油水分離技術(shù)的研究進(jìn)展
行業(yè)動態(tài)
1 前言
石油是現(xiàn)代社會應(yīng)用較為廣泛的能源物質(zhì)。當(dāng)前陸上石油工業(yè)在環(huán)保方面存在的主要問題有：鉆井污水年排放量約640×104t，除少量進(jìn)行了處理并達(dá)標(biāo)排放，其余均未處理；采油污水年排放量3800×104t，排放達(dá)標(biāo)率只有52%，其中稠油污水基本全部超標(biāo)排放；煉油污水年排放量2460×104t，排放達(dá)標(biāo)率雖較高，也僅為74%。所以含油污水的處理和再利用是一項涉及環(huán)境保護(hù)和資源開發(fā)的重要工作，現(xiàn)實(shí)意義重大。
2 含油污水的性質(zhì)及處理方法
2.1 含油污水的性質(zhì)
含油污水其主要污染物為油、固體懸浮物、溶解狀有機(jī)化合物以及細(xì)菌等，有的甚至可能含有對人體有毒的元素，如砷、鉻等，它具有以下特點(diǎn)：
（1）油水密度差值小。
（2）水中懸浮固體含量高、顆粒粒徑小。
（3）細(xì)菌含量高。
（4）有機(jī)物含量高。
（5）礦化度高。
2.2 含油污水的處理方法
不同類型的含油污水要采用不同的處理方法。目前國內(nèi)外含油污水的處理方法主要有以下幾種：
2.2.1 物理法
物理法包括重力法、過濾法、離心分離法等方法。
（1）重力分離法。重力分離法是初級處理方法，它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(tài)下實(shí)現(xiàn)油珠、懸浮物與水分離。重力除油可去除廢水中的浮油及大部分散油達(dá)到初步除油的目的。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、流動狀態(tài)及流體的粘度。其關(guān)系可用Stokes和Newton等定律來描述。重力分離法的特點(diǎn)是能接受任何濃度的含油污水，同時除去大量的污油。
從使用情況來看，重力除油的主要設(shè)備有立式除油罐、斜板式隔油池及粗?；凸薜?。立式除油罐均采用下向流方式，70年代中期，立式除油罐也引進(jìn)了斜板技術(shù)，利用立式除油罐的高度，在罐內(nèi)沉降區(qū)加設(shè)波紋斜板從而形成所謂的立式斜板除油罐。粗?；劢Y(jié)器通常設(shè)在重力除油工藝之前，它利用粗?；牧系木劢Y(jié)性能，使細(xì)小的油粒在其表面聚附成較大油粒，在浮力和水流沖擊下，粒徑增大的油粒脫離粗?；牧媳砻娑细 ＝?jīng)過粗?；幚砗蟮奈鬯浜土考霸托再|(zhì)并不發(fā)生改變，只是更有利于重力分離法除油。利用粗粒化聚結(jié)器可去除水中粒徑在10μm以上的分散油和浮油。粗?；劢Y(jié)材料大致分為天然礦石和人工有機(jī)材料兩類，目前應(yīng)用較多的聚結(jié)材料有聚氨酯泡沫、聚丙烯泡沫、聚乙烯和聚氯乙烯以及不銹鋼填料等。
（2）過濾法。過濾是將廢水通過設(shè)有孔眼的裝置或通過由某種介質(zhì)組成的濾層，使污水中的懸浮物得以去除。油田通常采用的過濾方式是使采油污水通過石英砂、無煙煤等濾料，使污水中的一部分原油和固體懸浮物滯留在細(xì)小濾料組成的濾層中，這樣采油污水便得到處理。
（3）離心法。離心法是使裝有污水的容器高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力場實(shí)現(xiàn)油水分離，常用的設(shè)備有水力旋流器。旋流分離器在液固分離方面的應(yīng)用適于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，但二者的幾何結(jié)構(gòu)應(yīng)該有很大的差別。脫油型旋流分離器起源于英國，從20世紀(jì)60年代末開始，由英國Martin Thew教授領(lǐng)導(dǎo)的多相流與機(jī)械分離研究室，開始水中去油旋流分離器的研發(fā)，發(fā)明了雙錐雙入口型液-液旋流分離器，在試驗(yàn)過程中取得滿意效果。隨后，Young GAB等人設(shè)計出的雙錐型具有相同的分離性能但處理量要高出一倍的單錐型旋流分離器。經(jīng)過幾何優(yōu)化設(shè)計，Conoco公司提出了K型旋流分離器，對于直徑小于10μm油滴分離性能提高更加明顯。旋流脫油技術(shù)在發(fā)達(dá) 產(chǎn)油污水處理設(shè)備中特別是在海上石油開采平臺上已成為不可替代的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。
