CN115490310B - 一种用于磁性颗粒乳化液油水分离的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于磁性颗粒乳化液油水分离的装置，其通过磁场作用使得磁性颗粒乳滴迁移和富集，从而分离出连续相，进而通过对磁性颗粒乳滴破乳实现分散相和磁性固体颗粒的分离。
Description
技术领域
本发明涉及油水分离装置领域，特别是涉及一种用于磁性颗粒乳化液的油水分离的装置。
背景技术
工业对石油及其衍生制品的消耗对环境造成了很大污染，人类前所未有的面临多重环境问题。海洋漏油事故所造成的浮油、采油钻井所产生的含油污水、储油罐内壁形成的油泥、钻井平台的油沙等，都是亟待解决的重大油品污染问题。目前，在全世界范围内尚无有效的处理过程能够不依赖化学过程实现对它们的有效处理，以实现对环境的保护以及资源的再利用。
油和水通常为不混溶的两相，一般可使用小分子表面活性剂、嵌段聚合物，生物多肽等实现乳化，形成稳定的乳液。尽管可以通过这样的过程实现对油的束缚，但是无法实现对油的富集和分离。多相复杂混合体系污水是环境保护处理的难点，传统的处理方式多为复配表面活性剂下的破乳，而表面活性剂通常是有毒有害的，会对环境造成二次污染。固体颗粒乳化剂对于含油废水的乳化过程是个物理过程，且可实现水、油和颗粒的三相分离，颗粒可以是无毒环保的，且颗粒可以回收再利用。基于磁性颗粒乳化剂的油水分离和其他污染物的处置成为研究热点，但与其技术相匹配的装置还未见报道。
发明内容
发明要解决的问题
本发明提供一种装置，对于磁性颗粒乳化液，其通过磁场作用使得磁性颗粒乳滴迁移和富集，从而分离出连续相，进而通过对磁性颗粒乳滴破乳实现分散相和磁性固体颗粒的分离。本发明提供的用于磁性颗粒乳化液的油水分离的装置对于磁性颗粒乳化液能够实现油、水、固体的三相分离。
用于解决问题的方案
本发明的第一方面是提供一种用于磁性颗粒乳化液油水分离的装置，其包括：
处理仓，其用于容纳磁性颗粒乳化液，以及实施对于磁性颗粒乳化液的油水分离；
磁体，其以对称形式设置于处理仓的外部；
磁场扩增部件，其设置于处理仓的内部；
挤压部件，其与处理仓适配，并用于挤压磁场扩增部件。
其中，所述磁体为对称设置于处理仓两侧的两个磁体。
其中，所述磁场扩增部件包含钢纤维和/或铁纤维。
多数装置还包括，用于实现磁场扩增部件复位的回弹部件，其配置于处理仓底部。
其中，磁场扩增部件依附于回弹部件设置。
其中，所述处理仓具备入口和出口，其设置于处理仓未设置磁体的侧壁上。
本发明的第二方面提供一种利用上述装置进行油水分离的方法，包括：
使得磁性颗粒乳化液进入处理仓；
施加磁场，通过磁场扩增部件将磁性颗粒乳滴吸附并富集，实现油水分离；
将水相排出处理仓；
利用挤压部件对磁场扩增部件施加压力，实现磁性颗粒乳滴的破乳；
将破乳后的油相排出处理仓；
停止磁场作用，冲洗粘附在磁场扩增部件上的磁性颗粒，将磁性颗粒排出处理仓。
所述方法还包括，利用回弹部件实现磁场扩增部件的复位。
对于上述方法，其中，所述水相和所述油相通过不同的出口排出处理仓。
所述方法还包括，将磁性颗粒回收处理。
发明的效果
本发明提供的用于磁性颗粒乳化液的油水分离装置能够在一个装置中实现油、水、固体的三相分离。对于经磁性颗粒乳化的含油废水，本发明的装置可以实现特定相的高效去除，并且能够实现反应设备的小型化及低成本化。本发明的装置可以用于经磁性颗粒乳化的工业废弃物、含油废水等的处理。
附图说明
图1：用于磁性颗粒乳化液油水分离的装置的一种具体方案的俯视图，未示出冲压箱、磁场扩增部件和回弹部件。
图2：图1所示装置延A-A方向和B-B方向的剖视图。
图3：冲压箱与处理仓适配的示意图。
图4：用于磁性颗粒乳化液油水分离的装置的一种具体方案的示意图。
附图标记说明
1.磁板；
2.磁板；
3.处理仓；
4.入口；
5.出口一；
6.出口二；
7.冲压箱；
8.磁场扩增部件；
9.回弹部件；
10.密封垫。
具体实施方式
以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。
本说明书中，使用“可以”或“可”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
本说明书中，“磁性颗粒”是指能够对磁场做出响应的固体颗粒，对于磁性颗粒的种类没有特别的限制，只要能够起到固体乳化剂的作用均可。例如，所述磁性颗粒可以为Fe3O4颗粒、两亲性磁性颗粒、两亲磁性Janus颗粒、两亲磁性有机/无机复合颗粒等。磁性颗粒的平均粒径可以为10-2000nm。
