CN115650462B - 油水混合液处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油水混合液处理装置，包括层流分离器和设于层流分离器的下游的电场分离器。层流分离器包括聚结管、设置在聚结管上方的分离管和设置在分离管上方的排出管。聚结管、分离管和排出管平行且间隔开地布置，且螺旋式地延伸。聚结管和分离管之间通过第一连通管组彼此相连，分离管与排出管之间第二连通管组彼此相连。待处理的油水混合液在聚结管中处理后通过第一连通管组进入到分离管进行层流分离，所分离的油相通过第二连通管组进入排出管后经排油管线排出，所分离的水相从分离管的下部进入电场分离器。本发明还提供了一种油水混合液处理方法。

Description

油水混合液处理装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2021年7月7日提交的发明名称为“油水混合液处理装置和方法”中国专利申请202110769487.X的优先权，这三件专利申请的全部内容通过引用结合于本文中。

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体地涉及一种对油水混合液，例如含油污水进行处理的装置，以及一种油水混合液处理方法。

背景技术

油田化工企业会产出大量的含油污水。例如，仅就中石化集团而言，其各油田产出污水就达100×10⁴m³/d。一般来说，含油污水的乳化严重，含有大量粒径微小的油滴及悬浮物质。这些微小的油滴及悬浮物质会稳定地悬浮在污水中，油水分离速度慢，去除困难。

为了加快油水分离，在现有技术中一般需要投加除油剂、絮凝剂或浮选剂、助凝剂等大量药剂，其加药量从几十mg/L到200mg/L，高的可达超过600mg/L。然而，大量加药会导致一系列问题，例如污水处理成本高、污泥产量大等等，给油田的生产运行带来沉重负担。

因此，近年来，含油污水的处理逐步向着不加药、低污泥产量的技术发展。中国专利文献CN112520921A公开了一种多物理场协同的含油污水处理装置，包括前期处理单元和深度处理单元。前期处理单元包括旋流模块、紧凑微气浮模块、第一介质聚结模块和多介质过滤模块，用于去除粒径较大的分散油滴。深度处理单元包括电介协同强化破乳模块，用于去除粒径较小的乳化油滴。

然而，这种装置的结构复杂，流程长，占地面积大，并且处理效果也不太理想。该装置中的紧凑微气浮模块能耗高，不易运行操作，且气浮工艺易造成腐蚀、结垢等问题。另外，该装置中电介协同强化破乳模块的处理效果欠佳，同时极板的清洗及污染问题也比较严重。

发明内容

本发明的目的在于提出一种油水混合液处理装置及方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种油水混合液处理装置，包括层流分离器和设于所述层流分离器的下游的电场分离器。其中，所述层流分离器包括其中设有聚结填料的聚结管、设置在所述聚结管上方的分离管，以及设置在所述分离管上方的排出管。所述聚结管、分离管和排出管大致平行且间隔开地布置，并且均螺旋式地延伸，从而整体上形成一个螺旋式结构。所述聚结管和分离管之间通过第一连通管组彼此相连，所述分离管与排出管之间通过第二连通管组彼此相连。待处理的油水混合液在所述聚结管中处理后通过所述第一连通管组进入到所述分离管进行层流分离，所分离的油相通过所述第二连通管组进入所述排出管后从所述排出管的上部经排油管线排出，所分离的水相从所述分离管的下部进入所述电场分离器。

在一个实施例中，所述第一连通管组包括多个第一连通管，所述第二连通管组包括多个第二连通管，其中，每个第一连通管均与每个第二连通管彼此之间错开地布置。

在一个实施例中，所述聚结管的长度为所述分离管的20％-90％，所述排出管的长度与所述分离管的长度相同。

在一个实施例中，所述电场分离器包括若干块大致平行且间隔开地布置的电极板，相邻电极板的极性彼此不同，并且在相邻两块电极板之间设置有聚结单元，其中，所述电极板沿着与油水混合液的流动方向呈锐角的方向倾斜地布置。

在一个实施例中，所述电极板的表面包括若干点状的亲油性区域，所述电极板的表面的其它区域为疏油性区域。

在一个实施例中，所述点状的亲油性区域的直径为1-50mm，并且所述点状的亲油性区域的总面积占整个电极板的面积的10％-50％。

在一个实施例中，所述点状的亲油性区域在所述电极板的下部区域的密度高于在所述电极板的上部区域的密度，和/或，所述点状的亲油性区域在所述电极板的下部区域的面积高于在所述电极板的上部区域的面积。

在一个实施例中，所述聚结单元包括若干个大致平行于所述电极板延伸的聚结板，各所述聚结板通过若干连接杆相连成一个整体，每个聚结板均设有若干开口，每个聚结板上的每个开口相对于相邻聚结板中的开口均彼此错开。

