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氣浮法處理含油污水研究
發布日期:2018-04-08

近幾年我國油田開采出來的石油進入了高含水期,所有油田污水處理任務繁重,其中油田污水主要含有浮油和分散油;煉油污水主要是來自常減壓、催化裂化、加氫裂化、重整、焦化等裝置中產生的污水,煉油廠污水中主要含有成品油以及少量的有機溶劑等。對于越來越多的油田污水和煉油污水,需要采取高效的油水分離方法。針對密度與水接近的油顆粒或者有機溶劑,如果使用沉淀和上浮方法,其運動速度很小甚至為零,處理效果不理想。所以需要其他行之有效的分離方法,比如氣浮法。
氣浮分離法概述
氣浮法由于處理裝置簡單,處理速度快,占地面積少以及使用方便可靠等優勢逐漸成為工業應用廣泛的污水處理技術。氣浮法是利用在水中形成的微小氣泡,使小氣泡粘附顆粒并且形成氣浮顆粒上浮至液面,從而達到污水凈化效果的一種方法。氣浮法關鍵是顆粒與氣泡吸附形成共聚體,增大污水和共絮體之間密度差,從而上升到液面,再用刮渣設備從液面刮除,達到分離的效果。
  氣浮法分離過程
  氣浮是利用微小氣泡攜帶懸浮油滴上浮分離的過程,整個過程分為四個階段:首先是微小氣泡的產生,然后微小氣泡與懸浮油滴接觸,接著氣泡與懸浮油滴粘附在一起形成共聚體,最后是共聚體由于浮力的作用上浮,撇渣去除。在這四個階段中氣泡與懸浮油滴形成共聚體是很關鍵的,并非所有的顆粒都能與氣泡粘結,所以在氣浮過程發生之前要對污水進行預處理,比如根據水質情況使用浮選劑和混凝劑,使得氣泡粘附更多的懸浮油滴,從而使分離更有效。
  氣浮法分類
  微氣泡的尺寸對于氣浮效果影響較大,通常需要氣泡尺寸小于100μm。根據微小氣泡產生的方式不同,常見的氣浮法分為:散氣氣浮法、溶氣氣浮法、電解氣浮法、靜電噴涂空氣法等。散氣氣浮法是采用微孔、擴散板或者微孔管等直接將壓縮空氣引入氣浮池中或者是采用水泵吸水管吸水、水力噴射器、高速葉輪等將空氣切割成微氣泡。根據產生氣泡的剪切方式不同分為微孔布氣氣浮、擴散板曝氣氣浮、葉輪氣浮、射流氣浮等。散氣氣浮法由于是利用機械剪切力破碎的方法,所以產生的氣泡直徑較大,上升速度快,上升時對水體的擾動劇烈,所以分離效果較差。但是由于散氣氣浮能耗低,設備簡單,所以一般用于廢水的初級處理或者含大量表面活性劑廢水的泡沫浮選處理。
  溶氣氣浮法是在一定高壓下將空氣溶于水中并成飽和態,然后進入氣浮池中壓力降低氣泡析出產生微小氣泡,從而完成氣浮過程。溶氣氣浮可分為加壓溶氣氣浮和真空溶氣氣浮,其中加壓溶氣氣浮由于釋放氣泡均勻微細,密集度大,上浮過程穩定,所以應用廣泛。真空溶氣氣浮則由于在常壓下空氣在水中的溶解度較低,氣泡釋放量受到限制,而且處理設備需要密閉,運行檢修困難,所以真空溶氣氣浮采用的很少。電解氣浮法是向廢水中加入一定電流使水電解產生H2,O2和CO2等微小氣泡,這些微小氣泡吸附懸浮油滴上浮到液面去除,從而達到分離目的。由于電解產生的氣泡微細均勻并且具有氧化作用和絮凝作用,能使一些親水性懸浮物凝聚成難溶的顆粒有利于分離,但是也存在著電量和金屬消耗大,電極易鈍化等問題,所以目前主要用于小型工程。靜電噴涂空氣法是氣體通過毛細管在毛細管頂端的液體介質中產生氣泡,毛細管帶電作為系統高壓誘導電場裝置的電極,毛細管頂端上的靜電應力使氣泡進入液體,分解產生尺寸在10~180μm范圍內的微氣泡。
  新型氣浮工藝設備