本说明书中，“磁性颗粒乳化液”是指经磁性颗粒作为固体乳化剂进行乳化的乳液，在该乳液中磁性颗粒包覆油滴形成分散相，分散于作为连续相的水相中。
本发明中的作为被处理物的磁性颗粒乳化液，通常是将磁性颗粒分散至目标处理液中，经施加一定的剪切力而得到的乳化液。目标处理液可以是原油开采和后处理过程中产生的含油废水，例如采油废水、特别是强化采油废水、油罐清洗废水、特别是采油罐清洗废水、钻井平台清洗废水、食品油企业排放的含油污水、化工厂排放的含油污水等。其中磁性颗粒相对于目标处理液的用量可以为0.01-20wt％。
装置
本发明的目的之一是提供用于磁性颗粒乳化液的油水分离装置。
本发明装置中的处理仓用于容纳磁性颗粒乳化液，且是对于磁性颗粒乳化液实施油水分离的场所。对于处理仓的形状和材质没有特别的限制，只要能够实现上述功能和作用即可，例如，处理仓的形状可以为正方体或长方体。在本发明的一个具体方案中，处理仓为底面为矩形的桶状。
处理仓具备入口和出口，其中入口用于通入磁性颗粒乳化液和/或水流。出口用于排出经分离的连续相、分散相、固体颗粒等。在一个具体方案中，入口和出口设置于处理仓未设置磁体的侧壁上，例如，入口设置于一个侧壁上，出口设置于相对侧的侧壁上。入口和出口在侧壁上的位置根据需要设置，例如，入口配置于侧壁上部，出口配置于侧壁下部。入口和出口的数量可根据需要进行设置，例如，可设置1个或2个入口，1个或2个或3个出口。在一个具体方案中，处理仓设置2个出口，其中一个用于排出经分离的连续相以及后续的冲洗用水和磁性颗粒，另外一个用于排出破乳后的分散相。出口和入口均可设置为三通阀。
本发明中使用的磁体，没有特别的限制，本领域常规的即可，例如，可以为钐钴磁体、钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁、铁铬钴磁铁等。磁体的配置使得处理仓内产生磁场，磁感应强度在500-25000高斯(Gs)的范围。对于磁体的形状没有特别的限制，只要能跟处理仓适配即可，例如，可以为板状、块状、瓦状、柱状等。
处理仓和磁体可整体上设置于固定盘或底座上，可通过固定部件连接，固定盘或底座的形状无特殊要求，与处理仓和磁体的形状适配即可。
磁场扩增部件的目的是增强磁场的作用，通过该部件实现磁场在处理仓内的贯穿。磁场扩增部件优选包含钢纤维和/或铁纤维，进一步优选由钢纤维和/或铁纤维构成，纤维的直径可以为0.1-2mm。例如，磁场扩增部件可由选自钢毛、钢丝、铁丝、钢屑、铁屑等的物质构成。在本发明的一个具体方案中，磁场扩增部件由直径为0.5mm的钢丝或钢毛构成，成缠绕状。磁场扩增部件可填充于处理仓内。
挤压部件被配置为对于磁场扩增部件施加力的作用，从而能够实现对于富集于磁场扩增部件之上或附近的磁性颗粒乳滴的破乳。对于挤压部件的形状没有特别的要求，只要能够实现上述功能即可，例如，挤压部件的底面与处理仓平行，形状与处理仓适配。在一个具体的方案中，所述挤压部件为冲压箱，在另一个具体的方案中，所述挤压部件为带板状冲压头的冲压杆。在挤压部件的下表面(即能与磁场扩增部件接触的面)上可设置密封垫，该密封垫起到增加弹性和密封性的作用，由于密封垫有弹性，能够很好的使其与管壁密封，减少缝隙，同时减少挤压部件与装置硬接触所可能造成的损伤。该密封垫可以由常规弹性材料制成，例如可以为橡胶垫或硅胶垫。
挤压部件可以延处理仓轴线上下运动，并且可以从处理仓中取出。挤压部件的驱动可以为电力驱动或手动。
本发明的装置任选地包括用于实现磁场扩增部件复位的回弹部件，其可配置于处理仓底部。当通过挤压部件对于磁场扩增部件施加作用力时，该部件会发生形变。为了使磁场扩增部件能够快速回复至原有状态，可以将磁场扩增部件以依附于回弹部件的方式设置，例如，磁场扩增部件可附着或缠绕于回弹部件上。被挤压而产生形变的磁场扩增部件可以通过回弹部件产生的回弹力而较快地回复至原有位置。回弹部件可选自具有回弹力的装置，例如，弹簧。在一个具体方案中，磁场扩增部件附着或缠绕于回弹部件上，并填充于处理仓内
下面结合附图进一步说明书本发明用于磁性颗粒乳化液油水分离的装置的具体方案。
如图1-图4所示，用于磁性颗粒乳化液油水分离的装置包括磁板1，磁板2，处理仓3，磁场扩增部件8，回弹部件9和冲压箱7，冲压箱的底部具有密封垫10。其中处理仓具备设置于处理仓3侧壁的入口4，设置于处理仓3侧壁的出口一5和出口二6；磁板1和磁板2可通过固定套对称地设置于处理仓3的两侧。回弹部件9设置于处理仓3的底部。
油水分离方法
本发明的目的之二是提供利用本发明的油水分离装置对于磁性颗粒乳化液进行油水分离的方法，该方法包括：
