1浮選法的分類及浮選凈化含油污水的常用方法

在污水凈化中，根據(jù)水中形成氣泡的方式和氣泡大小?？蓪⒏∵x法分為4種類型，即溶氣氣浮法，誘導(dǎo)氣浮法、電解氣浮法和化學(xué)氣浮法。其中常用的方法有如下幾種：加壓溶氣氣浮法、葉輪式氣浮法和噴射式氣浮法。

1.1溶氣浮選法

溶氣浮選法可分為全流加壓式、回流式、部分原水式和壓氣式4種，全流加壓式溶氣浮選法的溶氣量大，所需浮選池的容積小，在油田污水處理中應(yīng)用較廣泛；回流式溶氣浮選法是部分凈化的水回流到溶氣罐加壓溶氣，然后與來(lái)液一起進(jìn)浮選池，因此，可在原水需要預(yù)先混凝和原水含油量比較高的情況下使用；部分原水式溶氣浮選法與全流加壓式溶氣浮選法類似，比較適合處理含油量較低的油田污水；壓氣式溶氣浮選法是通過(guò)多孔圓盤、多孔板或一種特殊的噴嘴，把氣體壓人液體中的，比其它幾種溶氣浮選工藝的停留時(shí)間短。

1.2葉輪浮選法

葉輪氣浮法是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪來(lái)產(chǎn)生微小的氣泡。氣泡是被機(jī)械混合到含油污水中形成的，停留時(shí)間短，除油率高，造價(jià)低，適應(yīng)來(lái)水含油量的變化。WEMCO公司生產(chǎn)的葉輪浮選機(jī)已被廣泛應(yīng)用，運(yùn)行效果良好。國(guó)內(nèi)的一些大油田，如遼河油田、勝利油田、新疆油田等相繼引進(jìn)了這種浮選機(jī)[2]。但是，葉輪浮選機(jī)存在著制造、維修麻煩，能耗較高。為了克服此浮選機(jī)的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了射流浮選裝置。

1.3射流浮選法

射流浮選法是利用噴射泵的原理，采用污水或凈化水為噴射流體，當(dāng)水從噴嘴高速噴出時(shí)，在噴嘴的吸入室形成負(fù)壓，氣體被吸人吸入室，水高速通過(guò)混合段時(shí)，攜帶的氣體被剪切成微細(xì)氣泡；在浮選室，氣泡上浮，并附著在油珠和固體顆粒上，將其帶至水面。液氣射流泵代替了旋轉(zhuǎn)葉輪，這樣可用一個(gè)水泵提供動(dòng)力，大大節(jié)省了能耗，僅相當(dāng)于葉輪浮選的二分之一產(chǎn)生氣泡直徑小，且制造安裝、維修方便，操作安全，具有很大的研究和應(yīng)用前景。但到目前為止，國(guó)內(nèi)在射流浮選裝置方面還沒(méi)有系統(tǒng)的研究。

2浮選法凈化含油污水中各種因素的影響

影響除油效果的因素有很多，如所用氣體的氣泡尺寸、油滴尺寸、污水的礦化度oH值、表面活性劑和進(jìn)口含油濃度等，在這些因素中有的是在設(shè)計(jì)浮選裝置時(shí)確定的，有的則為待處理水的特性。其中氣泡直徑、氣體濃度和油珠直徑是影響浮選除油效率的主要因素。在浮選分離室內(nèi)，水中懸浮顆粒能被氣泡夾帶上浮分離，要滿足以下條件：

①粒與氣泡有機(jī)會(huì)碰撞接觸，且當(dāng)接近到一定距離時(shí)，各自所具有的能量足以克服因表面電荷而形成的能壘，兩者才有可能進(jìn)一步靠攏；

②互相靠攏的顆粒與氣泡，必須能擠破兩者之間的水膜，顆粒才有可能進(jìn)人氣泡；

③進(jìn)人氣泡的顆粒其大部分體積必須能粘附在氣泡內(nèi)，顆粒才能隨氣泡一起浮升。

含油污水中由于油滴與氣泡表面均帶負(fù)電荷而在其周圍形成雙電層，只有當(dāng)二者所具有的能量能克服由雙電層所形成的能壘，二者接近時(shí)才能實(shí)際接觸而形成有效碰撞。其有效碰撞強(qiáng)度由絮體表面的疏水性、氣泡大小及水力條件決定。絮體表面的疏水性越強(qiáng)、氣泡越小，其粘附率越高。陽(yáng)離子型、具有破乳和起泡作用的復(fù)合制劑，可以起到壓縮雙電層，增大細(xì)小油滴絮凝聚結(jié)能力，與油滴表面具有很大親和力，減少氣泡直徑，增大氣泡密度的作用。

