CN106277150B - 一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置，包括装置主体和进气组件，其特征在于：所述装置主体按液体流动方向依次分为处理污水进液段、扩径段、混相段、缩径增压段、平流段和扩径减压释放段，所述进气组件包括套筒、进气管和出气管，所述套筒垂直安装在混相段外部，所述进气管通过进气接头固定在套筒上，所述出气管一头伸入套筒中并与进气管密封连接，所述出气管另一头伸入至混相段中并连接有纳米微孔介质芯管，所述出气管和纳米微孔介质芯管的连接处为球形端头，同时也介绍了该装置的使用方法。本发明所提供的一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置，能有效调节工业气浮选所需的气泡直径、气泡群密度以及均匀度。

Description

一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种石油水处理设备，尤其是一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置及其使用方法。
背景技术
传统气浮选在微气泡产生机理上可以概括为几类：溶气（Dissolved Gas）析出气泡、引气（Induced Gas）制造气泡、微孔介质（Micro-porous Media）发泡、剪切接触（ShearContact）发泡、电解（Electrolysis）析出气泡等，在当前工业化应用中均体现出来的，溶气效率有限，微气泡大小不均匀，理想气泡数量比低，气浮易产生死区，微气泡气浮效果受介质温度压力波动的影响大；特别是溶气析出气泡、剪切接触发泡等在含油污水处理等场合往往会使得剪切乳化现象更为严重，不利于后续分离过程的进行，况且国内尚未自主掌握高性能气液混合泵的设计和加工制造技术。
现有技术中，如图1所示的物理微孔冲刷剪切气浮选用微气泡发生器，是一种结构紧凑、高效节能的微气泡发生设备，采用立式多层管状结构布局，主要由进液口、加药口、进气口、气液混合物出口、外部环形压力腔室、中间环形旋流腔室、微孔介质芯管等组成。待处理的污水等液体经进水口A进入外部环形压力腔室G中(也可以根据需要自加药口K注入化学药剂)，然后经众多的切向小孔C进入中间环形旋流腔室F中，形成流态较规整的旋流液体场(也可以根据处理水量和预期旋流强度采用旋塞D将切向小孔C封堵一部分)；气体自进气口B进入微孔介质芯管E中，当压力略高于进水压力时将经微孔介质芯管自内向外流动，并被其上的微孔切割成细小的气流，在中间环形旋流腔室F中自上而下旋转流动液体的流动剪切或冲刷作用下形成微气泡，并使其遍及旋流液环层，最终所形成的液体-微气泡混相流体自中间环形旋流腔室F的下端排出，从而作为一种工艺较为简单的物理气浮选加气方式和装置。
显然，在结构设计参数一定的情况下，气体流量、液体流量、液体与气体之间的压力差、微孔介质芯管的孔隙度等因素将直接影响此型微气泡发生器所产生微气泡的质量和液体-微气泡混相流体的特性，而随着装置使用工况的不同，其工艺性能难以自适应其工艺参数的改变，因而特定的使用工况，必须是特定工艺参数的结构设计，也就无法批量化和系列化的生产制作，同类同型产品也不具备互换性和适应性，特定的设计制作也就意味着不廉价的工业化应用成本和一定的生产周期。
发明内容
基于当前在油田水处理领域在用的DAF（溶气气浮）、JDAF/IDAF（絮凝反应一体式气浮）、SDAF（高密度沉淀气浮）、SAF（浅层气浮）、IGF（射流引气气浮）、CFU（紧凑型气浮）等几大类气浮选装置，在工业化应用中均体现各自的优势和缺陷，特别是在海上石油平台的水处理，均难以表现出好的应用和实际处理效果，也往往成为限制生产水处理工艺系统达标的一个关键瓶颈。本发明提供了一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置，能有效解决当前海洋石油水处理解决气浮选加气应用的缺陷和处理效果的限制瓶颈。
本发明的技术方案为：一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置，包括装置主体和进气组件，其特征在于：所述的装置主体安装有进气组件，所述装置主体按液体流动方向依次分为处理污水进液段、扩径段、混相段、缩径增压段、平流段和扩径减压释放段，所述平流段和扩径减压释放段之间安装有混合流量控制阀，所述进气组件包括套筒、进气管和出气管，所述套筒垂直安装在混相段外部，所述进气管通过进气接头固定在套筒上，所述进气管上安装有气体流量控制阀，所述出气管一头伸入套筒中并与进气管密封连接，所述出气管另一头伸入至混相段中并连接有纳米微孔介质芯管，所述出气管和纳米微孔介质芯管的连接处为球形端头，水流环形空间均匀设置有多个导流叶片，所述出气管伸入混相段中的部分构成气管段，位于气管段前端的混相段构成缓冲段，位于气管段后端的混相段构成导流旋液段和纳米微孔气泡产生与切割段。