在一个实施例中，所述油水混合液处理装置还包括加药分离器和物理沉降器，其中，所述电场分离器、加药分离器和物理沉降器集成在一个壳体内，在所述壳体中布置有第一隔板和第二隔板，从而将所述壳体的内部空间分成三个区域，所述电场分离器、加药分离器和物理沉降器分别设置在所述三个区域中，以便依次处理油水混合液。

在一个实施例中，所述加药分离器通过第三隔板分隔成处于上游的混凝区和处于下游的絮凝区，所述混凝区和絮凝区在所述加药分离器的底部相互连通。

在一个实施例中，所述油水混合液处理装置还包括设于所述层流分离器的上游的旋流分离器，以及设于所述物理沉降器的下游的过滤器。

在一个实施例中，所述层流分离器构造成螺旋式盘绕在所述旋流分离器的外周。

根据本发明的第二方面，提供了一种使用如上所述的油水混合液处理装置来处理油水混合液的方法。

在一个实施例中，定期地改变所述电场分离器中的各电极板的极性，周期为2-24h。

在一个实施例中，在待处理的油水混合液的含油量低于3000mg/L的情况下，使待处理的油水混合液直接进入所述层流分离器而不经过所述旋流分离器。或者，在待处理的油水混合液中的总铁含量低于0.5mg/L的情况下，使待处理的油水混合液从所述电场分离器直接进入所述物理沉降器。或者，在待处理的油水混合液中的总铁含量低于0.5mg/L及悬浮物含量低于50mg/L的情况下，使待处理的油水混合液从所述电场分离器直接进入所述过滤器。或者，在所述电场分离器的出水满足水质标准情况下，使待处理的油水混合液不经过所述过滤器而排出。

根据本发明的层流分离器具有整体上螺旋式延伸的结构，使得分离器中的每一环都构成“仰角式”的油水分离器，相比于水平放置的层流分离器而言具有更高的分离效率。此外，螺旋式竖直设置的层流分离器具有较小的占地面积，便于安装应用。

根据本发明的层流分离器利用“浅池”原理而充分分离。相较于普通的斜板除油等“浅池”除油装置，分离管中的液面深度低，液体流动缓慢，液体更易保持层流状态，更有利于油滴的上浮。排出管中形成的低含水的油相与分离管形成中的低含油的水相保持相对独立，从而减小了水力扰动对油水界面的影响，并显著提高了油水分离效率。

根据本发明的电场分离器，电极板沿着与油水混合液的流动方向呈锐角的方向倾斜地布置，使得电极板除了提供电场作用之外，还能够提供斜板除油作用。另外，电极板的表面进行了改性处理，使得电极板的表面具有点状的亲油性区域和疏油性区域。这样，油滴碰撞在亲油性区域上时聚结效果增强，聚结长大后的油滴接触疏油性区域，从而提高了分离效果，减轻了电极板的污染。

根据本发明的电场分离器，在两块相邻的电极板之间设有聚结单元，其形式为若干层彼此间隔开的大致平行于电极板延伸的聚结板，各层聚结板彼此之间通过若干水平设置的连接杆相连而形成一个整体式结构。这样，在第一层聚结板上碰撞聚结后的油滴受电场力作用，通过第一层聚结板上的开口进入到第一层聚结板和第二层聚结板之间的空隙中，并在电场力的作用下继续移动，进而碰撞在第二层聚结板上，以此类推。最后，油滴上浮至液面，完成油液分离。由于各个聚结板将两块电极板之间的空间分割为数层，大大减小了油滴运移距离，增大了碰撞几率。同时，根据“浅池”理论，油滴的碰撞聚结效率大大提高。

此外，根据本发明，层流分离器可以设置成螺旋式地盘绕在旋流分离器的外周上，从而能够实现非常紧凑的结构，显著地降低了整个装置的占地面积。

附图说明

下面将结合附图来对本发明进行详细地描述，在图中：

图1示意性显示了根据本发明的油水混合液处理装置的整体结构；

图2示意性显示了图1所示装置中的层流分离器的垂直结构；

图3示意性显示了图1所示装置中的层流分离器的平面展开结构；

图4示意性显示了图1所示装置中的包括电场分离器、加药分离器和物理沉降器的综合处理单元的整体结构；

图5示意性显示了根据本发明的电场分离器中的电极板的平面图；

图6示意性显示了根据本发明的电场分离器中的聚结单元的结构；

图7是图6所示聚结单元的沿着水平方向的剖视图；

图8是图6所示聚结单元的沿着聚结板的延伸方向的剖视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记表示。附图并未按照实际的比例绘制，并且各幅图中的某些细节被故意放大以便显示出所需要的细节之处。

具体实施方式

下面将结合附图来对本发明进行进一步的说明。在本文中，用语“上游”和“下游”均针对待处理流体的流动方向而定义。

图1显示了根据本发明的油水混合液处理装置10。该油水混合液处理装置10用于处理含油污水或油田采出液。然而可以理解，根据本发明的油水混合液处理装置10也可以用于处理其它油水混合液，例如市政污水。