3浮選技術(shù)處理含油污水的研究進(jìn)展及展望

3.1浮選裝置的研究進(jìn)展

隨著對(duì)浮選過(guò)程和機(jī)理研究的深入，原浮選裝置存在的問(wèn)題也越來(lái)越明顯，因而改善浮選裝置的處理效果就成為研究的中心問(wèn)題，如浮選池的結(jié)構(gòu)已由方型改為圓形減少了死角、采用溢流堰板排除浮渣而去掉機(jī)械刮泥機(jī)構(gòu)。近年來(lái)除了改進(jìn)原有的浮選裝置提高除油率外，還研究了一些新型裝置——浮選柱處理含油污水。

石油大學(xué)馮鵬邦等用浮選柱處理含油污水，在實(shí)驗(yàn)裝置上研究了其結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)對(duì)浮選性能的影響，研究結(jié)果表明：浮選柱是一種具有高效、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)的含油污水處理裝置，除油率在90％左右，處理1m3污水能耗為0.11kw/h，比從國(guó)外引進(jìn)的WEMCO充氣浮選機(jī)能耗低50％，成本僅為WEMCO浮選機(jī)的1／5，2臺(tái)浮選柱的處理能力與1臺(tái)WEMCO浮選機(jī)相當(dāng)。

Rainder用浮選柱回收乳狀液中的油，試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)給定的送液量，隨送液量濃度的增加，油回收率下降，但產(chǎn)品里的油濃度增加；隨氣體流量增加，油回收率增加；隨表面活性劑的增加，油回收率下降。

XuqingGu設(shè)計(jì)了一種新型的多級(jí)環(huán)流浮選柱，減輕了浮選中的霧沫夾帶和返混問(wèn)題，與常規(guī)浮選柱相比，分離效率顯著提高。

北京科技大學(xué)浮選柱研究組研制的適用于高效處理微細(xì)粒礦漿的LHJ型浮選柱用于處理勝利油田采出液廢水，結(jié)果表明：其除油、除雜效率達(dá)97％左右。新型短柱體LHJ浮選柱的特點(diǎn)是：①粒子和氣泡的碰撞是在下導(dǎo)管中進(jìn)行的，分離過(guò)程在柱體內(nèi)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了紊流碰撞礦化，靜態(tài)分離的良好條件；②采用水射流技術(shù)，使礦漿與氣體混合得更充分，動(dòng)力學(xué)損失減少，下導(dǎo)管內(nèi)吸氣量增加；③使用了平衡管，使下導(dǎo)管完全充滿，充分地利用了下導(dǎo)管的有效高度；④下導(dǎo)管內(nèi)液面平穩(wěn)，吸氣量穩(wěn)定，生產(chǎn)操作控制簡(jiǎn)易可靠，是一種有發(fā)展前途的高效除油設(shè)備。有含油污水需要處理的單位，也可以到污水寶項(xiàng)目服務(wù)平臺(tái)咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。

3.2浮選中配套藥劑的研究進(jìn)展

浮選處理中所采用的藥劑包括混凝劑和浮選劑，它們直接影響著浮選處理的水質(zhì)。Richard.G、Luthry等人在溶氣浮選法處理煉油廠乳化油的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在所有的陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型的絮凝劑中，陽(yáng)離子型絮凝劑WT2640的處理效果最佳。該絮凝劑是一種液態(tài)的共聚物，具有較高的正電荷，其中含有75％的PDADMA(聚乙M烯M甲基胺)，在對(duì)兩種混凝形式的浮選試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，浮選前加人有機(jī)絮凝劑，可大大地改善浮選效果。楊旭等對(duì)葉輪浮選機(jī)用浮選劑進(jìn)行了研究，由陽(yáng)離子聚合物和表面活性劑(潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑、氣泡劑)復(fù)配后，其絮凝能力強(qiáng)、絮粒與氣泡粘附力強(qiáng)、油水分離速度快。去濁率達(dá)到90％左右。

用于處理含油污水的絮凝劑和浮選劑配套藥劑的發(fā)展趨勢(shì)是：由單一的無(wú)機(jī)混凝劑、有機(jī)絮凝劑發(fā)展為復(fù)合型或復(fù)配型的制劑，一次完成破乳、混凝。絮凝及浮選等環(huán)節(jié)。

