環(huán)境工程、給排水專業(yè)外文參考文獻(xiàn)譯文

浮選柱處理含油廢水的研究摘要：本文介紹了一種為處理含油廢水而開發(fā)的新型溶氣浮選柱裝置。溶氣浮選柱將溶氣氣浮法和浮選柱巧妙的加以結(jié)合運用，溶解空氣在柱體分離系統(tǒng)中釋放。本文對這種具有潛在應(yīng)用價值的柱體系統(tǒng)分離含油廢水中油分的效果進(jìn)行了研究，在一系列的實驗中該裝置均取得了理想的分離效果，同時還對溶氣浮選柱中采用的氣泡產(chǎn)生器的曝氣效果進(jìn)行了專門研究。關(guān)鍵詞：含油廢水；分離；氣??；氣泡發(fā)生器；溶氣浮選柱一、引言含油廢水是石油開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的面積廣，數(shù)量大的污染源。廢水中的油分包括浮油，分散油，乳化油，溶解油和油-固結(jié)合物。含油廢水常用的處理技術(shù)有物理法、物理化學(xué)法、化學(xué)破乳法、生物化學(xué)法和電化學(xué)法。分離難易程度取決于油分在水體中的存在形式。含油廢水中的浮油一般可以采用重力分離技術(shù)予以去除，溶解油可以通過生物處理法將其去除，而以膠體狀態(tài)存在的分散油和乳化油由于其平均粒徑小，化學(xué)穩(wěn)定性高而難以去除。近年來，浮選技術(shù)由于具有分離效率高，資金投入少，運行費用低的特點而吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注，并且已經(jīng)開發(fā)出一些新型的快速高效的含油廢水處理裝置。FengPB和其合作者開發(fā)出一種高效節(jié)能浮選柱進(jìn)行含油廢水處理，其油分的去除率可以達(dá)到90%左右。GuXuqing等人開發(fā)出一種新型多級環(huán)流式浮選柱可處理含油廢水，其獨特的流體環(huán)流模式極大的提高了油珠和氣泡之間的接觸幾率，分離效果顯著，5分鐘內(nèi)，分離效率可以達(dá)到96%-97%。XiaoKL等人用多級浮選柱處理含油廢水，空氣分散在裝置的柱體托盤底部，含油廢水在柱體的各個托盤中進(jìn)行處理，除油率達(dá)94%。含有乳化油的廢水處理較為困難，為保證浮選效率，分離時要求氣泡粒徑小，并且在分離區(qū)域中形成安靜的水力學(xué)環(huán)境。分離區(qū)應(yīng)當(dāng)又長又窄這一概念引發(fā)了利用柱狀體作為分離設(shè)備這一設(shè)計理念。由此產(chǎn)生了一種叫做溶氣浮選柱的新型設(shè)備，溶解空氣在該裝置的柱體分離系統(tǒng)中析出，以此來處理含油廢水。二、材料與方法（一）材料實驗廢水是用勝利油田的脫水脫氣原油配制的乳化油經(jīng)過稀釋得到的。水樣經(jīng)過三十分鐘的高速攪拌混合以保證油珠完全地分散到水中。采用激光粒度分析儀分析油珠的粒徑分布；平均粒徑為18.15微米，約有77.8%的粒子的粒徑在25微米左右或更?。▓D1）。Panicleanalyzer(gm)圖1含油廢水中油珠粒徑的分布曲線（二）方法浮選分離裝置為圓柱形，由樹脂玻璃制成，高2000mm，直徑50mm。浮選柱的工作原理是氣液逆流，清潔水和回流水在充滿空氣的加壓罐中加壓，由此水中溶解了飽和的空氣，水流通過氣泡發(fā)生器時快速減壓，并且以超微氣泡的形式釋放出溶解空氣，而后進(jìn)入浮選柱中。當(dāng)氣泡從發(fā)生器中釋放出來的時候碰撞接觸，逐漸形成了大量的微氣泡。用于廢水處理的浮選法有很多種氣泡產(chǎn)生的方式，它們在運行的原理上有較大的區(qū)別。微氣泡發(fā)生器主要有三種：溶氣釋放型微氣泡發(fā)生器，加氣微氣泡發(fā)生器，電解低濃度水溶液氣泡發(fā)生器。攜帶氣泡的水進(jìn)入浮選柱，由于其動能大幅度降低，流速低到接近靜態(tài)，近乎實現(xiàn)了浮選柱分離中靜態(tài)分離的理想狀態(tài)。含油廢水從浮選柱的上部進(jìn)入，水流向下流動，氣泡向上流動，形成了氣液逆流。氣泡和油滴在此過程中產(chǎn)生碰撞，結(jié)合形成氣泡-油珠復(fù)合物，并上浮到液面。然后，這些復(fù)合物最終形成泡沫流進(jìn)收集罐體。