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含油汙水處理技術
摘要:介紹了常見含油廢水處理技術的原理、特點和除油設備，總結了含油廢水的處理方法。
關鍵詞:含油廢水；技術；汙水處理方法
含油汙水產生量大，涉及面廣，如石油開采、煉油、石油化工、石油儲運、油輪事故、船舶運輸、車輛清洗、機械制造、食品加工等過程都會產生含油汙水。石油汙染作為壹種常見的汙染，對環境保護和生態平衡危害極大。現在油水分離技術很多，有重力分離、氣浮、粗粒化、過濾、吸附、超聲波等，新的除油技術還在開發中。本文介紹了除油器的原理和方法。
1重力分離法
重力分離法是壹種典型的壹級處理方法，利用油水的密度差和油水的不相容性，在靜止或流動狀態下分離油滴、懸浮物和水。分散在水中的油滴在浮力的作用下慢慢上浮分層，油滴的上浮速度取決於油滴的大小、油水的密度差、流體的流動狀態和粘度。它們之間的關系可以用斯托克斯和牛頓定律來描述。
1.1橫流除油器[1]
錯流含油汙水除油設備是在斜板除油器的基礎上發展起來的，由含油汙水的聚集區和分離區兩部分組成。含油汙水先通過十字板聚結器，使分散的小油滴聚結成大油滴，小固體物質絮凝成大顆粒，然後聚結的油滴和固體物質通過具有獨特通道的橫向流分離板區與水分離。油水和固體物質分離時，氣體(天然氣)也可以分離。
1.2波紋板聚結油水分離器[2]
波紋板除油的原理主要是利用油和水的密度差，使油珠浮在板的波峰上，使油珠分離。關鍵是借助哈森淺池沈澱原理，制作變間距、變水流流線的波紋板。改變了水的橫截面，水在擴散和收縮狀態下交替流動，產生脈動(正弦)水流，增加了油珠之間的碰撞幾率，使小油珠變大，加快了油珠和水的漂浮速度。
1.3聚集油水分離器[3]
奧地利Ferrer公司在世界上率先開發出CPS壹體化波紋板重力加速聚集油水分離器。瓦楞紙板是Ferret公司的專利產品。它以聚丙烯為基礎，含有許多添加劑，這使得它親油但不粘，抗老化。波紋板壹片壹片疊放，間距壹般為6 mm(當水中懸浮物含量較高時，可采用12 mm的間距)。
1.4高效升降式遊離水分離器[4]
將臥式和立式自由水分離器結合起來，采用立面設計，克服了立式容器油水界面覆蓋面積小、臥式容器油水界面與出水口距離短、分離時間不足的缺點。進液口位於管狀容器的上遊端，水中的油珠可以聚結並爬上頂部出油口，而水則沈到底部出水口排出。設備的仰角小於12，長度為18。直徑為1 372毫米和914毫米。
過濾過濾法是將廢水通過有孔的裝置或通過由壹定顆粒介質組成的過濾層，利用其攔截、篩分和慣性碰撞的作用，去除廢水中的懸浮物和油類等有害物質。常用的過濾方法有三種:分層過濾、膜過濾和纖維介質過濾。膜過濾法又稱膜分離法[5]，利用微孔膜截留油珠和表面活性劑，主要用於去除乳化油和部分溶解油。濾膜包括超濾膜、反滲透膜和混合濾膜。膜材料包括有機膜和無機膜。常見的有機膜有醋酸纖維素膜、聚碸膜和聚丙烯膜，常見的無機膜有陶瓷膜、氧化鋁、氧化鈷和氧化鈦。乳化油處於穩定狀態，用物理或化學方法很難分離。隨著膜技術的迅速發展，膜法處理乳化油廢水已逐漸被工業接受和應用。
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。由於固體顆粒和油珠的密度與廢水不同，離心力也不同，從而去除廢水中的固體顆粒和油珠。常用的設備是水力旋風分離器。旋風分離器在液固分離中的應用始於19的20世紀40年代，現在已經比較成熟，但用於油水分離。
該領域的研究要晚得多。雖然液固分離和液液分離的基本原理相同，但兩種裝置的幾何結構卻大相徑庭。脫油旋風分離器起源於英國。從20世紀開始