如图1所示，根据本发明的油水混合液处理装置10通过由箭头示意性示出的管线20接受含油污水。含油污水在根据本发明的油水混合液处理装置10中依次经过旋流分离器100、层流分离器200、电场分离器300、加药分离器400、物理沉降器500以及过滤器600，进行分级处理。最终，经净化的水经由排水管线90排出整个装置。

在下文中将详细介绍根据本发明的油水混合液处理装置10的各个组成部分。

根据本发明的油水混合液处理装置10的旋流分离器100可采用本领域所公知的旋流分离器，用于对含油污水进行初步的油水分离。经旋流分离器100处理后的含油污水中的油相通过设置在旋流分离器100的上部的排油管线22排出，而经旋流分离器100处理后的含油污水中的水相通过设置在旋流分离器100的下部的第一管线21进入层流分离器200中，以便进行下一级处理。为方便起见，在本文中，经旋流分离器100处理后的含油污水称为一级处理流体，经层流分离器200处理后的含油污水称为二级处理流体，以此类推。

图2和3分别示意性显示了图1所示装置中的层流分离器200的垂直结构和平面展开结构。如图2和3所示，来自旋流分离器100的一级处理流体经由第一管线21进入层流分离器200中。层流分离装置200整体上形成一个螺旋式上升的结构。具体地说，如图2示意性所示，层流分离器200包括聚结管210、分离管220以及排出管230，它们沿垂直方向由下往上地依次布置。聚结管210、分离管220以及排出管230彼此大致平行且间隔开地布置，并且均呈螺旋式地向上延伸。因此，层流分离器200整体上形成一个螺旋式上升的结构。

根据本发明，在聚结管210与分离管220之间设置有第一连通管组240，从而将聚结管210与分离管220彼此相连。类似地，在分离管220与排出管230之间也设置有第二连通管组260，从而将分离管220与排出管230彼此相连。

第一连通管组240和第二连通管组260均包括若干个竖直布置的连通管。为清楚起见，在图3中仅示出了设置在聚结管210和分离管220之间的一个管段270，以及位于管段270两侧的第一连通管组240中的两个第一连通管241、242。另外，为清楚起见，在图3中仅示出了设置在分离管220和排出管230之间的三个管段281、282、283，位于这些管段附近的第二连通管组260中的三个第二连通管261、262、263。

如图3所示，一级处理流体经由第一管线21进入到层流分离器200的聚结管210中。在聚结管210中设有聚结填料(如图3中示意性示出)。因此，一级处理流体中的细小油滴会在聚结填料的表面碰撞和聚结，从而长大成为大油滴。随着一级处理流体在聚结管210中流动，逐步实现破乳。破乳后的油滴上浮至聚结填料的上部，并逐步通过第一连通管组240中的第一连通管进入到分离管220中。

聚结管210中的聚结填料可使用本领域所公知的类型，例如粒状填料、束状填料、规整填料等。

一级处理流体在分离管220中利用“浅池”原理而充分分离。相较于普通的斜板除油等“浅池”除油装置，分离管220中的液面深度低，液体流动缓慢，液体更易保持层流状态，更有利于油滴的上浮。之后，上浮的油滴逐步通过第二连通管组260中的第二连通管进入排出管230中。同时，在排出管230中通过自然层流作用进一步分离出的水可在重力作用下通过第二连通管组260中的第二连通管返回到分离管220中。

在根据本发明的层流分离器200中，排出管230中形成的低含水的油相与分离管220形成中的低含油的水相保持相对独立，从而减小了水力扰动对油水界面的影响，并显著提高了油水分离效率。

随着一级处理流体在分离管220中以层流的形式流动，所分离出的油相将经过第二连通管组260逐步富集在排出管230中，并经排油管线22而排出。同时，残余的水相将沿分离管220继续流动，最后经第二管线23进入电场分离器300，以进行下一级处理。为清楚起见，在图3中仅示出了设置在分离管220和排出管230之间的三个管段281、282、283，以及位于这些管段附近的第二连通管组260中的三个第二连通管261、262、263。

根据本发明的一个具体的实施例，第一连通管组240中的各个第一连通管与第二连通管组260中的各个第二连通管沿油水混合液的流动方向彼此之间错开地布置。作为一个示例，如图3所示，第二连通管261处于第一连通管241和242的中间。通过这种设置方式，避免了在第一连通管组240与第二连通管组260之间形成短路，使得从聚结管210进入到分离管220中的流体必须沿分离管220流动一段距离后才可能进入到排出管230中。由此，通过避免在第一连通管组240与第二连通管组260之间形成短路，显著地提高了油水分离效果。

