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氣浮法處理含油廢水的研究

摘 要

自從我國進入一個新的經濟社會發展階段以來,各個產業所必需的能源和資源數量逐年增加,直接地導致石油生產總量的增加,含油廢水的產生也是必然的?;诖?,文章首先介紹了氣浮法的基本工作原理及其應用類型,緊接著對流體進行了分析并提出當前我國污水處理中經常使用的氣浮技術、溶氣效率測定方法和影響因素,以及各種因素對除油率的影響規律。。

 關鍵詞:含油廢水 加壓氣浮 溶氣

第一章 含油廢水處理的發展現狀

 1.1 研究背景及目的意義

水污染是一個極其復雜的問題;污染類型多,污染程度也不同,這就使得水處理成為了一項非常復雜的工程。含油污水是常見的,如果不能及時處理,會給人類社會帶來嚴重的環境污染,其中的致癌物質會隨著排放的水污染周圍的動植物,影響人體健康。

含油污水主要含義是說它是一種含油和化學成分繁多、來源不同的已經廢棄的用水。在石油、鋼鐵、機械制造、食品加工等生產過程中,水與油直接進行相互接觸便會產生含油廢水。其主要成分包括:輕烴、重烴、燃料油、焦油、潤滑油、脂肪油、蠟油、皂類等[1]。

排出的污水也很有害。漂浮油容易在水面上分散形成油膜,使得水面上的氧失去了溶解氧,造成水中有臭氣味,造成各種動植物死亡。油及其被有機分解的化學產物中也有可能會含有許多種用于化學物質,或者來說是天然有毒的有機物質,如苯并蔥及其他多種雜環有機芳烴。這些污染物以及一些有毒的有機化學物質通常會被地下水系統中的生存生物吸收富集,這對在水中生存的生物有一定影響。油膜是油脂浮在水表面的一種形式。在各種自然因素的作用下,其部分成分和分解產物在大氣中揮發,其中產生的有危害的物質污染了這些水體的上部表層和周圍的整個自然界和大氣環境;由于海上常年會有船舶快速行駛,海水流速變化快,海上暴風雨等因素,它們會將污水帶到干凈的水域,造成更多污染,威脅附近居民的飲用水源[2]。

含油量高的污水對自然環境有很大的危害,它對人類自然環境和社會的生態系統產生了很大的破壞。因此,當一層懸浮油在水面上迅速分離和擴散并在水體表層上形成油膜時,油層將水體和空氣分開,水體的氧源將中斷,溶解油和乳化油都需要通過氧氣才能被溶解。在溶解的過程中,水和二氧化碳濃度增加,pH值隨CO2濃度的升高而降低,水開始呈現出缺氧狀態。水如果處于一個pH值過低的狀態,在一般情況下,魚類將無法繼續生活。大量油氣廢水若被人直接空氣排放輸送到固體土壤,由于其空氣過濾和土壤吸附的重要作用,會在固體土壤深層表面直接形成一層層的石油空氣薄膜,阻止大量的石油空氣直接排出進入固體土壤,嚴重地還會阻礙了土壤微生物的正常繁殖和生長發育,也會嚴重破壞土壤的團聚體和結構。向市區地下管線排放廢油,可能影響外排設備和污水處理工程的正常運行[2]。

目前,隨著當代我國國民經濟社會政治文化經濟生活的進一步健康發展,人們的生活工作和日常生活品質水平也在不斷要求得到重大改善,人們愈加重視其日常生活起居環境的安全與人們日常生活,因此對于室內含油煙等廢水的清潔處理也已經得到了越來愈多的社會重視[3]。

含油廢水處理的質量直接關系到我國的自然環境狀況。同時,含油污水處理也是保護油田及其周邊環境的重要措施。含油廢水的處理方法有很多種,其中浮選法具有高效分離的功能,可以完成含油廢水的沉淀和澄清,也可以進行含油廢水的處理。廢油處理空調技術的研究對我國經濟和生態發展具有重要意義。

 1.2 含油廢水處理的技術

廢水處理中的活性油主要成分是以無水懸浮活性油、分散活性油、乳化油及無水溶解活性油等二十多種形式自然出現[4]。含油廢水也很常見,會對整個人類和自然界都造成嚴重的環境損害,含油廢水在地球上對于水圈、生物環境、大氣等都造成了巨大的損害性破壞和毀滅性的破壞,對于人類健康和其生存環境也造成了嚴重影響,含油廢水處理問題是一個亟待解決的問題,隨著科學技術的發展,廢油的處理方法越來越多,如以下幾種:

