CN109384288A - 一种水包油型乳状液的破乳方法和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水包油型乳状液的破乳方法和工艺，该方法属于物理破乳法，利用正负电极将电源输出的交变电场施加到水包油乳状液中，在常温下对乳液和含油废水进行破乳和油水分相。该方法的基本原理是利用油滴表面荷电以及油滴介电泳特性，使油滴在不同形式的交变电场中运动聚结从而达到快速破乳和油水分相的目的。此方法与其他传统的破乳方法，如重力法、离心法、化学法和膜过滤法等相比，具有设备简单、操作简便、投入较少、无二次污染、油水两相分离效率高等优点，因此本方法具有很好的应用前景和巨大的经济价值。

Description

一种水包油型乳状液的破乳方法和工艺

技术领域

本发明属于非均相分离领域，油水两相分离技术，特别是涉及一种水包油型乳状液的破乳方法和工艺。

背景技术

水中除油一直以来是含油废水治理以及水包油乳液破乳的终极目标，如何能够高效快速经济地将水中的油分除去并加以回收，不仅可以减少废水对环境的污染，净化水质，节约水资源，同时也能大量回收油类物质，避免资源的浪费。因此对水包油乳状液破乳是实现这些目标的关键步骤。然而，传统的破乳方法：重力沉降法设备占地面积大、靠自然沉降耗时长，效率低下；离心法能耗巨大、处理不能连续；化学破乳剂法向废水中添加的破乳剂对水质进行二次污染，同时油分回收困难，对环境也有一定的危害，而且耗费大量的药剂；膜分离法和吸附法处理废水导致膜和吸附剂的污染以及处理时间长，成本高等。同时对于一些高粘度的含油废水和高度乳化的水包油乳液，这些传统的方法更难有效的进行破乳分相。因此依靠传统的这些方法来破乳已经不能满足高效节能环保的要求。水包油乳状液之所以难以破乳是因为，在水包油乳状液中细小的油滴表面带有同种类型的电荷，在范德华力、空间位阻效应以及静电斥力的作用下，油滴相互之间保持稳定无法聚结变大。因此要去除水中油滴，就必须让油滴运动，相互碰撞接触，增大聚结的几率和效率。让油滴在外界力的作用下，克服油滴之间的相互排斥作用，从而达到聚结的目的。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种水包油型乳状液的破乳方法和工艺，利用正负电极将电源输出的交变电场施加到水包油乳状液中，在常温下对水包油型乳状液和含油废水进行破乳和油水分相。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水包油型乳状液的破乳方法，将装配好的电极组件放入油水分离器的主体中的固定位置，使电极组件的正极和负极分别与电源的正极和负极相连，将水包油型乳状液通过乳液出口抽出，后通过乳液进口重新进入油水分离器中实现循环，利用正负电极将交变电场施加到水包油乳状液中，以使油滴聚结变大实现油水分相，实现油水分离和回收油分。

所述的交变电场包括双向脉冲电场、脉冲交流电场、单向脉冲电场(正向脉冲电场和负向脉冲电场)或者交流电场。

所述的交变电场的脉冲波形为方波、矩形波、锯齿波、三角波或者正弦波。

所述的水包油型乳状液为各种油类物质和有机溶剂分散在水相中形成的水包油乳状液或者含油废水。

所述的交变电场的电压为0～10KV。

所述的交变电场的频率为0～10KHz。

所述的交变电场的总占空比为0～1。

所述的正向脉冲电场的占空比为0～1。

所述的负向脉冲电场的占空比为0～1。

所述的油水分离器的主体为上端开口的桶状结构，其内部竖直设置有电极组件，外壁上设有乳液进口、出水口、出油口和乳液出口。

所述的电极组件包括金属电极和固定其两端并与之垂直的孔板。

电极组件为一体式矩形排布的电极组件，其孔板为方形，孔板上设置有呈矩形排布的孔眼，孔眼中设置有金属电极；所述的孔板的长度为0.04-3m，宽度为0.04-3m；所述的孔眼的个数为30-120个，每个孔眼之间的间距为2-200mm；在使用时，位于孔板中央的4-60个金属电极作为正极，其余作为负极；反之，位于孔板中央的4-60个金属电极作为负极，其余作为正极；