根据本发明，聚结管210、分离管220以及排出管230相互平行且间隔开地呈螺旋式布置，如图2示意性所示。在一个优选的实施例中，第一连通管组240设置于每一螺旋环的中上部区域(即中间偏上位置)，例如，距离每一环的顶端为环高的1/4-1/2处，而第二连通管组260位于每一环的顶端处。通过这种方式，螺旋式布置的层流分离器200中的每一环都构成“仰角式”的油水分离器。由于重力作用，水中油滴聚并后爬升至每一环的顶部聚集，然后通过第二连通管组260进入排出管230，水相则下沉聚集于至每一环底端，并自动逐级下行至分离管220底端。相比于水平放置的层流分离器，具有上述结构的本发明的层流分离器200克服了现有技术中的油水界面与出油口、出水口距离短的缺点，具有更高的分离效率。此外，通过螺旋式竖直设置的聚结管210、分离管220以及排出管230，极大地减小了层流分离器200的占地面积。整个层流分离器200的结构紧凑，便于安装应用。

由于水相和油相的密度差，水相相对向下运动而油相相对向上运动。根据本发明，整个层流分离器200的水相出口设置在分离管220的下方，而油相出口设置在排出管230的上方。这样，分离管220下方的水相中的油含量较低，保证了经第三管线23排出的水相的水质；而排出管230上方的油相中含水量较低，使得经第二管线22排出的油相含水率低。

根据本发明的一个具体的实施例，聚结管210的长度为分离管220的20％-90％，而排出管230的长度与分离管220的长度相同。另外，第一管线21设置成在整个层流分离器200的上部与聚结管210连接。在一个优选的实施例中，第一管线21在离层流分离器200的顶部为层流分离器200的整体高度的0-1/2，优选为0-1/4的位置处与聚结管210连接。由此能够增加油水分离的距离，进一步提高分离效果。

根据本发明的另一个具体的实施例，分离管220的管径最大，聚结管210的管径其次，而排出管230的管径最小。通过这种设计，分离管220可降低油水混合液的流速并能够为油水分离提供一定的深度，有助于进一步提高分离效果。

根据本发明的另一个具体的实施例，聚结管210的顶端起始于第一管线21与聚结管210的连接部，低于分离管220的与第二管线22的连接部。在距离聚结管210的顶端约1/8-1/3处设置第一连通管组240中的第一个联通管，其与分离管220连接，且设置于分离管220的相应螺旋环的中间偏上位置。聚结管210的末端终止于第一连通管组240中的最低的连通管处。通过这种设置，可以防止聚结管210中的流体未经充分处理便通过第一连通管组240进入到分离管220中，同时避免了聚结管210中出现不发挥作用的死水区。

根据本发明，油水混合液处理装置10的电场分离器300、加药分离器400、物理沉降器500集成在一个综合处理单元800中，如图4所示。以下详细介绍这种集成了电场分离器300、加药分离器400和物理沉降器500的综合处理单元800。然而可以理解，在本发明的一个未示出的实施例中，电场分离器300、加药分离器400、物理沉降器500彼此之间单独地形成，并且串联在一起。

如图4所示，来自层流分离器200的二级处理流体经由第二管线23进入综合处理单元800的电场分离器300中。综合处理单元800包括一个圆柱形或方形的壳体810，电场分离器300、加药分离器400和物理沉降器500分别设置在该壳体810的上游侧、中间侧和下游侧，如图所示。具体地说，在壳体810内设置有第一隔板820和第二隔板830，从而将壳体810分成三个部分，即图4中的左侧区域、中部区域和右侧区域，电场分离器300、加药分离器400和物理沉降器500分别设置在其中。容易理解，第一隔板820和第二隔板830的高度均低于壳体810的侧壁的高度。并且，第一隔板820的高度大于第二隔板830的高度。

在电场分离器300内设置有若干电极板320，它们平行且彼此间隔开地布置。优选地，相邻的两块电极板320之间的间距例如为10-300mm。这些电极板320布置成正极板和负极板交替地摆放。电极板320通过电极与未示出的电源和控制单元相连，以控制电极板320的极性及电流大小。

根据本发明，电场分离器300内设置承托板350，其一端与壳体810相连，另一端与第一隔板820相连。这样，电极板12及其聚结材料13均可布置在承托板350上。在承托板350的下方还可设置穿孔布水管340，以供来自第二管线23的二级处理流体由此穿过而向上进入到电极板320的区域。

在本发明的一个优选的实施例中，电极板320沿着与油水混合液的流动方向(即由下至上的垂直方向)呈锐角的方向倾斜地布置，倾斜的角度例如为10-80度。通过倾斜布置电极板320，使得电极板320除了提供电场作用之外，还能够提供斜板除油作用。

