CN111825174B - 一种用于水包油乳化液的破乳装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于水包油乳化液的破乳装置，包括：壳体；形成于所述壳体内的电场破乳区，其包括电极板组，在所述电极板组的相邻的电极板之间填充有聚结填料；设置在所述电场破乳区的一端的布水缓冲区，其包括进水管；设置在所述电场破乳区的另一端的排水区和集油区，所述排水区包括出水管，所述集油区包括出油管；其中，若干所述电极板依次连接外接电源的正极和负极，以在相邻的所述电极板之间形成电场，所述电极板组构造成能够使水包油乳化液进入所述电场破乳区，并在所述电场的作用下与所述聚结填料碰撞、聚结，进而使油水分离，分离出的水和油分别从所述出水管和所述出油管排出。本发明还提供了一种用于水包油乳化液的破乳方法。

Description

一种用于水包油乳化液的破乳装置和方法

技术领域

本发明属于工业废水处理技术领域，具体地，涉及一种用于水包油乳化液的破乳装置。本发明还涉及一种用于水包油乳化液的破乳方法。

背景技术

在机械加工、食品加工、石油化工、船舶运输等行业中，会产生大量的水包油型乳化液，即油相作为分散相以微小液滴(直径为0.1-20μm)的形态均匀分散在水相中。这些微小油滴与水相摩擦使其表面带有负电荷，从而形成类Stern双电子层(斯特恩双电层)结构，由此，使油水乳化液体系能够保持长期稳定。

针对水包油乳化液，现有的破乳技术有投加破乳剂破乳、膜滤破乳以及生化破乳。然而，在工程应用中，这些破乳方法均存在一些问题。例如，投加破乳剂对控制要求较高，需要根据进水及时调整破乳剂的投加量，容易造成出水质不稳定或带来药剂残留等二次污染问题。而膜滤破乳技术存在膜污染及反洗问题，对维护和控制要求较高，从而导致其运行成本高。生化破乳对进水水质和水量要求较高，且工艺抗冲击能力弱。此外，近年来新兴的电化学污水处理工艺具有适应面广、可控性强、操作方便、绿色环保等优点。然而，目前针对电化学处理含油污水的研究，多集中在电化学预氧化、电絮凝、电气浮、电解等方面，而这些技术均存在电极损耗大、电能消耗高、运行成本高等显著问题，这些都大大限制了其适用范围。

中国专利CN103241888B公开了一种微电场作用下油水乳状液物理破乳聚结及油水分离方法，其主要原理是在电场力和波纹型不锈钢聚结板的协同作用下，对乳化油实现了破乳。该方法存在一些问题，如其所施加的电压较低，所形成的电场强度较小，对于乳化油滴的聚并速度提高有限。此外，该方法采用的加电的方式为在装置外壁加负电，在装置内的电极组上加正电。因此，对于装置中的每一个小油滴均同时受到附近上、下两块电极板形成的具有相反方向的电场力，从而显著降低了电场力的作用，导致电场力作用也十分有限。这都严重影响了该方法的破乳效率。

因此，研发一种效率高、成本低、易操作、无二次污染的用于水包油乳化液的破乳装置和方法显得尤为重要。

发明内容

针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种用于水包油乳化液的破乳装置，该装置利用乳化油滴表面带有负电荷的特征，其能够产生匀强电场从而提高乳化油滴的运动速率，以增加微小油滴的碰撞频率和聚并概率，从而实现水包油乳化液破乳。该装置能够在15-30分钟内实现90％以上的除油效果，能够显著提高破乳效率和增强破乳效果。

另外，本发明还提出了一种用于水包油乳化液的破乳方法。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于水包油乳化液的破乳装置，包括：壳体；形成于所述壳体内的电场破乳区，其包括由若干均匀间隔开设置且垂直于所述壳体的底面的电极板形成的电极板组，在相邻的所述电极板之间填充有聚结填料；设置在所述电场破乳区的一端的布水缓冲区，其包括连接在所述壳体的第一侧板上的进水管；设置在所述电场破乳区的另一端的排水区和处于所述排水区上部的集油区，所述排水区包括连接在所述壳体的第二侧板上的出水管，所述集油区包括连接在所述第二侧板上的出油管；其中，所述电极板组通过外接电源而形成电场，来自所述布水缓冲区的水包油乳化液经所述电极板组进入所述电场破乳区，且水包油乳化液在所述电场的作用下使油水分离，分离出的水和油分别进入所述排水区和所述集油区，并分别从所述出水管和所述出油管排出。

