CN103964545B - 一种对含低浓度污油的废水进行深度除油的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对含低浓度污油的废水进行深度除油的方法及装置。含低浓度污油的废水从进口进入装置后首先通过整流器使流体均布，其次通过以一定方式编织的亲油疏水纤维和亲水疏油纤维编织层进行微量油滴的捕获、聚结长大及微量水包油形式乳化液的破乳、分离，最后通过波纹强化沉降分离形式实现油滴的快速聚结长大分离。发明还提供了一套实现该方法的装置，包括壳体、进料管、整流器、纤维聚结层、波纹强化分离层，以及液面计等几个部分。本技术分离效率高、能耗小、连续运转周期长，可广泛应用于各个含低浓度污油废水处理过程。

Description

一种对含低浓度污油的废水进行深度除油的方法及装置

技术领域

本发明属于环保领域油水分离技术，具体涉及一种含低浓度污油废水深度除油的方法及装置。

背景技术

随着环保的日益严格，对含油废水深度除油的要求越来越高，如我国将海上石油开采污水含油指标由以前的20mg/L提高到10mg/L；污水处理场进生化处理的含油指标也在提高。

含油废水的处理难易程度随其来源及油污的状态和组成不同而有差异。其处理方法按原理可分为物理法(沉降、机械、离心、粗粒化、过滤、膜分离等)：物理化学法(浮选、吸附、离子交换、电解等)；化学法(凝聚、酸化、盐析等)；生物化学法(活性污泥、生物滤池、氧化塘)等。

目前就含低浓度污水主要采用紧凑型气浮除油技术(CompactFlotation Unit,CFU)除油技术。气浮处理法就是向废水中通入空气，并以微小气泡形式从水中析出成为载体，使废水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物质粘附在气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成泡沫一气、水、颗粒(油)三相混合体，通过收集泡沫或浮渣达到分离杂质、净化废水的目的。浮选法主要用来处理废水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度近于1的微小悬浮颗粒。目前应用较多的为挪威Epcon公司的紧凑气浮装置(CFU)，将旋转离心力及脱气气浮技术结合在一起，一般能将含油质量浓度减低至15-20mg/L，并联工作可使含油质量浓度降低到10mg/L以下。

但影响气浮的因素较多，无论哪种气浮技术，首要发生的过程都是气泡与油滴发生接触，因此气泡粒径、气泡上升速度及气泡的分布都会影响到除油的效果；其次接触后还需有气泡与油滴的附着与包裹；而气浮罐内的流体状态也会影响气浮效果，如粘附后气泡脱离、气泡随水流出装置等影响，因此相对操作控制要复杂一些。另外气浮技术的能耗也相对较高，后续还存在气体带油滴上升等后续液气、气液分离以及浮渣处理的问题。

中国发明专利(CN101972559B)给出了另一种油水分离装置和油水分离方法，该发明专利含有旋流、聚结和气浮等三种分离方法，可有效的将油水分离。不过该设备主要应用于油田原油的油水分离，对含低浓度污油废水深度除油并不适用。

中国实用新型(200920252001.X)给出了一种聚结板油水分离器，设置有壳体进出口部分和壳体内聚结部分，并在出口部分设置有除沫器，有比较好的油水分离效果。但是该设备主要用于含油污水的预处理，也达不到废水深度除油的要求。

因此本领域迫切需要开发成本低且效果好、能耗低的含低浓度污油高效低耗除油技术。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种含低浓度污油废水深度除油的方法及其装置，具体技术方案如下：

一种对含低浓度污油的废水进行深度除油的方法，包括如下步骤：

(1)首先，通过流体整流器对所述废水进行整流，使流体在流体流动的径向截面实现均匀分布；所述废水中低浓度污油的浓度不大于100mg/L,所述低浓度污油的油滴粒径为0.1～20μm；

(2)经整流后的废水均匀进入亲油疏水性纤维和亲水疏油性纤维交错编织形成的X形编织层，在所述X形编织层中进行油滴的捕获、聚结长大及微量水包油形式乳化液的破乳和分离，该过程结束后油滴粒径增至10～50μm；

(3)经步骤(2)聚结分离后的油水进入波纹强化分离层进行油滴的快速长大和分离，经该过程后废水中油含量降为8～20mg/L；

(4)步骤(3)分离污油后的废水在出口前进入亲油疏水性纤维和亲水疏油性纤维形成的Ω形编织层，在所述Ω形编织层中对废水中未分离的分散油滴和乳化油滴进行深度补集分离，经该过程分离后废水中含油量降为0.1～8mg/L。