 1.2.1 氣浮法

氣浮是將水中所有懸浮物通過氣泡固定在一起,然后利用氣泡的浮力將其提升到水面的一種含油污水處理技術。氣浮可以被用來在空氣中分離出固體和液態、物質和液體及其溶質的離子。高效性是氣浮的重要優勢之一,所以氣浮技術被認為是目前應用最廣泛的工業廢水處理技術,按照其產生氣泡的途徑和方式不同,氣浮可以細分為鼓氣氣浮、加壓浮選和電解浮選[5]。

 1.2.2 絮凝法

絮凝處理法的工作原理就是在工業廢水中直接加入具有一定量的等比例的中性絮凝劑,這種量的絮凝劑一般可以對附在膠體中的顆粒部分產生具有靜電性的中和、吸附以及高壓架橋等化學作用,使得附在膠體中的顆粒不穩定,引起絮凝沉淀,消除廢物中的懸浮物和可溶性污染物。

常見的無機絮凝劑主要有鋁鹽、鐵鹽。無機絮凝劑的處理速度很快,但無機絮凝劑的實際使用率很大,產生了許多的污泥廢棄物,而且有機高分子混凝法的應用也很迅速。Claes研究結果表明,以陰離子為表面活性劑(如十二烷基磺酸鈉)作為固體穩定劑的大豆油/水乳液,經陽離子聚合物絮凝劑聚丙烯酰胺和聚乙烯亞胺絮凝后,去除率達到99.5%以上,凝聚的污泥顆粒大且密實[6]。

1.2.3 粗?;?/strong>

粗?;ㄊ菍⒋罅亢臀鬯淙胨?,濃縮成小顆粒,達到油水分離的目的。粗晶材料是這項技術的關鍵,而材料性能的關鍵則是它表面的憎水性和親脂性,經常會用到的親脂性材料有蠟球、聚氨酯泡沫等。除此之外,部分親水性材料也能獲達到較好的除油效果。

粗?;üに囇b置的優點是小體積、高效率、組成結構簡單、不用加入任何化學試劑、不會有二次污染、成本少;缺點是有表活劑存在于水中時,填料容易堵塞,出水含油量高,影響處理效果,往往需要進一步處理[7]。

 1.2.4 吸附法

吸附法是處理含油廢水的一種技術。在近幾年中,吸附技術使用的越發成熟,含油廢水處理過程當中,吸附發揮了非常重要的作用。將吸附劑大致劃分為三種:碳吸附劑,無機化學吸附劑以及有機化學吸附劑。吸附劑種類繁多,在這之中,活性炭的應用很廣泛,處理效果明顯,但由于活性炭是一種資源物種,其含量有限;其次,活性炭在含油廢水處理中的應用會增加成本負擔,因此吸附法在實際應用中會遇到很多困難。

1.2.5 生化法

生化法是一種利用微生物去除有機物的方法,包括活性污泥法、生物膜法以及氧化塘法。

生化法以其獨特的優點在國內外得到了廣泛的應用,但生化法也存在著水質變化大、沖擊負荷小等缺點,這一缺陷在國內學者的相關研究中也可以看出,因此,在未來生化技術的發展中,如何保持原有的優勢,進一步提高廢油生化處理效率,減少廢油生化處理帶來的問題,將重點研究。

1.3 本文研究內容

本研究以氣浮選法處理含油污水為主要研究對象。研究和探討含油污水的水處理工藝。對溶氣釋放器進行了選擇,對各種因素對溶氣效率和去除油率的影響做了分析。

 1.3.1 釋放器的選擇

通過對兩臺不同釋放器溶解氣體效率的測定,并結合實際工作中的情況,對釋放器進行選擇。

 1.3.2 溶氣效率的測定

為了使溶氣罐內的液位在提前預定好的壓力下達到平衡,就要改變溶解氣體的壓力,即水中的溶解氣體達到飽和,將不同壓力下溶解氣體的效率測量出來。

1.溶氣壓力

通過觀察分析溶氣壓力的變化,得出溶氣效率的變化規律。

2.氣液比

隨著氣液比的增加,在水中的溶解的氣體量和微氣泡的釋放量隨氣液比的增大而增多。

3.溶氣時間

通過對不同氣體溶解時間下的氣體溶解效率值的分析對比,得到最好的溶氣壓力和最佳的溶解氣體的時間。

  1.3.3 除油率的測定

本實驗首次系統地分析了影響除油效率的諸多因素,包括:溶解氣體壓力、溶氣量和氣油比、混凝劑、礦化度、pH值等。

1.溶氣壓力:觀察分析得到氣浮效率與溶氣壓力間的聯系。

2.溶氣量和氣油比:經過實驗,確定適合的溶氣量及氣油比,使得到的浮選效果最好。

3.混凝劑:從大量的實驗中確定聚合鋁的投加用量,用來提高除油效果。

4.礦化度:因氣體在水中的溶解程度與水中含鹽量為正反比的關系,所以使溶氣量變小,油的去除效率也會隨之大幅降低。而且除油效率之所以得到顯著改善,其原因主要還是由于空氣氣泡尺寸大小變得更小。在采用氣浮選技術處理含油廢水的過程中,鹽度不宜過高,應控制鹽度。