在一个优选的实施例中，若干所述电极板垂直于所述第一侧板进行分布，从而使所述布水缓冲区的水包油乳化液沿平行于所述电极板的方向流入所述电场破乳区。

在一个优选的实施例中，所述布水缓冲区还包括用于均匀布水的稳流挡板，所述稳流挡板与所述壳体的底部连接，且所述稳流挡板的高度设置成高于所述电极板的高度。

在一个优选的实施例中，在所述稳流挡板的下部区域设有若干均匀分布的进水孔，所述布水缓冲区的水包油乳化液经过所述进水孔均匀进入所述电场破乳区。

在一个优选的实施例中，所述排水区还包括隔水板，所述隔水板与所述壳体的底部连接，且所述隔水板的高度设置成大于所述电极板的高度而小于所述稳流挡板的高度。

在一个优选的实施例中，所述集油区还包括隔油堰板，所述隔油堰板对应所述出油口连接在所述第二侧板的内壁上，且所述隔油堰板的最高点的高度小于所述稳流挡板的高度。

在一个优选的实施例中，若干所述电极板依次连接所述外接电源的正极和负极，从而在相邻的所述电极板之间形成所述电场。

在一个优选的实施例中，所述外接电源为直流电源，且施加的电压为1-20V。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于水包油乳化液的破乳方法，其使用如上所述的破乳装置，包括以下步骤：

打开所述进水管向所述布水缓冲区注入水包油乳化液，并接通所述外接电源以在所述电极板之间产生电场；

所述布水缓冲区的水包油乳化液进入所述电场破乳区，并在电场作用下进行破乳；

打开所述出油管和所述出水管上的阀门，以分别排出分离后聚集在所述集油区和所述排水区的油和水，从而完成水包油乳化液的破乳。

在一个优选的实施例中，所述水包油乳化液在所述电场破乳区内的破乳时间为15-30分钟，且电场破乳区的破乳环境为常温常压。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的用于水包油乳化液的破乳装置的结构。

图2显示了图1所示的破乳装置的俯视图。

图3显示了图1中的稳流挡板上的进水孔的分布示意图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

需要说明的是，在本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等均是针对所参照的附图而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

图1显示了根据本发明的用于水包油乳化液的破乳装置100的结构。如图1所示，破乳装置100包括壳体110。在一个实施例中，壳体110构造成矩形。破乳装置100还包括形成与壳体110内的电场破乳区120。电场破乳区120用于水包油乳化液进行油水分离，其包括电极板组122，电极板组122由若干均匀间隔开且垂直于壳体110的底面的电极板121形成。在本实施例中，电极板121采用碳基或硅基材料制成。例如，电极板121采用包含但不限于石墨、陶瓷以及在此基础上进行改进的材料制成。电极板组122设置在壳体110的中部区域，且电极板组122的最外侧的两块电极板分别靠近壳体110的前、后侧板设置。而电极板组122的左、右两端分别距离壳体110的相对的第一侧板111和第二侧板112设有一有距离。由此，在电极板组122的两端与壳体110之间形成有端部空间，该端部空间的作用将在下文中说明。

根据本发明，在电极板组122的相邻的电极板121之间填充有聚结填料130。聚结填料130的填充高度设置为处于电极板121的高度的三分之一到三分之二的范围内。在一个实施例中，聚结填料130为颗粒状或球状。例如，聚结填料130可采用包含但不限于沸石、PP塑料球、拉西环中的一种或多种材料制成。聚结填料130能够有效提高水包油乳化液中的油滴与其碰撞、聚结，从而提高水包油乳化液的破乳效率和破乳效果。

如图1和图2所示，在电场破乳区120的一端(图1和图2中的左端)与壳体110之间的端部空间形成有布水缓冲区140。布水缓冲区140包括连接在第一侧板111上的进水管141。在第一侧板111的下端设有进水口(未示出)。进水管141通过进水口与布水缓冲区140连通，用于向破乳装置100内注入待破乳的水包油乳化液。同时，在进水管141上设有给水泵142，用于提供动力以向布水缓冲区140内泵入待破乳的水包油乳化液。为了缓流注入的水包油乳化液以实现均匀布水，在电极板组122的对应于进水口的一端设有稳流挡板144。优选地，稳流挡板144正对着进水口设置。稳流挡板144与壳体110的底部连接，且稳流挡板144的高度设置成高于电极板121的高度，且在工作时，破乳区的液面高度略低于稳流挡板144的高度。如图3所示，在缓流挡板144的下部区域设有若干进水孔146布水缓冲区140的水包油乳化液经过进水孔146均匀进入电场破乳区120。布水缓冲区140通过稳流挡板144能够有效地缓冲进水管141注入的待破乳的水包油乳化液，并能够使水包油乳化液均匀地进入电场破乳区120。