电极板320可采用惰性材料制造，例如石墨板、石墨纸、钛板，等等。根据本发明，对电极板320的表面进行了改性处理。如图5所示，可对电极板320的表面进行改性处理，使得电极板320的表面具有点状的亲油性区域322，而其余区域进行疏水改性处理，形成疏油性区域325。研究表明，油滴的聚结主要发生在油滴碰撞在电极板上时。油滴在亲油表面的碰撞聚结效果优于疏水表面，然而，亲油表面的油滴脱落困难。因此，根据本发明对电极板320进行改性，使之具备点状的亲油性区域322。这样，油滴碰撞在亲油性区域322上时聚结效果增强。聚结长大后的油滴接触疏油性区域325，提高了分离效果，减轻了电极板的污染。

根据本发明的一个具体的实施例，点状的亲油性区域322的直径例如为1-50mm，并且点状的亲油性区域322的面积占整个电极板的面积的10％-50％。由此能够兼顾良好的聚结效果和分离效果。

为了减轻电极板的污染，可以定期改变电极板320的极性。这可通过未示出的控制单元(例如PLC)来自动地实现。在一个具体的例子中，电极板320的极性的改变周期为2-24h。

根据本发明的一个具体的实施例，点状的亲油性区域322在电极板320的下部区域的密度高于点状的亲油性区域322在电极板320的上部区域的密度。作为附加或备选，点状的亲油性区域322在电极板320的下部区域的面积高于点状的亲油性区域322在电极板320的上部区域的面积。申请人发现，通过这种设置，可以显著提高电极板320的聚结效果。

根据本发明，在相邻的电极板之间设置有聚结材料330。在一个优选的实施例中，聚结材料330可以采用图6所示的结构。如图6所示，设置在两块相邻的电极板320之间的聚结材料330的形式为若干层彼此间隔开的大致平行于电极板320延伸的板状聚结材料，即聚结板332。各层聚结板332彼此之间通过若干水平设置的连接杆335相连，形成一个整体式结构。作为示例，在图6中显示了从左至右的六层聚结板332，它们通过七根水平布置的连接杆335彼此相连。每一层中的聚结板332均设置有若干开口333。根据本发明，聚结板及连接杆材质优选采用不锈钢、塑料等耐腐蚀材料。

这样，当乳化油滴在电极板320之间受到电场力的作用时，会产生从负极板(例如图6中的左侧电极板)向正极板(例如图6中的右侧电极板)的移动。油滴碰撞在聚结板332上时会发生聚结。在第一层聚结板332上碰撞聚结后的油滴受电场力作用，通过第一层聚结板332上的开口333进入到第一层聚结板和第二层聚结板之间的空隙中，并在电场力的作用下继续向正极移动，进而碰撞在第二层聚结板332上，以此类推。最后，油滴上浮至液面，完成油液分离。

悬浮物的去除过程类似。悬浮物颗粒在电场力的作用下定向移动，在第一层聚结板上碰撞、聚集后的受电场力作用，通过第一层聚结板上的开口进入到第一层聚结板和第二层聚结板之间的空隙中，并在电场力的作用下继续移动，进而碰撞在第二层聚结板上，以此类推。最后，长大的悬浮物颗粒沿着聚结板或电极板下滑至至装置底部，进入集泥部。

根据本发明，各个聚结板332将两块电极板320之间的空间分割为数层，大大减小了油滴运移距离，增大了碰撞几率。同时，根据“浅池”理论，油滴的碰撞聚结效率大大提高。

优选地，每一层中的聚结板332的开口333相对于相邻层中的聚结板332的开口333彼此错开。通过这种方式，使得乳化油滴或细小悬浮物颗粒可以穿过多层设置的聚结板332，粒径逐步增大，最终到达正极板，并在其上碰撞、聚结、上浮或下沉去除，从而提高了分离效果。

根据本发明，聚结材料330可由粒状填料、束状填料，或者在正负极之间具有联通通道的规整填料制成。连接杆335优选采用不锈钢、塑料等耐腐蚀材料制成。

对于粒状填料及上下联通的规整填料，根据本发明还设置了反冲洗管380。该反冲洗管380伸入到电场分离器300的壳体310内，处于电极板320之上的中心位置。反冲洗管380的末端设有出水喇叭口370。由此，冲洗液体可通过反冲洗管380由出水喇叭口370喷淋到电极板320上，以进行冲洗。此外，输入管线23和穿孔布水管340可兼作反冲洗废水的收集管。在一个实施例中，反冲洗管380可兼作排水管线。

在经过电场分离器300的处理后，二级处理流体中所分离出来的泥相收集在壳体310中的位于电场分离器300的底部处的集泥部850中，并经由排泥管线24排出。二级处理流体中所分离出来的油相通过设置在电场分离器300的顶部处的集油槽40收集、存储，然后通过电场分离器300的顶部处的排油管线22排出。二级处理流体中所分离出来的水相作为三级处理流体进入到加药分离器400中，以进行下一级处理。

