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1、双液相（油-水）相分离工艺及设备综述1 油水两相分离方法概述 油类物质在水中的存在形式多种多样，受水体的性质、水中所含的表面活性剂和电解质等物质的影响而有所不同。含油污水中的油主要以上浮油、分散油、乳化油、溶解油、固体附着油五种状态存在12。 (1)上浮油：以连续相的油膜飘浮在水面，油珠颗粒较大，一般大于l00m，进入水体的油份大部分以上浮油形式存在；(2)分散油：粒径为10-100m的微小油珠悬浮在水相中。分散油不稳定会聚并形成较大的油珠，往往变成上浮油，也可能进一步转化成乳化油；(3)乳化油：粒径小于10m的极微细的油珠，往往因水中含有表面活性剂使油珠形成稳定的乳化液，因而较难处理。油水乳
2、化液可分为2种类型：一种是以油为分散相，水作为连续相，称为水包油型乳状液，以O/W型表示；另一种是以水为分散相，油作为连续相，称为油包水型乳状液，以W/O型表示3。乳液中分散相的液滴大小通常在10-710-5m；(4)溶解油：以分子状态或化学方式分散于水中，油滴直径比乳化油粒径还要细，有时可小到几纳米。油份和水形成均相体系，非常稳定，很难用普通的方法去除；(5)固体附着油：吸附于污水中固体颗粒表面的油。浮油状态的油滴易形成油膜浮在污水表面，在工业上往往采用集油管和刮油器能够方便地除去。分散油在水中的含量也不可忽视，因为其粒径较大，可以采用一些方法使其聚结并加以去除。乳化油和溶解油粒径很小且存在
3、形式较为稳定，通过常规的分离方法很难将其聚结分离，因此开发处理乳化油和溶解油的工艺是当前研究的重点所在。不同的油水混合液需要不同的分离方法，常见的有物理法、化学法、物理化学法及生物法四类4。1.1 物理法（1）重力沉降分离法重力沉降技术主要利用油水两相的密度差异使混合液中的油与水分离，用于去除粒径大于60m的较大油滴和废水中的大部分固体颗粒。常用设备包括重力沉降罐、隔油池、压力斜板沉降罐等。该类方法设备结构简单，易操作，除油效果稳定，但对溶解性油类或乳化油是不适用的。（2）离心分离法离心分离法利用油水两相密度的不同，使高速旋转的油水混合液产生不同的离心力，从而达到油水分离的目的。按离心力产生的
4、方式，离心分离设备可分为水力旋流分离器和离心机。水力旋流分离器具有体积小、重量轻、分离性能好、运行安全可靠等优点，可以实现连续相的液体与分散相的固体颗粒、液滴或者气泡的物理分离。 （3）粗粒化法粗粒化法也称聚结法，利用油水两相对聚结材料亲和力的不同来进行分离。油水混合液通过聚结材料时，其中细小的油滴在亲油性聚结材料表面聚结成较大的油粒。由斯托克斯沉降公式:ut=dp2(p-)g18可知，沉降速度与颗粒的直径和油水两相的密度差成正比，因此油滴粒径越大，其上浮速度也越大。 该技术的核心是聚结材料，可分为纤维状、多孔介质和板式聚结材料，如图1所示。常用的亲水性材料是在聚酞胺、聚乙烯醇、维尼纶等纤维内
5、引入酸基(磺酸基、磷酸基等)和盐类，亲油性材料主要有蜡状球，聚烯系或聚苯乙烯系球体或发泡体，聚氨酷发泡体等。通过废水在粗粒化前后油珠粒径分布的变化来判定除油效果及工艺可行性，主要评价指标为油的去除率及出水含油量。 a 多孔介质填料结构 b 波纹板式填料结构 c 微纤维结构图1 聚结材料实物图粗粒化法无需外加化学试剂，无二次污染，设备占地面积小，基建费用较低，适用于乳化油和溶解油的分离。但用此法处理含油废水要求进口浓度较低，因此进入设备前的含油废水必须经预处理，否则出水油浓度较高(一般高于10mgL-1)，常需再进行深度处理。（4）过滤法 过滤法是将油水混合液通过多孔过滤介质如石英砂、无烟煤等滤
