含油污水的產(chǎn)量大,涉及的范圍廣,例如石油 開(kāi)采、石油煉制、石油化工、油品貯運(yùn)、油輪事故、 輪船航運(yùn)、車輛清洗、機(jī)械制造、食品加工等過(guò)程 中均會(huì)產(chǎn)生含油污水。油污染作為一種常見(jiàn)的污 染,對(duì)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡危害極大。當(dāng)今油水 分離技術(shù)較多,常用的方法有重力分離法、空氣浮 選法、粗粒化法、過(guò)濾法、吸附法、超聲波法等技 術(shù),并且新的除油技術(shù)還在不斷的研發(fā)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(jí)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(dòng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)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 浮速度取決于油珠顆粒的大小,油與水的密度差, 流動(dòng)狀態(tài)及流體的粘度。它們之間的關(guān)系可用 Stokes和Newton等定律來(lái)描述。
1.1橫向流除油器
橫向流含油污水除油設(shè)備是在斜板除油器的 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,它由含油污水的聚結(jié)區(qū)和分 離區(qū)兩部分組成。含油污水首先經(jīng)過(guò)交叉板型的 聚結(jié)器,使小分散油珠聚并成大油珠,小顆粒固體 物質(zhì)絮凝成大顆粒,然后聚結(jié)長(zhǎng)大的油珠和固體 物質(zhì)通過(guò)具有獨(dú)特通道的橫向流分離板區(qū),而從 水中分離出來(lái)。在進(jìn)行油水、固體物質(zhì)分離的同 時(shí),還可以進(jìn)行氣體(天然氣)的分離。
1.2波紋板聚結(jié)油水分離器
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(guān)鍵是 在于借助哈真淺池沉淀原理,制成波紋板變間距 變水流流線,過(guò)水?dāng)嗝媸亲兓?水流呈擴(kuò)散、收 縮狀態(tài)交替流動(dòng),產(chǎn)生了脈動(dòng)(正弦)水流,使油珠 之間增加了碰撞機(jī)率,促使小油珠變大,加快油珠 的上浮速度,達(dá)到油水分離的目的。
1.3聚集型油水分離器
奧地利費(fèi)雷公司在世界上率先開(kāi)發(fā)了CPS 一體化波紋板式重力加速聚集型油水分離器。該 波形板是費(fèi)雷公司的專利產(chǎn)品,以聚丙烯為基礎(chǔ) 材料,內(nèi)含多種添加劑,使其具有親油而不粘油、 抗老化是特點(diǎn)。波紋板一塊一塊地疊加起來(lái)的, 間距一般為6 mm(當(dāng)水中懸浮物含量較高時(shí),可 采用間距12 mm的設(shè)計(jì))。
1.4高效仰角式游離水分離器
將臥式和立式游離水分離器相結(jié)合,采用仰 角設(shè)計(jì),克服了立式容器內(nèi)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(shí)間 不充分的缺點(diǎn)。來(lái)液進(jìn)口位于管式容器的上行 端,水中油珠能聚結(jié)并爬高上行至頂端油出口,而 水下沉至底端水出口排出。該設(shè)備仰角小于12°, 長(zhǎng)18.3 m,直徑為1 372 mm和914 mm兩種規(guī)格。
2過(guò)濾法
過(guò)濾法是將廢水通過(guò)設(shè)有孔眼的裝置或通過(guò) 由某種顆粒介質(zhì)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(zhì)得以去除。常用的過(guò)濾方法有3種:分層過(guò) 濾、隔膜過(guò)濾和纖維介質(zhì)過(guò)濾。
