CN112028286B - 异质纤维组合脱油协同微纳悬浮颗粒脱除装置及脱除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异质纤维组合脱油协同微纳悬浮颗粒脱除装置，所述装置包括分散混合单元，协同分离净化单元，以及油净化单元。并且公开了一种异质纤维组合脱油协同微纳悬浮颗粒脱除方法，将油相与含有微纳悬浮颗粒的污水混合乳化，得到的乳化液经过亲水/亲油组合纤维进行油滴捕获、聚结、破乳，油滴发生剪切流引起的内循环流动并捕获微纳悬浮颗粒，得到携带微纳悬浮颗粒的油滴和净化水，油滴经固液分离后得到净化的油相，净化水可直接排出。本发明提供了一种将油滴内循环流动表面更新与亲水/亲油组合纤维聚结进行耦合的装置和方法，实现污水中微纳悬浮颗粒的深度去除。

Description

异质纤维组合脱油协同微纳悬浮颗粒脱除装置及脱除方法

技术领域

本发明属于环保领域的污水处理技术，具体地说，是异质纤维组合脱油协同微纳悬浮颗粒脱除装置及脱除方法。

背景技术

在石油化工、煤化工、机械制造等行业生产中，经常会产生大量含微纳悬浮颗粒的污水，此类污水是目前污水处理中的难点。针对此类污水，当前常规的处理方法包括化学沉淀、生物絮凝、膜过滤、混凝吸附、固液离心等，但这些方法普遍存在工艺和设备成本高、效率低、操作复杂、后续处理困难等问题，因此迫切需要开发新的微纳悬浮颗粒分离技术。

卢浩等(Chem.Eng.J.,2020,393:124657)研究发现了油滴内循环流动表面更新可捕获污水中微纳悬浮颗粒的现象。CN 201410175459.5公开了一种废水中重金属离子旋流强化萃取方法及其装置，该方法及装置弥补了传统萃取分离会引入二次污染的不足，但其应用于废水中溶解重金属的去除。CN 201410211202.0公开了一种适用于油水分离的X型纤维编织方法，该方法将亲水疏油纤维与亲油疏水纤维采用X型编织方式，通过调节亲水疏油纤维与亲油疏水纤维的角度，进而满足对不同油水分离过程的要求，但是其仅应用于油滴的破乳分离，且组合纤维编织方式上，该方法中是将亲水疏油纤维与亲油疏水纤维以一定角度组合。目前，国内外尚未见有将油滴内循环流动表面更新与亲水/亲油组合纤维聚结进行耦合，从而实现去除污水中微纳悬浮颗粒的相关报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明集油滴聚结、颗粒捕获、分离、回收循环于一体，提供了一种将油滴内循环流动表面更新与亲水/亲油组合纤维聚结进行耦合的装置和方法，以此达到对污水中微纳悬浮颗粒的深度去除的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种异质纤维组合除油协同微纳悬浮颗粒脱除装置，包括分散混合单元，协同分离净化单元，以及油净化单元，其中：

分散混合单元包括一混合设备，混合来自污水罐的含有微纳悬浮颗粒的污水与油罐的油相；协同分离净化单元包括壳体，所述壳体上设有乳化液进口、净化水出口和携带颗粒的油滴出口，壳体的内部则依次设有整流分布器和亲水/亲油组合纤维层，所述亲水/亲油组合纤维层包括若干层亲水/亲油组合纤维；油净化单元包括一油净化设备，所述油净化设备上设有油滴进口、颗粒出口以及油相出口。

根据本发明的优选实施例，所述亲水/亲油组合纤维层包括两层亲水/亲油组合纤维。

根据本发明的优选实施例，所述亲水/亲油组合纤维中亲水纤维占比10％-80％。

根据本发明的优选实施例，所述油净化设备为为带有高通量自清洁膜的分离设备或离心分离机。

本发明还提供了一种异质纤维组合除油协同微纳悬浮颗粒脱除的方法，包括如下步骤：

(1)将油相与含有微纳悬浮颗粒的污水按照一定流量比例经过搅拌、撞击，油相乳化成小液滴后以分散相分散于含悬浮颗粒的污水中，得到乳化液；

(2)所述乳化液以一定流速经过亲水/亲油组合纤维进行油滴捕获、聚结、破乳，所述油滴发生剪切流引起的内循环流动并捕获微纳悬浮颗粒，得到携带微纳悬浮颗粒的油滴和净化水；