1989年中國海洋石油公司與美國Amoco石油公司在南海聯(lián)合開發(fā)的流花11-1油田，開始在海上石油開采平臺上使用旋流分離器處理含油污水。國內(nèi)油田也引進(jìn)了旋流脫油設(shè)備。國內(nèi)自南海油田進(jìn)口油水分離旋流分離器以來，一些科研院所開始在仿制的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，但是，由于旋流分離器內(nèi)流場（三維不對稱湍流流場）的復(fù)雜性，加之國內(nèi)研究起步晚、起點(diǎn)低，缺乏系統(tǒng)性的研究，旋流脫油技術(shù)在國內(nèi)還沒有全面推廣。國內(nèi)有研究報道的油水分離效率僅45%左右。仿制的旋流分離器有的分離效率較高，但成功應(yīng)用的例子不多。
2.2.2 浮選法
氣浮凈水技術(shù)是國內(nèi)外正在深入研究與不斷推廣的一種水處理新技術(shù)。氣浮就是在水中通入空氣或其它氣體產(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，水體表面形成含油泡沫層，然后使用適當(dāng)?shù)钠灿推鲗⒂推踩ァ?/span>
2.2.3 生物法
生物處理方法只對可生物降解的有機(jī)化合物有效。生物處理是利用微生物的生物化學(xué)作用，將復(fù)雜的有機(jī)物分解為簡單物質(zhì)，將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，使廢水得到凈化。油類是一種烴類有機(jī)物，可以利用微生物將其分解氧化為二氧化碳和水。含油污水生化處理有活性污泥法、生物過濾法、生物轉(zhuǎn)盤法等。
2.2.4 化學(xué)法
化學(xué)法是用化學(xué)作用將廢水中的污染物成分轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使廢水得到凈化。常用的方法有中和、沉淀、混凝、氧化還原等。對含油廢水主要用混凝法，向含油污水中加入混凝劑，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，經(jīng)過治理后，油粒聚集，粒徑變大，浮力也隨之增大，達(dá)到油水分離。此法適合于靠重力沉降不能分離的乳化狀油滴。
2.2.5 電化學(xué)法
包括電解法，電火花法和電磁吸附分離法。電解法包括電凝聚和電氣浮，電凝聚是利用溶解性電極電解乳化油廢水，從溶解性陽極溶解出金屬離子，金屬離子發(fā)生水解作用生成氫氧化物吸附、凝聚的乳化油和溶解油，然后沉淀除去油分。
電解氣浮法是利用不溶性電極電解含有乳化油和溶解油的廢水，利用電解分解作用和初生態(tài)的微小氣泡的上浮作用，使乳化油破壞，并使油珠附著在氣泡上，電解產(chǎn)生的氣泡捕獲雜質(zhì)的能力比較強(qiáng)，去除固體雜質(zhì)和油滴的效果較好，缺點(diǎn)是電耗大、電極損耗大，單獨(dú)使用時不能達(dá)到所需要求。
電火花法是用交流電來去除廢水中乳化油和溶解油的方法。裝置由兩根同心排列的圓筒組成，內(nèi)圓筒同時兼作電極，另一電極是一根金屬棒，電極間填充微粒導(dǎo)電材料，廢水和壓縮空氣同時送入反應(yīng)器下部的混合器，再經(jīng)多孔篩板進(jìn)入電極間的內(nèi)圓筒。筒內(nèi)的導(dǎo)電顆粒呈翻騰床狀態(tài)，在電場作用下，顆粒間產(chǎn)生電火花，在電火花和廢水中均勻分布的氧作用下，油分被氧化和燃燒分解。凈化后的廢水由內(nèi)部經(jīng)多孔頂板進(jìn)入外圓筒并由此外排。
2.2.6 膜分離法
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，這時可用膜來處理。采用膜分離法具有不需加混凝劑，不產(chǎn)生含油污泥等優(yōu)越性。
2.2.7 超聲波分離法
超聲波（頻率一般為2×104～5×108Hz）在水中可以發(fā)生凝聚、空穴或空化效應(yīng)。當(dāng)超聲波通過含油污水時，造成微小油滴與水一起振動。但由于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。隨后，由于粒子已變大，不能隨聲波振動，只作無規(guī)則運(yùn)動，水中小油滴凝聚并上浮，油水分離效果良好。
2.2.8 吸附法
活性炭是由含碳物質(zhì)作為原料，經(jīng)高溫碳化、活化而制成的疏水性的吸附劑。近年來，東方紅煉油廠、蘭州煉油廠、浙江煉油廠相繼建成了活性炭吸附裝置，運(yùn)行情況良好。
上述方法有不同的適用范圍，需要針對不同的情況進(jìn)行研究，確定合適的工藝。含油污水處理時產(chǎn)生大量的含油污泥，必須進(jìn)行無害化處理或綜合利用。處理的方法有固化處理法、土地耕作法及其它綜合利用的方法等。
3 結(jié)語
油水分離技術(shù)是當(dāng)前處理石油污染水的關(guān)鍵技術(shù)之一，應(yīng)根據(jù)不同種類油的性質(zhì)和不同的水質(zhì)要求，采用不同的方法，采用簡單的重力法除去水中的油是較理想的方式，回收的油可再利用，對其進(jìn)行深入的研究是目前的主要研究方向。