膜過(guò)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,主要用于除去乳化油 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(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩種,常 見(jiàn)的有機(jī)膜有醋酸纖維膜、聚砜膜、聚丙烯膜等, 常用的無(wú)機(jī)膜有陶瓷膜、氧化鋁、氧化鈷、氧化鈦 等。乳化油處于穩(wěn)定狀態(tài),用物理方法或者化學(xué) 方法很難將其分離。隨著膜科學(xué)的飛速發(fā)展,膜 過(guò)程處理乳化油污水已逐步被人們接受并在工業(yè) 中應(yīng)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(zhuǎn),形成離心力場(chǎng),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(dá)到從廢水中去除 固體顆粒、油珠的方法。常用的設(shè)備是水力旋流 分離器。旋流分離器在液固分離方面的應(yīng)用始于 19世紀(jì)40年代,現(xiàn)在較為成熟,但在油/水分離 領(lǐng)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(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)卻差別 較大。脫油型旋流分離器起源于英國(guó)。從20世 紀(jì)60年代末開(kāi)始,由英國(guó)南安普頓大學(xué)Martin The w教授領(lǐng)導(dǎo)的多相流與機(jī)械分離研究室開(kāi)始 水中除油旋流分離器的研究,發(fā)明了雙錐雙入口 型液-液旋流分離器。在試驗(yàn)過(guò)程中取得滿意效 果。隨后,Young GAB等人設(shè)計(jì)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(jīng)過(guò)幾何優(yōu)化設(shè)計(jì),Conoco公 司提出了K型旋流分離器,對(duì)于直徑小于10μm 的油滴分離性能提高更加明顯。由于旋流分離器 具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),旋流脫油技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家 含油廢水處理特別是在海上石油開(kāi)采平臺(tái)上已成 為不可替代的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。
4浮選法
浮選法,又稱氣浮法,是國(guó)內(nèi)外正在深入研究 與不斷推廣的一種水處理技術(shù)。該法是在水中通 入空氣或其他氣體產(chǎn)生微細(xì)氣泡,使水中的一些 細(xì)小懸浮油珠及固體顆粒附著在氣泡上,隨氣泡 一起上浮到水面形成浮渣(含油泡沫層),然后使 用適當(dāng)?shù)钠灿推鲗⒂推踩ァＴ摲ㄖ饕糜谔幚砀?油池處理后殘留于水中粒經(jīng)為10~60μm的分散 油、乳化油及細(xì)小的懸浮固體物,出水的含油質(zhì)量 濃度可降至20~30 mg/L。根據(jù)產(chǎn)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(yīng)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(xué)作用使 廢水得到凈化的一種方法。油類是一種烴類有機(jī) 物,可以利用微生物的新陳代謝等生命活動(dòng)將其 分解為二氧化碳和水。含油廢水中的有機(jī)物多以 溶解態(tài)和乳化態(tài)存在,BOD5較高,利于生物的氧 化作用。對(duì)于含油質(zhì)量濃度在30~50 mg/L以 下、同時(shí)還含有其他可生物降解的有害物質(zhì)的廢 水,常用生化法處理,主要用于去除廢水中的溶解 油。含油廢水常見(jiàn)的生化處理法有活性污泥法、 生物過(guò)濾法、生物轉(zhuǎn)盤(pán)法等。活性污泥法處理效 果好,主要用于處理要求高而水質(zhì)穩(wěn)定的廢水。 生物膜法與活性污泥法相比,生物膜附著于填料 載體表面,使繁殖速度慢的微生物也能存在,從而 構(gòu)成了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。但是,由于附著在載體 表面的微生物量較難控制,因而在運(yùn)轉(zhuǎn)操作上靈 活性差,而且容積負(fù)荷有限。
6化學(xué)法