如图1和图2所示，在电场破乳区120的另一端(图1和图2中的右端)与壳体110之间的端部空间分别形成有排水区150和集油区160，且集油区160处于排水区150上部。排水区150包括连接在第二侧板112上的出水管151。所述集油区包括连接在所述第二侧板上部的出油管(161)；在第二侧板112的下端设有出水口(未示出)。出水管151通过出水口与排水区150连通，用于排出水包油乳化液经电场破乳区120分离出的水。出水管151设有阀门，以打开或关闭出水管151。为了便于排出分离出的水，在电极板组122的对应于出水口的一端设有隔水板152。优选地，隔水板152正对着出水口设置。隔水板152与壳体110的底部连接，且隔水板152的高度设置成高于电极板121的高度而小于稳流挡板144的高度。排水区150的这种结构使分离出的水从隔水板152上部翻过，进入排水区150，增大了油水分离的有效区域，增强了油水分离效率，并能够有效地将电场破乳区120分离出的水汇集到排水区150以从出水管151排出，从而提高了水包油乳化液的油水分离效率和破乳效果。

在本实施例中，集油区160包括连接在第二侧板112上的出油管161。在第二侧板112上还设有出油口(未示出)，出油口设置在出水口的上方。为了方便操作，优选地，出油口与出水口前后错开设置。出油管161通过出油口与集油区160连通，用于排出水包油乳化液经过电场破乳区120分离出的油。同时，出油管161设有阀门，以打开或关闭出油管161。为了便于排出分离出的油，在电极板组122的对应于出油口的一端设有隔油堰板162。如图1所示，隔油堰板162连接在第二侧板112的侧面内侧且处于出油口的下部，且隔油堰板162处于隔水板152的上方。隔油堰板162包括连接在第二侧板112上的直角板和与直角板连接的斜板。隔油堰板162设置成低于稳流挡板144的高度，并且在工作时，液面高度与隔油堰板162的最高点的高度相等。经过电场破乳区120分离出的油处于油水的上部，并且经过隔油堰板162汇集到集油区160，进而通过出油管161排出。在一个实施例中，根据水包油乳化液的含油量来设定出水管151的排水流量，或者定期短时间关闭出水管151或减小出水管151的排水流量，从而使分离出的处于上部的油层能够从隔油堰板162的最高点溢出进入集油区160，进而通过出油管161排出。集油区160进一步保证了水包油乳化液的油水分离效率和破乳效果。

根据本发明，电极板组122的若干电极板121依次连接外接电源170的正极和负极。优选地，外接电源170采用直流电源，且施加的电压为1-20V，极水比为5-300dm²/L。其中，极水比为有效电极面积与有效水容积之比。由此，电极板组122通电后，在相邻的电极板121之间形成了多个匀强电场。工作时，进入电场破乳区120内的水包油乳化液中的乳化油滴受电场力的作用而向正电极方向迁移，在迁移过程中，乳化油滴不断与聚结填料130及其他的乳化油滴碰撞、聚结，从而生成粒径较大的油滴。并且，在重力作用下实现油水分离，分离出的水处于下部并进入排水区150，最后通过出水管151排出。而分离出的油处于上部并进入集油区160，最后通过出油管161排出，从而实现水包油乳化液的破乳。破乳装置100的这一破乳原理简单，无需投加药剂，从而避免了产生化学污泥，避免了二次污染，且显著降低了运行成本。工作中耗电量低，而且无电极腐蚀问题，其破乳效率高，破乳效果稳定。

下面简述根据本发明的用于水包油乳化液的破乳方法，该方法使用根据本发明的用于水包油乳化液的破乳装置100。该破乳方法包括以下步骤。

首先，打开给水泵142，通过进水管141向布水缓冲区140注入待破乳的水包油乳化液。同时，打开直流电源170，使电极板组122通电，从而在相邻的电极板121之间产生匀强电场。之后，水包油乳化液通过布水缓冲区140均匀进入电极板组122中的形成的电场破乳区120进行破乳。进入电场破乳区120内的水包油乳化液中的乳化油滴受电场力的作用而向正电极方向迁移，在迁移过程中，乳化油滴不断与聚结填料130及其他的乳化油滴碰撞、聚结，从而生成粒径较大的油滴，并且在重力作用下实现油水分离。由此，在电场破乳区实现水包油乳化液的破乳，且分离出的水处于下部，分离出的油处于上部。之后，经过电场破乳区120分离出的水进入排水区150，并通过出水管151排出。并且，通过调节设定出水管151的排水流量，或者定期短时间关闭出水管151或减小出水管151的排水流量，从而使分离出的处于上部的油层能够从隔油堰板162的最高点溢出而进入集油区160，进而通过出油管161排出。最终，完成水包油乳化液的破乳。

