一種油水分離系統的製作方法
2023-06-15 22:20:26 2
本實用新型涉及水處理技術，特別是涉及石油行業的原油沉降和生產過程的產出汙水的油水分離。
背景技術：
油田、煉油廠等石油化工企業在生產作業中不可避免會產生各種含油汙水。尤其是近年來，國內大部分油田開發已經進入高含水期，各種開採技術的應用使原油多以乳狀液的形式被採出。據統計，世界開採出的原油近80％以原油乳狀液形式存在，含油乳化汙水的量也與日俱增。並且現在為了提高原油的產出率，一般均採用壓水注入的方法提高原油產量，一般注入水採用原油沉降汙水淨化的方法生產。
根據含油汙水中的油滴的直徑與在汙水中的狀態不同，汙水中的含油主要以四種狀態存在：懸浮油、分散油、乳化油、溶解油。
根據含油狀態的不同，一般現在有不同的處理工藝。現有的常規除油工藝有：重力、離心、電分、吸附、氣浮分離等，在實際的應用中，這些技術一般針對不同的含油汙水。以下對常規的除油工藝進行簡單介紹。
1.1、重力式分離
其是根據斯託克斯公式的運動規律和「淺池理論」，利用油、氣、水的相對密度不同，組分一定的油水混合物在一定的壓力和溫度下，當系統處於平衡時就會形成一定比例的油、氣、水相原理進行。
工作原理：通過多次改變油水乳化液的運行方向和流速，強化機械破乳作用，從而進一步加快油水分離速度。
存在的缺點：單一重力分離設備體積大、時間慢，但先進油水分離設備均設置有該處理單元，只是將其體積變小。只能處理懸浮油和雜質(如泥沙)，無法處理乳化油和溶解油。
1.2、離心式分離
利用油水密度的不同,使高速旋轉的油水混合液產生不同的離心力,從而使油與水分開。
存在的缺點：雖然停留時間少和設備體積較小，但由於離心設備有運動部件，日常維護較難，因此只應用於試驗室的分析設備和需要減小佔地面積的場所。並且離心式分離一般也是針對懸浮油效果較好，對於乳化油和溶解油基本沒有效果。
1.3、電分離
原理是乳狀液置於高壓的交流或直流電場中，由於電場對水滴的作用,削弱了乳狀液的界面膜強度，促進水滴的碰撞、合併，最終聚結成粒徑較大的水滴,從原油中分離出來。
存在的缺點：電分離由於耗電量大、成本高，不適用於大量的汙水處理。
1.4、吸附分離
利用油水對固體物質親和狀況的不同,常用親水憎油的固體物質製成裝置。當油水混合物流經吸附層時，被迫不斷改變流速和方向，增加了水滴的碰撞聚結機率，使小液滴快速聚結沉降。
存在的缺點：一般只用於末端分離處理，不能作為主要手段。
1.5、氣浮分離
氣浮法是依靠水中形成微小氣泡，攜帶絮粒上浮至液面使水淨化的一種方法。條件是附在油滴上的氣泡可形成油氣顆粒。
以下，對氣浮分離的方法進行具體介紹。
氣浮分離主要有加壓溶氣減壓曝氣法與溶氣泵曝氣法兩類方法：
加壓溶氣減壓曝氣法：溶氣罐採用加壓溶氣減壓曝氣法(簡稱：減壓曝氣法)，其原理是，減壓曝氣的在加壓情況下，將空氣溶解在廢水中達飽和狀態，然後突然減至常壓，這時溶解在水中的空氣就成了過飽和狀態，以極微小的氣泡釋放出來，乳化油和懸浮顆粒就粘附於氣泡周圍而隨其上浮，在水面上形成泡沫層，然後由刮泡器清除，使廢水得到淨化。
溶氣泵曝氣法：溶氣泵的吸入口可以利用負壓作用吸入氣體，所以無需採用空氣壓縮機和溶氣裝置。高速旋轉的泵葉輪將液體與氣體混合攪拌，所以無需攪拌器和混合器。由於泵內的加壓混合，氣體與液體充分溶解，溶解效率可達80～100％。所以無需大型加壓溶氣罐或昂貴的反應塔即可製取高度溶解液。氣液比約為1:9(吸氣量為8-10％)，串聯使用可以增加吸氣量。一臺氣液混合泵即可進行氣液吸引、混合、溶解並直接將高度溶解液送至使用點。
氣浮分離存在的缺點：現在廣泛的汙水處理方式，具有效率高、佔地小的優點，但是當汙水中乳化油含量較高時，需要與藥劑配合使用，帶來二次水質汙染並且加大了汙水處理成本。
因此，如何使油水分離過程中無需加藥處理，避免二次汙染，同時較為高效、便捷、佔地及運營成本較低，並符合現場含油汙水處理工況，是有待解決的問題。