化學(xué)法又稱藥劑法,是投加藥劑由化學(xué)作用 將廢水中的污染物成分轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì),使廢水 得到凈化的一種方法。常用的化學(xué)方法有中和、 沉淀、混凝、氧化還原等。對(duì)含油廢水主要用混凝 法�；炷ㄊ窍蚝蛷U水中加入一定比例的絮凝 劑,在水中水解后形成帶正電荷的膠團(tuán)與帶負(fù)電 荷的乳化油產(chǎn)生電中和,油粒聚集,粒徑變大,同 時(shí)生成絮狀物吸附細(xì)小油滴,然后通過(guò)沉降或氣 浮的方法實(shí)現(xiàn)油水分離。常見(jiàn)的絮凝劑有聚合氯 化鋁(PAC)、三氯化鐵、硫酸鋁、硫酸亞鐵等無(wú)機(jī) 絮凝劑和丙烯酰胺、聚丙烯酰胺(PAM)等有機(jī)高 分子絮凝劑,不同的絮凝劑的投加量和pH值適用范圍不同。此法適合于靠重力沉降不能分離的 乳化狀態(tài)的油滴和其他細(xì)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(jī)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。由于活性炭的吸附容量有限(對(duì)油一般為30 ~80 mg/g),成本高,再生困難,一般只用作含油 廢水多級(jí)處理的最后一級(jí)處理,出水含油質(zhì)量濃 度可降至0.1~0.2 mg/L。1976年湖南長(zhǎng)嶺煉油 廠在廢水處理中就采用了活性碳吸附進(jìn)行深度處 理。國(guó)內(nèi)外對(duì)于新型吸附劑的研制也取得了一些 有益的成果。研究發(fā)現(xiàn),片狀石墨能吸附由海上 油輪漏油事件釋放的重油并易于與水分離。
吸附樹(shù)脂是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型有機(jī) 吸附材料,吸附性能好,再生容易,有逐步取代活 性炭的趨勢(shì),有越來(lái)越多的業(yè)內(nèi)人士研究高效吸 油樹(shù)脂的合成與應(yīng)用[6]。有研究表明,采用丙綸 吸油材料從含油工業(yè)廢水中吸附分離和回收油類 物質(zhì),可根據(jù)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(rùn)土、磺化煤、碎焦碳、有機(jī)纖維、吸油氈、陶 粒、石英砂、木屑、稻草等也可用作吸油材料。吸 油材料吸油飽和后,根據(jù)具體情況,再生重復(fù)使用 或直接用作燃料。
8粗�；�
粗粒化法是利用油、水兩相對(duì)聚結(jié)材料親和 力相差懸殊的特性,油粒被材料捕獲而滯留于材 料表面和孔隙內(nèi)形成油膜,油膜增大到一定厚度 時(shí)時(shí),在水力和浮力等作用下油膜脫落合并聚結(jié) 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(jié)后 粒經(jīng)較大的油珠則易于從水中被分離。經(jīng)過(guò)粗粒 化的廢水,其含油量及污油性質(zhì)并無(wú)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(shù),是當(dāng) 今普遍認(rèn)為高效的除油技術(shù)。高效除油器是將上 述多種高效除油技術(shù)于一體的高效合一除油器, 其總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成臥式,由旋流(渦流段)粗�；� 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(jù)江漢油田采出水特 性,采用兩段粗�；皟啥涡卑宄�,在進(jìn)口ρ (油)≤1 000 mg/L時(shí),出口達(dá)到后續(xù)處理設(shè)備 (過(guò)濾器)的進(jìn)口要求ρ(油)≤30 mg/L。
8.2EPS油水分離技術(shù)[8]
EPS油水分離器是一種高效、先進(jìn)的油水分 離裝置。它融合了當(dāng)今先進(jìn)的板式除油和粗�；� 聚結(jié)技術(shù),集污水的預(yù)處理、油水分離以及二次沉 淀和油的回收于一體;具有安裝運(yùn)行費(fèi)用省、油水 分離效果好,操作維護(hù)容易等特點(diǎn),是立式除油 罐、斜板除油裝置(如美國(guó)石油協(xié)會(huì)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(chǎn)品。EPS油水分離器 目前已在韓國(guó)、美國(guó)、波蘭、印度、泰國(guó)、中國(guó)等國(guó) 家有了實(shí)際的應(yīng)用,污水處理效果普遍良好。
