溶气气浮除油

溶气气浮除油是通过释放溶于水中的细小而分散的气泡粘附污水中经过混凝剂凝聚的分散油和悬浮物成为漂浮物，从而使油和悬浮物从污水中得到分离。这一过程大体由四个步骤完成：向处理水中投加混凝剂；使污水中微细油粒及悬浮物凝聚成为大的含油絮凝体；溶入空气的水减压释放出大量分散的细微气泡；细微气泡与油及悬浮物组成的絮凝体碰撞粘附；粘附的絮凝体在气泡的带动下，漂浮于处理水的表面，从而完成油和悬浮物与水分离的目的。1、空气溶解程度空气溶解于处理水中的量，用空气对水的溶解度来表示，影响溶解度的因素主要是污水的压力和温度。与压力成正比，与温度变化成反比，而溶解速度则与空气和水的接触界面有关。通常用溶解效率来表示空气溶解程度的高低。2、污水中油珠等物质与气泡黏附的条件污水中油珠等物质能否与气泡黏附，取决于该物质能够被污水润湿的程度。疏水性物质易于被气泡粘附。对于亲水性物质，必须向水中投加混凝脱稳剂，使其表面改变为疏水性方能与气泡粘附。3、气泡的分散性与气浮除油效果在气浮过程中，需要形成大量微细而均匀的气泡，才能作为载体与被浮物质粘附达到气浮分离的目的。微气泡量越多则气泡与被浮物质的接触、粘附机会也越多，有利于提高气浮效果。气泡的分散性是控制气浮效果的主要因素之一。油田采出水，也称油田污水，一般指从地下采出的含水原油“采出液”经电脱水，分离出的水称为油田污水一、油田采出水废水处理工艺概述由于采油方法、原油特性、地质条件的不同，油田采出水的水质差异较大，但其也有共性的成分，例如：①含油量高，一般在1000ｍｇ／ｌ以上；②悬浮物含量高，颗粒细小，沉降缓慢；③矿化度高，一般在1000mg/l以上，高的达14×104mg/l,加速了水处理设备的腐蚀；④结垢离子浓度高，含有Ca2+,Mg2+,Ba2+等；⑤COD浓度高，其中有机成分较多。由油田污水的特点可知，除油是该废水处理的重要环节。原油废水中以浮油、分散油、和乳化油为主。目前多采用两级除油法，即一级重力除油，二级混凝破乳除油。一级重力除油主要设备有立式除油罐、斜板隔油沉淀池及粗粒化除油罐。该级主要用于去除绝大部分浮油及大部分分散油。二级混凝破乳除油加混凝破乳剂（主要有铝盐、铁盐两种无机混凝剂，有机聚合物破乳剂）反应8～10min，使乳化油凝聚成分散油（即外观为絮花状）。依靠气浮方法使破乳后的分散油浮起，完成油水分离。传统水处理工艺中，这一段为混凝沉淀。根据油田回用水标准，其SS﹤3mg/l，Oil﹤5mg/l，气浮出水（或混凝沉淀出水）均达不到此标准，因此还须进行过滤等深度处理。若外排，COD超标时，还须生化处理。传统的油田污水处理中，混凝破乳除油这一段，采用混凝沉淀。由上面废水性质分析可知，其主要杂质油比重接近于水，浮油在液面上，分散油及乳化油在水中呈现相对稳定的状态，其自然沉降时间长达2～3小时，一次性投资大。该法对于大油粒、乳化程度小的废水油一定去除效果，但对于乳化程度高的废水，其去除效果不佳，去除效率很低。用气浮工艺替代沉淀工艺时，其负荷达7～10m3/m2.h，其面积为沉淀的1/7～1/8，QF型停留时间只有5分钟、SF型为30分钟，相反沉淀为2-3小时，而油田污水水温较高，约35℃﹤a℃﹤45℃，水质夏季易恶化，严重影响出水水质。用气浮工艺替代沉淀，虽然电耗有所增加，但因气浮对于SS去除率极高，对于分散油的去除率也很高（﹥90%），因此较沉淀相比，大大减轻了废水后续处理的负荷。从整体平衡考虑，虽电耗有所增加，但降低了基建投资，减少了污水站的占地面积。油田污水在处于二次、三次采油期时，回流水中含油大量阴离子聚丙烯酰胺，水的粘度增大，油水分离更加缓慢，因大量表面活性剂的加入，使油水乳化程度更加严重，用传统的混凝破乳沉淀的方法已很难适应废水的变化。用气浮，加上高效破乳剂，才是该类废水的最佳、最经济的处理方法。现在许多油田已开始动用稠油储量，扩大了蒸汽驱采规模稠油废水中含油量更达（4000-10000mg/l），温度更高，稠油相对体积质量与质量与水接近（≥0.95），因而重力分离已十分困难，QF型气浮及SF型气浮因其卓越的处理效果，成为处理该段废水的首选。