其中，所述纳米微孔介质芯管为纳微米孔金属粉末烧结管，选用熔点高、硬度大、可塑性强、密度小、耐腐蚀、烧结颗粒性能好的钛材。
其中，所述纳米微孔介质芯管适用于各种腐蚀性介质的过滤，例如：盐酸、硫酸、氢氧化物、海水、王水及铁、铜、钠等氯化物溶液的过滤。它具有优良的机械性能，可进行切割、焊接等机加工，耐压强度大，内压破坏强度最高达2MPa以上；其曝气精度容易保证，即使在高温高压下工作，孔径也不会发生变形，其孔隙率可达35～45%，孔径可在0.45～50μm范围内根据烧制工艺的不同而定制，孔径大小误差小且分布均匀，纳污量大抗堵塞，而且易清洗再生方法简单，再生后可重复使用。
其中，所述套筒上安装有混前液压显示阀。
其中，所述套筒上安装有与出气管连接的气体流量显示阀。
其中，所述平流段设置有气体混合压力指示阀。
一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）待处理的含油含悬浮物污水（含油＜1500ppm，含悬浮物＜300ppm）由进液段接入，经过扩径段进入混液室；
2）氮气由进气管经气体流量控制阀调节气量大小，进气接头与装置主体实现快捷链接，经气体流量显示阀反馈气量信息，通过人为调节气体流量控制阀获得理想的所需气量；
3）液体经缓冲段与导流旋液段，与此同时由气管段的来气，在纳米微孔介质芯管的气泡产生与切割作用下进行气液混合，再由缩径增压段使得气液混合腔维持一定的压力将微气泡压缩的更小，减缓其移动、碰撞、聚结变大过程，在有效时段内使微气泡游离于液体当中；
4）气液混合压力指示阀反馈压力信息，通过人为调节混合流量控制阀获得理想的所需压力，理想混合体先经平流段，再由扩径减压释放段喷出；
5）迅速的压力释放使得所喷出的液体中微气泡体积膨胀，整体比表面积也增大，与油滴和悬浮物的碰撞概率加大，附着联合体移动速度加快，在CFU旋流离心力作用下快速聚结与水分离。
本发明的有益效果为：对于传统气浮选在当前工业化应用中所表现出的上述缺陷问题，本发明提供了一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置，能有效调节工业气浮选所需的气泡直径、气泡群密度以及均匀度。
附图说明
图1为现有技术中一种气浮选用微气泡发生器的结构示意图；
图1中，A-进水口，B-进气口， C-切向小孔，D-旋塞，E-微孔介质芯管，F-中间环形旋流腔室，G-外部环形压力腔室，K-加药口；
图2为本发明一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置的结构示意图；
图2中，10-处理污水进液段，11-扩径段，12-混前液压力显示段，13-气源快接段，14-气体流量控制段，15-进气段，16-气体流量显示段，17-气液混合压力指示段，18-混合流量控制段，19-扩径减压释放段，20-缓冲段，21-气管段，22-导流旋液段，23-纳米微孔气泡产生与切割段，24-缩径增压段，25-平流段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图2所示，一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置，包括装置主体和进气组件，其特征在于：所述的装置主体安装有进气组件，所述装置主体按液体流动方向依次分为处理污水进液段10、扩径段11、混相段、缩径增压段24、平流段25和扩径减压释放段19，所述平流段25设置有气体混合压力指示阀，所述平流段25和扩径减压释放段19之间安装有混合流量控制阀，所述进气组件包括套筒、进气管和出气管，所述套筒垂直安装在混相段外部并安装有混前液压显示阀，所述进气管通过进气接头固定在套筒上，所述进气管上安装有气体流量控制阀，所述出气管一头伸入套筒中并与进气管密封连接，所述套筒上安装有与出气管连接的气体流量显示阀，所述出气管另一头伸入至混相段中并连接有纳米微孔介质芯管，所述出气管和纳米微孔介质芯管的连接处为球形端头，水流环形空间均匀设置有多个导流叶片，在高压高速水流通过时形成较强的旋流与表面切割。所述出气管伸入混相段中的部分构成气管段21，位于气管段21前端的混相段构成缓冲段20，位于气管段21后端的混相段构成导流旋液段22和纳米微孔气泡产生与切割段23。
作为本发明的进一步方案，所述的纳米微孔介质芯管为纳微米孔金属粉末烧结管，其特点为：选用熔点高、硬度大、可塑性强、密度小、耐腐蚀、烧结颗粒性能好的钛材做纳米微孔介质芯管为纳微米孔金属粉末烧结管。其适用于各种腐蚀性介质的过滤，例如：盐酸、硫酸、氢氧化物、海水、王水及铁、铜、钠等氯化物溶液的过滤。它具有优良的机械性能，可进行切割、焊接等机加工，耐压强度大，内压破坏强度最高达2MPa以上；其曝气精度容易保证，即使在高温高压下工作，孔径也不会发生变形。其孔隙率可达35～45%，孔径可在0.45～50μm范围内根据烧制工艺的不同而定制，孔径大小误差小且分布均匀，纳污量大抗堵塞，而且易清洗再生方法简单，再生后可重复使用。
