CN109279683B - 基于连续反冲洗的油水混合液过滤分离方法及装置 - Google Patents

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Abstract

基于连续反冲洗的油水混合液过滤分离方法，使具有喷水功能的反冲洗喷液口在过滤膜的出水一侧作往复运动，在运动过程中，反冲洗喷液口始终与过滤膜滑动接触并从喷液口进行喷水，喷水方向随反冲洗喷液口的运动方向而改变。基于该方法的分离装置由沉降分离室、滤水分离室和储油室构成，在各室之间分别设有两个开口，在沉降分离室侧面设有混合液入口，在滤水分离室的底端设有出水口，在上部设有滤水膜单元，滤水膜单元下端设有膜反冲洗单元，储油室侧面设有出油口。本发明解决油水混合液过滤分离过程中膜容易被污染堵塞的难题，显著延长分离膜的使用周期及分离效率。

Description

基于连续反冲洗的油水混合液过滤分离方法及装置
技术领域
本发明属于油水分离技术领域，具体涉及一种基于连续反冲洗的油水混合液过滤分离方法及装置。
背景技术
随着经济发展和生活水平提高，工业及生活含油污水逐年增加。以原油开采为例，采出液水含量越来越高，产生大量的含油污水难以达到再利用的要求标准。膜过滤分离含油污水及油水混合物是最为有效、环保及低成本的高技术方法，有巨大的应用前景，然而，含油污水中的小油滴、表面活性剂、胶体颗粒及生物污染物均可在膜表面形成吸附的污染层，发生堵塞，导致过滤通量降低。被污染的滤膜虽然可以通过停产清洗及更换新膜的方式解决，但生产成本会大幅升高，因此，降低膜污染就成为膜过滤分离技术方法能否应用最为关键的核心技术。研究开发抗污染膜虽然是解决分离过程中膜污染关键内容，但膜污染现象及影响难以根除，只能尽量降低。在这种低污染膜技术背景下，通过改进过滤分离的技术方法、膜过滤器的设计及运行参数，进而能够显著延长分离膜的使用周期及分离效率。
发明内容
本发明的目的在于解决滤水型油水混合液过滤分离过程中膜容易被污染堵塞的难题，提供一种基于连续反冲洗的滤水型油水混合液过滤分离方法及装置，显著延长分离膜的使用周期及分离效率。
本发明采取的技术方案是：
基于连续反冲洗的油水混合液过滤分离方法，使具有喷水功能的反冲洗喷液口在过滤膜的出水一侧作往复运动，在运动过程中，反冲洗喷液口始终与过滤膜滑动接触并从喷液口进行喷水，喷水方向随反冲洗喷液口的运动方向而改变。
进一步的，所述反冲洗喷液口采用柔性材料制成，在运动过程中，通过与过滤膜的摩擦力，使得喷水方向与前进方向的夹角大于90°而小于150°。
进一步的，所述反冲洗喷液口与过滤膜的接触面积小于过滤膜面积的10％，运动速度为0.02～0.5m/min。
一种连续反冲洗的油水混合液过滤分离装置，由左侧的沉降分离室(2)、中间的滤水分离室(7)和右侧的储油室(9)顺序相连构成，在沉降分离室(2)和滤水分离室(7)之间的隔板上设有A开口(3)，在滤水分离室(7)和储油室(9)之间的隔板上设有B开口(8)，所述A开口(3)的高度低于B开口(8)；在沉降分离室(2)的侧面设有混合液入口(1)，在滤水分离室(7)的底端设有一号出水口(6)，在A开口(3)的下端设有滤水膜单元(4)，滤水膜单元(4)下端设有膜反冲洗单元(5)，在储油室(9)的侧面设有出油口(10)；
所述膜反冲洗单元(5)包括支撑台(24)，在支撑台(24)上设有轨道(23)，在轨道(23)两端分别设有传动装置(21)和传送带轴(17)，在传动装置(21)和传送带轴(17)之间设有传送带(18)，在传送带(18)上固定有往复移动滑块(22)，该往复移动滑块(22)同时与轨道(23)滑动连接，在往复移动滑块(22)上端设有与所述滤水膜单元(4)滑动接触的反冲洗喷液口(20)，所述反冲洗喷液口(20)一侧设有高压入水口(19)。