在很多情况下，二级处理流体中含有Fe²⁺和S^2-。经过电场处理后，Fe²⁺被氧化为Fe^{3 +}，而S^2-氧化为S单质，进而导致流体中的悬浮物浓度超标。因此，有必要进行悬浮物的去除。如图4所示，加药分离器400设置在综合处理单元800的壳体810的中间区域，其在上游侧(图4中的左侧)通过第一隔板820与电场分离器300分隔开，而在下游侧(图4中的右侧)通过第二隔板830与物理沉降器500分隔开。

根据本发明，加药分离器400包括第三隔板840，从而在加药分离器400中形成了两个不同的功能区，即处于上游的混凝区420和处于下游的絮凝区430。第三隔板840的上端与整个综合处理单元800的顶部齐平，而下端不与壳体810的底部相连，由此使得混凝区420和絮凝区430的底部彼此连通。

在混凝区420的上部设有加药口440，用于加注NaOH、氧化剂、混凝剂、助凝剂等药剂，以便从三级处理流体中除去铁和硫等成分。作为一个实施例，可以通过加药口440加入NaOH，将pH值调节至8以上，去除Fe²⁺。在另外一个实施例中，可以通过加药口440加入H₂O₂，去除S^2-。另外，在某些情况下，例如在悬浮物含量低于25mg/L的情况下，还需要加入助凝剂，如PAM、黏土等。

另外，根据本发明的一个具体的实施例，在混凝区420内设有起水力混合作用的第一折板组450，其优选地以异波折板的方式安装，从而满足水力停留时间＜2min、G值为500-1000s^-1。同时，在絮凝区430内设有起水力混合作用的第二折板组460，其优选地以同波折板的方式安装，从而满足水力停留时间10-30min、G值为10-75s^-1。

这样，三级处理流体越过第一隔板820而进入到加药分离器400的混凝区420中，由上往下地流过该混凝区420。在来自加药口440的药剂(例如NaOH、氧化剂、混凝剂、助凝剂等)以及第一折板组450的作用下，三级处理流体经过充分的混凝，然后从第三隔板840下方的通道进入到絮凝区430中，由下往上地流过该絮凝区430。在第二折板组460的作用下，三级处理流体发生充分的絮凝，然后从越过第二隔板830进入到物理沉降器500中。以进行下一级处理。

容易理解，根据本发明，第二隔板830的高度小于第一隔板820的高度。

物理沉降器500形成在第二隔板830和壳体810之间。物理沉降器500包括设置在其中的若干斜板510。另外，物理沉降器500还包括处于第二隔板830的上方的加药口540，用于加入pH调节剂、缓蚀剂、阻垢剂等药剂。例如，可以通过加药口540加入酸，将加碱后的液体的pH值调节至中性。这样，四级处理流体中的Fe²⁺形成Fe(OH)₃絮体，并包裹有在加药分离器400中未去除的悬浮物。流体通过斜板510发生沉降，由此除去四级处理流体中的悬浮物。经物理沉降器500处理后的五级处理流体通过设置在斜板510上方的第三管线25排出。

根据本发明，在壳体810的位于加药分离器400和物理沉降器500的底部处均还分别设有集泥部860和870。这样，在加药分离器400和物理沉降器500中形成的泥相收集于集泥部860和870处，并经由排泥管线24排出。

另外，根据本发明，在综合处理单元810的壳体810的侧壁以及第三隔板840的两侧分别设有收油槽40、41、42和43，用于收集分离出的油相。这些分离出的油相可经排油管线22排出，进入原油系统作进一步处理。

如图1所示，来自物理沉降器500的五级处理流体经第三管线25排出到过滤器600中，由此进一步去除细小油滴及悬浮物。经过滤器600处理后的六级处理流体经由排水管线90排出，作为最终的净化后的排水。

作为一个可选的示例，在第三管线25上还可以设置增压泵610，使得五级处理流体经增压后进入过滤器600，以提高过滤效果。

根据本发明，含油污水在油水混合液处理装置10中依次经过旋流分离器100、层流分离器200、电场分离器300、加药分离器400、物理沉降器500以及过滤器600，进行六级处理。最终，所分离出的油相经排油管线22排出，进入原油系统作进一步处理；所分离出的泥相经排泥管线24排出；净化过的水相经由排水管线90排出，其出水水质可满足不同注水水质要求，在理想状况下可达到“含油量≤5mg/L，悬浮固体≤1mg/L，悬浮固体粒径中值≤1μm”。根据本发明的油水混合液处理装置10尤其可用来处理含油量小于40％的油井采出液及含油污水。

