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气浮法处理含油污水研究
发布日期:2018-04-08

近几年我国油田开采出来的石油进入了高含水期,所有油田污水处理任务繁重,其中油田污水主要含有浮油和分散油;炼油污水主要是来自常减压、催化裂化、加氢裂化、重整、焦化等装置中产生的污水,炼油厂污水中主要含有成品油以及少量的有机溶剂等。对于越来越多的油田污水和炼油污水,需要采取高效的油水分离方法。针对密度与水接近的油颗粒或者有机溶剂,如果使用沉淀和上浮方法,其运动速度很小甚至为零,处理效果不理想。所以需要其他行之有效的分离方法,比如气浮法。
气浮分离法概述
气浮法由于处理装置简单,处理速度快,占地面积少以及使用方便可靠等优势逐渐成为工业应用广泛的污水处理技术。气浮法是利用在水中形成的微小气泡,使小气泡粘附颗粒并且形成气浮颗粒上浮至液面,从而达到污水净化效果的一种方法。气浮法关键是颗粒与气泡吸附形成共聚体,增大污水和共絮体之间密度差,从而上升到液面,再用刮渣设备从液面刮除,达到分离的效果。
  气浮法分离过程
  气浮是利用微小气泡携带悬浮油滴上浮分离的过程,整个过程分为四个阶段:首先是微小气泡的产生,然后微小气泡与悬浮油滴接触,接着气泡与悬浮油滴粘附在一起形成共聚体,最后是共聚体由于浮力的作用上浮,撇渣去除。在这四个阶段中气泡与悬浮油滴形成共聚体是很关键的,并非所有的颗粒都能与气泡粘结,所以在气浮过程发生之前要对污水进行预处理,比如根据水质情况使用浮选剂和混凝剂,使得气泡粘附更多的悬浮油滴,从而使分离更有效。
  气浮法分类
  微气泡的尺寸对于气浮效果影响较大,通常需要气泡尺寸小于100μm。根据微小气泡产生的方式不同,常见的气浮法分为:散气气浮法、溶气气浮法、电解气浮法、静电喷涂空气法等。散气气浮法是采用微孔、扩散板或者微孔管等直接将压缩空气引入气浮池中或者是采用水泵吸水管吸水、水力喷射器、高速叶轮等将空气切割成微气泡。根据产生气泡的剪切方式不同分为微孔布气气浮、扩散板曝气气浮、叶轮气浮、射流气浮等。散气气浮法由于是利用机械剪切力破碎的方法,所以产生的气泡直径较大,上升速度快,上升时对水体的扰动剧烈,所以分离效果较差。但是由于散气气浮能耗低,设备简单,所以一般用于废水的初级处理或者含大量表面活性剂废水的泡沫浮选处理。
  溶气气浮法是在一定高压下将空气溶于水中并成饱和态,然后进入气浮池中压力降低气泡析出产生微小气泡,从而完成气浮过程。溶气气浮可分为加压溶气气浮和真空溶气气浮,其中加压溶气气浮由于释放气泡均匀微细,密集度大,上浮过程稳定,所以应用广泛。真空溶气气浮则由于在常压下空气在水中的溶解度较低,气泡释放量受到限制,而且处理设备需要密闭,运行检修困难,所以真空溶气气浮采用的很少。电解气浮法是向废水中加入一定电流使水电解产生H2,O2和CO2等微小气泡,这些微小气泡吸附悬浮油滴上浮到液面去除,从而达到分离目的。由于电解产生的气泡微细均匀并且具有氧化作用和絮凝作用,能使一些亲水性悬浮物凝聚成难溶的颗粒有利于分离,但是也存在着电量和金属消耗大,电极易钝化等问题,所以目前主要用于小型工程。静电喷涂空气法是气体通过毛细管在毛细管顶端的液体介质中产生气泡,毛细管带电作为系统高压诱导电场装置的电极,毛细管顶端上的静电应力使气泡进入液体,分解产生尺寸在10~180μm范围内的微气泡。
  新型气浮工艺设备