6、料，混合液中的油份和固体悬浮物滞留在细小滤料组成的滤层中，从而达到分离的目的。过滤法设备简单、操作方便、投资费用低。但随运行时间的增加，压力降逐渐增大，需经常进行反冲洗来保证设备正常运行。 （5）膜分离法膜分离法是利用特殊制造的多孔材料的拦截作用，以物理截留的方式去除水中一定颗粒大小的污染物。以压力差为推动力的膜分离过程一般分为微滤、超滤和反渗透3种。含油废水中油的存在状态是选择膜的首要依据。若油水体系中的油是以浮油和分散油为主，则一般选择孔径在10-100m之间的微孔膜；当水体中的油是因有表面活性剂等使油滴乳化成稳定的乳化油和溶解油，这样油珠之间难以相互聚结，则需采用孔径小于10m的超滤膜分
7、离。 膜技术的关键是膜和膜组件及与之相应的操作方式。常用的膜材料有乙酸纤维素系、乙烯系聚合物和共聚物、缩合中性膜材料(如聚矾等)、脂肪族和芳香族聚酞胺、聚亚酞胺以及无机陶瓷膜等。采用膜分离法不需投加药剂且处理过程中一般无相变化，二次污染小；分离过程耗能少，后处理费用低；分离出水含油量低，处理效果好。但膜的热稳定性差、不耐腐蚀，容易被污染且处理量小，这些缺点仍有待改进。另外，单一的膜分离技术并不能很好地解决含油废水的处理问题，需要将不同的膜分离技术联合或是将膜分离技术同传统方法联合处理含油废水，如超滤和反渗透联合、盐析法和反渗透联合、超滤和微滤联合等多种方法。1.2 物理化学法（1）浮选法浮选法
8、又称气浮法，是国内外正在深入研究与不断推广的一种水处理技术。浮选法是将空气以微小气泡形式注入水中，使微小气泡与在水中悬浮的油粒吸附，因其密度小于水而上浮，形成浮渣层从水中分离。（2）吸附法吸附法是利用吸附剂的多孔性和大的比表面积，将废水中的溶解油和其他溶解性有机物吸附在表面，从而达到油水分离的目的。吸附剂可分为炭质吸附剂(泥炭吸附剂等)、无机吸附剂(活化矾土、泥灰岩、褐煤等)和有机吸附剂(聚烯类等)。该方法出水水质好、设备占地小，但投资较高，吸附剂再生困难，故一般只用于含油废水的深度处理。（3）电解法电解法包括电凝聚法和电气浮法。电凝聚法原理是利用可溶性电极(铁电极或铝电极)电解产生的阳离子与
9、水电离产生的OH-(氢氧根负离子)结合生成的胶体，与水中的污染物颗粒发生凝聚作用来达到分离净化的目的。同时在电解过程中，阳极表面产生的中间产物(如轻自由基、原子态氧)对有机污染物也有一定的降解作用。电凝聚法具有处理效果好、占地面积小、设备简单、操作方便等优点，但是它存在阳极金属消耗量大、需要大量盐类作辅助药剂、能耗高、运行费用较高等缺点。电气浮法是利用不溶性电极电解作用与生成的微小气泡的上浮作用来去除污染物的，具有除油、杀菌一体化的显著特点。电解产生的气泡细小均匀因而捕获杂质的能力比较强，去除效果较好。但存在电耗大、单独使用较难达到排放要求等缺点。1.3 化学法（1）凝聚法凝聚法是向废水中投加
10、一定比例的絮凝剂，在废水中生成亲油性的絮状物，使微量油滴吸附于其上，然后用沉降或气浮的方法将油分去除。近年来，絮凝技术由于其适应性强、可去除乳化油和溶解油以及部分难以生化降解的复杂高分子有机物的特点而被广泛应用于含油废水的处理。但是，由于油田含油废水成分复杂，对于特定处理对象选用的絮凝剂无法在理论上做出预测，则必须通过大量的实验来筛选。常用的絮凝剂主要有无机絮凝剂、有机絮凝剂和复合絮凝剂三大类。（2）盐析法盐析法是向废水中投加无机盐类电解质。电解质对油珠扩散层的阳离子全部被赶到了吸附层中，导致双电层破坏，油珠则变成中性，油珠间吸引力恢复而相互聚并，从而达到破乳目的。常用的电解质是钙、镁、铝的盐
11、类，它既可中和电荷，又可转换表面活性剂的金属皂，使处理效果提高。盐析法中投加盐量一般在1%-5%之间，经盐析法处理后，出水油的含量一般大于10mgL-1。但该法聚析速度慢，沉降分离时间长，设备占地面积大，而且对由表面活性剂稳定的含油乳状液的处理效果不好。（3）化学氧化法化学氧化技术常用于废水生物处理的前处理。在催化剂作用下，用化学氧化剂如臭氧、Fenton试剂等处理有机废水以提高其可生化性，或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化。在化学氧化法中，超临界水氧化技术是近年来迅速发展起来的废水氧化技术，是一种快速、高效去除废水中有毒、有害有机化合物的方法。一些用其他方法不能有效除去的污染物，用此法能够