根据本发明，油水混合液处理装置10的电场分离器300、加药分离器400、物理沉降器500集成在综合处理单元800的壳体810中。这使得油水混合液处理装置10的结构十分紧凑。同时，流体在电场分离器300、加药分离器400和物理沉降器500之间的流动只需要越过相应的隔板，流程路程短。因此，根据本发明的这种集成结构避免了复杂的管线连接和相关的进一步污染，同时减小了水头损失和水力提升。

需要说明的是，尽管在上文中所介绍的油水混合液处理装置10包括旋流分离器100、层流分离器200、电场分离器300、加药分离器400、物理沉降器500以及过滤器600这六个部分，然而根据具体情况的要求，其中的部分部件也可以省略。例如，如果待处理的油水混合液的含油浓度较低，可以省略旋流分离器100。如果待处理的油水混合液中的Fe²⁺含量很少，可以不使用加药分离器400。如果待处理的油水混合液中的Fe²⁺及悬浮物含量均较低，可以不使用加药分离器400和物理沉降器500。另外，如果对排出水的水质要求不高，可以省略过滤器600。

在根据本发明的一个未示出的优选的实施例中，层流分离器具有螺旋式结构，并且围绕着旋流分离器布置。优选地，旋流分离器具有纵向上较长的形状，而层流分离器的聚结管、分离管以及排出管均螺旋式地盘绕在旋流分离器的外周。在现有技术中，如果使用两种不同分离技术的装置，则通常都是一种分离装置与另一种分离装置在空间上串联布置，这使得整个设备的体积庞大，占地面积较多，限制了其应用。然而，根据本发明的这一优选的实施例，层流分离器紧密地盘绕在旋流分离器的外周上，使得根据本发明的油水混合液处理设备的结构紧凑，占地面积非常小。

以下通过若干示例来说明根据本发明的油水混合液处理装置10的处理效果。

示例1

进水为某油田采出液经初步处理后的含油污水，进水含油率为50-250mg/L、悬浮物浓度为13-45.8mg/L。采用包括层流分离器200、电场分离器300、物理沉降器500和过滤器600这四个部分的油水混合液处理装置进行处理。电场分离器300中的电极板采用石墨制成，电极板的倾斜角度为10-45°，电极板的间距为10-300mm。使得球状聚结材料，粒径为3-20mm。对电极板施加2-50V的电压和100-2000A的电流。

经检测，在处理前，平均进水含油率为140.5mg/L，平均进水悬浮物浓度为32.6mg/L。在经过上述油水混合液处理装置处理之后，出水含油率为1.7mg/L，出水悬浮物浓度为4.0mg/L。

另外，在示例1中还进行了定期改变电极板的极性的研究。在对电极板不进行极性改变的处理时，在运行36h后，电极板的电流下降至初始电流的48％。而在对电极板进行极性改变的处理时，在运行72h后，电流仍可保持在初始的93.5％以上。由此可知，定期改变电极板的极性能够有效地降低电极板的污染。

示例2

进水为某油田采出液，进水含油率8×10⁴mg/L-40×10⁴mg/L。采用包括旋流分离器100、层流分离器200、电场分离器300、加药分离器400、物理沉降器500以及过滤器600这六个部分的油水混合液处理装置进行处理。其余条件同示例1。

经检测，在处理前，平均进水含油率为18.7×10⁴mg/L在处理后，出水含油率为3.0mg/L，出水悬浮物浓度小于5mg/L。

示例3

进水为某油田采出液经初步处理后的含油污水，进水含油率为87.3-3512.7mg/L。采用包括层流分离器200、电场分离器300、物理沉降器500以及选择性设置的过滤器600的油水混合液处理装置进行处理。其余条件同示例1。试验重复9次。

经各级处理后的出水的含油率及仅依靠重力沉降而未作其他处理的水中含油率如表1所示，单位：mg/L。

表1

从表1可以看出，对于出水含油率的降低起决定作用的部分为层流分离器200和电场分离器300。经过这两级处理后，除油率达93.2％-99.9％。

此外，经过根据本发明的油水混合液处理装置处理之后，水中含油率远低于单纯依靠重力沉降后的水中含油率。

示例4

进水为某油田采出液经初步处理后的含油污水，污水中含Fe²⁺较多，进水悬浮物浓度为13.0-57.8mg/L。采用包括层流分离器200、电场分离器300、加药分离器400和物理沉降器500的油水混合液处理装置进行处理。其余条件同示例1。试验重复14次。

经处理后的出水中的悬浮物浓度如表2所示，单位：mg/L。

表2

编号	进水	电场分离器	物理沉降器
				1	45.8	27.6	1.5
2	39.3	23.8	1.2
				3	17.1	16.9	1.3
4	20.6	17.2	1.5
				5	15.7	16.0	1.4
6	13.0	15.3	0.9
				7	16.1	15.7	1.0
8	43.7	26.3	1.8
				9	50.6	30.1	2.0
10	38.7	27.5	1.6
				11	57.8	33.8	1.9
12	38.2	24.8	1.6
				13	30.8	20.5	1.1
14	29.6	21.6	1.4
				平均	32.6	22.7	1.4