從20世紀60年代末開始，英國南安普頓大學MartinThe w教授領導的多相流與機械分離實驗室開始研究水中除油旋流分離器，發明了雙錐雙入口。
液-液旋風分離器。在試驗過程中取得了滿意的結果。隨後，Young GAB等人設計了與雙錐旋流器分離性能相同的單旋流器，但處理量高出1倍。
錐形旋風分離器。經過幾何優化設計後，康菲公司推出了K型旋風分離器，對直徑小於10μm的油滴的分離性能改善更為明顯。由於旋風分離器
旋流除油技術具有許多獨特的優點，在發達國家，特別是在海洋石油開采平臺上，已成為處理含油廢水不可替代的標準設備。
4浮選法
氣浮又稱氣浮，是國內外正在深入研究和推廣的水處理技術。這種方法是在水中通入空氣或其他氣體，產生細小的氣泡，使水中壹些細小的懸浮油珠和固體顆粒附著在氣泡上，隨氣泡漂浮到水面，形成浮渣(油性泡沫層)，然後用合適的撇油器撇去油汙。該方法主要用於處理經隔油池處理後殘留在水中的分散油、乳化油和粒徑為10 ~ 60μ m的細小懸浮物，出水含油量可降至20 ~ 30mg/L..根據產生氣泡方式的不同，氣浮可分為加壓氣浮、充氣氣浮和電解氣浮，其中加壓溶氣氣浮應用最為廣泛。
5生物氧化法
生物氧化是壹種通過微生物的生化作用來凈化廢水的方法。石油是壹種烴類有機物，可被微生物代謝等生命活動分解為二氧化碳和水。含油廢水中有機物大多溶解乳化，BOD5高，有利於生物氧化。對於油濃度在30 ~ 50 mg/L以下的廢水和其他可生物降解的有害物質，常采用生化處理，主要用於去除廢水中的溶解油。含油廢水常用的生化處理方法有活性汙泥法、生物過濾法和生物轉盤法。活性汙泥法處理效果好，主要用於處理要求高、水質穩定的廢水。與活性汙泥法相比，生物膜法附著在填料載體表面，使繁殖速度慢的微生物也能存在，從而形成穩定的生態系統。然而，由於難以控制附著在載體表面的微生物的數量，操作的靈活性差，並且容積負荷有限。
6化學方法
化學法又稱化學法，是壹種加入化學藥品，通過化學作用將廢水中的汙染物轉化為無害物質，使廢水得到凈化的方法。常用的化學方法包括中和、沈澱、混凝、氧化還原等。混凝主要用於含油廢水。混凝法是在含油廢水中加入壹定比例的絮凝劑，在水中水解後，帶正電荷的膠束和帶負電荷的乳化油被電中和，油顆粒聚集，粒徑變大。同時生成絮體吸附細小油滴，再通過沈降或氣浮實現油水分離。常見的絮凝劑有聚合氯化鋁(PAC)、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。不同絮凝劑的用量和pH值不同。這種方法適用於乳化油滴和其他不能用重力沈降法分離的細小懸浮物。
7吸附法
吸附法是利用親脂性材料吸附廢水中的溶解油和其他溶解有機物。最常用的吸油材料是活性炭，可以吸附廢水中的分散油、乳化油和溶解油。由於活性炭的吸附容量有限(壹般為30-80 mg/g油)，成本高，再生困難，壹般只作為含油廢水多級處理的最後壹級，出水油濃度可降至0。1-0.2毫克/升..1976湖南長嶺煉油廠廢水處理采用活性炭吸附深度處理。國內外在開發新型吸附劑方面也取得了壹些有益的成果。研究發現，鱗片石墨可以吸附海上油輪溢油釋放的重油，並容易與水分離。吸附樹脂是近年來發展起來的壹種新型有機吸附材料，具有良好的吸附性能和易再生性，有逐步取代活性炭的趨勢。越來越多的業內人士在研究高效吸油樹脂的合成和應用[6]。研究表明，聚丙烯吸油材料可用於吸附、分離和回收石油工業廢水中的油類物質，並可根據廢水的初始條件、最終要求、水流等因素選擇合適的凈化方法。此外，粉煤灰、改性膨潤土、磺化煤、碎焦、有機纖維、吸油氈、陶粒、石英砂、鋸末、稭稈等也可作為吸油材料。吸油材料被油飽和後，可根據具體情況回收利用或直接用作燃料。
