CN108310808A

CN108310808A - 一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置

Info

Publication number: CN108310808A
Application number: CN201810282986.4A
Authority: CN
Inventors: 黄志�; 冯妍卉; 刘灯辉; 张欣欣
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2018-04-02
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2018-07-24

Abstract

本发明提供一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置，属于油水分离技术领域。该装置包括进水进料系统、吸附分离系统、脱附分离系统、排水排油系统，其中进水进料系统包括入水口、进料口、舵机，吸附分离系统包括磁铁、吸附分离圆盘，脱附分离系统包括脱附分离槽、滤网，排水排油系统包括中槽、出水口、出油口；入水口、舵机、进料口位于该装置一侧并从外至内依次排列，舵机位于进料口底部，吸附分离系统、脱附分离系统、排水排油系统位于装置另一侧并按照从上至下顺序依次排列。该装置能实现油水的快速分离、转移并能连续操作，工作处理量较传统吸油材料明显增加，具有良好的开发利用前景。

Description

一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置

技术领域

本发明涉及油水分离技术领域，特别是指一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置。

背景技术

目前主要有两种油水分离技术，分别是机械分离方式和物理吸附方式。

传统的机械分离方法如重力分离技术存在着除油效率低，分离不彻底的缺陷，离心分离技术虽然有较好的效果，但设备运行成本和投入都较高，同时除油设备实现分离后的废油在转移过程也依然会被留在管路中，较难处理。因此，废油处理和分离过程急需改进。

利用吸附材料选择性吸附进行油水分离的方法中，也存在诸多的问题。传统的吸油材料，如木棉纤维、活性炭、沸石等，依靠其疏松多孔的结构将油吸附住，但吸附效果并不理想，主要存在吸油量小，保油性差，油水选择性不高，往往吸油的同时也吸水等问题。而一些新型的亲油疏水材料虽然油水选择性较高，但是如何将这些材料从水面上转移开来，实现真正的油水分离，也一直是亟待解决的难题所在。

近年来，因油田泄漏、油船漏油等一系列事故造成的海洋污染问题日趋严重。据统计，全球每年生产的32亿吨石油中，约有1/1000即320万吨进入海洋，通常1吨石油可在海上形成覆盖12平方千米范围的油膜，分布面积如此之广使处理海面浮油问题的难度大大增加。当漏油事故发生时，油层迅速扩散成厚度非常薄的油膜，传统的撇油器会因油膜厚度降低而回收效率大大降低。

家庭、餐馆等厨房厨余废水也存在着或多或少的废油，这些废油一般会被直接排入下水道，进入自然水循环，这些有机物废油进入下水管道形成所谓的“地沟油”。目前使用的地沟油的分离回收方法技术门槛较高，处理方法较为复杂，也很难得到广泛的应用，对于厨余废油同样需要更加方便有效的处理方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置。

该装置包括进水进料系统、吸附分离系统、脱附分离系统、排水排油系统，其中进水进料系统包括入水口、进料口、舵机，吸附分离系统包括磁铁、吸附分离圆盘，脱附分离系统包括脱附分离槽、滤网，排水排油系统包括中槽、出水口、出油口；入水口、舵机、进料口位于该装置一侧并从外至内依次排列，舵机位于进料口底部，吸附分离系统、脱附分离系统、排水排油系统位于装置另一侧并按照从上至下顺序依次排列，油水混合物通过入水口进入该装置，亲油疏水铁磁颗粒通过进料口进入该装置。

其中：

进料口为漏斗型结构，进料口底部出口有隔板，隔板连接在舵机上，舵机控制隔板与进料口底部出口之间开口的大小。

磁铁位于吸附分离圆盘上方，吸附分离圆盘位于油水混合物液面上方，吸附分离圆盘下方均匀分布有圆环和横条，吸附分离圆盘中心连接有电机并随电机缓慢转动。

脱附分离槽位于吸附分离圆盘的一侧下方，中槽位于吸附分离圆盘的另一侧下方，脱附分离槽与中槽之间通过非磁性材料隔板隔开，滤网位于脱附分离槽中部，出油口位于脱附分离槽底部，出水口位于中槽底部。

脱附分离槽中充满无水乙醇，无水乙醇浓度≥99.7％，滤网位于乙醇液面下方。

滤网的网口尺寸小于亲油疏水铁磁颗粒直径。

进料口、脱附分离槽、滤网、中槽、出水口、出油口、吸附分离圆盘、圆环和横条的材质为非磁性材料。

亲油疏水铁磁颗粒的铁磁材质为四氧化三铁，表面修饰亲油疏水材质为十七氟癸基三乙氧基硅烷。

该装置处理的油水混合物中的油特指与乙醇沸点不同的油类。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

该装置设计简单、操作灵活、实用性强、成本低，除油效率高，能实现对亲油疏水铁磁颗粒的回收利用，不仅具有很强的实用性和较低的成本，还有利于环境保护和资源的循环利用。

附图说明

图1为本发明基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中亲油疏水铁磁颗粒与活性炭颗粒可循环性对比；