5.pH值:確定最佳的pH值使用范圍。

第二章 氣浮除油系統

 2.1 氣浮除油系統的原理

  2.1.1 氣浮法概述

氣浮分離技術也稱為氣泡吸附分離[8]。氣浮分離技術主要目的就是將大量高度分散的小型微氣泡直接引入到需要進行處理的水中,作為載體將其附著于待去除的顆粒(油珠)上,形成一個比水密度低的浮體,漂浮于水面上,完成水中固體與固體、固態與液態、液態和液體之間的分離[9],這主要是因為氣泡主要是由非極性的分子構造而成,這些分子通??梢院褪杷允拖嗷ソY合,并通過油滴浮升。浮速可以提高近一千倍,油水分離的效率更高。

 2.1.2 原理

氣浮法的原理為水中油珠和懸浮顆粒的上升斯托克斯定律[10]:

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式中:

u—懸浮顆粒物(或油珠)的浮升速度(cm/s); g—重力加速度(cm/s2);

d—固體顆粒(或油珠)的有效直徑(cm); ρw—水的密度(g/cm3); ρ0—懸浮顆粒(或油珠)的密度(g/cm3); μ—水的粘滯系數(Pa·s)。

在上述計算公式2-1中,重力加速度g不變,水的運動粘滯張力系數g也可以轉換作為一個常數,水的直徑密度可以保持恒定不變,油珠和其它懸浮固體顆粒的重力升降運動速度和直徑密度與溶于水的水中油珠和其他其它懸浮固體顆粒之間的運動直徑均和密度關系成正比,與油和水的直徑密度差和油珠或者其它懸浮固體顆粒之間的直徑密度相對關系數也成正比[11]。

2.2 實現氣浮分離的條件

在氣體浮選的過程中,微細的小型氣泡將直接附著到懸浮在水中的油滴或固態顆粒物上,“氣泡-顆?!睆秃象w就形成了,其總密度低于水的密度。與微細小型氣泡一同浮到在水體表面。為了能都更好地進行氣浮分離工藝,必須在同一時間內滿足三個基本條件;

1.水中一定有足量的微細小型氣泡;

2.準備要分離的顆粒物質要形成不溶性的固體懸浮物亦或是液體懸浮物,

3.微小氣泡必須附著油滴或懸浮顆粒[12]。

 2.3 氣浮法的分類

  2.3.1 電解氣浮法

電解氣浮選法是在污水處理過程中導入正負電極的物理原理,即勞動者將正負電極放入油污水,接通電源,利用電子“同性相斥、異性相吸”的物理原理,產生電解反應。在這個過程中產生的氣體有一定的吸附作用,最后這些物質可以一起形成含油殘渣,浮在污水表面。在一系列的反應結束之后,工作人員用刮渣工具,就能去除污水中大部分的廢棄物,最終保證清潔的能力和效果[13]。

  2.3.2 誘導氣浮法

需要借助工具和設備進行廢水處理的工藝方法稱為誘導氣浮選法。儀器被放入水中后,打開電源,利用儀器振動和攪動的方式,可以把較大的氣泡分成許多小氣泡。當氣泡再次聚集時,將引導污漬的附著,從而提高含油廢水的處理效率。因此,這種方法又稱為布氣氣浮選法,因為其操作方法簡單,所以得到了廣泛的應用。

 2.3.3 溶氣氣浮法

溶氣浮選有真空溶氣浮選和壓力溶氣浮選兩種。前者是指工人通過真空操作方法,含油廢水在負壓作用下,廢水中的氣泡被分解成一系列的微氣泡,然后根據上述浮氣的原理使油被分離出來。壓力溶氣浮選是以含油廢水的一些特性為基礎,根再通過氣泡的壓力和溶解度特性,提高含油廢水的壓力,最終達到氣泡微細化的目的。

 2.3.4 生物氣浮法

將生物、化學理論知識與氣浮結合起來進行污水處理的方法,我們稱之為生物氣浮法,首先用顆粒分析儀和光譜儀對廢水中的主要成分進行分析,隨后計算污水的濃度。最后,根據相關化學反應原理,對會污染環境的離子進行化學反應,使其沉淀,降低濃度,利用反應中產生的小氣泡粘附其他雜質,來提高含油廢水處理的效率[14]。