8粗粒化法
粗粒法是利用油和水相對於團聚物親和力的巨大差異。油顆粒被材料捕獲並保留在材料的表面和孔隙中形成油膜。當油膜增加到壹定厚度時，在水力和浮力的作用下，油膜脫落並聚結成較大的油顆粒。根據斯托克斯公式，油顆粒在水中的漂浮速度與油顆粒直徑的平方成正比。聚結後，顆粒可以很容易地被較大的油滴從水中分離出來。粗粒化後，廢水的含油量和汙油性質沒有發生變化，但通過重力分離更容易除油。
8.1新型高效脫脂劑[7]
旋流除油、粗粒除油和斜板除油技術是目前公認的高效除油技術。高效除油器是集上述高效除油技術於壹體的高效壹體化除油器。
其整體結構設計為臥式，由旋風(渦流段)粗粒化段和斜板脫脂段組成。既能提高除油效率，又方便操作，減少占地。根據江漢油田采出水的特點
采用兩級粗粒化和兩級斜板脫脂。當進口ρ(油)小於≤1 000 mg/ L時，出口滿足後續處理設備(過濾器)ρ(油)小於30 mg/L的進口要求
8.2 EPS油水分離技術[8]
EPS油水分離器是壹種高效先進的油水分離裝置。它結合了先進的板式脫脂和粗粒聚結技術，集汙水預處理、油水分離、二次沈澱和油回收於壹體。它具有安裝運行成本低、油水分離效果好、操作維護方便等特點。是立式除油罐和斜板除油裝置(如美國石油學會的除油裝置(API)、波紋板斜板除油裝置(CPI)、平行斜板除油裝置(PPI)等)的更新換代產品。EPS油水分離器已在韓國、美國、波蘭、印度、泰國、中國等國家得到應用，汙水處理效果普遍較好。
9 .聲波、微波和超聲波脫水技術
聲波可以加速水滴的聚結，提高原油脫水效率；超聲波可以降低能耗和破乳劑用量；微波不僅可以降低乳狀液的穩定性，還可以加熱乳狀液，進壹步促進水滴的聚結，在解決我國東部老油田三次采油帶來的性質復雜的原油深度脫水問題方面具有良好的應用前景。
微波是指頻率為300 MHz~300 GHz的電磁波[9]。微波水處理技術是利用微波場的強催化性、穿透性、選擇性供能和殺滅微生物的功能對水進行處理的新技術。
超聲波是壹種高頻機械波，其頻率壹般在2× 104 ~ 5× 108 Hz之間，具有能量集中、穿透力強的特點。超聲波能在水中產生混凝效應、空化效應或空化效應[10]。當超聲波穿過含有汙水的溶液時，微小的油滴會隨水振動。但由於不同大小的顆粒相對振動速度不同，油滴會相互碰撞粘結，使油滴體積增大。隨後，由於粒子變大了，無法隨聲波振動，只能不規則運動。最後水中的小油滴凝結漂浮，油水分離效果好。超聲波處理乳化油廢水時，需要先通過實驗確定最佳聲波頻率，否則可能存在超聲波破碎效應，影響處理效果。目前，國內外學者已利用超聲波技術降解水中的數十種汙染物，但研究對象多為單組分模擬系統，實際汙水中往往含有多種汙染物，超聲波技術在實際汙水處理中的適用性有待進壹步研究。此外，目前利用超聲波技術降解水中汙染物的研究大多屬於實驗室階段，由於對聲化學反應過程的降解機理、反應動力學、反應器設計和放大等方面的研究不足，目前難以實現工程化。
10超聲波/電化學聯合技術〔9〕
利用超聲波的空化效應，電極在電化學反應中不會形成覆蓋層，從而避免了電極活性的降低；超聲空化效應也有利於協同電催化過程產生·OH，加速汙水中汙染物的分解。超聲波還可以充分分散水溶液中的有機物，從而大大提高反應器的處理能力。米澤拉等人發現，沒有超聲波時，苯酚的分解率只有50%，使用25 kHz、104 W/ m2的超聲波時，苯酚的分解率會提高到80%。劉晶和其他人使用超聲波和電化學的結合技術。
印染廢水的處理表明，在超聲波和電場的協同作用下，廢水的脫色率遠高於單獨使用超聲波時的脫色率。