在以上含有汙水處理中，現在懸浮油已經有很好的處理手段，現在重力除油法、離心除油法或氣浮除油法均有較好的去除效果。但是對於乳化油現在一般多採用加藥氣浮手段，隨著汙水成分的越來複雜，尤其是注入水中含有各種破乳劑和很多化學成分，這些化學成分極大的降低了破乳劑的效果，並且由於破乳劑的使用又帶來了新的汙染。所以現在大家越來越傾向於採用一種高效的物理破乳法代替現有的加藥破乳法。
技術實現要素：
本實用新型的目的是要提供一種油水分離系統，能採用高能溶氧技術進行高效、便捷的含油汙水處理，使用溶氧破乳法可以有效的破壞汙水中的乳化鍵和化合鍵，達到破乳目的，降低運營成本。
為了實現上述目的，本實用新型提供了一種油水分離系統，包括；
溶氣泵，輸入回流水和純氧氣，輸出氣液混合流體；
溶氣罐，輸入所述氣液混合流體，輸出排除掉多餘氣體後的溶氣水；
高能氧發生器，輸入所述溶氣水，輸出具有高能級氧粒子的高能溶氧水；
混合器，輸入汙水和所述高能溶氧水，輸出混合汙水；
油水分離裝置，輸入所述混合汙水，輸出所述回流水、第一級出水及第一級去除油。
優選的，上述的油水分離系統中，還包括；
過濾單元，輸入所述第一級出水，輸出去除部分懸浮物和含油後的第二級出水及第二級去除油。
優選的，上述的油水分離系統中，還包括；
阻截除油單元，輸入所述第二級出水，輸出去除懸浮物和含油後的最終出水及第三級去除油。
優選的，上述的油水分離系統中，所述油水分離裝置包括外罐和內罐。
優選的，上述的油水分離系統中，所述阻截除油單元中具有阻濾油介質。
本實用新型實施例具有以下技術效果：
1)通過高能溶氧技術來進行汙水的油水分離，高能氧發生器可以產生大量的高能溶氧水，且這些高能溶氧水帶有極高的能量，通過高能氧可以破壞汙水中的油與水之間的乳化鍵和結合作用，使得油與水分離，同時高能氧發生器也產生大量的微納米氣泡，分離出的油和懸浮顆粒就粘附於氣泡周圍而隨其上浮，從而油和水的分離。
2)除油效果好：首先含油汙水經過高能氧的破乳與分離作用，出水的含油量及雜質含量較低；其次高能氧對於不溶的兩相均有很好的分離效果，並且產生的雜質較少。因高能氧活性很強，附帶很強的氧化能力有很強的除色除味的作用。
3)還用純氧氣代替傳統工藝上使用的空氣，增大水中氧含量，使產生的高能氧密度和能級較高，同時產生的氣泡也也很小，可以提高不同介質的分離效率。
4)使用高能氧發生器替代普通曝氣頭進行曝氣，產生更多的高能量的高能溶氧水，可以有效實現破乳目的，增加曝氣效果，並且本裝置為純物理作用，不會因為原水中某些成分與藥劑反應而降低添加劑效果，所以本裝置對二次加藥汙水或多次加藥汙水有較好的處理效果。
5)二級除油單元的阻濾油介質進行再次淨化，阻截除油單元為親水憎油材料，對小顆粒油滴有較好的去除作用，油水分離過程中無需加藥處理，避免二次汙染。
根據下文結合附圖對本實用新型具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本實用新型的上述以及其他目的、優點和特徵。
附圖說明
後文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本實用新型的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪製的。附圖中：
圖1是本實用新型提供的油水分離系統的結構示意圖；
圖2是本實用新型提供的高能氧發生器的原理圖。
圖3是本實用新型提供的一般氣泡和高能氧淨化原理對比圖；
圖4是本實用新型提供的高能溶氧技術產生的高能氧氣泡與普通氣泡的對比圖；
圖5是本實用新型提供的DO濃度與時間關係圖；
圖6是本實用新型提供的除SS(固體懸浮物)效果圖；
圖7是本實用新型提供的降低COD效果圖；
圖8是本實用新型提供的降低氨氮濃度效果圖；
圖9是本實用新型提供的降低總氮濃度效果圖；
圖10是本實用新型提供的降低總磷濃度效果圖。
具體實施方式
圖1是本實用新型提供的油水分離系統的結構示意圖；如圖1所示，本實用新型實施例提供一種油水分離系統，包括；