(3)所述携带微纳悬浮颗粒的油滴进行油净化固液分离，得到净化的油相；

(4)步骤(2)得到的净化水直接排出，或深度去除所述净化水中残余的油相后排出。

根据本发明的优选实施例，所述油相为原油、柴油、硅油、润滑油中的一种或多种。

根据本发明的优选实施例，所述油相与所述含有微纳悬浮颗粒的污水的体积流量比为0.05％-6％，所述污水中微纳悬浮颗粒的浓度为50-2000mg/L。

根据本发明的优选实施例，所述步骤(1)中的混合方式为机械搅拌、磁力搅拌或旋流混合。

根据本发明的优选实施例，所述步骤(2)中乳化液的流速为0.003-0.1m/s。

根据本发明的优选实施例，步骤(2)中乳化液经过亲水/亲油组合纤维进行油滴捕获、聚结前先通过整流分布器进行流体均布。

本发明的有益效果在于：

本发明具有分离时间短、处理量大、工况稳定、效率高、能耗低、脱除深度高、物料可回收利用等优点，解决了传统大多数工艺和设备成本高、效率低、操作复杂及后续处理困难等问题，可广泛应用于含微纳悬浮颗粒的污水处理领域。

附图说明

图1为本发明的微纳悬浮颗粒脱除装置的示意图；

图2是亲水/亲油纤维组合中油滴聚结、长大并捕获颗粒的过程示意图；

图3是单个油滴内循环流动捕获微纳悬浮颗粒的过程示意图。

图号说明：

10、分散混合单元；20、协同分离净化单元；30、油净化单元；

21、壳体；22、乳化液进口；23、净化水出口；

24、携带颗粒的油滴出口；25、整流分布器；26、亲水/亲油组合纤维层

31、油净化设备；32、油滴进口；33、颗粒出口；34、油相出口；

40、污水罐；50、油罐；

15、亲水纤维；16、亲油纤维；17、油滴；18、微纳悬浮颗粒。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。应理解，以下实施例仅用于对本发明作进一步说明，不应理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明的技术构思为：基于油滴内循环流动表面更新与亲水/亲油组合纤维聚结的耦合，捕获污水中的微纳悬浮颗粒，达到污水中微纳悬浮颗粒深度去除的目的。其中，油滴内循环流动指油滴在剪切水流(外流场)作用下发生的内循环流动；表面更新指纤维表面的更新，因纤维的部分表面会被其捕获的油滴所覆盖，而当油滴在纤维表面上聚并、迁移走后，纤维表面就得到更新；亲水/亲油组合纤维聚结指油滴在亲水/亲油组合纤维上聚并长大的过程；微纳悬浮颗粒指微米和/或纳米级的颗粒，例如尺寸为0.1～600μm的颗粒。

具体而言，当油滴碰撞亲油纤维时，油滴会润湿并包裹亲油纤维表面，当油滴碰撞亲水纤维时，油滴会以一定的接触角粘附于亲水纤维的一侧而不会包裹纤维，因此在亲水/亲油组合纤维中，亲油纤维对微小油滴具有捕获、诱导聚并作用，亲水纤维对聚并长大的油滴具有固定作用。

油滴在剪切水流(外流场)作用下发生内循环流动表面更新，其中，内循环主导了捕获颗粒物的迁移和聚集，液滴表面捕获的颗粒物涡旋式快速迁移至涡核，在涡核区域汇聚并沿径向向外累积，直至饱和，实现对污水中微纳悬浮颗粒的捕获。其中，表面更新的益处在于，表面更新后重新裸露出的纤维表面可继续捕获水相(乳液)中的油滴。

随着时间推移，油滴经纤维的拦截，不断聚结长大并同时不断捕获新的微纳悬浮颗粒，最后，在重力和水流冲击力作用下捕获微纳悬浮颗粒的油滴从纤维上脱落，完成油相和水相的分离过程，即破乳分离过程，得到携带微纳悬浮颗粒的油滴和净化水，实现污水中微纳悬浮颗粒的去除。所述净化水可根据标准直接排出，或深度去除所述净化水中残余的油相后排出。所述携带微纳悬浮颗粒的油滴再进行颗粒剔除，得到净化后油相并回收，所述净化后的油相可返回油罐循环再利用。

实施例1

图1显示了本发明所使用的微纳悬浮颗粒脱除装置。由图可见，本发明的脱除装置包括分散混合单元10，协同分离净化单元20，以及油净化单元30，其中：

分散混合单元10包括一混合设备11，来自污水罐40的待处理污水与来自油罐50的油相按照一定流量比例通入所述混合设备11，经过高速旋转进行搅拌、撞击，油相乳化成小液滴后以分散相分散于含悬浮颗粒的污水中，得到混合乳化液，所述操作温度为20℃。其中，所述混合设备11的混合乳化方式为机械搅拌、磁力搅拌或旋流混合；所述油罐50的油相为原油、柴油、硅油、润滑油中的一种或多种。