使得磁性颗粒乳化液进入处理仓；施加磁场，通过磁场扩增部件将磁性颗粒乳滴吸附并富集，实现油水分离；将分离出的水相排出处理仓；利用挤压部件对磁场扩增部件施加压力，实现磁性颗粒乳滴的破乳；将破乳后的油相排出处理仓；冲洗粘附在磁场扩增部件上的磁性颗粒，将磁性颗粒排出处理仓。在油水分离装置中包括回弹部件的情况下，上述方法还可以包括，利用回弹部件实现磁场扩增部件复位的步骤。为了进一步处理的方便，分离出的所述水相和所述油相可以通过不同的出口排出处理仓。
通过上述方法不仅可以实现油水分离，还可以实现磁性颗粒乳化液中水相、油相、固体相的三相分离。
以下结合附图进一步说明本发明的油水分离方法的具体方案。
磁性颗粒乳化的油水混合乳液废水通过入口4进入该装置，施加磁场一定时间之后，通过平行扩增磁作用实现磁性分散相液滴的吸附和富集，即吸附和富集在磁场扩增部件8上或附近，之后将连续相通过其中一个出口(出口一5)排出。其中，施加磁场的时间可以为3min。
进一步地，利用冲压箱7对于磁场扩增部件8进行冲压，实现对磁性颗粒乳化分散相液滴的破乳。在冲压时，冲压箱底的密封垫10与附着或缠绕于回弹部件9上的磁场扩增部件8接触。破乳后的分散相通过挤压作用从装置的另一个出口(出口二6)排出。
进一步地，停止磁场作用，利用高压水从入口4进水冲洗掉粘附在磁场扩增部件8上的磁性颗粒，并从出口一5排出。最后，利用回弹装置9实现磁场扩增部件8的复位。
实施例1
100g磁性硅包铁颗粒(SiO2@Fe3O4)分散到10L水中，倒入10L含油量为3000ppm的液体，利用搅拌器以150rpm/min的速度快速搅拌1min，得到由磁性Janus颗粒稳定的乳液。将该乳液用计量泵由入口泵入处理仓中，通过磁体和扩增部件的协同作用，磁性Janus颗粒乳化的磁性油滴由于外磁场作用，被吸附在扩增部件上，同时水连续相通过处理仓由出口一流出。当乳液断流时，打开出口二处三通阀的一个支口，将剩余水连续相流出，待完全流出后，关闭该三通阀支口。同时，打开另一三通阀支口，利用冲压装置对扩增装置冲压，油滴破乳，油从该三通阀支口流出。去掉磁场作用，颗粒可通过高压水冲洗脱离扩增装置(钢毛)，颗粒随水流出，实现颗粒循环回用。经红外测油仪测试，排出的连续相的含油量下降到8ppm。
实施例2
100g磁性Janus颗粒(PEO@Fe3O4@PS)分散到10L水中，倒入10L含油量为4000ppm的液体，利用搅拌器以100rpm/min的速度快速搅拌1min，得到由磁性Janus颗粒稳定的乳液。将该乳液用计量泵由入口泵入处理仓中，通过磁体和扩增部件的协同作用，磁性Janus颗粒乳化的磁性油滴由于外磁场作用，被吸附在扩增部件上，同时水连续相通过处理仓由出口一流出。当乳液断流时，打开出口二处三通阀的一个支口，将剩余水连续相流出，待完全流出后，关闭该三通阀支口。同时，打开另一三通阀支口，利用冲压装置对扩增装置冲压，油滴破乳，油从该三通阀支口流出。去掉磁场作用，颗粒可通过高压水冲洗脱离扩增装置(钢毛)，颗粒随水流出，实现颗粒循环回用。经红外测油仪测试，排出的连续相的含油量下降到8ppm。
实施例3
100g聚合物型磁性Janus颗粒(PS@Fe3O4)分散到10L水中，倒入10L含油量为3000ppm的液体，利用搅拌器以150rpm/min的速度快速搅拌1min，得到由磁性Janus颗粒稳定的乳液。将该乳液用计量泵由入口泵入处理仓中，通过磁体和扩增部件的协同作用，磁性Janus颗粒乳化的磁性油滴由于外磁场作用，被吸附在扩增部件上，同时水连续相通过处理仓由出口一流出。当乳液断流时，打开出口二处三通阀的一个支口，将剩余水连续相流出，待完全流出后，关闭该三通阀支口。同时，打开另一三通阀支口，利用冲压装置对扩增装置冲压，油滴破乳，油从该三通阀支口流出。去掉磁场作用，颗粒可通过高压水冲洗脱离扩增装置(钢毛)，颗粒随水流出，实现颗粒循环回用。经红外测油仪测试，排出的连续相的含油量下降到6ppm。
实施例4
100g磁性颗粒(Fe3O4)分散到10L水中，倒入10L含油量为3000ppm的液体，利用搅拌器以150rpm/min的速度快速搅拌1min，得到由磁性颗粒稳定的乳液。将该乳液用计量泵由入口泵入处理仓中，通过磁体和扩增部件的协同作用，磁性颗粒乳化的磁性油滴由于外磁场作用，被吸附在扩增部件上，同时水连续相通过处理仓由出口一流出。当乳液断流时，打开出口二处三通阀的一个支口，将剩余水连续相流出，待完全流出后，关闭该三通阀支口。同时，打开另一三通阀支口，利用冲压装置对扩增装置冲压，油滴破乳，油从该三通阀支口流出。去掉磁场作用，颗粒可通过高压水冲洗脱离扩增装置(钢毛)，颗粒随水流出，实现颗粒循环回用。经红外测油仪测试，排出的连续相的含油量下降到9ppm。