或者，电极组件为一体式环形排布的电极组件，其孔板为圆形，孔板上设置有呈环形排布的孔眼，孔眼中设置有金属电极；所述的孔板的直径为0.04-3m；所述的孔眼的个数为30-120个，距孔板中心相同距离的两个孔眼之间的角度差为10-90°，距孔板中心不同距离的两个孔眼到孔板中心的距离之差为2-500mm；在使用时，位于孔板中央的1-35个金属电极作为正极，其余作为负极；反之，位于孔板中央的1-35个金属电极作为负极，其余作为正极；

或者，电极组件为分体式矩形排布的电极组件，包括相互平行的2-20个小单元，每个小单元包括金属电极和分别固定其两端的孔板，其孔板为矩形，孔板上设置有一列均匀排布的孔眼，孔眼中设置有金属电极；所述的孔板的长度为0.04-3m，宽度为0.04-0.5m；所述的孔眼的个数为4-60个，每个孔眼之间间距0.05-0.1m；在使用时，位于电极组件左侧的1-10个小单元的金属电极作为正极，其余作为负极；反之，位于电极组件左侧的1-10个小单元的金属电极作为负极，其余作为正极；

或者，电极组件为分体式环形排布的电极组件，包括同轴且纵向平行的2-20个小单元，每个小单元包括金属电极和分别固定其两端的孔板，其孔板为环形，孔板上设置有一圈均匀排布的孔眼，孔眼中设置有金属电极；所述的孔板的直径为0.04-2.8m，宽度为0.04-0.5m；所述的孔眼的个数为4-60个，每个孔眼距孔板中心间距均相同，相邻两个孔眼之间的角度差为10-90°；在使用时，位于电极组件中央的1-10个小单元的金属电极作为正极，其余作为负极；反之，位于电极组件中央的1-10个小单元的金属电极作为负极，其余作为正极。

所述的油水分离器的主体的结构为横截面为圆形或者方形桶状结构。

所述的油水分离器的主体高度为0.1-5m，宽度为0.04-3m，壁厚为1-10mm。

所述的乳液进口的设置方向与油水分离器的主体侧壁相垂直，其高度与油水分离器的主体高度的比值为0.1-0.5。

所述的出油口的高度与油水分离器的主体高度的比值为0.8-0.95。

所述的乳液出口的高度与油水分离器的主体高度的比值为0.7-1。

所述的出水口的高度与油水分离器的主体高度的比值为0.05-0.1。

所述的电极组件与油水分离器的主体内壁间距为30-100mm。

所述的金属电极为棒状，材料为纯钛、钛合金、纯钨或者钨合金。

所述的金属电极的长度为0.1-5m，宽度为1-100mm。

所述的金属电极与孔板之间的连接方式为螺纹连接或者螺栓连接。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果是：

1、本发明本方法处理水包油乳状液既可以静态处理也可以动态连续处理；

2、本发明因为本发明使用的方法是电场法，因此在破乳过程中不会产生其他的物质以及污染等；

3、本发明对于粘度过高的水包油乳状液不会因为粘度的因素而影响处理效果，与其他方法相比更不会因为油的粘度过大而导致阻塞，因此对处理石油采出液中的含油废水具有更好的适用性；

4、本发明处理后的水质不需要静置，电场作用一定时间后下清液出水中油含量可以降到指定浓度以下。

附图说明

图1为主体横截面为方形的桶状结构的油水分离器与分体式矩形排布电极组件的装配示意图；

图2为主体横截面为圆形的桶状结构的油水分离器与分体式环形排布电极组件的装配示意图；

图3为分体式矩形排布电极组件的侧视结构示意图；

图4为分体式矩形排布电极组件的俯视结构示意图；

图5为分体式环形排布电极组件的侧视结构示意图；

图6为分体式环形排布电极组件的俯视结构示意图；

图7为一体式矩形排布电极组件的俯视结构示意图；

图8为一体式矩形排布电极组件的侧视结构示意图；

图9为一体式环形排布电极组件的俯视结构示意图；

图10为一体式环形排布电极组件的侧视结构示意图。

其中：1-1、主体横截面为方形的桶状结构的油水分离器；1-2、主体横截面为圆形的桶状结构的油水分离器；2-1、分体式矩形排布电极组件；2-2、分体式环形排布电极组件；3、出水口；4、乳液进口；5、出油口；6、乳液出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细描述。需要说明的是：下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