所述流体整流器为一多孔均布的开孔厚板，所述孔为圆孔或方形孔，开孔率大于等于60％，开孔率是开孔面积占板面积的百分比。

步骤(2)的所述X形编织层中亲油疏水性纤维与水平线的夹角为25度至60度，所述X形纤维编织层为1块或者多块地充满整个流体流动的截面。

经发明人长期研究发现，当亲油疏水性纤维与水平线(亲水疏油性纤维)夹角为25度至45度之间时，对乳化油滴有着高效的分离效率，因亲油疏水性纤维与水平的亲水疏油性纤维夹角较小，乳化油滴(水包油)运动到两根纤维的节点处时，如图1所示，受亲油疏水性纤维及亲水疏油性纤维的极性作用力，油滴受到亲油疏水性纤维的拖拽力，而角度较小时(图1中的a处)在水平运动距离相等时油滴受力过程较长，更容易被分离，反之，如果角度大时(图1中的b处)，油滴因受力过程短，而不易分离。而当亲油疏水性纤维与水平线夹角为45度至60度之间时，对分散油滴的快速分离有着较好的作用，因水平角度大，水平运动时油滴更能快速顺着亲油纤维上升被分离。

所述X形编织层中相邻两根亲水疏油性纤维的间距a是相邻两根亲油疏水性纤维的间距b的1～3倍。由于水中油含量较小，因此亲油性纤维占的比例越多其捕获油滴的概率也越大，又由于较低含量的油滴以微小颗粒状附着在水滴上，因此比例控制在1～3倍时效果最好，超过3倍时的效率未见明显提高，再增加亲油性纤维比例的话成本较大且无意义。

步骤(3)中所述波纹强化分离层采用的是亲油性材料，其中波纹板的间距为5～25mm，波峰处开有直径5～10mm的圆孔，所述圆孔之间的间距为50～300mm。亲油性材料能使得上浮油滴在波纹板附着流动，到波峰处形成油滴汇聚点而快速上浮被分离。

步骤(4)的所述Ω形编织层中亲油疏水性纤维与亲水疏油性纤维的数量比例为3:2～7:1，所述Ω形编织层的面积为流体流动截面面积的30～80％且处于所述流体流动截面的下部。所述Ω形编织层的编织方法是将其中的亲油疏水性纤维与亲水疏油性纤维分别预先排列为Ω形状后进行编织而成

该过程采用Ω形编织层更侧重于亲油疏水纤维的吸附作用，采用Ω形编织接触点多且为亲油纤维顺着废水流动方向呈水平波纹形状，对特别细小油滴有着导流牵引及吸附的作用，而在运动到凸顶处又可起到油滴聚积长大作用，进而将出口水中的更微量油滴捕获分离，达到深度除油的效果，如图2所示。

实现上述任一方法的装置，所述装置包括壳体、含油废水进口、流体整流器、纤维聚结分离层、波纹强化分离层、纤维聚结补集层、油包、净化水相出口；

其中，所述含油废水进口在所述壳体的上部一端，所述油包在所述壳体的上部另一端；所述油包具有液面计，所述油包的顶端设有油相出口；所述净化水相出口位于所述壳体的下部，该净化水相出口与所述油包相对或稍有偏差地设置；流体整流器、纤维聚结分离层、波纹强化分离层、纤维聚结补集层位于所述壳体的内部并依次互不相连地排列，其中，所述流体整流器靠近所述含油废水进口，所述纤维聚结补集层的面积为流体流动截面面积的30～80％且处于所述流体流动截面的下部。

所述壳体为卧式圆形罐，或卧式长方体罐。

所述纤维聚结分离层是亲油疏水纤维和亲水疏油纤维进行编织形成的X形编织层，其中亲油疏水性纤维与水平线的夹角为25度至60度。

所述纤维聚结补集层是亲油疏水纤维和亲水疏油纤维进行编织形成的Ω形编织层，其中亲油疏水纤维与亲水疏油纤维的数量比例为3:2～7:1。

本发明的有益效果在于，将流体均布，亲油疏水及亲水疏油以不同组合形式进行编织，起到破乳、聚结及油滴快速上浮分离作用，且针对含微量油滴的特性进行针对性的分离组合，具有高效且低耗的特点，适用于不同领域的含低浓度污油的污水处理过程。