协同分离净化单元20包括壳体21，该壳体21上设有乳化液进口22、净化水出口23和携带颗粒的油滴出口24，壳体21的内部则依次设有整流分布器25和亲水/亲油组合纤维层26。本实施例中，亲水/亲油组合纤维层26设有两层。所述乳化液进口22和净化水出口23上安装压差计(图中未示出)和安全阀门(图中未示出)，压差计联动控制所述安全阀门，对所述协同分离净化单元进行过载保护，压差计的瞬时压差不超过0.1-0.3MPa，且协同分离净化单元内流体的截面流速为0.003-0.1m/s。

由分散混合单元10出来的乳化液经由进口22进入壳体21后，首先通过整流分布器25进行流体均布，使混合乳化液在流体流动的径向上均匀分布于亲水/亲油组合纤维层26中。结合图2和图3所示，乳化态的微小油滴17在亲油纤维16的捕获、诱导聚并及亲水纤维15的固定耦合作用下，不断聚结长大，由粒径为微米级别的油滴长大至毫米级别。与此同时，由于受到流体剪切力油滴17内循环流动而不断捕获污水中的微纳悬浮颗粒18，最终，在重力作用下携带微纳悬浮颗粒的油滴从纤维上脱落，完成与污水的分离；净化水由净化水出口23流出，携带微纳悬浮颗粒的油相则由油滴出口24流出。所述净化水经净化水出口23可根据标准直接排出，或深度去除所述净化水中残余的油相后排出(图中未示出)。

油净化单元30包括一油净化设备31，油净化设备31上设有油滴进口32、颗粒出口33、以及油相出口34。从协同分离净化单元20出来的携带微纳悬浮颗粒的油滴经油滴进口32进入油净化单元30，经油净化设备31固液分离后的颗粒由颗粒出口33排出，油相则由油相出口34排出，其中油净化设备31为带有高通量自清洁膜的分离设备或离心分离机。

经油相出口34排出的油相返回油罐50中，实现油相的循环利用。

实施例2

某油田采出水，在对水进行深度净化时，由于工况波动较大，导致采出水经过传统固体颗粒去除工艺后还含有一定量的微纳悬浮颗粒，微纳悬浮颗粒的浓度为1200mg/L，影响净化水质。

采用实施例1的微纳悬浮颗粒脱除装置和方法进行处理，具体工艺条件如下：

该油田采出水中微纳悬浮颗粒的浓度为1200mg/L，油罐中选用的油相为柴油，柴油和污水的体积流量比为1％，柴油和污水经分散混合单元混合乳化后，分散相的粒径为0.1～55μm；混合乳化液以流速0.005m/s进入协同分离净化单元，其中亲水/亲油组合纤维层中亲水纤维占比80％；经协同分离净化单元处理后，污水中微纳悬浮颗粒的浓度为8mg/L，污水含油量降至4ppm；最后，携带微纳悬浮颗粒的油滴进入油净化单元，油净化单元中的处理设备为带有高通量自清洁膜的油净化设备；经油净化单元处理后，油中微纳悬浮颗粒的浓度为15mg/L。

可见，采用实施例1的微纳悬浮颗粒脱除装置和方法处理后，能够深度去除污水中的悬浮颗粒。该油田采出水中的微纳悬浮颗粒经处理后的浓度为8mg/L，达到回注标准。

实施例3

某煤化工污水，经过传统去除固体颗粒工艺后还含有一定量的微纳悬浮颗粒，微纳悬浮颗粒的浓度为2000mg/L，影响净化水质，要求处理后污水中微纳悬浮颗粒的浓度不高于15mg/L。

采用实施例1的微纳悬浮颗粒脱除装置和方法进行处理，具体工艺条件如下：

该煤化工污水中微纳悬浮颗粒的浓度为2000mg/L，油罐中选用的油相为柴油，柴油和污水的体积流量比为6％，柴油和污水经分散混合单元混合乳化后，分散相的粒径为0.1～80μm；混合乳化液以流速0.1m/s进入协同分离净化单元，其中亲水/亲油组合纤维层中亲水纤维占比40％；经协同分离净化单元处理后，污水中微纳悬浮颗粒的浓度为10mg/L，污水含油量降至5ppm；最后，携带微纳悬浮颗粒的油滴进入油净化单元，油净化单元中的处理设备为离心分离机；经油净化单元处理后，油中微纳悬浮颗粒的浓度为20mg/L。

可见，采用实施例1的微纳悬浮颗粒脱除装置和方法处理后，能够深度去除煤化工污水中的悬浮颗粒。煤化工污水中的微纳悬浮颗粒经处理后的浓度为10mg/L，满足处理要求。

实施例4

某煤化工污水，经过传统去除固体颗粒工艺后还含少量的微纳悬浮颗粒，微纳悬浮颗粒的浓度为50mg/L，影响净化水质，要求处理后污水中微纳悬浮颗粒的浓度不高于10mg/L。