浮選柱可以被分為三個區(qū)：a）位于底部的曝氣點和頂部的廢水-泡沫接觸面之間的回收區(qū)；b）位于水-泡沫接觸面到溢流堰之間的泡沫富集分離區(qū)；c）位于柱體底部到產(chǎn)生微氣泡的曝氣點之間的凈化區(qū)（圖2）。氣泡和油滴在回收區(qū)碰撞接觸，氣泡在氣泡富集分離區(qū)進(jìn)行聚集，從而降低了回收油分中的含水量。分離過程主要包括兩個步驟。第一步是破乳和混凝，即在含油廢水中加入混凝劑進(jìn)行破乳和絮凝，增大了絮凝體尺寸，有利于形成穩(wěn)定的疏水基團(tuán)。第二步是浮選柱分離，在柱體中微氣泡和絮凝體互相碰撞粘附形成氣-絮團(tuán)聚物，在浮力作用下上升到液面，油分因此從廢水中得以分離去除。實驗中采用十二烷基硫酸鈉(SDS)作為表面活性劑，聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)作為混凝劑。將藥劑投加到裝有實驗水樣的攪拌器中，混凝劑分散水解后產(chǎn)生絮凝反應(yīng)，含油廢水通過蠕動泵輸送到浮選柱中。處理水通過設(shè)有固定數(shù)值的轉(zhuǎn)子流量計定量排出，回用處理水通過另一個蠕動泵輸送到壓力罐中。三、結(jié)果與討論(一)溶氣浮選柱的曝氣效果采用微氣泡發(fā)生器將微氣泡釋放到溶氣浮選柱中。由碰撞與捕獲效率理論可知，氣泡與油珠的碰撞幾率在氣泡尺寸較小時達(dá)到最大。實驗廢水水樣的油珠平均粒徑小于100Am，因此在實驗中采用了微氣泡產(chǎn)生法來釋放溶解空氣，氣泡發(fā)生器的結(jié)構(gòu)決定曝氣方法。氣泡發(fā)生器是本實驗系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對浮選柱的曝氣效果和分離效率有重要影響，含有飽和空氣的水通過氣泡產(chǎn)生器穩(wěn)定的釋放出大量的細(xì)小，均勻的氣泡(圖3)。圖3溶氣浮選柱中的曝氣效果溶氣浮選柱中氣泡的穩(wěn)定性受到氣泡在氣液兩相流中的停留時間的影響。停留時間定義為氣泡從氣泡發(fā)生器釋放到氣泡上升至液體表面并破裂所經(jīng)歷的時間段。停留時間

通過一個充滿壓力水的容積為1000mL的圓柱形量筒進(jìn)行測量，所需時間由氣泡從量筒的最底部上升到液面并破裂之間的時差來決定，停留時間在具有不同初始?xì)鈮旱膲毫拗蟹謩e測定。溶解氣壓對停留時間的影響如圖4所示。R(]p.5.O.5P.57.5.O.5P.57K&&5=sJqqnqi豈-3PSF0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Dissolutionairpressure(MPa)圖4溶解空氣壓力對氣泡停留時間的影響由圖4可以看出，在壓力小于0.4MPa時，氣泡的停留時間隨氣壓的增加而增加，此后隨氣壓的增加而減小。因此，由本實驗可以得出0.3MPa-0.45MPa為最合適的壓力區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)，產(chǎn)生的氣泡數(shù)量最多，粒徑最小，停留時間最長。(二)影響除油效果的幾個參數(shù)1?壓力的影響浮選過程需要足夠的溶氣量，以便提供足夠數(shù)量的微氣泡。在溶氣浮選柱實驗系統(tǒng)中，空氣在水中的溶解量隨著壓力罐中壓力的增加而增加。小氣泡的上升速度小于大氣泡，這確保了浮選柱系統(tǒng)有更長的停留時間，氣泡和油珠之間有更多的機(jī)會碰撞。溶氣壓力對除油率的影響如圖5所示。實驗條件如下：PH=6.9，流量v=0.6L/min,回流比R=20%,p(PAC)=20.0mg/L,p(SDS)=5.0mg/L，泡沫層厚度6=30mm?！狪nitialoilca門c亡rrtiBtipn,51.(hng/LIqq -Iiuilijiluilconcentrail<inT100.fifi -亠"fnitialoilconcentration,150.9me/IJ0.1 0.2 0.3 0.4 0.5P(MPei)圖0.1 0.2 0.3 0.4 0.5P(MPei)圖5溶氣壓力對除油效果的影響活mp-sa從圖5中可以看出，隨著溶氣壓力的增加，含油廢水中的殘油濃度逐漸下降。