溶氣泵101，輸入回流水和純氧氣，輸出氣液混合流體；
溶氣罐102，輸入所述氣液混合流體，輸出排除掉多餘氣體後的溶氣水；
高能氧發生器103，輸入所述溶氣水，輸出具有高能級氧粒子的高能溶氧水；
混合器104，輸入汙水和所述高能溶氧水，輸出混合汙水；
油水分離裝置105，輸入所述混合汙水，輸出所述回流水、第一級出水及第一級去除油(佔總除油量中的大部分油)。
可見，本是實用新型實施例中，通過高能溶氧技術來進行汙水的油水分離，高能氧發生器產生大量高能溶氧水，同時產生大量微納米氣泡。高能溶氧水可以有效去除汙水中的乳化油，將乳化油破乳聚合成油滴，這些油滴和一些懸浮顆粒就粘附於氣泡周圍而隨其上浮，從而分離油和水。高能溶氧水中的氣泡也帶有一定的電荷，對汙物的吸附作用遠遠大於普通氣浮，高能溶氧技術產生的高能氧氣泡與普通氣泡的對比見圖4，所以高能溶氧技術對懸浮油和汙物的去除效果遠遠好於普通氣浮。
如圖1所示，在本發明的一個實施例中，還包括；
過濾單元106，輸入所述第一級出水，輸出去除部分懸浮物(佔總懸浮物的大部分)和含油後的第二級出水和及第二級去除油(佔總除油量中的小部分油)。
在本發明的一個實施例中，還包括；
阻截除油單元107，輸入所述第二級出水，輸出去除懸浮物(佔總懸浮物的小部分)和含油後的最終出水(為達標出水)和及第三級去除油(為最後除後的殘餘的油)。
在本發明的一個實施例中，所述油水分離裝置包括外罐和內罐，外罐為高能納米氧反應區1052，內罐為高能納米氧混合區1051。所述阻截除油單元107中具有阻濾油介質。
本發明的實施例中，設計使用高能氧發生器達到油水分離目的，替代現有加藥氣浮工藝，降低了運行費用。其高能氧發生器為純物理作用達到油水分離目的，避免引入新的汙染。
圖2所示，為高能氧發生器原理，氣液混合液在高能氧發生器中會高速渦旋，在這個螺旋壓縮過程中，氧氣氣泡會隨著切割水在蝸旋加速系統中加速運動，在加速運動中來自外部的壓力逐漸增高，氣泡因外部壓力增高而逐漸壓縮，氧分子間距逐漸縮小，分子間能蓄積達到最高，一部分氣泡破裂後形成高能活性氧，自由熱運動增強，可以加入到水分子共價鍵中成為溶解氧，也可以斷裂其它物質與水分子形成的共價鍵，或氧化其它物質，另一部分為破裂的氣泡也會變成微納米氣泡，並帶上電荷。另外，高能氧發生器產生的微納米氣泡與普通氣泡在水中的運動軌跡也不同，如圖3所示，一般氣泡的大氣泡(直徑毫米級)受到的浮力較大，上浮速度快，而且是直線上浮，到頂端後直接破裂。而直徑小於10微米的微納米氣泡，浮力較小，在水中停留時間長，路線迂迴，在加上氣泡的帶電作用，使得微納米氣泡更容易粘附乳化油和懸浮顆粒。另外，一部分氣泡在運動過程中，由於受到擠壓、碰撞等作用，會產生氧分子團破裂，從而形成高能溶氧水，在這個過程中會釋放較大的能量，這種能量可以導致氣泡周邊的汙染物與水之間的共價鍵結合破裂，而且溶於水中的高能氧離子對汙染物產生氧化降解作用。同時高能氧分子團破裂時釋放出的大量的羥基自由基，可氧化分解各種有機汙染物。同時，直徑10微米的氣泡同直徑1mm的氣泡相比，考慮氣泡內部壓力及比表面積的效果，前者的氣體溶解能力為後者的1萬倍，如果考慮氣泡的上升速度的影響，理論上有20萬倍的氣體溶解能力。微納米氣泡極大促進氣液之間的反應速率。
另外，本是實用新型實施例中，還用純氧氣代替傳統工藝上使用的空氣，增大水中氧含量，使產生的氣泡體積較小，可以提高不同介質的分離效率。純氧氣經過高能氧發生器的高速切割作用，會行成帶點高能氧粒子。高能氧在水中，具有很高的能量等級。首先可以在水中形成較高的高濃度溶解氧，可以有效的降低汙水中的COD(chemical oxygen demand，化學耗氧量)值，同時高能氧所具有的高能特性可以有效的降解水中的汙染物，尤其對乳化油有著普通曝氣所不具有的強破乳效果。在水中，微納米氣泡會因為受到水的物理作用(包括水流產生的壓縮、膨脹、旋流等)，會因為這些物理作用產生超高溫、超高壓等極限反應現象，使得與周圍的水產生大量高效帶電自由基，自由基是一種不穩定的活性物質，會從周圍其它物質奪取電荷以達到自身平衡，在這個過程中，會產生很強的氧化作用，這個作用會破壞含油汙水中的的油水結合作用和乳化鍵。在實際使用中，如果水中含油較高的乳化油，使用本實用新型的技術結合使用純氧氣曝氣，不但具有快速破乳的效果，很可以快速的降低汙水中的COD值，同時也可以起到懸浮雜質快速去除的效果。