本发明中，待处理的含油含悬浮物污水（含油＜1500ppm，含悬浮物＜300ppm）由进液段10接入，经过扩径段11进入混液室；氮气由进气段15经气体流量控制段14调节气量大小，气源快接段13现场与微气泡装置便捷实现快速链接，经气体流量显示段16反馈气量信息，通过人为调节气体流量控制段14获得理想所需气量；液经缓冲段20与导流旋液段22，与此同时由气管段21的来气，在纳微孔气泡产生与切割段23作用下进行气液混合，再由缩径增压段24使得气液混合腔维持一定的压力将微气泡压缩的更小，减缓其移动、碰撞、聚结变大过程，在有效时段内使微气泡游离于液体当中，气液混合压力指示段17反馈压力信息，通过人为调节混合流量控制段18获得理想所需压力；理想混合体经平流段25，再由扩径减压释放段19喷出，迅速的压力释放使得所喷出的液体中微气泡体积膨胀，整体比表面积也增大，与油滴和悬浮物的碰撞概率加大，附着联合体移动速度加快，在CFU旋流离心力作用下快速聚结与水分离；从而实现其优异的油固水分离功能。
本发明中设计规模按照40m3/h处理量，设定由处理污水进液段10进液40 m3/h，进液压力250KPa，DN80进液管流速2.2 m/s，压降＜5KPa；由段15进氮气4 Sm3/h，进气压力450~500KPa，DN15进气管流速7 m/s，压降＜5KPa；液经段22导流，压力损失约30~50 KPa，氮气经段23微孔释放，压力损失约200~250 KPa；混合体在环形空间旋流速约6.8 m/s，混流量约42 Am3/h，气液混合体经过段25流速约9 m/s，经段19喷出流量约44 Am3/h，压力为CFU罐内操作压力200 KPa。
本发明的工艺结构又可分五段：来液段、加气段、旋流切割微气泡段、缩径增压增溶段、扩径减压释放段。旋流切割微气泡段是技术性能指标关键段，其核心关键是耐温耐压耐腐蚀的纳微米孔金属粉末烧结管，高致密度与均匀度的微孔成型技术是决定产生所需气泡的关键，通过反复测试验证，找到了最佳制作成型工艺，掌握了纳微米孔分布及孔径对产生微气泡特性的规律，本发明流程始末无需外加能量补充与动部件，结构与工艺配置也做了最优化，因而本发明在工业化使用中更可靠和优选。由于在海上石油平台的生产水处理系统中，CFU紧凑型气浮选也是极受青睐和推广甚至不可或缺的，而其中核心关键部分就是微气泡发生装置，也是决定设备整体性能和技术优势的根本部件，其也决定了CFU设备在市场竞争中和应用价值上成败的关键。因此，将本发明的微气泡装置应用在二代CFU（紧凑型旋流气浮选）上，就能使其提升为更高效的工业化污水处理设备。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (2)

1.一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置，包括装置主体和进气组件，其特征在于：所述的装置主体安装有进气组件，所述装置主体按液体流动方向依次分为处理污水进液段、扩径段、混相段、缩径增压段、平流段和扩径减压释放段，所述平流段和扩径减压释放段之间安装有混合流量控制阀，所述进气组件包括套筒、进气管和出气管，所述套筒垂直安装在混相段外部，所述进气管通过进气接头固定在套筒上，所述进气管上安装有气体流量控制阀，所述出气管一头伸入套筒中并与进气管密封连接，所述出气管另一头伸入至混相段中并连接有纳米微孔介质芯管，所述出气管和纳米微孔介质芯管的连接处为球形端头，水流环形空间均匀设置有多个导流叶片，所述出气管伸入混相段中的部分构成气管段，位于气管段前端的混相段构成缓冲段，位于气管段后端的混相段构成导流旋液段和纳米微孔气泡产生与切割段；所述纳米微孔介质芯管为纳微米孔金属粉末烧结管；所述套筒上安装有混前液压显示阀；所述套筒上安装有与出气管连接的气体流量显示阀；所述平流段设置有气体混合压力指示阀。
2.一种基于权利要求1所述装置的石油水处理用气浮选微气泡加气装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)待处理的含油＜1500ppm、含悬浮物＜300ppm的污水由进液段接入，经过扩径段进入混液室；
2)氮气由进气管经气体流量控制阀调节气量大小，进气接头与装置主体实现快捷链接，经气体流量显示阀反馈气量信息，通过人为调节气体流量控制阀获得理想的所需气量；
3)液体经缓冲段与导流旋液段，与此同时由气管段的来气，在纳米微孔介质芯管的气泡产生与切割作用下进行气液混合，再由缩径增压段使得气液混合腔维持一定的压力将微气泡压缩的更小，减缓其移动、碰撞、聚结变大过程，在有效时段内使微气泡游离于液体当中；
4)气液混合压力指示阀反馈压力信息，通过人为调节混合流量控制阀获得理想的所需压力，理想混合体先经平流段，再由扩径减压释放段喷出；
5)迅速的压力释放使得所喷出的液体中微气泡体积膨胀，整体比表面积也增大，与油滴和悬浮物的碰撞概率加大，附着联合体移动速度加快，在CFU旋流离心力作用下快速聚结与水分离。
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