CN110639235A

CN110639235A - 一种油水分离装置及方法

Info

Publication number: CN110639235A
Application number: CN201910985384.XA
Authority: CN
Inventors: 未碧贵; 祁军业; 张洪伟; 王刚; 宋小三
Original assignee: Lanzhou Jiaotong University
Current assignee: Lanzhou Jiaotong University
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: CN110639235B

Abstract

本发明公开了一种油水分离装置及方法，属于水处理领域，具体涉及一种油水分离装置及方法。一种油水分离装置，包括进液腔，进液腔上设有进液口，所述进液腔的两端分别连接有第一分离腔和第二分离腔，第一分离腔的第一出液口连接第一分离腔的第一进液口，第一分离腔第二出液口连接第二分离腔的第二进液口，第一分离腔的另一端设有出油口，第二分离腔的另一端设有出水口；第一分离腔内装填超疏水超亲油硬质颗粒滤料，第二分离腔内装填超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料。本发明中，进液腔中的混合液可以连续流出，如水相从超亲水水下超疏油分离腔流出，油相从超疏水超亲油分离腔流出，从而实现连续分离。

Description

一种油水分离装置及方法

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种油水分离装置及方法。

背景技术

在石油、化工、冶金、机械加工和纺织等工业广泛存在含油废水。特别是在石油开采行业的油田采出水，每生产1t原油约需产生采出水2～3t。我国每年需要处理的采出水约有5亿t，全球每年有上千亿吨含油废水排放至江河湖海中，造成了严重的资源浪费和环境污染，对人类的生存环境构成了严重的威胁。因此，研究高效、低耗的油水分离方法一直是研究者们攻克的方向。

目前，特殊润湿性材料被广泛应用于油水分离研究，主要包括超疏水超亲油材料和超亲水水下超疏油材料等。油水混合液在接触到这些材料后会选择性的透过，进而实现油水分离。例如油水混合液遇到超疏水超亲油材料时，油会透过材料而水被阻挡，实现油水分离；而油水混合液遇到超亲水水下超疏油材料时，油会透过材料而水被阻挡，也实现油水分离。然而，这些材料在单独使用时，由于被阻挡的液相无法及时排出，使分离过程无法连续进行，因此具有分离效率低、操作复杂等缺点。以超疏水超亲油石英砂滤料为例，当重油倒入分离柱后，油在重力作用下流到水的下方，而超疏水超亲油石英砂滤料允许油相通过，从而实现油水分离。但是当油相流完后，水相仍在分离柱里，无法有效自动流出，阻碍了实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种油水分离装置。

本发明的另一个目的是提供一种油水分离方法。

本发明技术方案如下：一种油水分离装置，包括进液腔，进液腔上设有进液口，所述进液腔的两端分别连接有第一分离腔和第二分离腔，第一分离腔的第一出液口连接第一分离腔的第一进液口，第一分离腔第二出液口连接第二分离腔的第二进液口，第一分离腔的另一端设有出油口，第二分离腔的另一端设有出水口；第一分离腔内装填超疏水超亲油硬质颗粒滤料，第二分离腔内装填超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料。

进一步的，所述超疏水超亲油硬质颗粒滤料为改性的超疏水超亲油石英砂滤料，石英砂粒径为0.1mm -2.0mm。

进一步的，所述超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料为改性的超亲水水下超疏油石英砂滤料，石英砂粒径为0.1mm-2.0mm。

进一步的，第一出液口与第一进液口采用法兰连接，第二出液口与第二进液口采用法兰连接，法兰盘中间设有一层不锈钢网或者织布网。

用上述油水分离装置进行分离的方法，包括如下步骤：

A.预润湿过程：用水将第二分离腔内的超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料预润湿；

B.分离过程：将油水混合液从进液口连续倒入进水腔，第一分离腔内的超疏水超亲油硬质颗粒滤料允许油相通过并从出油口流出，而将水相拦截；第二分离腔内的超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料会将油相拦截，而允许水相通过并从出水口流出。从而达到连续油水分离的目的。