2.4 氣浮法的特點

雖然浮選技術存在著工藝復雜、操作要求高等缺點,但其獨特的優勢仍然使其得到了廣泛的應用。

1.由于液體懸浮池的外觀和表面載荷,有可能會超過12m3/m2·h,因此,液固分離的時間一般應小于30min,混凝反應要求低,故它還可以大大減少占地,它還是一個節省了基礎工程建設的投資。

2.預曝空氣是污泥懸浮池所必須具備的一種功能,在出水和懸浮渣中可以含有少量氧氣,這對于廢水被回收后的后期處理或者后續回用是有好處的,污泥不易分解。

3.對藻類濁度低,不容被易沉淀分離的污水,氣浮選法處理效果好,出水水質好。

4.污泥含水率低,一般小于97%,且粒徑小,對后續污泥處理有所幫助。

5.有用的物質可以回收利用。

6.氣浮選法的化學藥劑用量低于沉淀法[15]。

 2.5 不同氣浮工藝的特點比較

如表2-1所示,表中是四種不同氣浮工藝的特點[16]。

表2-1 不同氣浮工藝特點比較

方法 氣泡粒徑/mm 去除率 占地面積成本抗沖擊能力 除油效果
溶氣氣浮 0.02-0.1 90%左右 一般強 可將粒徑大于5-10μm的油滴與懸浮物分離脫除
電解氣浮 0.01 95%左右 一般 高差 具有氧化、脫色和殺菌的作用,產生污泥量小
散氣氣浮 1-10 80% 低強 適用于懸浮物濃度較高的污水,設備不易堵塞
渦凹氣浮 1-10 80% 低差 一般用于污水處理廠的二級除油處理

2.6 氣浮法的應用前景

1.在廢水處理工藝中應用氣浮技術,可以提高廢水處理效果,達到回注水的要求。

2.采用氣浮技術代替自然除油,高ft去油和混凝除油可大大簡化廢水處理工藝,降低廢水處理成本,氣浮處理小顆粒、含油量高,乳化嚴重的含油廢水具有明顯優勢[17]。

第三章 加壓溶氣氣浮除油系統

 3.1 原理

在高溫和壓力的作用下,空氣或者是氮氣直接溶解于廢水中,達到一種飽和的狀態,然后迅速下降,達到正常壓力。此時,迅速溶解在水中的氣體變得過飽和,作為小氣泡釋放并與水分離。乳化油和其他懸浮物的顆粒先是附著在一個氣泡上,然后再次浮升,在一個水面上逐漸形成一層泡沫,然后被自動刮渣機刮掉,凈化油田采出水 [20]。

3.2 工藝流程

廢水首先在氣浮池中進入反應槽,在反應槽中需要加入多種反應劑,再進入廢水接觸區。已經通過溶氣罐進行了加壓和氣水混合后的溶氣水也在同一時間在此處釋放出來,形成大量小氣泡與污水接觸后直接進入分離區。通過這些氣泡,廢水中的懸浮顆粒被直接送到氣浮池表面進行泥水的分離,清水從底部的管道和集水裝置排出,泥渣從刮渣機中排出,送至污泥罐[18]。根據加壓工藝不同,加壓方式溶氣的浮選加壓方法大致可以分別細分為完整的流程系統加壓方式溶氣氣浮、部分流程加壓方式溶氣氣浮和部分的回流流程加壓方式溶氣氣浮。

 3.2.1 全流程溶氣氣浮法

所有廢水從泵的標準大氣壓力下降到3-4大氣壓,在這個壓力罐內部應注入了一定數量的壓縮空氣,然后再將剩余的水氣加熱混入罐內,繼續經加壓至少一段時間,使得氣水能夠混合和被溶解,然后從升降壓閥中排出,在標準大氣壓下即可進入廢水懸浮池,待處理廢水中含油量和其他懸浮固體含量都比較高時,通常使用此過程。

21112e3dcd44dc2aae0e79aaf3830c68  圖3-1 全流程溶氣氣浮流程示意圖

由于浮選系統受到功率消耗(大型壓力裝置和氣罐)的限制,溶液壓力因此不能升得過高,不能使氣泡均勻、并且飽和度偏低等,因釋放器廢水中化學物質含量相對較高,釋放器的廢水排出口經常被堵塞,廢水通過射流和釋放器時就會受到抑制或者阻塞,導致整個系統運行不正常。如果氣浮前我們需要對其進行一次混凝后的處理,已經產生的這些物質所形成的絮體可能會隨著壓縮、溶解這些物質而被毀壞或者破碎。因此,其應用范圍有限。流程示意圖如圖3-1所示。

