加油站油罐怎樣進行油水分離？
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4 含油汙水處理自動化技術 王向陽 油氣田地面工程 2007/11
5 葉輪氣浮機在含油汙水處理中的應用 於振民 工業水處理 2007/09
6 含油汙水處理中回收水池的設計 滿秀紅 油氣田地面工程 2007/07
7 國內油田含油汙水處理現狀與展望 陳斌 科技信息(科學教研) 2007/17
8 含油汙水處理技術 李波 遼寧化工 2007/01
9 克拉瑪依油田高含硫含油汙水處理技術試驗研究 李凡修 石油天然氣學報(江漢石油學院學報) 2006/06
10 化學助劑對含油汙水處理效果的影響研究 郭春昱 石油規劃設計 2006/05
11 塔中聯合站含油汙水處理 王欽平 油氣田地面工程 2006/07
12 用於含油汙水處理的氣浮旋流耦合技術研究 白誌山 環境汙染治理技術與設備 2006/08
13 連鑄機含油汙水處理新工藝及其應用 葛平 工業水處理 2006/06
14 淺析含油汙水處理工程改造 白生祿 鐵道勞動安全衛生與環保 2006/03
15 油輪壓艙含油汙水處理技術分析 王蘭菊 石油化工環境保護 2006/01
16 油田含油汙水處理中膜技術的研究與應用 陳蘭 精細石油化工進展 2006/02
17 連鑄含油汙水處理新工藝的研究 潘冠英 工業水處理 2006/03
18 膜分離技術在油田含油汙水處理中的應用研究進展 藺愛國 工業水處理 2006/01
19 電氣浮含油汙水處理工藝工業性試驗研究 張登慶 環境汙染治理技術與設備 2005/11
20 鐵路某機務段含油汙水處理站改造工程的技術措施 朱立鵬 地下工程與隧道 2005/04
含油汙水處理技術
摘 要: 介紹常用的含油廢水處理技術的原理、特點及其除油設備,綜述含油汙水的處理方法。
關 鍵 詞: 含油廢水; 技術; 汙水處理方法
含油汙水的產量大,涉及的範圍廣,例如石油開采、石油煉制、石油化工、油品貯運、油輪事故、輪船航運、車輛清洗、機械制造、食品加工等過程中均會產生含油汙水。油汙染作為壹種常見的汙染,對環境保護和生態平衡危害極大。當今油水分離技術較多,常用的方法有重力分離法、空氣浮選法、粗粒化法、過濾法、吸附法、超聲波法等技術,並且新的除油技術還在不斷的研發中。本文從除油器的原理及方法方面加以介紹。
1 重力分離法
重力分離法是典型的初級處理方法,是利用油和水的密度差及油和水的不相溶性,在靜止或流動狀態下實現油珠、懸浮物與水分離。分散在水中的油珠在浮力作用下緩慢上浮、分層,油珠上浮速度取決於油珠顆粒的大小,油與水的密度差,流動狀態及流體的粘度。它們之間的關系可用stokes 和Newton 等定律來描述。
1. 1 橫向流除油器[1 ]
橫向流含油汙水除油設備是在斜板除油器的基礎上發展起來的,它由含油汙水的聚結區和分離區兩部分組成。含油汙水首先經過交叉板型的聚結器,使小分散油珠聚並成大油珠,小顆粒固體物質絮凝成大顆粒,然後聚結長大的油珠和固體物質通過具有獨特通道的橫向流分離板區,而從水中分離出來。在進行油水、固體物質分離的同時,還可以進行氣體(天然氣) 的分離。
1. 2 波紋板聚結油水分離器[2 ]