进一步的，所述滤水膜单元(4)包括亲水疏油的过滤膜(15)，在过滤膜(15)上下分别设置具有耐压作用的上层固定网(14)和下层固定网(16)。
进一步的，所述过滤膜(15)与水的静态水接触角为0～10度，水下油接触角大于140度。
进一步的，所述过滤膜(15)包括骨架材料，在骨架材料上涂覆有亲水涂层，所述骨架材料选自不锈钢、尼龙、涤棉、丙纶、涤纶织物之一，或高分子滤膜、陶瓷滤膜之一，所述亲水涂层选自无机微纳米结构材料、亲水聚合物凝胶、两性离子聚合物之一。
进一步的，所述反冲洗喷液口(20)与滤水膜单元(4)的接触面积为过滤膜(15)面积的0.1～0.5％，对滤水通量的影响较小。
进一步的，在所述的混合液入口(1)设有流量控制阀，使得沉降分离室(2)的液面始终保持在A开口(3)的下沿和B开口(8)的下沿之间。
进一步的，在一号出水口(6)处设有密闭容器(11)，在密闭容器(11)上连接有真空泵(13)，在密闭容器底端设有二号出水口(12)。
本发明的有益效果是：
本发明以亲水疏油的过滤膜作为抗污染油水分离的基础，结合高效的连续反冲洗装置及优化的工艺参数，能最大限度地降低分离过程中过滤膜污染程度，延长过滤膜的使用周期，节省了停产清洗时间、清洗剂及相应的人工、能源和环保成本，显著提高生产效率。
附图说明
图1是本发明滤水型油水混合液过滤分离装置示意图；
图2是本发明带有负压装置的滤水型油水混合液过滤分离装置示意图；
图3是本发明滤水膜单元的组成结构示意图；
图4是膜反冲洗单元结构示意图；
图1-图4中，1)混合液入口、2)沉降分离室、3)A开口、4)滤水膜单元、5)膜反冲洗单元、6)一号出水口、7)滤水分离室、8)B开口、9)储油室、10)出油口、11)密闭容器、12)二号出水口、13)真空泵、14)上层固定网、15)过滤膜、16)下层固定网、17)传送带轴、18)传送带、19)高压水入口、20)反冲洗喷液口、21)传动装置、22)往复移动滑块、23)轨道、24)支撑台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
一种连续反冲洗的油水混合液过滤分离装置，由左侧的沉降分离室(2)、中间的滤水分离室(7)和右侧的储油室(9)顺序相连构成，在沉降分离室(2)和滤水分离室(7)之间的隔板上设有A开口(3)，在滤水分离室(7)和储油室(9)之间的隔板上设有B开口(8)，所述A开口(3)的高度低于B开口(8)；在沉降分离室(2)的侧面设有混合液入口(1)，在滤水分离室(7)的底端设有一号出水口(6)，在A开口(3)的下端设有滤水膜单元(4)，滤水膜单元(4)下端设有膜反冲洗单元(5)，在储油室(9)的侧面设有出油口(10)。
所述滤水膜单元(4)包括亲水疏油的过滤膜(15)，在过滤膜(15)上下分别设置具有耐压作用的上层固定网(14)和下层固定网(16)，两层固定网均为大孔滤网；所述过滤膜(15)以1000目不锈钢网为基材，按ZL201610485188.2方法制备两性离子聚合物涂层为亲水疏油层，静态水接触角4±3度，水接触角越小越好；水下油接触角大于150度，油接触角越大越好。
所述膜反冲洗单元(5)包括支撑台(24)，在支撑台(24)上设有轨道(23)，在轨道(23)两端分别设有传动装置(21)和传送带轴(17)，在传动装置(21)和传送带轴(17)之间设有传送带(18)，在传送带(18)上固定有往复移动滑块(22)，该往复移动滑块(22)同时与轨道(23)滑动连接，在往复移动滑块(22)上端设有与所述滤水膜单元(4)滑动接触的反冲洗喷液口(20)，所述反冲洗喷液口(20)一侧设有高压入水口(19)，所述反冲洗喷液口(20)与滤水膜单元(4)的接触面积为过滤膜(15)面积的0.1％，对滤水通量的影响较小；所述往复移动滑块(22)的运动速度为0.02～0.5m/min，较高的反冲洗频次降低了污染物的粘附几率及粘附作用，能够快速冲掉粘附的污染物。