3.3浮選機(jī)的浮選機(jī)理研究進(jìn)展

在浮選機(jī)理的研究中，探討了浮選過(guò)程各種因素對(duì)處理效果的影響，為合理地改進(jìn)浮選處理工藝。確定正確的設(shè)計(jì)方法提供了理論依據(jù)。C.W.Burkhardt”‘在研究葉輪浮選的反應(yīng)機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)，在其它條件不變時(shí)，油的濃度隨時(shí)間的變化，可用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式來(lái)表達(dá)。對(duì)于單級(jí)葉輪浮選，其表達(dá)式為：

dc/dt=-kc即lnc0/ct=kt

式中：C—污染物的濃度，mg／L；

C0—t＝0時(shí)污染物的濃度，mg／L；

Ct—t＝0時(shí)污染物的濃度，mg／L；

k—速度常數(shù)，h-1；

t一系統(tǒng)總的有效停留時(shí)間，h。

實(shí)際上使用的是多級(jí)葉輪浮選，一般為四級(jí)葉輪浮選，它的表達(dá)式為：

c4/c0=(1 kt/4)-1

式中：C4—四級(jí)葉輪浮選最終出水的污染物含量，mg／L

Niel.J.M.Van.ham等人在研究利用多孔板和單孔板分布器的誘導(dǎo)浮選法處理含油乳化液的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，油的去除率也可成功地用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)表示，其速度常數(shù)為2～60h-1，宮原敏郎等人研究結(jié)果也認(rèn)為可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)表示。

然而，對(duì)于誘導(dǎo)式葉輪浮選機(jī)，利用上式擬合所得的油濃度與實(shí)測(cè)所得油濃度相差很大，許多點(diǎn)超過(guò)工程允許誤差范圍，模型不太合適，所以，在建立動(dòng)力學(xué)模型時(shí)應(yīng)考慮無(wú)法脫除的那部分油的影響。石油大學(xué)鄭遠(yuǎn)揚(yáng)在對(duì)誘導(dǎo)式葉輪浮選機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)修正模型，即：

dc/dt=-k(c-cl)

式中：CL一脫油極限濃度，即浮選分離無(wú)法脫除的溶解油和微滴分散油濃度，mg／L；

k—浮選速度常數(shù),h-1

對(duì)于間歇式誘導(dǎo)式葉輪浮選機(jī)

C=(C0－Cl)exp(－kt)＋Cl

3.4浮選技術(shù)在油田含油污水處理中的應(yīng)用展望

由于油田含油污水的含油量不同，外觀上也不相同，油越多，顏色越深。原油以顆粒狀態(tài)不穩(wěn)定地存在于污水中，形成水包油的狀態(tài)，總的含油量在2000－5000mg/L。含油污水中的油以五種狀態(tài)存在，其中浮油(直徑大于100μm)占總含油量的30％左右，它很容易從污水中分離出來(lái)；分散油(直徑在10－100μm)約占含油量的63％，它也可以依靠重力從污水中分離出來(lái)，但分離速度較慢；乳化油(直徑在0.1－10μm)約占4％，它的分散度較高，很難靠重力進(jìn)行油水分離；溶解油、油濕固體含量甚微。目前，含油污水已經(jīng)成為油田注水的主要水源，針對(duì)這種水質(zhì)并通過(guò)對(duì)浮選技術(shù)理論的分析，可以肯定浮選技術(shù)在油田含油污水處理中有廣泛的應(yīng)用前景。

①在污水處理流程中應(yīng)用浮選技術(shù)，可以提高污水的處理效果，使處理后的水質(zhì)達(dá)到油層注水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。

②用浮選技術(shù)部分或全部代替自然除油、斜板除油和混凝除油技術(shù)，可簡(jiǎn)化污水處理流程，減少污水處理費(fèi)用。浮選技術(shù)用于處理分散油滴粒徑較小、原油比重大、乳化嚴(yán)重的含油污水時(shí)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

③應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是浮選技術(shù)的好壞，取決于所用浮選設(shè)備及所用的配套藥劑。因此應(yīng)加強(qiáng)研制開(kāi)發(fā)成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、操作維修方便的高效浮選除油設(shè)備及配套藥劑的開(kāi)發(fā)。由于新型浮選柱的特點(diǎn)，它有望在含油污水處理中發(fā)揮更大的作用。根據(jù)含油污水水質(zhì)的差異，有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)、高效、復(fù)配性好、多功能、價(jià)廉的藥劑仍將是研究者們的一個(gè)主要目標(biāo)。

④為提高處理水的水質(zhì)，油田污水浮選處理工藝還要與其它污水處理方法結(jié)合采用。

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