波紋板除油原理主要是利用油、水的密度差,使油珠浮集在板的波峰處而分離去除,其關鍵是在於借助哈真淺池沈澱原理,制成波紋板變間距變水流流線,過水斷面是變化的,水流呈擴散、收縮狀態交替流動,產生了脈動(正弦) 水流,使油珠之間增加了碰撞機率,促使小油珠變大,加快油珠的上浮速度,達到油水分離的目的。
1. 3 聚集型油水分離器[3 ]
奧地利費雷公司在世界上率先開發了CPS壹體化波紋板式重力加速聚集型油水分離器。該波形板是費雷公司的專利產品,以聚丙烯為基礎材料,內含多種添加劑,使其具有親油而不粘油、抗老化是特點。波紋板壹塊壹塊地疊加起來的,間距壹般為6 mm(當水中懸浮物含量較高時,可采用間距12 mm 的設計) 。
1. 4 高效仰角式遊離水分離器[4 ]
將臥式和立式遊離水分離器相結合,采用仰角設計,克服了立式容器內油水界面覆蓋面積小和臥式容器油水界面與水出口距離短,分離時間不充分的缺點。來液進口位於管式容器的上行端,水中油珠能聚結並爬高上行至頂端油出口,而水下沈至底端水出口排出。該設備仰角小於12°,長18. 3 m ,直徑為1 372 mm和914 mm兩種規格。
2 過濾法過濾法是將廢水通過設有孔眼的裝置或通過由某種顆粒介質組成的濾層,利用其截留、篩分、慣性碰撞等作用使廢水中的懸浮物和油分等有害物質得以去除。常用的過濾方法有3 種:分層過濾、隔膜過濾和纖維介質過濾。膜過濾法又稱為膜分離法[5 ] ,是利用微孔膜將油珠和表面活性劑截留,主要用於除去乳化油和某些溶解油。濾膜包括超濾膜、反滲透膜和混合濾膜等。膜材料包括有機膜和無機膜兩種,常見的有機膜有醋酸纖維膜、聚碸膜、聚丙烯膜等,常用的無機膜有陶瓷膜、氧化鋁、氧化鈷、氧化鈦等。乳化油處於穩定狀態,用物理方法或者化學方法很難將其分離。隨著膜科學的飛速發展,膜過程處理乳化油汙水已逐步被人們接受並在工業中應用。
3 離心分離法
離心分離法是使裝有含油廢水的容器高速旋轉,形成離心力場,因固體顆粒、油珠與廢水的密度不同,受到的離心力也不同,達到從廢水中去除固體顆粒、油珠的方法。常用的設備是水力旋流分離器。旋流分離器在液固分離方面的應用始於19 世紀40 年代,現在較為成熟,但在油/ 水分離
領域的研究要晚得多。雖然液固分離與液液分離的基本原理相同,但二者設備的幾何結構卻差別較大。脫油型旋流分離器起源於英國。從20 世
紀60 年代末開始,由英國南安普頓大學MartinThe w 教授領導的多相流與機械分離研究室開始水中除油旋流分離器的研究,發明了雙錐雙入口
型液- 液旋流分離器。在試驗過程中取得滿意效果。隨後,Young GAB 等人設計出的與雙錐型旋流器具有相同分離性能但處理量要高出1 倍的單
錐型旋流分離器。經過幾何優化設計,Conoco 公司提出了K型旋流分離器,對於直徑小於10μm的油滴分離性能提高更加明顯。由於旋流分離器
具有許多獨特的優點,旋流脫油技術在發達國家含油廢水處理特別是在海上石油開采平臺上已成為不可替代的標準設備。
4 浮選法
浮選法,又稱氣浮法,是國內外正在深入研究與不斷推廣的壹種水處理技術。該法是在水中通入空氣或其他氣體產生微細氣泡,使水中的壹些細小懸浮油珠及固體顆粒附著在氣泡上,隨氣泡壹起上浮到水面形成浮渣(含油泡沫層) ,然後使用適當的撇油器將油撇去。該法主要用於處理隔油池處理後殘留於水中粒經為10～60μm 的分散油、乳化油及細小的懸浮固體物,出水的含油質量濃度可降至20～30 mg/ L 。根據產生氣泡的方式不同,氣浮法又分為加壓氣浮、鼓氣氣浮、電解氣浮等,其中應用最多的是加壓溶氣氣浮法。