附图说明

图1是破乳分离原理示意图；

图2是Ω形编织层的深度除油示意图；

图3是X形编织层的结构示意图；

图4是油滴在X形编织层上的分离示意图；

图5是亲油疏水纤维和亲水疏油纤维形成Ω形编织层的编织过程示意图；

图6是适用于含低浓度污油废水的深度除油的装置结构示意图。

符号说明：

1  壳体；2  含油废水进口；3  流体整流器；

4  X形编织层；5  波纹强化分离层；6  油包；

7  油相出口；8  液面计；9  净化水相出口；10  Ω形编织层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

某石油公司原油开采的海洋石油平台上，采用了本发明的适用于含低浓度污油废水深度除油的方法及装置，对其经过沉降、旋流、气浮分离后的生产废水进行除油，除油后的污水达到排放标准后排海。

上述装置的结构示意图如图6所示，包括壳体1、含油废水进口2、流体整流器3、X形编织层4(纤维聚结分离层)、波纹强化分离层5、Ω形编织层10(纤维聚结补集层)、油包6、油相出口7及净化水相出口9。含油废水进口2在壳体1的上部一端，油包6在壳体1的上部另一端，油包6具有液面计8，油相出口7在油包6的顶端。净化水相出口9在壳体1的下部，与壳体1上部的油包6相对或稍有偏差地设置。流体整流器3、X形编织层4、波纹强化分离层5、Ω形编织层10位于壳体1的内部并依次互不相连地排列，其中，流体整流器3靠近含油废水进口2，Ω形编织层10的面积为流体流动截面面积的30～80％且处于流体流动截面的下部。波纹强化分离层5采用的是亲油性材料，其中波纹板的间距为5～25mm，波峰处开有直径5～10mm的圆孔，圆孔之间的间距为50～300mm。

本实施例的图6中的壳体1为卧式圆形罐，还可以是卧式长方体罐。

X形编织层4的结构示意图如图3所示，其中亲油疏水性纤维与水平线的夹角可为25度至60度，图1是流体在X形编织层4上的破乳分离原理示意图，图4是油滴在X形编织层4上的分离示意图。

图2是Ω形编织层的深度除油示意图，图5是亲油疏水纤维和亲水疏油纤维形成Ω形编织层的编织过程示意图，其中亲油疏水纤维与亲水疏油纤维的数量比例为3:2～7:1。

使用上述装置对含低浓度污油的废水进行深度除油，其具体运作过程及效果描述如下：

该海油平台生产污水的操作条件：操作压力：1psig；操作温度60～90℃，污水含油25～50mg/L，1～15μm。

要求指标：除油后污水中油含量不大于10mg/L。

方案选择：本方案中生产污水含油量较低，且初期经过了沉降、旋流及气浮分离，因此废水中污油大多以微小颗粒形态分散于废水中，因出口要求油含量需稳定不大于10mg/L，因此采用整流、X形纤维编织层分离、波纹强化分离、Ω形纤维编织层深度分离的组合方法进行处理，考虑废水中存在乳化油的问题，因此X形纤维编织层采用两段式，第一段X形纤维编织层的纤维间距比为a:b＝2，θ＝25°(如图3所示，相邻两根亲水疏油性纤维的间距是a，相邻两根亲油疏水性纤维的间距是b；θ是亲油疏水性纤维与水平线的夹角)，适用于小油滴的高效、快速补集聚结及乳化油滴的破乳；第二段X形纤维编织层的纤维间距比为a:b＝1.5，θ＝60°，适用于小油滴的快速上浮分离；考虑出口要求油含量很低，因此Ω形纤维编织层亲油疏水与亲水疏油纤维的数量比例为4:1，适用于废水中极微量的油滴补集分离。