實驗結(jié)果表明在壓力為0.3MPa的情況下，殘油濃度為59.6mg/L,45.7mg/L,29.5mg/L,14.8mg/L時，除油率分別為70.4%,69.7%,70.6%,71.0%。但當(dāng)壓力增大到0.3MPa以后殘油濃度的降低趨勢減緩，在溶氣壓力大于0.35MPa以后含油廢水中的殘油濃度反而緩慢增加。這是因為在合適的壓力范圍內(nèi),較高的溶氣壓力可以保證微氣泡的尺寸小,數(shù)量多。然而,當(dāng)壓力超過一定限值以后就會對分離過程產(chǎn)生不利影響,因為當(dāng)壓力過高時水中的溶氣既無法消能,氣泡的大小也無法保持均衡,這就造成了紊流,它會擾亂柱體中的水流流動并且破壞絮凝體。絮凝體的破壞會造成浮選效率的降低，當(dāng)溶氣壓力接近0.5MPa時在浮選柱中會出現(xiàn)“彈狀流”因此，由實驗所確定的最佳壓力范圍為0.25MPa-0.35MPa。2.PH值的影響油珠和懸浮在水中的微氣泡在其表面帶有負(fù)電荷。在分離過程中調(diào)整PH值對氣泡、油珠以及它們所形成的絮凝體所帶的表面電荷有重要影響，這有可能影響絮凝體在廢水中的性質(zhì)甚至存在形式，PH值可以通過添加鹽酸或者氫氧化鈉進(jìn)行調(diào)整。PH值對除油率的影響如表1所示。實驗條件如下：溶氣壓力p=0.3MPa，處理水量v=0.6L/min,回流比R=20%，進(jìn)水含油濃度w0=100.9mg/L,p(PAC)=20.0mg/L,p(SDS)=5.0mg/L,泡沫層厚度6=30mm。表1PH值對除油的影響PH3567910除油率(％)64.176.377.077.578.675.2從表1可以看出，當(dāng)PH值介于6-9之間時，除油率為77.0%-78.6%。實驗結(jié)果表明用溶氣浮選柱處理含油廢水時PH值應(yīng)介于6-9之間。處理水量的影響處理水量也是對分離效率的重要影響因素。增大處理水量會降低廢水在柱體中的停留時間，從而導(dǎo)致除油率降低。因此應(yīng)通過研究確定合理的處理水量，處理水量過小，在經(jīng)濟(jì)上不劃算，處理水量過大，廢水在柱體中的停留時間過短，除油率降低。實驗條件如下：PH=7.4，溶氣壓力p=0.3MPa，回流比R=20%，進(jìn)水含油濃度w°=101.1mg/L,p(PAC)=20.0mg/L,p(SDS)=5.0mg/L,泡沫層厚度6=30mm。表2處理水量對除油的影響處理量(L/min)0.20.40.60.81.01.2除油率(％)90.586.570.862.450.338.5從表2可以看出，處理水量從0.2L/min增加到1.2L/min的過程中，除油率從90.5%

降到了38.5%。柱體橫截面上的流速隨著處理水量的增加而增加，廢水在柱體中的停留時間因此縮短，這減小了微氣泡與油珠之間碰撞的幾率，降低了分離效率?；亓鞅鹊挠绊懸毁顳issEiKianairpressure,O.IMPa-4Dissolutionairpressure*0,2MPaDissolutionairpressure,0.3MPa一丁Di船oliilicinairpressure,0.4MPa回流比是回流進(jìn)入加壓溶氣罐的凈化水量和待處理水量的比值。凈化水回流進(jìn)入溶氣罐，有節(jié)約清水，充分利用回流水中未反應(yīng)的藥劑，從而減少投藥量的優(yōu)點。回流比太小時分離效率會降低，回流比太大時處理費用將會增加，在保證出水水質(zhì)的情況下，應(yīng)盡可能降低回流比?；亓鞅葘Τ吐实挠绊懭鐖D6所示。實驗條件如下：PH=7.6，溶氣壓力p=0.3MPa,處理水量v=0.6L/min進(jìn)水含油濃度w0=lOO.4mg/L,p(PAC一亠DissEiKianairpressure,O.IMPa-4Dissolutionairpressure*0,2MPaDissolutionairpressure,0.3MPa一丁Di船oliilicinairpressure,0.4MPa30 1 1 1 1 1 j 1'0 5 10 15 2Q 253035 40 45W)圖6回流比對除油率的影響從圖6可以看出浮選效率隨著回流比的增加而增加。