5 生物氧化法
生物氧化法是利用微生物的生物化學作用使廢水得到凈化的壹種方法。油類是壹種烴類有機物,可以利用微生物的新陳代謝等生命活動將其分解為二氧化碳和水。含油廢水中的有機物多以溶解態和乳化態,BOD5 較高,利於生物的氧化作用。對於含油質量濃度在30～50 mg/ L 以下、同時還含有其他可生物降解的有害物質的廢水,常用生化法處理,主要用於去除廢水中的溶解油。含油廢水常見的生化處理法有活性汙泥法、生物過濾法、生物轉盤法等。活性汙泥法處理效果好,主要用於處理要求高而水質穩定的廢水。生物膜法與活性汙泥法相比,生物膜附著於填料載體表面,使繁殖速度慢的微生物也能存在,從而構成了穩定的生態系統。但是,由於附著在載體表面的微生物量較難控制,因而在運轉操作上靈活性差,而且容積負荷有限。
6 化學法
化學法又稱藥劑法,是投加藥劑由化學作用將廢水中的汙染物成分轉化為無害物質,使廢水得到凈化的壹種方法。常用的化學方法有中和、沈澱、混凝、氧化還原等。對含油廢水主要用混凝法。混凝法是向含油廢水中加入壹定比例的絮凝劑,在水中水解後形成帶正電荷的膠團與帶負電荷的乳化油產生電中和,油粒聚集,粒徑變大,同時生成絮狀物吸附細小油滴,然後通過沈降或氣浮的方法實現油水分離。常見的絮凝劑有聚合氯化鋁(PAC) 、三氯化鐵、硫酸鋁、硫酸亞鐵等無機絮凝劑和丙烯酰胺、聚丙烯酰胺( PAM) 等有機高分子絮凝劑,不同的絮凝劑的投加量和pH 值適用範圍不同。此法適合於靠重力沈降不能分離的乳化狀態的油滴和其他細小懸浮物。
7 吸附法
吸附法是利用親油性材料,吸附廢水中的溶解油及其他溶解性有機物。最常用的吸油材料是活性炭,可吸附廢水中的分散油、乳化油和溶解油。由於活性炭的吸附容量有限(對油壹般為30～80 mg/ g) ,成本高,再生困,壹般只用作含油廢水多級處理的最後壹級處理,出水含油質量濃度可降至0. 1～0. 2 mg/ L 。1976 年湖南長嶺煉油廠在廢水處理中就采用了活性碳吸附進行深度處理。國內外對於新型吸附劑的研制也取得了壹些有益的成果。研究發現,片狀石墨能吸附由海上油輪漏油事件釋放的重油並易於與水分離。吸附樹脂是近年來發展起來的壹種新型有機吸附材料,吸附性能好,再生容易,有逐步取代活性炭的趨勢,有越來越多的業內人士研究高效吸油樹脂的合成與應用[6 ] 。有研究表明,采用丙綸吸油材料從油工業廢水中吸附分離和回收油類物質,可根據廢水的初始狀況、最終要求、水流流量等因素,選用合適的凈化方法。此外,煤灰、改性膨潤土、磺化煤、碎焦碳、有機纖維、吸油氈、陶粒、石英砂、木屑、稻草等也可用作吸油材料。吸油材料吸油飽和後,根據具體情況,再生重復使用或直接用作燃料。
8 粗粒化法
粗粒化法是利用油、水兩相對聚結材料親和力相差懸殊的特性,油粒被材料捕獲而滯留於材料表面和孔隙內形成油膜,油膜增大到壹定厚度時時,在水力和浮力等作用下油膜脫落合並聚結成較大的油粒。由斯托克斯公式可知,油粒在水中的浮升速度與油粒直徑的平方成正比。聚結後粒經較大的油珠則易於從水中被分離。經過粗粒化的廢水,其含油量及汙油性質並無變化,只是更容易用重力分離法將油除去。
8. 1 新型高效除油器[7 ]