气浮理论工艺(上半部)第一编气浮工艺气浮处理法就是向废水中通人空气，并以微小气泡形式从水中析出成为载体，使废水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物质粘附在气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成泡沫一气、水、颗粒（油）三相混合体，通过收集泡沫或浮渣达到分离杂质、净化废水的目的。浮选法主要用来处理废水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度近于1的微小悬浮颗粒。气浮法广泛应用于含油废水处理。含油废水经隔油池处理，只能去除颗粒大于30～50微米的油珠。小于这个粒径的油珠具有很大的稳定性，不易合并变大迅速上浮，称为乳化油。乳化油易粘附于气泡，增加其上浮速度，例如粒径为1.5微米的油珠，上浮速度不大于0.001mm／s，粘附在气泡上后，上浮速度可达0.9mm／s即上浮速度增加900倍。因此，在含油废水处理中常把浮选处理置于隔油池的后面，作为进一步去除乳化油的措施。（一）基本概念气浮是当分离水中的油类、纤维、藻类以及一些比重接近1的悬浮物，或提取水中有用物质，而传统的重力沉淀法达不到分离这些物质目的。所谓气浮是将水、悬浮物和气泡这样一个多相体系中含有的疏水性污染粒子，或者附有表面活性物的亲水性污染粒子，有选择地从废水中吸附到气泡上，以泡沫形式从水中分离除去的一种操作过程。其实质是气泡和粒子间进行的物理吸附，并形成气浮体上浮分离。这也称为起泡气浮。起泡气浮的机理如图所示。利用气浮技术去除水中某些溶解污染物（溶解油）或呈胶体状的物质（乳化油）；此时污染物在水中呈均相系。但是以分子态或离子态混溶于水中的污染物在气浮前必须经过化学处理，将其转化为不溶性固体物或可沉淀（上浮）胶团物，成为微细颗粒，然后再进行气粒结合，予以分离。综上，水的气浮处理实质上是一个气粒吸附与浮渣分离的过程。它首先是将空气泡通人有污染杂质的污水中，形成水一气一粒三相混合系，微小气泡成为载体，气泡从水中析出过程时粘附水中的污染物质，形成气一粒结合的气浮体，以泡沫形式浮升到水面，从而使污染杂质从污水中分离出去。（二）气浮的基本原理1、带气絮粒的上浮速度粘附气泡的絮粒在水中上浮时，在宏观上将受到重力F重浮力F浮阻力F阻等外力的影响。带气絮粒上浮时的速度由牛顿第二定律可导出由上述诸式可看出v取决于水和带气絮粒的密度差，带气絮粒的直径（或特征直径）以及水的温度、流态。如果带带气絮粒中气泡所占比例越大则带气絮粒的密度就越小；而其特征直径则相应增大，两者的这种变化可使上浮速度大大提高。然而实际水流中；带气絮粒大小不一，而引起的阻力也不断变化，同时在气浮中外力还发生变化，从而气泡形成体和上浮速度也在不断变化。2、水中絮粒向气泡粘附如前所述，气浮处理法对水中污染物的主要分离对象，大体有两种类型即混凝反应的絮凝体和颗粒单体。气浮过程中气泡对混凝絮体和颗粒单体的结合可以有三种方式，即气泡顶托，气泡裹携和气粒吸附。显然，它们之间的裹携和粘附力的强弱，即气、粒（包括絮废体）结合的牢固程度与否，不仅与颗粒、絮凝体的形状有关，更重要的受水、气、粒三相界面性质的影响。气浮操作中气粒结合的三种方式（1）界面张力、接触角和体系界面自由能气浮的过程中，存在气、水里、粒三相混合体系。混合系中不同介质的相表面上都因受力不均衡。一旦气泡与颗粒接触，由于界面张力作用就会产生表面吸附作用。三相的吸附界面构成的交界线，为润湿周边。在相界面交界线处，通过润湿周边（即相界面交界线）所作的水、粒界面张力作用线与水、气界面张力作用线的交角，为润湿接触角（θ）。三相界面张力作用平衡时决定了润湿周边的位置，同时也决定了接触角（θ）的大小。存在于水中的不同表面性质的颗粒，其润湿接触角大小亦异。通常将θ90°的称为疏水表面，易于为气泡粘附，而θ＜90°的称为亲水表面，不易为气泡所粘附。