结果分析：净化水出口油含量为2～6mg/L，稳定小于10mg/L的分离要求，进出口压力降为0.01MPa，能耗较低。

实施例2

某石化公司炼油厂污水处理车间污水采用本发明的一种适用于含低浓度污油废水深度除油的设备，对其经过沉降预处理后的废水进行除油，除油后达到进生化处理的要求。

其他条件同实施例1，不同的部分如下描述的具体运作过程及效果：

该污水处理车间经重力沉降预处理后废水的操作条件：操作压力：0.2MPa；操作温度40～60℃，污水含油80～100mg/L。

要求指标：除油后污水中油含量不大于25mg/L。

方案选择：本方案中污水初期经过了简单的沉降分离，因此废水中油滴大多以微小、较小颗粒形态分散于废水中，存在少量的乳化油滴，出口要求油含量不大于25mg/L，因此采用整流、X形纤维编织层分离、波纹强化分离、Ω形纤维编织层深度分离的组合方法进行处理，考虑废水中存在少量乳化油，且废水中油滴大多以微小、较小颗粒形态分散于废水中，因此X形纤维编织层采用一段式，纤维间距比为a:b＝2.5，θ＝45°，适用于微小、较小油滴的高效、快速补集聚结及少量乳化油滴的破乳，且能满足小油滴聚结后的快速上浮分离要求；考虑废水出口进生活处理，因此需稳定满足油含量小于25mg/L的要求，因此Ω形纤维编织层亲油疏水与亲水疏油纤维的比例为3:1，适用于废水中微量的油滴补集分离。

结果分析：净化水出口油含量为14～20mg/L，稳定小于25mg/L的分离要求，进出口压力降为0.008MPa，能耗较低。

综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限制本发明的实施范围。及凡依本发明申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种对含低浓度污油的废水进行深度除油的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)首先，通过流体整流器对所述废水进行整流，使流体在流体流动的径向截面实现均匀分布；所述废水中低浓度污油的浓度不大于100mg/L,所述低浓度污油的油滴粒径为0.1～20μm；

(2)经整流后的废水均匀进入亲油疏水性纤维和亲水疏油性纤维交错编织形成的X形编织层，在所述X形编织层中进行油滴的捕获、聚结长大及微量水包油形式乳化液的破乳和分离，该过程结束后油滴粒径增至10～50μm；

(3)经步骤(2)聚结分离后的油水进入波纹强化分离层进行油滴的快速长大和分离，经该过程后废水中油含量降为8～20mg/L；

(4)步骤(3)分离污油后的废水在出口前进入亲油疏水性纤维和亲水疏油性纤维编织形成的Ω形编织层，在所述Ω形编织层中对废水中未分离的分散油滴和乳化油滴进行深度补集分离，经该过程分离后废水中含油量降为0.1～8mg/L。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体整流器为一多孔均布的开孔厚板，所述孔为圆孔或方形孔，开孔率大于等于60％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)的所述X形编织层中亲油疏水性纤维与水平线的夹角为25度至60度，所述X形编织层为1块或者多块,充满整个流体流动的截面。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述X形编织层中相邻两根亲水疏油性纤维的间距a是相邻两根亲油疏水性纤维的间距b的1～3倍。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述波纹强化分离层采用的是亲油性材料，其中波纹板的间距为5～25mm，波峰处开有直径5～10mm的圆孔，所述圆孔之间的间距为50～300mm。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)的所述Ω形编织层中亲油疏水性纤维与亲水疏油性纤维的数量比例为3:2～7:1，所述Ω形编织层的面积为流体流动截面面积的30～80％且处于所述流体流动截面的下部；所述Ω形编织层的编织方法是将其中的亲油疏水性纤维与亲水疏油性纤维分别预先排列为Ω形状后进行编织而成。

7.一种实现权利要求1-6任一所述方法的装置，其特征在于，所述装置包括壳体、含油废水进口、流体整流器、纤维聚结分离层、波纹强化分离层、纤维聚结补集层、油包和净化水相出口；

其中，所述含油废水进口在所述壳体的上部一端，所述油包在所述壳体的上部另一端；所述油包具有液面计，所述油包的顶端设有油相出口；所述净化水相出口位于所述壳体的下部，该净化水相出口与所述油包相对或稍有偏差地设置；流体整流器、纤维聚结分离层、波纹强化分离层、纤维聚结补集层位于所述壳体的内部并依次互不相连地排列，其中，所述流体整流器靠近所述含油废水进口，所述纤维聚结补集层的面积为流体流动截面面积的30～80％且处于所述流体流动截面的下部。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述壳体为卧式圆形罐或卧式长方体罐。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述纤维聚结分离层是亲油疏水性纤维和亲水疏油性纤维进行编织形成的X形编织层，其中亲油疏水性纤维与水平线的夹角为25度至60度。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述纤维聚结补集层是亲油疏水性纤维和亲水疏油性纤维进行编织形成的Ω形编织层，其中亲油疏水性纤维与亲水疏油性纤维的数量比例为3:2～7:1。