进一步的，它还包括滤层恢复步骤，当油相不慎进入第二分离腔内的超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料层内，先将进液腔内的液体流完，再将水从出水口流入第二分离腔内，再从第二进液口流出第二分离腔，水可将滤层中的油挤出滤层；当水相不慎进入第一分离腔内的超疏水超亲油硬质颗粒滤料层内，可先将进液腔内的液体流完，再将油从出水口流入第一分离腔内，再从第一进液口流出第一分离腔，油可将滤层中的水挤出滤层。

现有技术无法实现特殊润湿性颗粒滤料对油水混合液的连续分离。本发明将两者润湿性截然相反的材料组合，可实现高效、低耗连续运行，为特殊润湿性材料在油水分离领域的应用提供了一种新的思路。

本发明中，进液腔中的混合液可以连续流出，如水相从超亲水水下超疏油分离腔流出，油相从超疏水超亲油分离腔流出，从而实现连续分离。且运行期若水相不慎进入超疏水超亲油分离腔或者油相不慎进入超亲水水下超疏油分离腔，均可以对分离腔进行恢复，恢复后分离效率仍然很高。

附图说明

图1为本发明油水分离装置的结构示意图；

图2为1.2 mm-2mm粒径的石英砂滤料对柴油和水的混合液分离效率图；

图3为0.3 mm-0.6mm粒径的石英砂滤料对二氯甲烷和水的混合液分离效率图。

图中：1-进液腔；11-进液口；12-第一出液口；13-第二出液口；2-第一分离腔；21-第一进液口；22-出油口；23-超疏水超亲油硬质颗粒滤料；3-第二分离腔；31-第二进液口；32-出水口；33-超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明所述超疏水超亲油硬质颗粒滤料是指滤料表面水的接触角大于150°，油的接触角约为0°。所述超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料是指滤料表面水的接触角约为0°，当滤料被水润湿后，油的接触角大于150°。

本实施方式所用超疏水超亲油硬质颗粒滤料制备方法详见文献（J. Liu, X.Zhu, H. Zhang, F. Wu, B. Wei, Q. Chang, Superhydrophobic coating on quartzsand filter media for oily wastewater filtration, Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects 553 (2018) 509-514）。

本实施方式所用超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料制备方法已申请专利，专利名为“一种超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料的制备方法”，专利申请号为：ZL 201910629431.7。

所述超疏水超亲油硬质颗粒滤料包括但不限制为改性的超疏水超亲油石英砂滤料，石英砂粒径为0.1 mm -2.0mm。

所述超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料包括但不限制为改性的超亲水水下超疏油石英砂滤料，石英砂粒径为0.1 mm -2.0mm。

如图1所示，一种油水分离装置，包括进液腔1，进液腔1上设有进液口11，其特征在于：所述进液腔1的两端分别连接有第一分离腔2和第二分离腔3，第一分离腔2的第一出液口12连接第一分离腔的第一进液口21，第一分离腔2第二出液口13连接第二分离腔3的第二进液口31，第一分离腔2的另一端设有出油口22，第二分离腔3的另一端设有出水口32；第一分离腔2内装填超疏水超亲油硬质颗粒滤料23，第二分离腔3内装填超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料33。第一出液口12与第一进液口21采用法兰连接，第二出液口13与第二进液口31采用法兰连接，法兰盘中间设有一层不锈钢网或者织布网。

用上述油水分离装置进行分离的方法，包括如下步骤：

A.预润湿过程：用水将第二分离腔3内的超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料预润湿；

B.分离过程：将油水混合液从进液口11连续倒入进水腔1，第一分离腔2内的超疏水超亲油硬质颗粒滤料允许油相通过并从出油口22流出，而将水相拦截；第二分离腔3内的超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料会将油相拦截，而允许水相通过并从出水口32流出。

它还包括滤层恢复步骤，当油相不慎进入第二分离腔3内的超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料层内，先将进液腔1内的液体流完，再将水从出水口32流入第二分离腔3内，再从第二进液口31流出第二分离腔3，水可将滤层中的油挤出滤层；当水相不慎进入第一分离腔2内的超疏水超亲油硬质颗粒滤料层内，可先将进液腔1内的液体流完，再将油从出水口22流入第一分离腔2内，再从第一进液口21流出第一分离腔2，油可将滤层中的水挤出滤层。

