ser mejor que el efecto de eliminación de aceite de la flotación por aire disuelto.
El componente principal de la flotación de aire cóncavo de vórtice es el aireador cóncavo de vórtice.Tiene pocos equipos auxiliares y puede usarse inmediatamente, por lo que la carga de trabajo de operación y mantenimiento es pequeña.El principal componente que consume energía es el aireador cóncavo de vórtice, que tiene un bajo consumo de energía.La capacidad de tratamiento de agua de un solo aireador con una longitud de eje de 2 m es de aproximadamente 30~150 m3/h y la potencia es de 2,2 kW.El consumo correspondiente de agua y electricidad por tonelada del sistema de aireación es de 0,01 a 0,06 yuanes.
La flotación de aire Vortex tiene una forma única de disolver el aire.El flóculo se forma sólo después de la aireación; de lo contrario, se producirá fácilmente su destrucción.Por lo tanto, también depende en gran medida de la selección de los agentes de coagulación y floculación.Al mismo tiempo, la adaptabilidad de la flotación de aire cóncava de vórtice a la carga de impacto de la entrada de agua también es pequeña, y los cambios en la carga de entrada de agua tienen un mayor impacto en el efecto del tratamiento.Debido a su equipo simple, operación conveniente y ahorro de energía, una planta petroquímica de tratamiento de aguas residuales adoptó un proceso de tratamiento de flotación de aire vórtice de dos etapas después de su renovación.La concentración de masa promedio de petróleo en el agua afluente de la primera etapa de flotación por aire vórtice fue de 190 mg/L., la concentración de masa promedio de petróleo en el agua que flota mediante la flotación de aire en vórtice secundario es de 25 mg/L y la tasa de eliminación es del 86 %.En 2004, una refinería petroquímica mejoró la segunda planta de tratamiento de aguas residuales.La unidad de flotación por aire se transformó de la flotación por aire disuelto original a una flotación por aire vórtice.La capacidad de tratamiento de diseño fue de 600 m3/h.La concentración másica de agua y aceite en la flotación de aire vórtice fue de 80~150 mg/L, la concentración másica del aceite efluente es de 10~20 mg/L.En 2003, parte de la flotación por aire disuelto en la unidad de tratamiento de aguas residuales de la refinería Sinopec Cangzhou se modificó para utilizar flotación por aire cóncava de vórtice.La concentración de masa promedio de petróleo en el agua de entrada de la flotación de aire cóncava de vórtice fue de 118 mg/L, el efluente fue de 16 mg/L y la tasa de eliminación alcanzó el 86%..La planta auxiliar de tratamiento de aguas residuales de una filial de Sinopec utiliza como proceso de pretratamiento para el tratamiento bioquímico tres sistemas de flotación de aire cóncavos con una escala de 320 t/h.La concentración de masa promedio de petróleo en el agua entrante en verano es de 215,23 mg/L, y la concentración de masa promedio de petróleo en el agua efluente es de 215,23 mg/L.La concentración es de 54,71 mg/L, la concentración de masa promedio de petróleo en el agua de entrada en invierno es de 135,34 mg/L y la concentración de masa promedio de petróleo en el agua de salida es de 49,76 mg/L.
A diferencia de la flotación por aire disuelto, la flotación por aire inducida no requiere equipo de aire disuelto (tanque de aire disuelto y compresor de aire), tiene un bajo consumo de energía y es más sencilla de operar y mantener.y atraer
La flotación por aire es más sencilla de operar en un sistema cerrado.Por ejemplo, al tratar agua producida con alta salinidad, el uso de nitrógeno o gas combustible como fuente de gas puede evitar el contacto con el oxígeno del aire y evitar que las aguas residuales sean tratadas.Se liberan gases nocivos al ambiente exterior, provocando contaminación.La cantidad de gas disuelto en el agua de retorno se puede ajustar a través de la bomba de circulación, que tiene mayor adaptabilidad a la carga de agua entrante.El único equipo del sistema de aireación que consume energía es la bomba de circulación.Con una tasa de retorno del 30 % y una elevación de 20 a 40 m, el consumo de energía por tonelada de agua es de aproximadamente 0,03 a 0,04 yuanes.
Debido a que el diseño del sistema tiene buena estanqueidad, la flotación de aire inducida se usa ampliamente en el tratamiento de agua producida en yacimientos petrolíferos, especialmente en países extranjeros.La estación de aguas residuales oleosas de Daqing Oilfield Xingshilian introdujo un conjunto de procesos de flotación de aire inducida y filtración microdinámica provenientes del extranjero para tratar las aguas residuales oleosas.La escala de tratamiento de prueba fue de 4 000 m3/d, la relación de reflujo fue del 40 %, y la concentración másica de aceite en el agua de entrada de la flotación por aire fue de 100,31 mg/L y el efluente fue de 29,53 mg/L [16].Veolia utiliza flotación de aire inducida para tratar el agua producida en yacimientos petrolíferos en dos proyectos Jachfish de Devon Energy Group en Canadá.La escala de tratamiento es de 932 m3/h.La concentración másica de petróleo en el agua de entrada diseñada para flotación de aire es de 100 mg/L, y el agua efluente es de diez mg/L. Mobil Oil Company utiliza flotación de aire inducida para tratar aguas residuales aceitosas en el quinto tratamiento de agua producido por ImperialOil Cold Lake. planta, utilizando gas combustible como medio gaseoso disuelto.La escala de tratamiento único es de 995 m3/h, el flujo de retorno es de 249 m3/h y la flotación por aire. La concentración másica promedio de petróleo en la importación es de 200 mg/L y en la exportación es de 10 mg/L.