Claims (10)
1.一种用于磁性颗粒乳化液油水分离的装置，其包括：
处理仓，其用于容纳磁性颗粒乳化液，以及实施对于磁性颗粒乳化液的油水分离，
所述磁性颗粒乳化液是指磁性颗粒作为固体乳化剂进行乳化所得到的乳液，
所述磁性颗粒选自两亲性磁性颗粒；
磁体，其以对称形式设置于处理仓的外部；
磁场扩增部件，其设置于处理仓的内部；
挤压部件，其与处理仓适配，并用于挤压磁场扩增部件，所述挤压部件被配置为沿处理仓轴线上下运动；
其还包括，用于实现磁场扩增部件复位的回弹部件，其配置于处理仓底部，磁场扩增部件依附于回弹部件设置。
2.根据权利要求1所述的装置，所述磁性颗粒选自Fe3O4颗粒、两亲磁性有机/无机复合颗粒。
3.根据权利要求1所述的装置，所述磁性颗粒选自两亲磁性Janus颗粒。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述磁体为对称设置于处理仓两侧的两个磁体。
5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其中，所述磁场扩增部件包含钢纤维和/或铁纤维。
6.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其中，所述处理仓具备入口和出口，其设置于处理仓未设置磁体的侧壁上。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的装置进行油水分离的方法，包括：
使得磁性颗粒乳化液进入处理仓；
施加磁场，通过磁场扩增部件将磁性颗粒乳滴吸附并富集，实现油水分离；
将水相排出处理仓；
利用挤压部件对磁场扩增部件施加压力，实现磁性颗粒乳滴的破乳；
将破乳后的油相排出处理仓；
停止磁场作用，冲洗粘附在磁场扩增部件上的磁性颗粒，将磁性颗粒排出处理仓。
8.根据权利要求7所述的方法，其还包括，利用回弹部件实现磁场扩增部件的复位。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述水相和所述油相通过不同的出口排出处理仓。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其还包括，将磁性颗粒回收处理。
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| CN202110678901.6A CN115490310B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种用于磁性颗粒乳化液油水分离的装置 |
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6287217A (ja) * | 1985-10-14 | 1987-04-21 | Nippon Steel Corp | 磁気分離装置 |
| RU2008153026A (ru) * | 2008-12-31 | 2010-07-10 | Андрей Афоньевич Лозин (UA) | Способ магнитной сепарации слабомагнитных жидких или пылегазовых продуктов и магнитный сепаратор для его осуществления |
| CN101935129A (zh) * | 2010-08-30 | 2011-01-05 | 北京科技大学 | 一种利用超导高梯度磁场的转炉浊环水处理方法 |
| CN102381800A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-03-21 | 哈尔滨工程大学 | 一种处理船舶舱底含油污水及制备其除污用磁性活性炭的方法 |
| CN108296022A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-07-20 | 河北工业大学 | 一种切削液过滤分离装置 |
-
2021
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Patent Citations (5)
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