9聲波、微波和超聲波脫水技術(shù)
聲波可加速水珠聚結(jié),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(wěn)定性的同時(shí),還可加熱乳狀液,進(jìn)一步 促進(jìn)水滴的聚結(jié),在解決我國(guó)東部老油田因三采 等引起的原油性質(zhì)復(fù)雜的深度脫水問(wèn)題方面具有 很好的應(yīng)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(shù)是把微波場(chǎng)對(duì)單相流和多 相流物化反應(yīng)的強(qiáng)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于水處理的一項(xiàng)新 型技術(shù)。
超聲波是一種高頻機(jī)械波,其頻率一般2× 104~5×108Hz之間,具有能量集中、穿透力強(qiáng)等特 點(diǎn)。超聲波在水中可以發(fā)生凝聚效應(yīng)、空穴或空 化效應(yīng)[10]。當(dāng)超聲波通過(guò)含有污水的溶液時(shí),造 成微小油滴與水一起振動(dòng)。但由于大小不同的粒 子具有不同的相對(duì)振動(dòng)速度、油滴將會(huì)相互碰撞、 粘合,使油滴的體積增大。隨后,由于粒子已變 大、不能隨聲波振動(dòng)了,只作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。最后水 中小油滴凝聚并上浮,油水分離效果良好。超聲 處理乳化油污水時(shí),必須以先通過(guò)實(shí)驗(yàn),以確定最 佳的聲波頻率,否則可能出現(xiàn)超聲粉碎效應(yīng),影響 處理效果。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用超聲波技術(shù)降 解水中的污染物已多達(dá)幾十種,但所研究的對(duì)象多為單組分模擬體系,而實(shí)際污水中常含有多種 污染物,因此超聲波技術(shù)在實(shí)際污水處理中的適 用性如何還有待進(jìn)一步的研究。此外,目前有關(guān) 利用超聲波技術(shù)降解水中污染物的研究大多屬于 實(shí)驗(yàn)室階段,且由于聲化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的降解機(jī)理、 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)放大等方面的研究開(kāi) 展得很不充分,目前還難以實(shí)現(xiàn)工程化。
10超聲/電化學(xué)聯(lián)用技術(shù)
利用超聲的空化效應(yīng),可在電化學(xué)反應(yīng)中使 電極不形成覆蓋層,避免電極活性下降;超聲空化 效應(yīng)還有利于協(xié)同電催化過(guò)程產(chǎn)生·OH,而使污 水中的污染物的分解加速;超聲還可使有機(jī)物在 水溶液中充分分散,從而大幅度提高反應(yīng)器的處 理能力。Mizera等在電解氧化處理含酚廢水時(shí)發(fā) 現(xiàn),無(wú)超聲存在時(shí),只有50 %的分解率,若使用 25 kHz、104W/m2的超聲波處理時(shí),酚的分解率會(huì) 提高到80 %。劉靜等利用超聲/電化學(xué)聯(lián)用技術(shù) 對(duì)印染廢水的處理表明,在超聲波和電場(chǎng)的協(xié)同 作用下,廢水的脫色率大大高于單獨(dú)使用超聲波 時(shí)的脫色率。
11結(jié)語(yǔ)
油水分離技術(shù)是當(dāng)前處理含油污水的關(guān)鍵技 術(shù)之一,上述方法各有不同的適用范圍,應(yīng)根據(jù)不 同種類油的性質(zhì)和不同的水質(zhì)要求,采用不同的 處理方法。
以上各種處理單元在含油廢水處理中并不是 單一出現(xiàn)的,因?yàn)閺U水中的油粒多數(shù)同時(shí)存在集 中狀態(tài),很少以單一狀態(tài)存在,所以含油廢水處理 采用多級(jí)處理工藝,經(jīng)多級(jí)單元操作分別處理后 方能達(dá)到排放或回用標(biāo)準(zhǔn)。