  隨著氣浮理論的發展,氣浮系統裝置不斷改進,出現一些新工藝設備,如渦凹氣浮工藝、高效加壓溶氣氣浮工藝、高效淺池氣浮工藝等。渦凹氣浮系統的工作原理是污水流經曝氣機渦輪,渦輪利用高速旋轉產生的離心力,使渦輪軸心產生負壓吸入空氣,由于曝氣渦輪的特殊結構設計,空氣沿渦輪的四個氣孔排出,并被渦輪葉片打碎,從而形成大量微小的氣泡,直接注入污水,并通過散氣葉輪把微氣泡均勻地分布。渦凹氣浮裝置具有投資少、占地小、能耗低、操作和維修簡便等優點。高效溶氣氣浮工藝是連續運行的水處理裝置,采用氣液混合泵(渦流泵)進行攪拌,將難以相溶的水和氣體進行高效混合溶解同時進行壓送,這可以連續穩定地發生微氣泡,氣泡粒徑約20~40μm,不需要釋放器,所以結果簡單,操作方便。高效淺層氣浮裝置改傳統氣浮的靜態進水動態出水為動態進水靜態出水,即當附有微氣泡的混合污水進入氣浮池內時,出流裝置按污水流速移動,使污水的水平相對速度為零,從而抑制槽內紊流,進行平穩的氣浮分離。淺層氣浮工藝處理水的時間短,處理能力大、效率高。
  影響氣浮效果的因素
  影響氣浮分離效果的因素很多,一般氣浮裝置主要包括溶氣系統、釋氣系統以及氣浮系統,各系統主導影響因素也不同。主要包括:溶氣壓力、氣泡尺寸、絮凝劑、停留時間等。溶氣壓力的高低決定了溶氣量的多少以及氣泡的大小,從而影響出水水質。一般情況下壓力越大,氣泡尺寸越小,但是壓力超過一定值之后對氣泡尺寸的影響不大,而且還會增加耗能,壓力控制在0.44MPa以內就可到氣浮所需的氣泡尺寸,因而一般選擇壓力范圍為0.3~0.44MPa。氣泡尺寸直接影響氣浮效果,不同大小的氣泡所受浮力以及粘附懸浮油滴的能力不同,氣泡太大上浮速度快粘附能力差,而且會引起水體擾動,所以氣浮效果不好,但是氣泡過小,對釋放器和壓力的要求很高,耗能大,同時處理含過多微氣泡的浮雜困難性很大,所以氣泡尺寸不宜過大過小。一般認為40μm的微氣泡比較合適。
  在氣浮前要投加絮凝劑進行脫穩、破乳。其作用一是中和或改變膠體顆粒表面的電荷,以破壞使乳化油穩定的乳化劑,提高氣浮效果;二是形成絮凝,吸附油珠和懸浮物共同上浮,增強泡沫的穩定體性。混凝劑的種類和投放量對于氣浮效果的影響顯著,同一種藥劑在浮選不同性質懸浮物時作用也不同,同樣混凝劑的用量也不是越多越好,如果加入太多混凝劑會競爭氣泡表面的吸附點,不利于懸浮物的粘附,所有針對不同的懸浮物采用不同的藥劑和合適投放量。停留時間影響氣浮分離效果的主要原因是不同停留時間致使混凝劑除油率不同。混凝劑與懸浮物的附著發揮作用需要一定時間,但是時間的長短因藥劑種類不同而不同。
  國內外有多種將氣浮法與其他方法結合凈化水質的裝置,這種多種分離方式結合有助于提高分離效率。在氣浮裝置中配有緊密排列的親油性矩陣板,如聚丙烯塑料或者PVC材質的波紋板。油水混合液在氣浮過程中經過這些矩陣板,有一部分油滴就會在板上聚結成大油滴,當氣泡再與大油滴粘結之后,油滴更容易浮選到液面,從而被分離去除。旋流氣浮油水分離器是把氣浮方法和旋流方法結合,污水進入旋流氣浮分離器之后先經過旋流器高速旋轉去除較大顆粒的油滴,然后污水與藥劑混合,與噴射器射流水引起的微氣泡在中心位置發生氣浮作用,將油滴在中心部分匯集成大油滴向上浮生,從而達到去除油的目的。
  對于氣浮技術的研究,首先是氣浮機理方面,比如氣泡尺寸、壓力的正確選擇與控制、顆粒和絮體的疏水性測量方法、氣泡與絮粒的粘附條件等均需深入研究。而且氣浮技術中溶氣、氣泡釋放、接觸和反應裝置等裝置的研究,趨向于以達到最優組合、高效分離為目的也是研究的重點。針對特定懸浮物的去除,選擇合適的混凝劑,盡可能將氣浮技術與其他分離方式相結合,高效節能利用氣浮氣源和水資源。

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