 3.2.2 部分溶氣氣浮法

在這個過程中,只有部分的廢水經過加壓和溶氣處理,然后放入氣浮池,與沒有經過加壓處理的廢水進行混合,利用氣泡產生的污染物將廢水中所有的污染物從空氣中分離出來,加壓溶解氣體的用水量一般僅占總水量的30%-50%。形成的氣泡更加分散、均勻[19]。流程示意圖如圖3-2所示。

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圖3-2 部分溶氣氣浮流程示意圖

 3.2.3 部分回流溶氣氣浮法

與全流程加壓式溶氣相似,但比全流程加壓式更適合處理含油量偏低的污水,還能節省能量消耗約50%,污水系統不壓制壓力、不阻礙污水流動,設備運行平穩;溶氣釋放器的堵塞情況之所以被清除,是因為釋放器內部是清水;部分回流加壓溶氣法也同樣能很好地利用混凝劑進行除油,用量大約可以降低20%-30%,絮體也不會受到破壞。當廢水中需要經過乳化油處理的廢物含量較高時,可考慮采用此種工藝,如圖3-3所示。用于工藝中加壓和回流的水量在該工藝流程中僅僅是工業處理水量的30%-40%,可有效地降低水力功耗,充分利用水中微小氣泡,與此同時,控制更加靈活,操作條件可根據水質進行調整。一般認為,該工藝的處理效果比較好,絮體也不會碎裂,水質也比較好,加壓水泵和溶氣罐的最大容量和能耗相對較小,但氣浮罐容積增大。目前,這種方法在我國得到了廣泛的應用[20]。

03924ee5b435e5e8293b111b16978665  圖3-3 部分回流溶氣氣浮流程示意圖

3.3 設備結構與特點

加壓溶氣氣浮法的工藝裝置主要是由壓力溶氣系統、空氣釋放裝置、氣浮池三個大部分共同組合而成的。

 3.3.1 壓力溶氣系統

壓力溶氣系統包括有壓力水泵、壓力容器罐等裝置,通過使用壓力水泵用一定量的壓力將自來水和空氣輸入到壓力容器罐,使自來水和空氣互相充分地接觸碰撞。溶氣罐可以分為許多種,其中填料溶氣罐效率最好,較無填料溶氣罐效率高約30%。建議選擇采用能源消耗低、溶氣效率好的空氣壓縮機噴淋填料罐[21]。

 3.3.2 空氣釋放系統

空氣釋放系統由空氣釋放器(或多孔管、降壓閥)和溶解氣體管組成,溶解氣體釋放裝置的主要作用之一就是通過消散溶氣水的化學能量和降低溶氣水的壓力,使得被溶解的氣體以一個小氣泡的形態進行釋放,并迅速、均勻地將其黏附在水中的雜質上[22]。

3.3.3 氣浮池

在氣浮池,水中的微氣泡和懸浮顆粒充分混合、接觸和粘附,將帶氣顆粒與水分離開來。氣浮池可以用許多種形式進行配置,通過水質的部分特征、處理要求和待處理污水的不同狀況,已經建立出許多了各種不同配置形式的氣浮池,其中最常見的是平流和垂直流。

 3.4 加壓溶氣氣浮法的特點

1.在壓力條件下,氣體溶解度高,氣泡細而多,浮速慢而穩定;

2.水質變化對浮選效果沒有太大影響,處理量大。

3.裝置占地面積小,結構緊湊,操作維護方便[23]。

因此,加壓溶氣工藝已被廣泛運用,且機組數量較多,能適應大、中、小不同污水處理量的處理,由于這個原因,研究人員對其基本工作原理和技術特性的研究更加深入和系統了。但是在當前,這項技術還不夠完備。比如,釋放器的釋放口容易被堵塞等問題?,F在已有的溶解氣體釋放裝置已經設計了很多防阻塞措施,但仍然不夠理想,時不時會出現堵塞。

 3.5 混凝劑

近年來,混凝法被廣泛應用于去除油,混凝的辦法是將混凝物質放入廢棄油水中,通過混凝物質的架橋特性將油滴聚集起來,形成一個聚合體,最為工作人員常用無機混凝劑是鋁鹽和鐵鹽。

一般而言,它們之間應該是能夠互相吸引從而形成大量的油滴,并且可以利用它們之間的密度差自動地漂浮在液體的表面,但由于油滴和水的極性部分是由兩個相鄰的親和力分子共同組成的,它的非極性端直接吸附在水中,極性部分會延伸入水中,繼續產生電離,使得油滴的表面被一層反電荷所包圍,油滴對于氣泡表面的吸附也會受到影響,為此,在氣浮選前進行第一次穩定破乳。向廢水中添加混凝劑一般是有效的。