采用实施例1的微纳悬浮颗粒脱除装置和方法进行处理，具体工艺条件如下：

该煤化工污水中微纳悬浮颗粒的浓度为50mg/L，油罐中选用的油相为硅油，硅油和污水的体积流量比为0.05％，硅油和污水经分散混合单元混合乳化后，分散相的粒径为0.1～60μm；混合乳化液以流速0.003m/s进入协同分离净化单元，其中亲水/亲油组合纤维层中亲水纤维占比10％；经协同分离净化单元处理后，污水中微纳悬浮颗粒的浓度为5mg/L，污水含油量降至4ppm；最后，携带微纳悬浮颗粒的油滴进入油净化单元，油净化单元中的处理设备为离心分离机；经油净化单元处理后，油中微纳悬浮颗粒的浓度为24mg/L。

可见，采用实施例1的微纳悬浮颗粒脱除装置和方法处理后，能够深度去除煤化工污水中的悬浮颗粒。煤化工污水中的微纳悬浮颗粒经处理后的浓度为5mg/L，满足处理要求。

Claims (9)

1.一种异质纤维组合脱油协同微纳悬浮颗粒脱除装置，其特征在于，包括分散混合单元，协同分离净化单元，以及油净化单元，其中：

分散混合单元包括一混合设备，混合来自污水罐的含有微纳悬浮颗粒的污水与油罐的油相，油相乳化成小液滴后以分散相分散于含有微纳悬浮颗粒的污水中，得到乳化液，所述油相与所述含有微纳悬浮颗粒的污水的体积流量比为0.05％-6％；

协同分离净化单元包括壳体，所述壳体上设有乳化液进口、净化水出口和携带颗粒的油滴出口，壳体的内部则依次设有整流分布器和亲水/亲油组合纤维层，所述亲水/亲油组合纤维层包括若干层亲水/亲油组合纤维,所述亲水/亲油组合纤维中亲水纤维占比10％-80％；所述乳化液经过亲水/亲油组合纤维进行油滴捕获、聚结、破乳，所述油滴发生剪切流引起的内循环流动并捕获微纳悬浮颗粒，基于油滴内循环流动表面更新与亲水/亲油组合纤维聚结的耦合，得到携带微纳悬浮颗粒的油滴和净化水；

油净化单元包括一油净化设备，所述油净化设备上设有油滴进口、颗粒出口以及油相出口。

2.根据权利要求1所述的微纳悬浮颗粒脱除装置，其特征在于，所述亲水/亲油组合纤维层包括两层亲水/亲油组合纤维。

3.根据权利要求1所述的微纳悬浮颗粒脱除装置，其特征在于，所述油净化设备为带有高通量自清洁膜的分离设备或离心分离机。

4.一种异质纤维组合脱油协同微纳悬浮颗粒脱除方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将油相与含有微纳悬浮颗粒的污水按照一定流量比例经过搅拌、撞击，油相乳化成小液滴后以分散相分散于含悬浮颗粒的污水中，得到乳化液，所述油相与所述含有微纳悬浮颗粒的污水的体积流量比为0.05％-6％；

(2)所述乳化液以一定流速经过亲水/亲油组合纤维进行油滴捕获、聚结、破乳,所述亲水/亲油组合纤维中亲水纤维占比10％-80％，所述油滴发生剪切流引起的内循环流动并捕获微纳悬浮颗粒，基于油滴内循环流动表面更新与亲水/亲油组合纤维聚结的耦合，得到携带微纳悬浮颗粒的油滴和净化水；

(3)所述携带微纳悬浮颗粒的油滴进行油净化固液分离，得到净化的油相；

(4)步骤(2)得到的净化水直接排出，或深度去除所述净化水中残余的油相后排出。

5.根据权利要求4所述的微纳悬浮颗粒脱除的方法，其特征在于，所述油相为原油、柴油、硅油、润滑油中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的微纳悬浮颗粒脱除的方法，其特征在于，所述污水中微纳悬浮颗粒的浓度为50-2000mg/L。

7.根据权利要求4所述的微纳悬浮颗粒脱除的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的混合方式为机械搅拌、磁力搅拌或旋流混合。

8.根据权利要求4所述的微纳悬浮颗粒脱除的方法，其特征在于，所述步骤(2)中乳化液的流速为0.003-0.1m/s。

9.根据权利要求4所述的微纳悬浮颗粒脱除的方法，其特征在于，步骤(2)中乳化液经过亲水/亲油组合纤维进行油滴捕获、聚结前先通过整流分布器进行流体均布。