使用时：开始前通过阀门关闭出水口3和出油口5，首先将装配好的电极组件放入油水分离器的主体中的固定位置，将电极组件的正极和负极分别与电源的正极和负极相连，破乳开始，使用蠕动泵将水包油乳状液通过乳液出口6抽出，后通过乳液进口4重新进入油水分离器中实现循环，油水分离器上部逐渐有油层出现，当油层达到一定厚度的时候，打开上层出油口5开关，并调节适当的流量将破乳后的油排出，同时下部也有清液出现，打开下层出水口3，将清水排出。静态实验中，关闭乳液出口6；动态实验中，关闭乳液出口6。

本发明将交变电场作用引入到水包油乳状液的破乳中，油滴在交变电场作用下相互碰撞和聚结，使乳化油滴逐渐增大从而实现油水分相，达到油水分离的目的。由于油滴表面带有一定量的电荷，油滴分散在水中由于相互之间的排斥作用而不聚合，因此保持稳定状态。当将交变电场引入到乳液中后，油滴在交变电场作用下，表面电荷分布发生快速迁移，驱使油滴相对运动、碰撞和聚结。在一定的电场参数条件下，电场力大于油滴之间的相互排斥作用，因此油滴很容易相互碰撞聚合。交变电场对水包油乳液的破乳具有应用简单、操作方便、破乳效率高和适用范围广等优点。

实施例一：

取300mL水包柴油乳状液(柴油为市售0#)，油含量为0.5％。电场形式选择双向脉冲电场，波形为方波，电压设置为900V，频率设置为50Hz，总占空比设置为0.5，正负占空比设置为0.5。油水分离器主体为圆形筒体，电极组件为一体式环形排布电极组件(见图9和图10)，单个电极安装个数为47根，相邻电极之间的角度差为30°，单个电极直径为5mm，电极组件与油水分离器内壁间距保持为12mm，将位于孔板中央的1个金属电极作为正极，其余作为负极。电场作用2h后，破乳除油的效率达到97.61％。

实施例二：

取300mL水包柴油乳状液(柴油为市售0#)，油含量为0.5％。电场形式选择正向脉冲电场，波形为方波，电压设置为1000V，频率设置为50Hz，总占空比设置为0.3，正负占空比设置为0.5。油水分离器主体为方形筒体，电极组件为一体式矩形排布电极组件(见图7和图8)，单个电极安装个数为50根，相邻电极之间的间距为10mm，单个电极直径为5mm。电极组件与油水分离器内壁间距保持为15mm，将位于孔板中央的4个棒状金属电极作为正极，其余作为负极。电场作用2h后，破乳除油的效率达到99.72％。

实施例三：

取300mL水包柴油乳状液(柴油为市售0#)，油含量为1％。电场形式选择脉冲交流电场，波形为矩形波，电压设置为800V，频率设置为50Hz，总占空比设置为0.5，正负占空比设置为0.3。油水分离器主体为方形筒体，电极组件为分体式矩形排布电极组件2-1(见图3和图4)，小单元安装个数为8个，单个电极安装个数为64根，相邻电极之间的间距为5mm，单个电极直径为5mm。电极组件与油水分离器内壁间距保持为10mm。将位于电极组件左侧的1-10个小单元的金属电极作为正极，其余作为负极。电场作用2h后，破乳除油的效率达到96.34％。