第四章 溶氣效率與影響因素

在進一步了解了一些含油廢水的現狀、背景,氣浮工藝技術處理含油廢水的一些基本原理、特點和其分類,以及一些工藝流程后,本章通過系統的實驗及所得實驗數據,來具體分析氣浮工藝技術處理含油廢水的溶氣效率及影響因素。

 4.1 工藝流程

按照預先設計的用量配制水樣,并將污水池用作隔油池。準備好的水樣本靜置約30分鐘,以除去未乳化的油滴。把壓縮空氣加到油箱里。當水箱壓力達到2-3kg/cm2時,啟動水泵(在廢水中加入適量凝結劑) ,將水注入溶氣罐,溶解空氣,當溶氣罐內液位達到1/3高度時,把釋放口的閥門打開,同時加入溶氣水和油污水到氣浮池中進行氣浮作業,讓溶氣壓力始終能夠保持在設定值。當池中的水位到達出渣口時,渣即可排出。用紫外線光譜儀測定處理過后的水樣。工藝流程如圖4-1所示。13727c3aadc0ed043fe0f8c0595fa8c1

圖4-1 污水加壓流程圖

4.2 實驗設備

配水水箱:800×500×700mm溶氣罐:Φ100×1700mm

空氣壓縮機:UB-0240型,排氣量:60L/min,功率:0.5KW釋放器:TS-78型

氣浮池:Ф600

氣浮區高度:550mm接觸區高度:400mm

空氣流量計:量程:0-60mL/min轉子流量計:LZB-15

紫外線高分子激光儀的光度測量計:751型,波長測量范圍:200-1000nm

 4.3 溶氣效率

溶氣效果是控制加壓溶氣裝置質量的重要技術指標。直接地反映了該裝置的水溶解空氣的能力,和系統中回流比的高低密切相關,直接影響污水處理系統最后的處理成本。故此,提高溶氣效率已經成為一些技術性的科研單位和環境保護設備制造廠家的使用目標,正確地計算了溶氣效率對于設備的研制、開發及其生產具有非常重要的現實意義。

 4.3.1 概念

1.溶氣效率的計算

現在,將實際放出的氣體體積和其理論中溶氣質量的相對比值確定為溶氣效率:

331f5150952279f6ac40abccb24de198 ?。?-1)

式中:

η—溶氣效率(%); VG—實際釋氣量,實際測得的單位體積加壓溶氣水釋放出的氣體體積(mL/L);

VT—理論溶氣量,單位體積飽和加壓溶氣水的溶氣量與常壓下飽和溶氣量的差,再將其換算為釋放氣體時的氣壓和溫度下的體積(mL/L)[24]。理論溶氣量一般可以看成單位體積的加壓溶氣水在標準大氣壓力下釋放氣體的最大體積。

2.理論溶氣量的計算方法

理論溶氣量的計算公式如下:

ff7ddcb3b24a46509f06cb5e9bfe898a ?。?-2)

Kt—空氣溶入水中的亨利系數,隨著水的溫度而變化關系如下表4-1; p—罐內氣體的相對壓強,為表壓(MPa)[25]。

表4-1 各種水溫條件下的亨利系數

水溫(℃) 0 10 20 30 40
Kt(mL/L/MPa) 0.0377 0.0295 0.0243 0.0206 0.0179

當前國內外文獻對溶解氣體的體積沒有統一的計算公式,但它也是從亨利定律推導出來的,這些計算考慮了空氣是混合氣體的事實,使用了亨利定律中混合空氣的概念。根據表4-1的數據,由等差法:

a38a53d3c17a45218ac88eb9bf0331ba ?。?-3)

計算21℃至25℃不同水溫下的Kt值,見表4-2。表4-2 水溫在21℃至25℃的Kt值

水溫(℃) 21 22 23 24 25
Kt(mL/L/MPa) 0.0239 0.0236 0.0232 0.0228 0.0225

3.氣液比

氣液比A/L,即平衡狀態下的氣液,每升液體能溶解的最大氣體量。計算式如下:

fd02ea78eabdbc30a447abf3ca3f4ab5 ?。?-4)

Q1—空氣流量(mL/min); Q2—溶氣水量(mL/s)。

因為實驗條件的有限,在減壓條件下已經溶在水中的空氣可以完全釋放并漂浮。換句話說,在計算溶解氣體效率的公式中,氣液比是實際釋放的空氣量。

4.3.2 實驗數據

表4-3和表4-4分別顯示了釋放器1和2的數據。溶氣壓力、空氣流量、氣液比與除溶氣效率之間的關系分別如圖 4-1、圖4-2和圖4-3所示。溶氣壓力與氣液比的關系如圖4-4所示。溶氣壓力與空氣總量的關系見圖4-5[26]。