经过电场分离器300处理后的出水，部分Fe²⁺氧化为Fe³⁺，生成细小的悬浮Fe(OH)₃沉淀，导致电场分离器300的出水的色度较黄，悬浮物含量偏高。在加药分离器400中向流体中加入少量NaOH，立即生成絮体。絮体经物理沉降器500处理后清澈透明。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (15)

1.油水混合液处理装置（10），包括层流分离器（200）和设于所述层流分离器的下游的电场分离器（300），

其中，所述层流分离器（200）包括其中设有聚结填料的聚结管（210）、设置在所述聚结管上方的分离管（220），以及设置在所述分离管上方的排出管（230），所述聚结管、分离管和排出管大致平行且间隔开地布置，并且均螺旋式地延伸，从而整体上形成一个螺旋式结构，其中，所述聚结管和分离管之间通过第一连通管组（240）彼此相连，所述分离管与排出管之间通过第二连通管组（260）彼此相连，

待处理的油水混合液在所述聚结管中处理后通过所述第一连通管组进入到所述分离管进行层流分离，所分离的油相通过所述第二连通管组进入所述排出管后从所述排出管的上部经排油管线（22）排出，所分离的水相从所述分离管的下部进入所述电场分离器。

2.根据权利要求1所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述第一连通管组包括多个第一连通管，所述第二连通管组包括多个第二连通管，其中，每个第一连通管均与每个第二连通管彼此之间错开地布置。

3.根据权利要求1或2所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述聚结管的长度为所述分离管的20%-90%，所述排出管的长度与所述分离管的长度相同。

4.根据权利要求1或2所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述电场分离器包括若干块大致平行且间隔开地布置的电极板（320），相邻电极板的极性彼此不同，并且在相邻两块电极板之间设置有聚结单元（330），其中，所述电极板（320）沿着与油水混合液的流动方向呈锐角的方向倾斜地布置。

5.根据权利要求4所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述电极板的表面包括若干点状的亲油性区域（322），所述电极板的表面的其它区域为疏油性区域（325）。

6.根据权利要求5所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述点状的亲油性区域的直径为1-50mm，并且所述点状的亲油性区域的总面积占整个电极板的面积的10%-50%。

7.根据权利要求6所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述点状的亲油性区域在所述电极板的下部区域的密度高于在所述电极板的上部区域的密度，和/或，

所述点状的亲油性区域在所述电极板的下部区域的面积高于在所述电极板的上部区域的面积。

8.根据权利要求4所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述聚结单元包括若干个大致平行于所述电极板延伸的聚结板（332），各所述聚结板通过若干连接杆（335）相连成一个整体，每个聚结板均设有若干开口（333），每个聚结板上的每个开口相对于相邻聚结板中的开口均彼此错开。

9.根据权利要求4所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述油水混合液处理装置还包括加药分离器（400）和物理沉降器（500），

其中，所述电场分离器、加药分离器和物理沉降器集成在一个壳体（810）内，在所述壳体中布置有第一隔板（820）和第二隔板（830），从而将所述壳体的内部空间分成三个区域，所述电场分离器、加药分离器和物理沉降器分别设置在所述三个区域中，以便依次处理油水混合液。

10.根据权利要求9所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述加药分离器通过第三隔板（840）分隔成处于上游的混凝区（420）和处于下游的絮凝区（430），所述混凝区和絮凝区在所述加药分离器的底部相互连通。

11.根据权利要求9所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述油水混合液处理装置还包括设于所述层流分离器的上游的旋流分离器（100），以及设于所述物理沉降器的下游的过滤器（600）。

12.根据权利要求11所述的油水混合液处理装置，其特征在于，所述层流分离器构造成螺旋式盘绕在所述旋流分离器的外周。

13.使用根据权利要求9所述的油水混合液处理装置来处理油水混合液的方法。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，定期地改变所述电场分离器中的各电极板的极性，周期为2-24h。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述油水混合液处理装置还包括设于所述层流分离器的上游的旋流分离器，以及设于所述物理沉降器的下游的过滤器，

其中，在待处理的油水混合液的含油量低于3000mg/L的情况下，使待处理的油水混合液直接进入所述层流分离器而不经过所述旋流分离器，或者

在待处理的油水混合液中的总铁含量低于0.5mg/L的情况下，使待处理的油水混合液从所述电场分离器直接进入所述物理沉降器，或者

在待处理的油水混合液中的总铁含量低于0.5mg/L及悬浮物含量低于50mg/L的情况下，使待处理的油水混合液从所述电场分离器直接进入所述过滤器，或者

在所述电场分离器的出水满足水质标准情况下，使待处理的油水混合液不经过所述过滤器而排出。