实施例四：

取300mL水包液压油乳状液(液压油为美孚DTE-24)，油含量为1％。电场形式选择双向脉冲电场，波形为锯齿波，电压设置为900V，频率设置为125Hz，总占空比设置为0.7，正负占空比设置为0.5。油水分离器主体为方形筒体，电极组件为分体式环形排布电极组件2-2(见图5和图6)，小单元安装个数为5个，单个电极安装个数为41根，相邻电极之间的角度差为45°，单个电极直径为5mm。电极组件与油水分离器内壁间距保持为11mm。将位于电极组件中央的1个小单元的金属电极作为正极，其余作为负极。电场作用2h后，破乳除油的效率达到98.96％。

实施例五：

取300mL水包液压油乳状液(液压油为美孚DTE-24)，油含量为1％。电场形式选择正向脉冲电场，波形为三角波，电压设置为1000V，频率设置为75Hz，总占空比设置为0.5，正负占空比设置为0.3。油水分离器主体为方形筒体，电极组件为分体式矩形排布电极组件2-1(见图3和图4)，小单元安装个数为6个，单个电极安装个数为48根，相邻电极之间的间距为5mm，单个电极直径为5mm。电极组件与油水分离器内壁间距保持为15mm。将位于电极组件左侧的1-10个小单元的金属电极作为正极，其余作为负极。电场作用2h后，破乳除油的效率达到99.02％。

实施例六：

取300mL水包豆油乳状液(豆油为市售大豆油)，油含量为1％。电场形式选择脉冲交流电场，波形为正弦波，电压设置为700V，频率设置为100Hz，总占空比设置为0.5，正负占空比设置为0.3。油水分离器主体为方形筒体，电极组件为分体式环形排布电极组件2-2(见图5和图6)，小单元安装个数为6个，单个电极安装个数为71根，相邻电极之间的角度差为45°，单个电极直径为5mm。电极组件与油水分离器内壁间距保持为13mm。将位于电极组件中央的1个小单元的金属电极作为正极，其余作为负极。电场作用2h后，破乳除油的效率达到98.53％。

本发明的水包油型乳状液破乳除油系统的破乳过程是在常温静止或者流动状态下进行的；为了增强油滴相互之间的碰撞几率，通过一体式和分体式电极的不同排布方式形成一定分布的非均匀电场，使油滴受力大小和方向不同从而能够相互接触聚结；电场施加后油滴快速聚结形成大油滴从而上浮到液面形成油层，因此本发明中的油水分离器为桶状立式结构保证油滴能够快速上浮；不同水包油乳状液中油滴带电量不同，而且乳液的粘度也不同，油的种类也不同。因此所需要的驱动油滴运动的电场力的大小也不同。本发明中通过改变交变电场的电压来改变施加到油滴上的电场力的大小，从而保证油滴能够快速的碰撞聚结。由于有的乳液粘度较大，油滴运动难度大，此时可以通过控制交变电场的频率来控制油滴在乳液中振动的幅度，使油滴达到最佳的聚结状态。

本发明中对水包油型乳状液和含油废水中的油含量没有明确的限制，在实验中发现含油废水中油含量越高，破乳效果更好。而且在实验过程中发现，对不同的水包油乳状液电压最合理的数值也不同。当电压达到最佳值时，破乳过程所用时间最短，而且效果比较明显，破乳过程变化比较快。

根据发明内容进行工艺参数的调整均可实现对水包油型乳状液的破乳，且表现出与上述实施例基本一致的性能。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水包油型乳状液的破乳方法，其特征在于：将装配好的电极组件放入油水分离器的主体中的固定位置，使电极组件的正极和负极分别与电源的正极和负极相连，将水包油型乳状液通过乳液出口抽出，后通过乳液进口重新进入油水分离器中实现循环，利用正负电极将交变电场施加到水包油乳状液中，以使油滴聚结变大实现油水分相，实现油水分离和回收油分。