表4-3 釋放器1的實驗數據

水溫(℃) 溶氣壓力空氣流量

(MPa) (mL/min)

溶氣水量

(mL/s)

氣液比(mL/L)溶氣時間(min)空氣總量(mL)溶氣效率(%)
23.00.2116.09.627.87.8124.876.1
23.00.2218.010.030.07.4133.278.4
24.00.2320.010.432.17.3146.081.6
24.00.2422.010.235.97.6167.287.5
24.00.2524.09.840.87.9189.695.4

表4-4 釋放器2的實驗數據

水溫(℃) 溶氣壓力空氣流量(MPa) (mL/min) 溶氣水量

(mL/s)

氣液比(mL/L)溶氣時間(min)空氣總量(mL)溶氣效率(%)
23.00.197.05.023.317.0119.070.5
23.00.2110.05.928.214.0140.077.2
23.00.2313.06.334.411.3146.986.0
24.00.2414.06.436.510.8151.288.9
24.00.2515.06.240.311.3169.594.3

28bc50be92640e997effd04c0fb28647  圖4-1 溶氣壓力對溶氣效率的影響 圖4-2 空氣流量對溶氣效率的影響

5e5e38b2a380bb7037a777d9f1df27df  圖4-3 氣液比對溶氣效率的影響

f1a504136421a83659d2e27b257d76b8  圖4-4 溶氣壓力對氣液比的影響圖4-5 溶氣壓力對空氣總量的影響

124cc7fff329cbcac03953d66d5ebed7  4.3.3 數據分析

1.在這次氣浮選實驗里,起決定性作用的是溶解空氣壓力,由圖4-1可以知,溶解氣體的量隨溶解氣體壓力的升高而增加,與此同時,溶解氣體的效率也得到了提高。

2.在浮選處理含油污水過程里,對于處理效果,空氣的流動量扮演了一個非常重要的角色??諝饬髁颗c溶解氣體效率間的關聯見圖4-2.空氣流量(接近理論值)增加時,溶解氣體效率也在增大。由此得出,加大空氣流量有助于去除油效率的提升。

3.可從圖4-3看出氣液比與溶解氣體效率的關系,氣液比逐漸變大時,水中溶解氣體的量也增多了,溶解氣體的效率數值因此升高。

4.溶解氣體壓力與氣液比的關系如圖4-4所示,由于液體比隨著溶解氣體壓力的增加而增大,所以通過增加氣體液體也比可以提高溶解氣體的效率。

5.圖4-5顯示了溶解氣體壓力與空氣總量之間的關聯。當空氣總量達到最大值時,溶解氣體壓力達到最大值時,可選擇0.25Mpa作為與系統原來選擇的最大壓力相匹配的最佳溶解氣體壓力。

如圖4-1、圖4-2和圖4-3所示,釋放器1和釋放器2測定溶解氣體的效率沒有顯著差異,但當釋放器1的壓力達到 0.25MPa時,氣體的溶解效率高于釋放器2,釋放器2需要比釋放器1上增加一個單孔軸承,容易堵塞,因此選擇釋放器1。

 4.4 除油效率的影響因素

  4.4.1 溶氣壓力對除油率的影響

溶解氣體壓力與除油率之間的關系如圖4-6所示。溶解氣體壓力越高,除油率越高。這可以用一般浮速方程4-5來解釋。

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c398e863856c9c0400489b66c45081ea  圖4-6 溶氣壓力與除油率的關系

  4.4.2 溶氣量及氣油比對除油率的影響

當溶解氣體壓力為0.3MPa時,溶氣量、氣油比與除油率的關系見表4-5。表4-5表明,溶解氣體體積、氣油比與除油率的之間為先增大后減小。當溶解氣體為40.8mL/L,氣油比為0.45時,除油率最高。

表4-5 溶氣量、氣油比對除油率的影響

溶氣量(mL/L) 氣油比(mL/mg) 原水中油(mg/L) 出水中油(mg/L) 除油率(%)
27.8 0.30 91.5 34.2 62.6
30.0 0.33 91.5 30.0 67.2
32.1 0.36 91.5 26.3 71.3
35.9 0.39 91.5 16.5 82.0
40.8 0.45 91.5 9.7 89.4
46.1 0.50 91.5 22.9 75.0