在本实施例中，待破乳的水包油乳化液在电场破乳区120内停留15-30分钟进行破乳，并且电场破乳区120为常温常压的环境。根据本发明，待破乳的水包油乳化液中的乳化油的含量小于100mg/L。该破乳方法中，待破乳的水包油乳化液在电场破乳区120内停留的时间短，从而显著减少了破乳时间，并且无需后处理，大大提高了破乳效率，显著节约了成本。

根据本发明的用于水包油乳化液的破乳装置100利用乳化油滴表面带有负电荷的特征，其能够通过电极板组122产生匀强电场来提高乳化油滴的运动速率，以增加微小油滴的碰撞频率和聚并概率，从而实现水包油乳化液破乳。破乳装置100能够在15-30分钟内实现90％以上的除油效果，耗电量低，无电极腐蚀问题，破乳效果稳定，从而大大提高了破乳效率，显著节约了成本。并且，破乳装置100破乳原理简单，无需投加药剂，从而避免了产生化学污泥，避免了二次污染，且显著降低了运行成本。破乳装置100的结构简单，易于维护，运行安全稳定。此外，经该破乳装置100破乳后分离出的油类物质能够回收，从而提高了能源的利用率。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于水包油乳化液的破乳装置，包括：

壳体（110）；

形成于所述壳体内的电场破乳区（120），其包括由若干均匀间隔开设置且垂直于所述壳体的底面的电极板（121）形成的电极板组（122），在相邻的所述电极板之间填充有聚结填料（130）；

设置在所述电场破乳区的一端的布水缓冲区（140），其包括连接在所述壳体的第一侧板（111）上的进水管（141）和用于均匀布水的稳流挡板（144），所述稳流挡板与所述壳体的底部连接，且所述稳流挡板的高度设置成高于所述电极板的高度；

设置在所述电场破乳区的另一端的排水区（150）和处于所述排水区上部的集油区（160），所述排水区包括连接在所述壳体的第二侧板（112）上的出水管（151）和隔水板（152），所述隔水板与所述壳体的底部连接，且所述隔水板的高度设置成大于所述电极板的高度而小于所述稳流挡板的高度，所述集油区包括连接在所述第二侧板上的出油管（161）和隔油堰板（162），所述隔油堰板对应所述出油口连接在所述第二侧板的内壁上，且所述隔油堰板的最高点的高度小于所述稳流挡板的高度；

其中，所述电极板组通过外接电源（170）而形成电场，来自所述布水缓冲区的水包油乳化液经所述电极板组进入所述电场破乳区，且水包油乳化液在所述电场的作用下使油水分离，分离出的水和油分别进入所述排水区和所述集油区，并分别从所述出水管和所述出油管排出。

2.根据权利要求1所述的破乳装置，其特征在于，若干所述电极板垂直于所述第一侧板进行分布，从而使所述布水缓冲区的水包油乳化液沿平行于所述电极板的方向流入所述电场破乳区。

3.根据权利要求1或2所述的破乳装置，其特征在于，在所述稳流挡板的下部区域设有若干均匀分布的进水孔（146），所述布水缓冲区的水包油乳化液经过所述进水孔均匀进入所述电场破乳区。

4.根据权利要求1所述的破乳装置，其特征在于，若干所述电极板依次连接所述外接电源的正极和负极，从而在相邻的所述电极板之间形成所述电场。

5.根据权利要求1或4所述的破乳装置，其特征在于，所述外接电源为直流电源，且施加的电压为1-20V。

6.一种用于水包油乳化液的破乳方法，其特征在于，使用根据权利要求1到5中任一项所述的破乳装置，包括以下步骤：

打开所述进水管向所述布水缓冲区注入水包油乳化液，并接通所述外接电源以在所述电极板之间产生电场；

所述布水缓冲区的水包油乳化液进入所述电场破乳区，并在电场作用下进行破乳；

打开所述出油管和所述出水管上的阀门，以分别排出分离后聚集在所述集油区和所述排水区的油和水，从而完成水包油乳化液的破乳。

7.根据权利要求6所述的破乳方法，其特征在于，所述水包油乳化液在所述电场破乳区内的破乳时间为15-30分钟，且电场破乳区的破乳环境为常温常压。

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