浮選技術在含油污水處理中的應用進展

　　摘要：介紹了含油污水處理常用溶氣浮選法、葉輪浮選法、射流浮選法和浮選柱，對影響浮選效果的因素進行了分析，根據浮選技術處理含油污水的研究進展狀況，預測了其在國內油田含油污水處理中的應用前景。
　　關鍵詞：含油污水；污水處理；浮選；絮凝劑
　　浮選凈水技術是國內外正在深人研究與不斷推廣的一種水處理新技術。浮選凈水裝置已廣泛應用于石油、造紙、印染、電力、電鍍、化工、化纖、毛紡、皮革、電泳漆、食品、城市污水、洗浴、自來水等行業，并取得了良好的效益。
　　1、浮選法的分類及浮選凈化含油污水的常用方法
　　在污水凈化中，根據水中形成氣泡的方式和氣泡大小。可將浮選法分為4種類型，即溶氣氣浮法，誘導氣浮法、電解氣浮法和化學氣浮法。其中常用的方法有如下幾種：加壓溶氣氣浮法、葉輪式氣浮法和噴射式氣浮法。
　　1.1 溶氣浮選法
　　溶氣浮選法可分為全流加壓式、回流式、部分原水式和壓氣式4種，全流加壓式溶氣浮選法的溶氣量大，所需浮選池的容積小，在油田污水處理中應用較廣泛；回流式溶氣浮選法是部分凈化的水回流到溶氣罐加壓溶氣，然后與來液一起進浮選池，因此，可在原水需要預先混凝和原水含油量比較高的情況下使用；部分原水式溶氣浮選法與全流加壓式溶氣浮選法類似，比較適合處理含油量較低的油田污水；壓氣式溶氣浮選法是通過多孔圓盤、多孔板或一種特殊的噴嘴，把氣體壓人液體中的，比其它幾種溶氣浮選工藝的停留時間短。
　　1.2 葉輪浮選法
　　葉輪氣浮法是依靠高速旋轉的葉輪來產生微小的氣泡。氣泡是被機械混合到含油污水中形成的，停留時間短，除油率高，造價低，適應來水含油量的變化。WEMCO公司生產的葉輪浮選機已被廣泛應用，運行效果良好。國內的一些大油田，如遼河油田、勝利油田、新疆油田等相繼引進了這種浮選機[2]。但是，葉輪浮選機存在著制造、維修麻煩，能耗較高。為了克服此浮選機的缺點，出現了射流浮選裝置。
　　1.3 射流浮選法
　　射流浮選法是利用噴射泵的原理，采用污水或凈化水為噴射流體，當水從噴嘴高速噴出時，在噴嘴的吸入室形成負壓，氣體被吸人吸入室，水高速通過混合段時，攜帶的氣體被剪切成微細氣泡；在浮選室，氣泡上浮，并附著在油珠和固體顆粒上，將其帶至水面。液氣射流泵代替了旋轉葉輪，這樣可用一個水泵提供動力，大大節省了能耗，僅相當于葉輪浮選的二分之一產生氣泡直徑小，且制造安裝、維修方便，操作安全，具有很大的研究和應用前景。但到目前為止，國內在射流浮選裝置方面還沒有系統的研究。
　　2、浮選法凈化含油污水中各種因素的影響
　　影響除油效果的因素有很多，如所用氣體的氣泡尺寸、油滴尺寸、污水的礦化度oH值、表面活性劑和進口含油濃度等，在這些因素中有的是在設計浮選裝置時確定的，有的則為待處理水的特性。其中氣泡直徑、氣體濃度和油珠直徑是影響浮選除油效率的主要因素。在浮選分離室內，水中懸浮顆粒能被氣泡夾帶上浮分離，要滿足以下條件：
　　①粒與氣泡有機會碰撞接觸，且當接近到一定距離時，各自所具有的能量足以克服因表面電荷而形成的能壘，兩者才有可能進一步靠攏；
　　②互相靠攏的顆粒與氣泡，必須能擠破兩者之間的水膜，顆粒才有可能進人氣泡；
　　③進人氣泡的顆粒其大部分體積必須能粘附在氣泡內，顆粒才能隨氣泡一起浮升。