在所述的混合液入口(1)设有流量控制阀，使得沉降分离室(2)的液面始终保持在A开口(3)的下沿和B开口(8)的下沿之间，防止混合液进入储油室。
实施例2
一种连续反冲洗的油水混合液过滤分离装置，由左侧的沉降分离室(2)、中间的滤水分离室(7)和右侧的储油室(9)顺序相连构成，在沉降分离室(2)和滤水分离室(7)之间的隔板上设有A开口(3)，在滤水分离室(7)和储油室(9)之间的隔板上设有B开口(8)，所述A开口(3)的高度低于B开口(8)；在沉降分离室(2)的侧面设有混合液入口(1)，在滤水分离室(7)的底端设有一号出水口(6)，在一号出水口(6)处设有密闭容器(11)，在密闭容器(11)上连接有真空泵(13)，在密闭容器底端设有二号出水口(12)，通过真空泵使密闭容器内产生负压，以增加滤水效果，在A开口(3)的下端设有滤水膜单元(4)，滤水膜单元(4)下端设有膜反冲洗单元(5)，在储油室(9)的侧面设有出油口(10)。
所述滤水膜单元(4)包括亲水疏油的过滤膜(15)，在过滤膜(15)上下分别设置具有耐压作用的上层固定网(14)和下层固定网(16)，两层固定网均为大孔滤网；所述过滤膜(15)与水的静态水接触角为0～10度，水下油接触角大于140度；所述过滤膜(15)以聚偏氟乙烯微滤膜为基材、含两性离子聚合物为亲水涂层。
所述膜反冲洗单元(5)包括支撑台(24)，在支撑台(24)上设有轨道(23)，在轨道(23)两端分别设有传动装置(21)和传送带轴(17)，在传动装置(21)和传送带轴(17)之间设有传送带(18)，在传送带(18)上固定有往复移动滑块(22)，该往复移动滑块(22)同时与轨道(23)滑动连接，在往复移动滑块(22)上端设有与所述滤水膜单元(4)滑动接触的反冲洗喷液口(20)，所述反冲洗喷液口(20)一侧设有高压入水口(19)，反冲洗喷液口(20)为柔性材料，包括橡胶、聚氨酯、聚酰胺、聚酯、有机硅树脂，本实施例中采用橡胶材料，反冲洗喷液口(20)与滤水膜单元(4)的接触面积为过滤膜(15)面积的0.5％，对滤水通量的影响较小；所述往复移动滑块(22)的运动速度为0.02～0.5m/min。
在所述的混合液入口(1)设有流量控制阀，使得沉降分离室(2)的液面始终保持在A开口(3)的下沿和B开口(8)的下沿之间。为防止滤水膜上方的混合液液面升高流入储油室，在沉降分离室内设有与流量控制阀相连的浮子，当混合液的液面快接近B开口的下沿时，浮子升的较高，进而关闭流量控制阀，保持液面不高于B开口的下沿，当混合液的液面下降，接近A开口的下沿时，浮子位置很低，会根据设置的高度，自动打开流量控制阀，使得混合液进入沉降分离室，最终，始终动态保持液面高度处于A开口的下沿和B开口的下沿之间。
使用时，油水混合液首先进入沉降分离室，将泥沙等固体杂质沉淀，然后进入滤水分离室经滤水膜将水滤出；密度小的油相自动漂浮在滤水膜上方，随着油层厚度增加，油层则自动流入储油室，完成油水混合液在重力作用(常压)下的自动分离过程。
油水分离过程中，反冲洗喷液口在往复直线运动的喷水过程中，受滤水膜单元的摩擦力向后倾斜，即喷水方向与前进方向之间的夹角大于90度，为了增加反冲洗效果，防止角度过大，可改变与过滤膜的接触面积，使得角度小于150度，往复移动过程中(以左右两个方向为例)，向左运动时，向右斜上方喷水，向右运动时，向左斜上方喷水，通过如此交叉喷水，可从两个不同方向对膜进行反冲洗，从而加强了对附着污染物的清洗效果；也可通过改变喷水压力，提高清洗效率。
为了增加分离效率，在一号出水口处设有密闭容器，在密闭容器上连接有真空泵，通过真空泵使密闭容器内产生负压，以增加滤水效果。