2.根据权利要求1所述的一种水包油型乳状液的破乳方法，其特征在于：所述的交变电场包括双向脉冲电场、脉冲交流电场、单向脉冲电场或者交流电场。

3.根据权利要求1所述的一种水包油型乳状液的破乳方法，其特征在于：所述的交变电场的脉冲波形为方波、矩形波、锯齿波、三角波或者正弦波。

4.根据权利要求1所述的一种水包油型乳状液的破乳方法，其特征在于：所述的水包油型乳状液为各种油类物质和有机溶剂分散在水相中形成的水包油乳状液或者含油废水。

5.根据权利要求1所述的一种水包油型乳状液的破乳方法，其特征在于：所述的交变电场的电压为0～10kV，频率为0～10kHz，总占空比为0～1。

6.根据权利要求1所述的一种水包油型乳状液的破乳方法，其特征在于：所述的油水分离器的主体为上端开口的桶状结构，其内部竖直设置有电极组件，外壁上设有乳液进口、出水口、出油口和乳液出口。

7.根据权利要求1所述的一种水包油型乳状液的破乳方法，其特征在于：所述的电极组件包括金属电极和固定其两端并与之垂直的孔板。

8.根据权利要求7所述的一种水包油型乳状液的破乳方法，其特征在于：电极组件为一体式矩形排布的电极组件，其孔板为方形，孔板上设置有呈矩形排布的孔眼，孔眼中设置有金属电极；所述的孔板的长度为0.04-3m，宽度为0.04-3m；所述的孔眼的个数为30-120个，每个孔眼之间的间距为2-200mm；在使用时，位于孔板中央的4-60个金属电极作为正极，其余作为负极；反之，位于孔板中央的4-60个金属电极作为负极，其余作为正极；

电极组件为一体式环形排布的电极组件，其孔板为圆形，孔板上设置有呈环形排布的孔眼，孔眼中设置有金属电极；所述的孔板的直径为0.04-3m；所述的孔眼的个数为30-120个，距孔板中心相同距离的两个孔眼之间的角度差为10-90°，距孔板中心不同距离的两个孔眼到孔板中心的距离之差为2-500mm；在使用时，位于孔板中央的1-35个金属电极作为正极，其余作为负极；反之，位于孔板中央的1-35个金属电极作为负极，其余作为正极；

电极组件为分体式矩形排布的电极组件，包括相互平行的2-20个小单元，每个小单元包括金属电极和分别固定其两端的孔板，其孔板为矩形，孔板上设置有一列均匀排布的孔眼，孔眼中设置有金属电极；所述的孔板的长度为0.04-3m，宽度为0.04-0.5m；所述的孔眼的个数为4-60个，每个孔眼之间间距0.05-0.1m；在使用时，位于电极组件左侧的1-10个小单元的金属电极作为正极，其余作为负极；反之，位于电极组件左侧的1-10个小单元的金属电极作为负极，其余作为正极；

电极组件为分体式环形排布的电极组件，包括同轴且纵向平行的2-20个小单元，每个小单元包括金属电极和分别固定其两端的孔板，其孔板为环形，孔板上设置有一圈均匀排布的孔眼，孔眼中设置有金属电极；所述的孔板的直径为0.04-2.8m，宽度为0.04-0.5m；所述的孔眼的个数为4-60个，每个孔眼距孔板中心间距均相同，相邻两个孔眼之间的角度差为10-90°；在使用时，位于电极组件中央的1-10个小单元的金属电极作为正极，其余作为负极；反之，位于电极组件中央的1-10个小单元的金属电极作为负极，其余作为正极。

9.根据权利要求6所述的一种水包油型乳状液的破乳方法，其特征在于：所述的油水分离器的主体的结构为横截面为圆形或者方形桶状结构，主体高度为0.1-5m，宽度为0.04-3m，壁厚为1-10mm；乳液进口的设置方向与油水分离器的主体侧壁相垂直，其高度与油水分离器的主体高度的比值为0.1-0.5；所述的出油口的高度与油水分离器的主体高度的比值为0.8-0.95；乳液出口的高度与油水分离器的主体高度的比值为0.7-1；出水口的高度与油水分离器的主体高度的比值为0.05-0.1，电极组件与油水分离器的主体内壁间距为30-100mm。

10.根据权利要求7所述的一种水包油乳状液电场破乳装置，其特征在于：所述的金属电极为棒状，材料为纯钛、钛合金、纯钨或者钨合金，长度为0.1-5m，宽度为1-100mm，金属电极与孔板之间的连接方式为螺纹连接或者螺栓连接。