　　含油污水中由于油滴與氣泡表面均帶負電荷而在其周圍形成雙電層，只有當二者所具有的能量能克服由雙電層所形成的能壘，二者接近時才能實際接觸而形成有效碰撞。其有效碰撞強度由絮體表面的疏水性、氣泡大小及水力條件決定。絮體表面的疏水性越強、氣泡越小，其粘附率越高。陽離子型、具有破乳和起泡作用的復合制劑，可以起到壓縮雙電層，增大細小油滴絮凝聚結能力，與油滴表面具有很大親和力，減少氣泡直徑，增大氣泡密度的作用。
　　3、浮選技術處理含油污水的研究進展及展望
　　3.1 浮選裝置的研究進展
　　隨著對浮選過程和機理研究的深入，原浮選裝置存在的問題也越來越明顯，因而改善浮選裝置的處理效果就成為研究的中心問題，如浮選池的結構已由方型改為圓形減少了死角、采用溢流堰板排除浮渣而去掉機械刮泥機構。近年來除了改進原有的浮選裝置提高除油率外，還研究了一些新型裝置——浮選柱處理含油污水。
　　石油大學馮鵬邦等用浮選柱處理含油污水，在實驗裝置上研究了其結構參數和操作參數對浮選性能的影響，研究結果表明：浮選柱是一種具有高效、節能等優點的含油污水處理裝置，除油率在90％左右，處理1m3污水能耗為0.11kw?h，比從國外引進的WEMCO充氣浮選機能耗低50％，成本僅為WEMCO浮選機的1／5，2臺浮選柱的處理能力與1臺WEMCO浮選機相當。
　　Rainder用浮選柱回收乳狀液中的油，試驗結果表明：對給定的送液量，隨送液量濃度的增加，油回收率下降，但產品里的油濃度增加；隨氣體流量增加，油回收率增加；隨表面活性劑的增加，油回收率下降。
　　XuqingGu設計了一種新型的多級環流浮選柱，減輕了浮選中的霧沫夾帶和返混問題，與常規浮選柱相比，分離效率顯著提高。
　　北京科技大學浮選柱研究組研制的適用于高效處理微細粒礦漿的LHJ型浮選柱用于處理勝利油田采出液廢水，結果表明：其除油、除雜效率達97％左右。新型短柱體LHJ浮選柱的特點是：①粒子和氣泡的碰撞是在下導管中進行的，分離過程在柱體內進行，實現了紊流碰撞礦化，靜態分離的良好條件；②采用水射流技術，使礦漿與氣體混合得更充分，動力學損失減少，下導管內吸氣量增加；③使用了平衡管，使下導管完全充滿，充分地利用了下導管的有效高度；④下導管內液面平穩，吸氣量穩定，生產操作控制簡易可靠，是一種有發展前途的高效除油設備。有含油污水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。
　　3.2 浮選中配套藥劑的研究進展
　　浮選處理中所采用的藥劑包括混凝劑和浮選劑，它們直接影響著浮選處理的水質。Richard.G、Luthry等人在溶氣浮選法處理煉油廠乳化油的試驗中發現，在所有的陰離子型、陽離子型和非離子型的絮凝劑中，陽離子型絮凝劑WT2640的處理效果最佳。該絮凝劑是一種液態的共聚物，具有較高的正電荷，其中含有75％的PDADMA（聚乙M烯M甲基胺），在對兩種混凝形式的浮選試驗中發現，浮選前加人有機絮凝劑，可大大地改善浮選效果。楊旭等對葉輪浮選機用浮選劑進行了研究，由陽離子聚合物和表面活性劑（潤濕反轉劑、氣泡劑）復配后，其絮凝能力強、絮粒與氣泡粘附力強、油水分離速度快。去濁率達到90％左右。
　　用于處理含油污水的絮凝劑和浮選劑配套藥劑的發展趨勢是：由單一的無機混凝劑、有機絮凝劑發展為復合型或復配型的制劑，一次完成破乳、混凝。絮凝及浮選等環節。
　　3.3 浮選機的浮選機理研究進展