12、处理到环境可接受的程度。1.4 生物化学法生物法是利用微生物的代谢作用，使水中呈溶解、胶体状态的有机污染物质转化为稳定的无害物质目前处理工艺比较成熟且使用较多的是活性污泥法和生物滤池法。活性污泥法是在曝气池内利用流动状态活性污泥作为净化微生物的载体，通过吸附、浓缩在活性污泥表面上的微生物来分解有机物。生物滤池法是在生物滤池内，使微生物附着在滤料上，废水从上而下流经滤料表面过程中，有机污染物便被微生物吸附和分解破坏。结合公司的主营方向和现有产品现状，将重点放在以重力式为基础的聚结分离技术的研究上。2 重力式油水分离技术的发展和研究现状2.1 重力式油水分离技术的发展多年来重力分离法作为一种基本而
13、简便的物理除油方法，不消耗药剂，无二次污染，运行维护费用低，一直是国内外学者研究的热点，下面重点介绍重力油水分离技术的发展过程。（1）API 型油水分离池（平流式隔油池）API 型油水分离池是由 API（American Petroleum Institute）研制出来的装置。在构造方面，为回收漂浮的油而增加了回转式集油管，其它则与平流式沉淀装置完全相同。目前此类型装置在国内钢铁企业应用较多。平流式隔油池占地面积大，构造简单，维护容易、使用较为方便，除油效率达 60-70，可除去的最小油滴粒径为 100-150m。缺点是占地面积大。（2）PPI 型油水分离池所谓 PPI 型油水分离池（平行板式
14、隔油装置，Parallel Plate Interceptor），是由壳牌（Shell）石油公司于 1950 年研制出来的斜板式油水分离池。它是在平流式隔油池内沿水流方向安装数量较多的倾斜平行板，不仅增加有效分离面积，而且也提高了整流效果。斜板间距为 100mm，倾角为 45。在斜板内被分离的油，沿着斜板的下面上升，而后收集到捕油顶盖内，再从顶盖一端的溢流管流出，从而回收原水中的油珠。这种装置可去除大于 80m 的油珠。（3）CPI 型油水分离池CPI（Coagulated Plate Interceptor）为波纹斜板式隔油装置，也是由壳牌（Shell）石油公司研制出来的一种斜板式油水分离池
15、。和 PPI 型油水分离池一样，它也是一种斜板式分离装置。但斜板的形状不是平板，而是波纹板。而且，由于斜板的间距为 2040mm，所以可以使每单位容积的分离面积增大。设计分离大于 60m 的油珠。其优点是油水分离效果好，停留时间短(一般不超过 30 分钟)，占地面积小。（4）CPS聚结板分离器英国 Fram 公司于 70 年代初开发了先进的聚结板分离器（Coalescing Plate Separator），其中的聚结元件为一叠 V 型板，聚结板由玻璃纤维制成，板上有放液孔，允许聚结油滴垂直穿过板。该设备主要适合处理含油量在 200-1000mg/L 的污水，出口水质在50mg/L 左右。通过现场应用证明了其独特的优越性，使油水分离向前迈进了一大步。（5）Performax 板式聚结器到了 80 年代，美国 C-E NATCO 公司开发了商标为 Performax 的板式聚结器，这是一种错流设备。其聚结部分是由多层斜板重叠而成（如图2所示），与单层板式聚结器相比，可大大提高分离效率，而且不易阻塞。聚结部分可由不同材料制造，如聚丙烯、不锈钢和碳钢。在相同的运行条件下，该装置的处理能力远远大于以往的分离器，成为油水分离向高效、小型化发展的关键技术。图2 Performax板式聚结器结构图80年代以来，水力旋流分离技术的开发应用成为油水分离技术发展的标志，具有设备体积小，停留时间短，处
