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含油污水處理設備的分類


含油污水的產量大,涉及的范圍廣,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污水。油污染作為一種常見的污染,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。

油類物質在廢水中通常以三種狀態存在。   

(1)浮上油,油滴粒徑大于100μm,易于從廢水中分離出來。油品在廢水中分散的顆粒較大,粒徑大于100微米,易于從廢水中分離出來。在石油污水中,這種油占水中總含油量60~80%。   

(2)分散油.油滴粒徑介于10一100μm之間,懇浮于水中。  

(3)乳化油,油滴粒徑小于10μm,油品在廢水中分散的粒徑很小,呈乳化狀態,不易從廢水中分離出來。   

含油廢水中所含的油類物質,包括天然石油、石油產品、焦油及其分餾物,以及食用動植物油和脂肪類。從對水體的污染來說,主要是石油和焦油。不同工業部門排出的廢水所含油類物質的濃度差異很大。如煉油過程中產生的廢水,含油量約為150~1000毫克/升,焦化廠廢水中焦油含量約為500~800毫克/升,煤氣發生站排出的廢水中的焦油含量可達2000~3000毫克/升。  

由于不同工業部門排出的廢水中含油濃度差異很大,如煉油過程中產生廢水,含油量約為150一1000mg/L,焦化廢水中焦油含量約為500一800mg/L,煤氣發生站排出廢水中的焦油含量可達2000一3000mg/L。因此,含油廢水的治理應首先利用隔油池,回收浮油或重油,處理效率為60%一80%,出水中含油量約為100一200mg/L;廢水中的乳化油和分散油較難處理,故應防止或減輕乳化現象。方法之一,是在生產過程中注意減輕廢水中油的乳化;其二,是在處理過程中,盡量減少用泵提升廢水的次數、以免增加乳化程度。處理方法通常采用氣浮法和破乳法。  

含油廢水如果不加以回收處理,會造成浪費;排入河流、湖泊或海灣,會污染水體,影響水生生物生存;用于農業灌溉,則會堵塞土壤空隙,妨礙農作物生長。   

含油廢水的處理應首先考慮回收油類物質,并充分利用經過處理的水資源。因此,含油廢水的處理可首先利用隔油池,回收浮油或重油。隔油池適用于分離廢水中顆粒較大的油品,處理效率為60~80%,出水中含油量約為100~200毫克/升。廢水中的細小油珠和乳化油則很難去除。

一、含油廢水處理方法

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 浮速度取決于油珠顆粒的大小,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

橫向流含油污水除油設備是在斜板除油器的 基礎上發展起來的,它由含油污水的聚結區和分 離區兩部分組成。含油污水首先經過交叉板型的聚結器,使小分散油珠聚并成大油珠,小顆粒固體物質絮凝成大顆粒,然后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

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

奧地利費雷公司在世界上率先開發了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。波紋板一塊一塊地疊加起來的, 間距一般為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 高效仰角式游離水分離器

將臥式和立式游離水分離器相結合,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。來液進口位于管式容器的上行端,水中油珠能聚結并爬高上行至頂端油出口,而 水下沉至底端水出口排出。該設備仰角小于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,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。膜材料包括有機膜和無機膜兩種,常 見的有機膜有醋酸纖維膜、聚砜膜、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。乳化油處于穩定狀態,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 過程處理乳化油污水已逐步被人們接受并在工業中應用。

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于 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于英國。從20世 紀60年代末開始,由英國南安普頓大學Martin The 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。隨后,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一種水處理技術。該法是在水中通 入空氣或其他氣體產生微細氣泡,使水中的一些 細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 用適當的撇油器將油撇去。該法主要用于處理隔油池處理后殘留于水中粒經為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 廢水得到凈化的一種方法。油類是一種烴類有機 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存在,BOD5較高,利于生物的氧化作用。對于含油質量濃度在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,主要用于去除廢水中的溶解 油。含油廢水常見的生化處理法有活性污泥法、 生物過濾法、生物轉盤法等。活性污泥法處理效果好,主要用于處理要求高而水質穩定的廢水。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 構成了穩定的生態系統。但是,由于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污染物成分轉化為無害物質,使廢水得到凈化的一種方法。常用的化學方法有中和、沉淀、混凝、氧化還原等。對含油廢水主要用混凝 法。混凝法是向含油廢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,然后通過沉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值適用范圍不同。此法適合于靠重力沉降不能分離的 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。由于活性炭的吸附容量有限(對油一般為30 ~80 mg/g),成本高,再生困難,一般只用作含油 廢水多級處理的最后一級處理,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。國內外對于新型吸附劑的研制也取得了一些有益的成果。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并易于與水分離。