　　在浮選機理的研究中，探討了浮選過程各種因素對處理效果的影響，為合理地改進浮選處理工藝。確定正確的設計方法提供了理論依據。C.W.Burkhardt”‘在研究葉輪浮選的反應機理時發現，在其它條件不變時，油的濃度隨時間的變化，可用一級反應動力學方程式來表達。對于單級葉輪浮選，其表達式為：
　　dc/dt=-kc即lnc0/ct=kt
　　式中：C—污染物的濃度，mg／L；
　　C0—t＝0時污染物的濃度，mg／L；
　　Ct—t＝0時污染物的濃度，mg／L；
　　k—速度常數，h-1；
　　t一系統總的有效停留時間，h。
　　實際上使用的是多級葉輪浮選，一般為四級葉輪浮選，它的表達式為：
　　c4/c0=(1+kt/4)-1
　　式中：C4—四級葉輪浮選最終出水的污染物含量，mg／L0
　　Niel.J.M.Van.ham等人在研究利用多孔板和單孔板分布器的誘導浮選法處理含油乳化液的試驗中發現，油的去除率也可成功地用一級反應動力學模型來表示，其速度常數為2～60h-1，宮原敏郎等人研究結果也認為可用一級動力學模型來表示。
　　然而，對于誘導式葉輪浮選機，利用上式擬合所得的油濃度與實測所得油濃度相差很大，許多點超過工程允許誤差范圍，模型不太合適，所以，在建立動力學模型時應考慮無法脫除的那部分油的影響。石油大學鄭遠揚在對誘導式葉輪浮選機理研究的基礎上，提出了一個修正模型，即：
　　dc/dt=-k(c-cl)
　　式中：CL一脫油極限濃度，即浮選分離無法脫除的溶解油和微滴分散油濃度，mg／L；
　　k—浮選速度常數,h-1
　　對于間歇式誘導式葉輪浮選機
　　C=（C0－Cl）exp（－kt）＋Cl
　　3.4 浮選技術在油田含油污水處理中的應用展望
　　由于油田含油污水的含油量不同，外觀上也不相同，油越多，顏色越深。原油以顆粒狀態不穩定地存在于污水中，形成水包油的狀態，總的含油量在2000－5000mg/L。含油污水中的油以五種狀態存在，其中浮油（直徑大于100μm）占總含油量的30％左右，它很容易從污水中分離出來；分散油（直徑在10－100μm）約占含油量的63％，它也可以依靠重力從污水中分離出來，但分離速度較慢；乳化油（直徑在0.1－10μm）約占4％，它的分散度較高，很難靠重力進行油水分離；溶解油、油濕固體含量甚微。目前，含油污水已經成為油田注水的主要水源，針對這種水質并通過對浮選技術理論的分析，可以肯定浮選技術在油田
　　含油污水處理中有廣泛的應用前景
　　①在污水處理流程中應用浮選技術，可以提高污水的處理效果，使處理后的水質達到油層注水水質的標準。
　　②用浮選技術部分或全部代替自然除油、斜板除油和混凝除油技術，可簡化污水處理流程，減少污水處理費用。浮選技術用于處理分散油滴粒徑較小、原油比重大、乳化嚴重的含油污水時，具有明顯的優勢。
　　③應該強調的是浮選技術的好壞，取決于所用浮選設備及所用的配套藥劑。因此應加強研制開發成本低、結構簡單、占地面積小、操作維修方便的高效浮選除油設備及配套藥劑的開發。由于新型浮選柱的特點，它有望在含油污水處理中發揮更大的作用。根據含油污水水質的差異，有針對性的開發適應性強、高效、復配性好、多功能、價廉的藥劑仍將是研究者們的一個主要目標。
　　④為提高處理水的水質，油田污水浮選處理工藝還要與其它污水處理方法結合采用。