水、气泡和水中颗粒杂质构成的多相混合液中存在着体系界面自由能（w），体系自由能（w）本能地存在着有力图减至最小的趋势，从而导致多相混合系中的分散相间蕴藏着自然并合的能量、使分散相总表面积减小。已知，界面能（w）等于，w＝ơ╳S式中：S--界面面积（cm2）。当颗粒尚未与气泡粘附之前，在颗粒和气泡的单位面积（S=1）上的界面能分别为ƠLsx1及ƠLgx1，这时单位面积上的界面能之和为：W1=ƠLs+ƠLg（N/m）在颗粒与气泡粘附后、界面能减少了。此时粘附面的单位面积上的界面能为。W2=ƠLs（N/m）因此，界面能的减少值（ΔW）为：ΔW=W1-W2=ƠLs+ƠLg-Ơgs可见，在气浮过程气粒吸附的前后，为了克服颗粒表面水化膜，完成气粒结合生成气浮体，在体系中所储备的推动力即多相混合系中能量发生变化。ΔW值越大，吸附推动力越大，易于气浮处理；反之，则不易于气浮处理。（2）气一粒结合体的亲水吸附和疏水吸附由于水中颗粒表面性质的不同，所构成的气一粒结合体的粘附情况也不同。亲水性颗粒润湿接触角（θ）小，气粒两相接触面积小，气浮体结合不牢，易脱落，此为亲水吸附。疏水性颗粒的接触角（θ）大，气浮体结合牢固，为疏水吸附。其结合力的大小，可通过下式表述。当三相界面间润湿接触角处于相对平衡状态时，三相界面张力的平衡关系式是：ƠLs＝ƠLgxcos(180°-θ）+Ơgs将上式代人式ΔW=W1-W2=ƠLs+ƠLg-Ơgs加以整理后可得ΔW=ƠLg（1-coaθ）从式中可知当θ→0,cosθ→1,则（1-cosθ)→0，此时这种物质不易与气泡粘附，不能用气浮法去除。当θ→0,cosθ→1,则（1-cosθ)→2此时这种物质易于与气泡粘附，宜于用气浮法去除。在接触角0＜90°的条件下，式ƠLs＝ƠLgxcos(180°-θ）+Ơgs则为：ƠLgxcosθ＝Ơgs-ƠLs上式表明，水中颗粒的润湿接触角θ随水的表面张力ƠLg的不同而变化的。增大水的表面张力ƠLg，可以使接触角增加，有利于气粒结合。反之，则有碍于气粒结合，不能形成牢固结合的气粒气浮体，水中杂质颗粒在泡沫中的富集浓度降低，处理效果变差。由此可知，通过调整增大废水的表面张力ƠLg值，用以强化气一粒固着性，以提高悬浮粒子对气泡载体的粘附能力。同时若水中含有能使水的表面张力减小的表面活性物质将是不利的，特别是过多的表面活性物质将导致气浮失败。3.水中气泡的形成及其特性气泡形成的大小和强度取决于空气释放时各种用途条件和水的表面张力大小。表面张力是大小相等方向相反，分别作用在表面层相互接触部分的一对力，它的作用方向总是与液面相切，表面张力T的大小正比于表面层的长度LT=α·L。α—表面张力系数（dny/cm）T—表面张力（dny）L—表面层长度（cm）未溶解空气在水中受到水分子引力作用在二相界面处产生表面张力。产生的表面张力这一薄层水分子，构成了气泡的膜。膜呈曲面，这是由于表面张力对泡内空气产生附加压强Ps所致。为此P=Po+PsP—泡内压强Po—泡外历强Ps—附加压强Ps=2α/r（dyn？cm2）这种附加压强是在气泡形成后产生的，它不等于水中溶解空气释放时所需的推动力。从上式可以看出：（1）气泡半径越小，泡内所受附加压强越大，泡内空气分子对气泡膜的碰撞机率也越多、越剧烈。因此要获得稳定的微细泡，气泡膜强度要保证；（2）气泡小，浮速快，对水体的扰动小，不会撞碎絮粒。并且可增大，气泡和絮粒碰撞机率大。但并非气泡越细越好，气泡过细影响上浮。此外投加一定量的表面活性剂，可经降低水的表面张力系数，加强气泡膜牢度，r也变小；（3）向水中投加高溶解性元机盐，可使θ提高，若r不变，则已增大，气泡膜牢度削弱，而使气泡容易破裂或并大。4、表面活性剂和混凝剂在气浮分离中的作用和影响（1）表面活性物质的投加如水中缺少表面活性物质时，小气泡总有突破泡壁与大泡并合的趋势，从而破坏气浮体稳定。此时就需要向水中投加起泡剂，以保证气浮操作中泡沫的稳定。所谓起泡剂，大多数是由极性一非极性分子组成的表面活性剂，表面活性剂的分子结构符号一般用0表示，圆头端表示极性基，易溶于水，伸