溶氣壓力為0.2MPa時，當(dāng)回流比從5%增加到40%時，除油率從45.5%增加到89.4%，實驗結(jié)果表明回流比保持在20%-30%較為適宜。泡沫層厚度的影響泡沫層厚度8是指含油廢水與浮油層分界面到溢流堰之間的距離，受到出流速率的間接影響。通常來說，泡沫層厚度對凈化水中的殘油濃度和回收油分中的含水量有影響，并且對液位的波動起到緩沖作用。泡沫層太薄會致使回收油分中的含水率太高，需要進(jìn)一步分離，泡沫層太厚又會導(dǎo)致捕獲區(qū)高度減小，凈化水中的殘油濃度增加，除油率下降，柱體捕獲區(qū)的分離時間縮短。泡沫層厚度對除油率的影響如表3所示。實驗條件如下：PH=6.8，溶氣壓力p=0.3MPa，處理水量v=0.6L/min，進(jìn)水含油濃度w0=100.6mg/L，回流比R=20%,p(PAC)=20.0mg/L,p(SDS)=5.0mg/L。表3泡沫層厚度對除油效果的影響泡沫層厚度（mm）1020304050除油率（％）72.071.671.270.870.2從表3中可以看出隨著泡沫層厚度的逐漸增加，除油率不斷降低，當(dāng)泡沫層厚度為10mm和50mm時除油率分別為72.0%和70.2%。實驗結(jié)果表明，泡沫層厚度保持在20-40mm較為適宜。表面活性劑投加濃度的影響在廢水中加入表面活性劑不僅會影響絮凝體的疏水性，還會影響在浮選過程中產(chǎn)生的氣泡的尺寸、數(shù)量以及粘附強(qiáng)度。加入表面活性劑還會降低水體表面的張力，且當(dāng)其被吸附在氣液界面上時會降低微氣泡的表面能，從而進(jìn)一步減小氣泡的尺寸，提高泡沫層的穩(wěn)定性，阻止氣泡的聚集。實驗中采用的陰離子十二烷基硫酸鈉也可作為陰離子破乳劑，在含油廢水中起到破乳作用。十二烷基硫酸鈉的劑量對除油率的影響如表4所示。實驗條件如下：PH=7.1,溶氣壓力p=0.3MPa，處理水量v=0.6L/min，進(jìn)水含油濃度w°=100.4mg/L，回流比R=20%,p（PAC）=20.0mg/L，泡沫層厚度6=30mm。表4表面活性劑投加濃度對除油率的影響p .（mg/L）（表面活性劑）05.010.015.020.0除油率（％）78.582.784.382.683.4從表4可以看出，當(dāng)表面活性劑投加濃度為0，10和15mg/L時,除油率分別為78.5%,84.3%和82.6%。實驗結(jié)果表明投加適當(dāng)劑量的十二烷基硫酸鈉一方面可以極大的提高油珠和氣泡之間的碰撞幾率從而提高浮選效率。另一方面，絮凝體的親水部分吸引表面活性劑的親水基團(tuán)，使得絮凝體的疏水性增加。由于氣泡的數(shù)量以及粘附強(qiáng)度的增加，氣-絮結(jié)合物產(chǎn)生聚合，上升流速減小，浮選效率得以提高。但應(yīng)該指出的是，當(dāng)向水中投加過量的表面活性劑時，親水性膠體粒子將會粘附在絮體的親水部分導(dǎo)致其親水性增加，浮選效率降低。絮凝劑投加濃度的影響氣泡和油珠之間的碰撞效果決定了浮選效率的高低。氣-水、油-水、氣-油接觸面的表面能對碰撞效率有決定性影響。絮凝的作用在于形成大的，穩(wěn)定的疏水性絮凝體從而提高浮選效率。油珠和氣泡表面都存在z電位并在其周圍形成雙電層，這導(dǎo)致油-水乳化物以穩(wěn)定的體系存在并難以被破壞，此時油珠和氣泡即使有接近的可能，由于有雙電層形成的排斥能峰的存在，仍然無法實現(xiàn)有效碰撞。加入適量絮凝劑后，由于其水解和聚合反應(yīng)形成的高聚物強(qiáng)烈的吸附架橋作用降低氣泡和油珠的z電位，壓縮雙電層，破壞油珠的穩(wěn)定存在形態(tài)，在一定的水力條件下增加有效碰撞，形成較大的油粒絮狀物,從而提高浮選效果。用于處理含油廢水的絮凝劑主要有無機(jī)類，有機(jī)類和無機(jī)-有機(jī)復(fù)合類。絮凝劑(PAC,PAM,PAC+PAM)的投加濃度對除油率的影響如圖7所示。實驗條件如下:PH=6.9,溶氣壓力p=0.3MPa,處理水量v=0.6L/min,進(jìn)水含油濃度w°=100.4mg/L,回流比R=30%,p(SDS)=10.0mg/L，泡沫層厚度6=30mm。■(X/-皿〕yaliiTniniiiTTichinride-a- (..'ation