旋流除油、粗粒化除油及斜板除油技術,是當今普遍認為高效的除油技術。高效除油器是將上述多種高效除油技術於壹體的高效合壹除油器,
其總體結構設計成臥式,由旋流(渦流段) 粗粒化段及斜板除油段組成。它不僅可提高除油效率,且方便操作、減少占地。根據江漢油田采出水特
性,采用兩段粗粒化及兩段斜板除油,在進口ρ(油) ≤1 000 mg/ L 時, 出口達到後續處理設備(過濾器) 的進口要求ρ(油) ≤30 mg/ L 。
8. 2 EPS 油水分離技術[8 ]
EPS 油水分離器是壹種高效、先進的油水分離裝置。它融合了當今先進的板式除油和粗粒化聚結技術,集汙水的預處理、油水分離以及二次沈澱和油的回收於壹體;具有安裝運行費用省、油水分離效果好,操作維護容易等特點,是立式除油罐、斜板除油裝置(如美國石油協會的除油裝置(API) 、波紋板斜板除油裝置(CPI) 、平行斜板除油裝置( PPI) 等的更新替代產品。EPS 油水分離器目前已在韓國、美國、波蘭、印度、泰國、中國等國家有了實際的應用,汙水處理效果普遍良好。
9 聲波、微波和超聲波脫水技術
聲波可加速水珠聚結,提高原油脫水效率;超聲波可降低能耗和減少破乳劑用量;而微波在降低乳狀液穩定性的同時,還可加熱乳狀液,進壹步促進水滴的聚結,在解決我國東部老油田因三采等引起的原油性質復雜的深度脫水問題方面具有很好的應用前景。
微波是指頻率為300 MHz～300 GHz 的電磁波[9 ] 。微波水處理技術是把微波場對單相流和多相流物化反應的強烈催化作用、穿透作用、選擇性供能及其殺滅微生物的功能用於水處理的壹項新型技術。
超聲波是壹種高頻機械波,其頻率壹般2 ×104～5 ×108 Hz 之間,具有能量集中、穿透力強等特點。超聲波在水中可以發生凝聚效應、空穴或空化效應[10 ] 。當超聲波通過含有汙水的溶液時,造成微小油滴與水壹起振動。但由於大小不同的粒子具有不同的相對振動速度、油滴將會相互碰撞、粘合,使油滴的體積增大。隨後,由於粒子已變大、不能隨聲波振動了,只作無規則運動。最後水中小油滴凝聚並上浮,油水分離效果良好。超聲處理乳化油汙水時,必須以先通過實驗,以確定最佳的聲波頻率,否則可能出現超聲粉碎效應,影響處理效果。目前,國內外學者利用超聲波技術降解水中的汙染物已多達幾十種,但所研究的對象多為單組分模擬體系,而實際汙水中常含有多種汙染物,因此超聲波技術在實際汙水處理中的適用性如何還有待進壹步的研究。此外,目前有關利用超聲波技術降解水中汙染物的研究大多屬於實驗室階段,且由於聲化學反應過程的降解機理、反應動力學及反應器的設計放大等方面的研究開展得很不充分,目前還難以實現工程化。
10 超聲/ 電化學聯用技術[9 ]
利用超聲的空化效應,可在電化學反應中使電極不形成覆蓋層,避免電極活性下降;超聲空化效應還有利於協同電催化過程產生·OH ,而使汙水中的汙染物的分解加速;超聲還可使有機物在水溶液中充分分散,從而大幅度提高反應器的處理能力。Mizera 等在電解氧化處理含酚廢水時發現,無超聲存在時,只有50 %的分解率,若使用25 kHz、104 W/ m2 的超聲波處理時,酚的分解率會提高到80 %。劉靜等利用超聲/ 電化學聯用技術
對印染廢水的處理表明,在超聲波和電場的協同作用下,廢水的脫色率大大高於單獨使用超聲波時的脫色率。