图3为本发明实施例中除油率随油种类变化曲线。

其中：1-入水口，2-进料口，3-舵机，4-脱附分离槽，5-滤网，6-磁铁，7-吸附分离圆盘，8-中槽，9-出水口，10-出油口。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置。

如图1所示，该装置包括进水进料系统、吸附分离系统、脱附分离系统、排水排油系统，其中进水进料系统包括入水口1、进料口2、舵机3，吸附分离系统包括磁铁6、吸附分离圆盘7，脱附分离系统包括脱附分离槽4、滤网5，排水排油系统包括中槽8、出水口9、出油口10；入水口1、舵机3、进料口2位于该装置一侧并从外至内依次排列，舵机3位于进料口2底部，吸附分离系统、脱附分离系统、排水排油系统位于装置另一侧并按照从上至下顺序依次排列，油水混合物通过入水口1进入该装置，亲油疏水铁磁颗粒通过进料口2进入该装置。

其中：

进料口2为漏斗型结构，进料口2底部出口有隔板，隔板连接在舵机3上，舵机3控制隔板与进料口2底部出口之间开口的大小。

磁铁6位于吸附分离圆盘7上方，吸附分离圆盘7位于油水混合物液面上方，吸附分离圆盘7下方均匀分布有圆环和横条，吸附分离圆盘7中心连接有电机并随电机缓慢转动。

脱附分离槽4位于吸附分离圆盘7的一侧下方，中槽8位于吸附分离圆盘7的另一侧下方，脱附分离槽4与中槽8之间通过非磁性材料隔板隔开，滤网5位于脱附分离槽4中部，出油口10位于脱附分离槽4底部，出水口9位于中槽8底部。

脱附分离槽4中充满无水乙醇，滤网5位于乙醇液面下方。

滤网5的网口尺寸小于亲油疏水铁磁颗粒直径。

进料口2、脱附分离槽4、滤网5、中槽8、出水口9、出油口10、吸附分离圆盘7、圆环和横条的材质为非磁性材料。

该装置的使用步骤为：

S1：将亲油疏水铁磁颗粒倒入进料口2，并开启舵机3，舵机3控制隔板与进料口2底部出口形成一定间隙，让亲油疏水铁磁颗粒以一定速率流出，然后将油水混合物从入水口1倒入油水分离装置；

S2：开启吸附分离圆盘7连接的电机，让电机带动吸附分离圆盘7旋转，混合了亲油疏水铁磁颗粒的油水混合物流入中槽8后，吸附了油的亲油疏水铁磁颗粒被磁铁6吸附到吸附分离圆盘7下方表面，脱油后的油水混合物从出水口9流出；

S3：吸附分离圆盘7表面吸附的含油亲油疏水铁磁颗粒在远离磁铁后在重力的作用下掉入脱附分离槽4中，含油亲油疏水铁磁颗粒中吸附的油溶解与乙醇中，亲油疏水铁磁颗粒落在滤网5上，含油乙醇经出油口10排除；