实施例1

如附图1所示的油水分离装置，第一分离腔2和第二分离腔3的长度均为10cm，进液腔1的长度为20cm，内径皆为3cm。滤料是石英砂滤料，粒径为0.3mm-0.6mm，混合液是按油与水的体积比1:1混合。

流速为2mL/min时，对于柴油、二氯甲烷以及石油醚的油水混合液，分离效率均始终保持在99.5%以上，在连续分离10L以上，第一分离腔2内有水相渗入。对第一分离腔2进行恢复后，其分离效率又恢复至99.5%以上。

实施例2

如附图1所示的油水分离装置，第一分离腔2、第二分离腔3以及进液腔1的长度均为20cm，内径皆为3cm。滤料是石英砂滤料，粒径为1.2mm-2mm，混合液是按油与水的体积比1:1混合。

流速为4mL/min时，对于柴油、二氯甲烷以及石油醚的油水混合液，分离效率均始终保持在99%以上，在连续分离7L以上，第一分离腔2内有水相渗入，第二分离腔3有油相渗入。对第一分离腔2和第二分离腔3进行恢复后，其分离效率又恢复至99%以上。

图2是1.2mm-2mm粒径的石英砂滤料对柴油和水的混合液分离效率图，图3是0.3mm-0.6mm粒径的石英砂滤料对二氯甲烷和水的混合液分离效率图。从两个图可以看出，当某个分离腔穿透后可进行有效恢复，且恢复后的分离效率与初始的分离效率相同。对于图3，每个分离腔的石英砂滤料装填量约为200mL，在分离800mL混合液后对两个分离腔进行恢复，其后连续分离58L（约为滤料体积的110倍）才再次被穿透，说了本分离方法具有很高的分离效率和很强的可操作性。

Claims

1.一种油水分离装置，包括进液腔，进液腔上设有进液口，其特征在于：所述进液腔（1）的两端分别连接有第一分离腔（2）和第二分离腔（3），第一分离腔（2）的第一出液口（12）连接第一分离腔的第一进液口（21），第一分离腔（2）第二出液口（13）连接第二分离腔（3）的第二进液口（31），第一分离腔（2）的另一端设有出油口（22），第二分离腔（3）的另一端设有出水口（32）；第一分离腔（2）内装填超疏水超亲油硬质颗粒滤料（23），第二分离腔（3）内装填超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料（33）。

2.根据权利要求1所述的一种油水分离装置，其特征在于：所述超疏水超亲油硬质颗粒滤料为改性的超疏水超亲油石英砂滤料，石英砂粒径为0.1mm -2.0mm。

3.根据权利要求1所述的一种油水分离装置，其特征在于：所述超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料为改性的超亲水水下超疏油石英砂滤料，石英砂粒径为0.1mm-2.0mm。

4.根据权利要求1或2所述的一种油水分离装置，其特征在于：第一出液口（12）与第一进液口（21）采用法兰连接，第二出液口（13）与第二进液口（31）采用法兰连接，法兰盘中间设有一层不锈钢网或者织布网。

5.用权利要求1所述油水分离装置进行分离的方法，其特征在于包括如下步骤：

A.预润湿过程：用水将第二分离腔（3）内的超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料预润湿；

B.分离过程：将油水混合液从进液口（11）连续倒入进水腔（1），第一分离腔（2）内的超疏水超亲油硬质颗粒滤料允许油相通过并从出油口（22）流出，而将水相拦截；第二分离腔（3）内的超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料会将油相拦截，而允许水相通过并从出水口（32）流出。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：它还包括滤层恢复步骤，当油相不慎进入第二分离腔（3）内的超亲水水下超疏油硬质颗粒滤料层内，先将进液腔（1）内的液体流完，再将水从出水口（32）流入第二分离腔（3）内，再从第二进液口（31）流出第二分离腔（3），水可将滤层中的油挤出滤层；当水相不慎进入第一分离腔（2）内的超疏水超亲油硬质颗粒滤料层内，可先将进液腔（1）内的液体流完，再将油从出水口（22）流入第一分离腔（2）内，再从第一进液口（21）流出第一分离腔（2），油可将滤层中的水挤出滤层。