4.4.3混凝劑投加量對除油率的影響

在pH=8.0,溶解氣體壓力為0.3MPa,溶解氣體水流量為80L/h的條件下,聚合氯化鋁用量對除油的影響如下圖4- 7可見。

隨著絮凝劑用量的增加,除油率先增加和減少。從圖表中我們可以清楚地看出,當用量為50-70 mg/L時,除油率最高且穩定。水中的絮凝劑的添加可以通過壓縮水中顆粒物質表面的雙電子涂層來有效地增加顆粒通過相互碰撞而增加,然后相互附著來實現。帶氣泡浮升,從而徹底去除這些顆粒。同時,該混凝劑還可以具有橋聯的作用,同時,該種混凝劑還具備橋聯功能,可以促進顆粒之間的黏附更好、更迅速。該種混凝劑的水解反應產物可以和氣泡或微絮體進行黏合和連接,形成一種相互緊密包裹、又有利于氣浮的共聚物。隨著混凝投加量的增加,混凝劑的水解產物逐漸增多,形成一種無定形氧化鋁,在漂浮附著氣泡的過程中能起到清洗作用,能有效地去除水中的懸浮物和顆粒。因此,在較大的使用量范圍內,可以很好地減少水中的渾濁度。然而,當混凝劑使用量太高時,水中會殘留較多的無定形氫氧化鋁,令出水的濁度變大。

e73e9c6b3bbe5c49ee3f5e086f5e9310

圖4-7 投藥量與除油率的關系 圖4-8 礦化度與除油率的關系

 4.4.4 礦化度對除油率的影響

鹽度與除油率之間的關系如圖4-8所示。水中的一種鹽性電解質會通過壓縮油粒和水的界面之間形成的雙電層厚度,使得油粒變薄失去了穩定性,因此,去油率大幅提高。當含鹽量超過3%,則浮選效率變得穩定。這主要是由于氣體在水中的溶解度與水中的含鹽量成反比,從而減少了溶解氣體的體積和油的去除效率。

 4.4.5 污水流量對除油率的影響

污水流量對除油效率有很大影響。處理量越大,空氣的氣浮時間越短,空氣的氣浮效率越低。因此,在排水不達標的情況下,減少廢棄水流量可以作為一種有效的運行控制方法。

 4.4.6 pH值對除油率的影響

pH值與除油率的關系見表4-6。

當pH值在6-8范圍內時,除油效果較好,當pH值在7-8的情況下,除油效果最好,當pH>8時,效果顯著下降,因此,建議在6-8之間控制pH值[28],最好是能夠控制在7-8范圍內。

表4-6 pH值與除油率的關系

pH值 原水中油(mg/L) 出水中油(mg/L) 除油率(%)
4 88.5 22.6 74.5
5 88.5 20.1 77.3
6 88.5 11.3 87.2
7 88.5 10.4 88.2
8 88.5 8.3 90.6
9 88.5 18.5 79.1

4.4.7 水溫對除油率的影響

當水溫相對較高時,氣泡和油顆粒之間的碰撞作用效率更高。在一定的溫度下,加熱鍋爐是有利于大幅度地提高了除油效率,但是其實際效果不明顯。

除上述幾個因素外,氣浮所使用的時間、污染物在表面得張力、原油品種、原料類型、進入水中的水質、氣浮助劑、發泡劑等也可能對除油工作效率產生一定影響。

結 論

本文通過對氣浮法處理含油廢水的深入學習與研究,得到了以下幾點結論:

(1)實驗結果表明,在使用釋放裝置1情況下,當溶解空氣壓力為0.25MPa,空氣流量為24.0mL/min時,溶氣效率最高。

(2)結果表明,當溶解氣體為40.8mL/L,氣油比為0.45mL/mg時,油的去除效果最好。

(3)實驗過程中,隨著PAC投加量的增加,氣流中的除油效率先升高后降低,結果表明,PAC投加量為50-70mg/L時,除油效果較好。

(4)采用氣浮選技術處理含油的廢水時,礦化度應不太高,鹽度應控制在3%左右。

(5)當含油廢水運用氣浮選法進行處理時,應盡量在6-8之間控制pH值,如pH值控制在7-8之間,就可得到最佳的去除油效率。

(6)當水中溶解的氣體壓力值越高,浮選的速率通常就會變得越高,氣浮效率變得更高。

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致 謝

光陰似箭,歲月如梭,四年的求學生活不知不覺就要結束了!回首四年的校園生活,自己受益良多,其間所取得的每一點進步都離不開老師的諄諄教誨,同學、朋友的熱心幫助和家人的默默支持,謝謝你們!

本文是在老師精心指導下完成的,撰寫前論文的選題、章節脈絡的確定,論文初稿形成后多次修改和潤色,老師給予我悉心的教誨和無私的幫助,啟發了我的寫作思路,讓我領悟了治學的嚴謹,論文完成的整個過程中滲透著他的心血和汗水。在論文完成之際,我要向我的導師表示誠摯的感謝。本文的完成也離不開其他同學、朋友的支持,他們在論文寫作分析方面幫助了我很多,感謝他們無私的分享精神。

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氣浮法處理含油廢水的研究

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