S4：含油乙醇被收集后，经蒸馏操作，分离出油类和乙醇，完成油类的提取。

该装置的使用效果如下：

A.理论除油率

结合实验，选取电机功率、转速，分离圆盘尺寸如下：

表1选取的电机及分离圆盘

当满负荷工作时，分离过程中圆盘每个小格被完全填满，可知每格可分离带油颗粒为：

V＝1.57*10^-5m³

由实验测得带油颗粒密度为：

ρ＝1530kg/m³

可得每小格可转移吸油颗粒质量为：

m_{带油颗粒每格}＝ρ*V＝1530kg/m³*1.57*10^-5m³＝0.024kg

由实验测得带油颗粒含油量为：

X＝0.4g_油/g_带油颗粒

即1g带油颗粒的含油量为0.4g,那么，1g颗粒的吸油量为0.67g

可得每小格可转移油量为：

m_油每格＝X*m_带油颗粒＝0.4g_油/g_带油颗粒*0.024kg＝0.0096kg

可得分离圆盘每转一周转移油量：

m_油每周＝N*m_油每格＝6*0.0096kg＝0.0576kg

每秒可分离油量为：

m_油每秒＝n*m_油每周＝5r/s*0.0576kg＝0.288kg/s

单位功耗为：

p＝m_油每秒/P＝0.288(kg/s)/2W＝0.144kg/J

即每J电能可分离出144g油。

B.亲油疏水铁磁颗粒与活性炭可循环性对比实验

分别利用本装置和活性炭进行除油，测定除油率，将铁磁颗粒和活性炭回收后，再次投入装置中进行循环使用，以表征循环使用次数对颗粒除油率的影响。

B1.除油率的测定

其中，α为除油率，Q₀为除油前入口处水中的含油量，Q₁为操作后出口处水中的含油量，含油量Q(单位：mg/L)为单位体积水中所含的油的质量。

B2.实验方法与结果

亲油疏水铁磁颗粒循环使用下除油率的测定

利用搭建好的实验装置，在装置入口处通入事先配置好的含油量3000mg/L的油水混合物(食用辣椒油与水)，通入过程中在入料口加入亲油疏水的铁磁颗粒进行除油，由于其亲油疏水的特性，可以测得出水口处的混合物质量减少量，即为铁磁颗粒的吸油量，由此可得到装置出水口处含油量，进而计算得除油率，而后将脱附后的铁磁颗粒再次进行吸油、脱附一系列的循环操作，并记录各循环使用次数下铁磁颗粒的除油率。

活性炭循环使用下除油率的测定

与之对应的设置了除油材料为活性炭的对照组试验，由于活性炭不具备磁性，无法利用。

本实验装置将其从水面上转移，故将活性炭直接加入含油量3000mg/L的油水混合物中，搅拌吸附后，捞出活性炭，因活性炭吸附不具备油水选择性，吸油同时也可能吸水，故使用热风枪使其中水分快速脱去，再称量计算增重，即可得出活性炭吸油量，进而得出除油率，而后也将活性炭泡入酒精中，以保证与铁磁颗粒采用相同的脱附方法，把脱附后的活性炭重新加入装置循环操作，记录各循环使用次数下活性炭的除油率。

由图2可知，亲油疏水铁磁颗粒的一次除油率高达95％以上，且除油率明显大于活性炭，因为活性炭不具备油水选择性，吸油同时也吸水，导致除油率较低。此外，该亲油疏水的铁磁颗粒具有很好的可循环使用性，多次循环使用依旧能保证除油率在50％以上，而活性炭随着循环次数的增加，除油率降低，循环二次以上时已基本不具备吸油能力。

B3.不同种类油的除油率对比

利用该装置测定亲油疏水铁磁颗粒对不同种类油的吸附效果，结果如图3所示，可知该装置对不同种类的油，都有很好的吸附效果，一次除油率均在90％以上。针对油水分离的不同场合，都具有良好的应用前景。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置，其特征在于：包括进水进料系统、吸附分离系统、脱附分离系统和排水排油系统，其中，进水进料系统包括入水口(1)、进料口(2)、舵机(3)，吸附分离系统包括磁铁(6)、吸附分离圆盘(7)，脱附分离系统包括脱附分离槽(4)、滤网(5)，排水排油系统包括中槽(8)、出水口(9)、出油口(10)；入水口(1)、舵机(3)、进料口(2)位于该装置一侧并从外至内依次排列，舵机(3)位于进料口(2)底部，吸附分离系统、脱附分离系统、排水排油系统位于装置另一侧并按照从上至下顺序依次排列，油水混合物通过入水口(1)进入该装置，亲油疏水铁磁颗粒通过进料口(2)进入该装置。

2.根据权利要求1所述一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置，其特征在于：所述进料口(2)为漏斗型结构，进料口(2)底部出口有隔板，隔板连接在舵机(3)上，舵机(3)控制隔板与进料口(2)底部出口之间开口的大小。

3.根据权利要求1所述一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置，其特征在于：所述磁铁(6)位于吸附分离圆盘(7)上方，吸附分离圆盘(7)位于油水混合物液面上方，吸附分离圆盘(7)下方均匀分布有圆环和横条，吸附分离圆盘(7)中心连接有电机，吸附分离圆盘(7)随电机转动。

4.根据权利要求1所述一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置，其特征在于：所述脱附分离槽(4)位于吸附分离圆盘(7)的一侧下方，中槽(8)位于吸附分离圆盘(7)的另一侧下方，脱附分离槽(4)与中槽(8)之间通过非磁性材料隔板隔开，滤网(5)位于脱附分离槽(4)中部，出油口(10)位于脱附分离槽(4)底部，出水口(9)位于中槽(8)底部。

5.根据权利要求1所述一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置，其特征在于：所述脱附分离槽(4)中充满无水乙醇，滤网(5)位于乙醇液面下方。

6.根据权利要求1所述一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置，其特征在于：所述滤网(5)的网口尺寸小于亲油疏水铁磁颗粒直径。

7.根据权利要求1所述一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置，其特征在于：所述进料口(2)、脱附分离槽(4)、滤网(5)、中槽(8)、出水口(9)、出油口(10)、吸附分离圆盘(7)、圆环和横条的材质为非磁性材料。

8.根据权利要求1所述一种基于亲油疏水铁磁颗粒的磁控可循环油水分离装置，其特征在于：所述亲油疏水铁磁颗粒的铁磁材质为四氧化三铁，表面修饰亲油疏水材质为十七氟癸基三乙氧基硅烷。