将实施例1的滤水型油水混合液过滤分离装置用于30％体积比的高粘度原油水混合液过滤分离，在持续的反冲洗作用下，装置在3天连续过滤分离试验过程中水通量(3.1～3.2×104L·m-2·h-1)无显著降低。在关闭反冲洗单元情况下，该装置连续过滤分离2小时后水通量就显著降低70％，3小时后水通量降低95％，出现严重的污染堵塞现象。该对比实验结果说明，具有强粘附污染性能的原油对滤水膜的严重污染，在本发明的连续反冲洗滤水装置中被明显抑制，显示出本发明装置延长滤水膜使用周期、节省停产清洗时间、清洗剂及相应的人工、能源和环保成本，显著提高生产效率的良好效果。

Claims (9)

1.基于连续反冲洗的油水混合液过滤分离方法，其特征在于，使具有喷水功能的反冲洗喷液口在过滤膜的出水一侧作往复运动，在运动过程中，反冲洗喷液口始终与过滤膜滑动接触并从喷液口进行喷水，喷水方向随反冲洗喷液口的运动方向而改变，所述反冲洗喷液口采用柔性材料制成，使得喷水方向与前进方向的夹角大于90°而小于150°。
2.如权利要求1所述的基于连续反冲洗的油水混合液过滤分离方法，其特征在于，所述反冲洗喷液口与过滤膜的接触面积小于过滤膜面积的10%，运动速度为0.02~0.5m/min。
3.应用于权利要求1所述的基于连续反冲洗的油水混合液过滤分离方法的一种连续反冲洗的油水混合液过滤分离装置，其特征在于，由左侧的沉降分离室（2）、中间的滤水分离室（7）和右侧的储油室（9）顺序相连构成，在沉降分离室（2）和滤水分离室（7）之间的隔板上设有A开口（3），在滤水分离室（7）和储油室（9）之间的隔板上设有B开口（8），所述A开口（3）的高度低于B开口（8）；在沉降分离室（2）的侧面设有混合液入口（1），在滤水分离室（7）的底端设有一号出水口（6），在A开口（3）的下端设有滤水膜单元（4），滤水膜单元（4）下端设有膜反冲洗单元（5），在储油室（9）的侧面设有出油口（10）；
所述膜反冲洗单元（5）包括支撑台（24），在支撑台（24）上设有轨道（23），在轨道（23）两端分别设有传动装置（21）和传送带轴（17），在传动装置（21）和传送带轴（17）之间设有传送带（18），在传送带（18）上固定有往复移动滑块（22），该往复移动滑块（22）同时与轨道（23）滑动连接，在往复移动滑块（22）上端设有与所述滤水膜单元（4）滑动接触的反冲洗喷液口（20），所述反冲洗喷液口（20）一侧设有高压入水口（19）。
4.如权利要求3所述的一种连续反冲洗的油水混合液过滤分离装置，其特征在于，所述滤水膜单元（4）包括亲水疏油的过滤膜（15），在过滤膜（15）上下分别设置具有耐压作用的上层固定网（14）和下层固定网（16）。
5.如权利要求4所述的一种连续反冲洗的油水混合液过滤分离装置，其特征在于，所述过滤膜（15）与水的静态水接触角为0~10度，水下油接触角大于140度。
6.如权利要求4所述的一种连续反冲洗的油水混合液过滤分离装置，其特征在于，所述过滤膜（15）包括骨架材料，在骨架材料上涂覆有亲水涂层，所述骨架材料选自不锈钢、尼龙、涤棉、丙纶、涤纶织物之一，或高分子滤膜、陶瓷滤膜之一，所述亲水涂层选自无机微纳米结构材料、亲水聚合物凝胶、两性离子聚合物之一。
7.如权利要求3所述的一种连续反冲洗的油水混合液过滤分离装置，其特征在于，所述反冲洗喷液口（20）与滤水膜单元（4）的接触面积为过滤膜（15）面积的0.1~0.5%，对滤水通量的影响较小。
8.如权利要求3所述的一种连续反冲洗的油水混合液过滤分离装置，其特征在于，在所述的混合液入口（1）设有流量控制阀，使得沉降分离室（2）的液面始终保持在A开口（3）的下沿和B开口（8）的下沿之间。
9.如权利要求3所述的一种连续反冲洗的油水混合液过滤分离装置，其特征在于，在一号出水口（6）处设有密闭容器（11），在密闭容器（11）上连接有真空泵（13），在密闭容器底端设有二号出水口（12）。
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