  随着气浮理论的发展,气浮系统装置不断改进,出现一些新工艺设备,如涡凹气浮工艺、高效加压溶气气浮工艺、高效浅池气浮工艺等。涡凹气浮系统的工作原理是污水流经曝气机涡轮,涡轮利用高速旋转产生的离心力,使涡轮轴心产生负压吸入空气,由于曝气涡轮的特殊结构设计,空气沿涡轮的四个气孔排出,并被涡轮叶片打碎,从而形成大量微小的气泡,直接注入污水,并通过散气叶轮把微气泡均匀地分布。涡凹气浮装置具有投资少、占地小、能耗低、操作和维修简便等优点。高效溶气气浮工艺是连续运行的水处理装置,采用气液混合泵(涡流泵)进行搅拌,将难以相溶的水和气体进行高效混合溶解同时进行压送,这可以连续稳定地发生微气泡,气泡粒径约20~40μm,不需要释放器,所以结果简单,操作方便。高效浅层气浮装置改传统气浮的静态进水动态出水为动态进水静态出水,即当附有微气泡的混合污水进入气浮池内时,出流装置按污水流速移动,使污水的水平相对速度为零,从而抑制槽内紊流,进行平稳的气浮分离。浅层气浮工艺处理水的时间短,处理能力大、效率高。
  影响气浮效果的因素
  影响气浮分离效果的因素很多,一般气浮装置主要包括溶气系统、释气系统以及气浮系统,各系统主导影响因素也不同。主要包括:溶气压力、气泡尺寸、絮凝剂、停留时间等。溶气压力的高低决定了溶气量的多少以及气泡的大小,从而影响出水水质。一般情况下压力越大,气泡尺寸越小,但是压力超过一定值之后对气泡尺寸的影响不大,而且还会增加耗能,压力控制在0.44MPa以内就可到气浮所需的气泡尺寸,因而一般选择压力范围为0.3~0.44MPa。气泡尺寸直接影响气浮效果,不同大小的气泡所受浮力以及粘附悬浮油滴的能力不同,气泡太大上浮速度快粘附能力差,而且会引起水体扰动,所以气浮效果不好,但是气泡过小,对释放器和压力的要求很高,耗能大,同时处理含过多微气泡的浮杂困难性很大,所以气泡尺寸不宜过大过小。一般认为40μm的微气泡比较合适。
  在气浮前要投加絮凝剂进行脱稳、破乳。其作用一是中和或改变胶体颗粒表面的电荷,以破坏使乳化油稳定的乳化剂,提高气浮效果;二是形成絮凝,吸附油珠和悬浮物共同上浮,增强泡沫的稳定体性。混凝剂的种类和投放量对于气浮效果的影响显著,同一种药剂在浮选不同性质悬浮物时作用也不同,同样混凝剂的用量也不是越多越好,如果加入太多混凝剂会竞争气泡表面的吸附点,不利于悬浮物的粘附,所有针对不同的悬浮物采用不同的药剂和合适投放量。停留时间影响气浮分离效果的主要原因是不同停留时间致使混凝剂除油率不同。混凝剂与悬浮物的附着发挥作用需要一定时间,但是时间的长短因药剂种类不同而不同。
  国内外有多种将气浮法与其他方法结合净化水质的装置,这种多种分离方式结合有助于提高分离效率。在气浮装置中配有紧密排列的亲油性矩阵板,如聚丙烯塑料或者PVC材质的波纹板。油水混合液在气浮过程中经过这些矩阵板,有一部分油滴就会在板上聚结成大油滴,当气泡再与大油滴粘结之后,油滴更容易浮选到液面,从而被分离去除。旋流气浮油水分离器是把气浮方法和旋流方法结合,污水进入旋流气浮分离器之后先经过旋流器高速旋转去除较大颗粒的油滴,然后污水与药剂混合,与喷射器射流水引起的微气泡在中心位置发生气浮作用,将油滴在中心部分汇集成大油滴向上浮生,从而达到去除油的目的。
  对于气浮技术的研究,首先是气浮机理方面,比如气泡尺寸、压力的正确选择与控制、颗粒和絮体的疏水性测量方法、气泡与絮粒的粘附条件等均需深入研究。而且气浮技术中溶气、气泡释放、接触和反应装置等装置的研究,趋向于以达到最优组合、高效分离为目的也是研究的重点。针对特定悬浮物的去除,选择合适的混凝剂,尽可能将气浮技术与其他分离方式相结合,高效节能利用气浮气源和水资源。

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