吸附樹脂是近年來發展起來的一種新型有機 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。有研究表明,采用丙綸 吸油材料從含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。吸油材料吸油飽和后,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于材 料表面和孔隙內形成油膜,油膜增大到一定厚度 時時,在水力和浮力等作用下油膜脫落合并聚結成較大的油粒。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。聚結后粒經較大的油珠則易于從水中被分離。經過粗粒 化的廢水,其含油量及污油性質并無變化,只是更 容易用重力分離法將油除去。

8.1 新型高效除油器

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于一體的高效合一除油器, 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,出口達到后續處理設備 (過濾器)的進口要求ρ(油)≤30 mg/L。

8.2 EPS油水分離技術

EPS油水分離器是一種高效、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,集污水的預處理、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,污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,進一步促進水滴的聚結,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300MHz~300 GHz的電磁波。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于水處理的一項新型技術。

超聲波是一種高頻機械波,其頻率一般2× 104~5×108Hz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。當超聲波通過含有污水的溶液時,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、不能隨聲波振動了,只作無規則運動。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,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污染物已多達幾十種,但所研究的對象多為單組分模擬體系,而實際污水中常含有多種 污染物,因此超聲波技術在實際污水處理中的適用性如何還有待進一步的研究。此外,目前有關利用超聲波技術降解水中污染物的研究大多屬于 實驗室階段,且由于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

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 效應還有利于協同電催化過程產生·OH,而使污水中的污染物的分解加速;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、104W/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于單獨使用超聲波 時的脫色率。

二、含油廢水處理工藝應用現狀

對含油廢水的處理,主要依據各種處理方法原理及優缺點,針對所處理的工業廢水水質情況采取不同的處理工藝。

1煉油廢水

煉油廠和石油化工廠的廢水中都含有相當量的油污,主要有油脂、皂腳、油腳等有機物以及酸、堿、鹽和固體懸浮物。 經隔油處理后,含油量仍有100~200 mg/ L ,基本上以乳化油、分散油和溶解油的形式存在,也有懸浮性固體(SS) 、溶解性的有機物質,硫化物和NH3 - N 等。 國內多采用隔油-混凝氣浮-生化“老三套”處理工藝,該工藝技術成熟、適應性強且穩定可靠,但占地面積大,投資費用高,難為中、小企業所接受。隨著生產工藝的發展和出水水質要求的提高,“老三套”處理工藝急需改進。 通常的改進是在原有工藝的基礎上增加深度處理裝置,如以活性炭或焦炭吸附作為出水的深度處理,出水水質好,也有采用兩級氣浮的改進工藝。 如北方某中型煉油廠,生產汽油、煤油、柴油及瀝青,各工段所排廢水的性質差異大,多為間歇排放,生產車間總排放口的廢水水質與水量波動很大。 全廠生產區日排廢水量接近2 000 t ,綜合生產廢水的pH 值5~9 ,油類濃度300~500 mg/ L,COD 濃度600~800 mg/ L ,懸浮物濃度200 mg/ L左右。 采用二級氣浮工藝處理后, 出水pH 值6。 5~6。 9 ,含油量5。 0~8。 0 mg/ L ,COD 濃度45~55 mg/ L ,懸浮物濃度在33~38 mg/ L 左右。

2 機車廢水

鐵路機車車輛工廠、機務段、車輛段和洗灌站等都排放大量的含油廢水,成為鐵路治理的重點和難點。 而公路運輸業中主要是城市汽車的保養與修理過程中產生大量的含油廢水,對環境污染大。 對機車廢水采用傳統的混凝-氣浮法,成本較高,混凝生成的絮體部分解體,隨水流出,使處理效果達不到排放標準;電解-氣浮法,由于電解受許多因素的影響,而廢水的水量和濃度又經常發生變化,常使電解量與廢水中的污染物量不匹配,使處理效果較差,達不到排放標準。 目前普遍采用隔油-氣浮-澄清過濾工藝,或者調節沉淀-混凝沉淀-砂濾工藝。

3冶金及機械加工制造業含油廢水

主要包括各種金屬加工制造過程中所產生的含油廢水,含有大量懸浮物和油類,有時形成混合物,鋼廠的熱軋含油廢水便是其中非常重要的一類。 國內熱軋廠的濁環水處理流程由鐵皮坑、除油池、旋流沉淀池、二沉池、過濾器及冷卻塔(涼水池) 等構筑物搭配組合,因生產工藝的要求和回用水質指標的不同而不同。 傳統常用的是三段式處理流程冷卻塔-熱軋車間-旋流沉淀池-平流沉淀池-壓力過濾器-冷卻塔和采用機械排油裝置,此種工藝不能去除乳化油,易造成過濾器內濾料堵塞、板結,嚴重影響生產,目前對此種工藝的改造研究較多。

4其他含油廢水

餐飲行業的迅速發展使其排放的廢水量越來越大且含有較高濃度的動植物油及固體懸浮物,成為一個重要的水污染源。一般采用化學破乳-重力分離法來處理此類含油廢水,常用的破乳劑有聚合硫酸鐵、腐植酸鈉和聚丙烯酰胺。玻璃廠油罐區和機修車間等會產生含油廢水,雖然水量不大,但污染極大。 普遍采用隔油池-油水分離器-氣浮工藝去除此類廢水。涂料含油廢水主要來自涂料生產過程中的漂油車間,含乳化油、皂化物和油脂等,經回收皂液后仍含大量乳化油。目前常采用隔油-絮凝氣浮-生化處理的工藝流程。

三、含油廢水處理工藝流程圖


  含油廢水處理裝置

四、發展趨勢

對含油廢水的處理,發展趨勢是采用物理化學法除油,目前正在研究發展的新方法主要如下。

膜分離法

膜分離法處理含乳化油廢水是近幾十年發展起來的,主要有微濾(MF) 、納濾(NF) 、超濾(UF) 及反滲透(RO) 法。 在這方面已有報道,如張相如及李海波等對膜分離法處理含油廢水作了較為詳細的闡述和分析。值得提出的是膜分離法適合于除去廢水中的穩定的乳化油和分散油,在預處理時需要除去水中的顆粒較大的浮油和分散油,這對于通道很薄的膜處理設備尤為重要。 膜材料的選擇也十分重要,常用的疏水膜有聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF) 和聚乙烯( PP) 等。親水膜有纖維素酯、聚砜、聚醚砜、聚砜/ 聚醚砜(PSF/ FES) 、聚酰亞胺/ 聚醚酰亞胺(PI/ PEI) 、聚酯肪酰胺(PA) 、聚炳烯腈等具有親水基團的高分子聚合物,以及如Al2O3 ,TiO2 和ZrO2等陶瓷膜等。膜分離法處理含油廢水正從實驗室研究走向實際應用階段,并趨向于將各種膜處理方法結合或者與其他方法相結合使用。 如將超濾和微濾結合分離含油廢水 ,膜分離法與電化學方法相結合等,也有將臭氧氧化作為超濾的前處理,從而延長超濾設備的使用壽。

吸附法

隨著吸附科學的發展,吸附分離技術自身的發展,給許多生產工藝帶來了意想不到的變革,在含油廢水中的新應用正處于探索階段。 傳統吸附分離技術很早就應用于油廢水的深度處理中,常用活性炭作為吸附劑,但其吸附容量有限(對油一般為30~80 mg/ g) , 且成本高, 再生困難。尋求新型高效吸油劑,是目前很多學者研究的焦點,并且

已有較多報道。 如清華大學曹乃珍等對制造柔性石墨密封件的中間產品———膨脹石墨進行了吸附研究,討論了膨脹石墨吸附材料對各種油類及各種水面漂浮油的吸附實驗,結果顯示膨脹石墨無論對各種單純油類、水面浮油以及乳化狀液中的油和低含油廢水中的油都有極好的吸附脫除能力。大連鐵道學院的吳敦虎等運用多種方法對硼砂生產過程中的廢料———硼泥的吸附除油研究,也取得了較好的效果。 電廠廢棄資源粉煤灰、爐渣及焦炭等在含油廢水中的利用也都有較多的研究,并取得了一定的效果 。


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