如圖1所示，在本實用新型的另一個實施例中，使用高能氧發生器替代普通曝氣頭進行曝氣，產生更多的高能氧粒子，增加曝氣效果。
在本實用新型的另一個實施例中，所述油水分離裝置包括外罐和內罐。汙水流過外罐和內罐，與高能溶氧水進行兩級混合，使得混合更加充分。
在本實用新型的另一個實施例中，還包括阻截除油單元來作為二級除油單元，輸入所述出水。油水分離裝置的出水被所述二級除油單元再次淨化。所述二級除油單元中具有阻濾油介質。當所述阻濾油介質浸入水中後，其表面載能會與水發生綜合反應，產生一層緻密牢固的功能層，形成阻截除油功能。
當含油的水要透過阻濾油介質時，給水以適當的壓力，來水一側的水分子可與膜內一側的水分子發生置換透過，而油等憎水性分散質被阻擋在阻濾油介質表面，從而實現油水分離。
被阻擋下來的油不能與阻濾油介質相粘附，隨著油粒的不斷增加，浮力加大，油粒會浮升到表面，並被收集。
在本實用新型的另一個實施例中，所述汙水溶氣裝置具有高能氧發生器。圖2是本實用新型提供的高能氧發生器的原理圖。如圖2所示，所述發生器具有噴射口；所述氣液混合流體從上方進入後，在所述發生器中高速旋轉形成負壓軸。
過程如下：從上方進入高能氧發生器的氣液流體在壓力作用下高速旋轉；在高能氧發生器的中部形成負壓軸，負壓軸的吸力可將液體中溶解的氣體或者外部接入的氣體集中到負壓軸上；當高速旋轉的液體和氣體在適當的壓力下從特別設計的噴射口噴出時，由於噴口處混合氣液的超高的旋轉速度與氣液密度比(1：1000)的力學上的相乘效果，在氣液接觸界面間產生高速強力的剪切及高頻率的壓力變動，形成人造極端條件，生成大量高能氧粒子。
由上可知，本實用新型具有如下優勢：
1)通過高能溶氧技術來進行汙水的油水分離，高能氧發生器可以產生大量的高能溶氧水，且這些高能溶氧水帶有極高的能量，通過高能氧可以破壞汙水中的油與水之間的乳化鍵和結合作用，使得油與水分離，同時高能氧發生器也產生大量的微納米氣泡，分離出的油和懸浮顆粒就粘附於氣泡周圍而隨其上浮，從而油和水的分離。
2)除油效果好：首先含油汙水經過高能氧的破乳與分離作用，出水的含油量及雜質含量較低；其次高能氧對於不溶的兩相均有很好的分離效果，並且產生的雜質較少。因高能氧活性很強，附帶很強的氧化能力有很強的除色除味的作用。
3)還用純氧氣代替傳統工藝上使用的空氣，增大水中氧含量，使產生的高能氧密度和能級較高，同時產生的氣泡也也很小，可以提高不同介質的分離效率。
4)使用高能氧發生器替代普通曝氣頭進行曝氣，產生更多的高能量的高能溶氧水，可以有效實現破乳目的，增加曝氣效果，並且本裝置為純物理作用，不會因為原水中某些成分與藥劑反應而降低添加劑效果，所以本裝置對二次加藥汙水或多次加藥汙水有較好的處理效果。
5)二級除油單元的阻濾油介質進行再次淨化，阻截除油單元為親水憎油材料，對小顆粒油滴有較好的去除作用，油水分離過程中無需加藥處理，避免二次汙染。
以下，以對比圖的形式，進行高能氧處理汙水與普通曝氣處理汙水的對比。
1)圖5是DO(溶解氧)濃度與時間關係圖。
如圖5所示，高能氧曝氣可以在短時間內迅速衝氧，水體中的溶解氧在前60min內不斷增加，60min時水體DO濃度達到28.5mg/L,其是初始值8.26mg/L的3.45倍，同時，此時到達最大值。而普通曝氣的最大衝氧量為13.7mg/L，是初始值的1.65倍。
2)圖6是除SS(固體懸浮物)效果圖。
如圖6所示，在分別用無曝氣、普通曝氣、高能氧曝氣對汙水中SS的去除比較中，高能氧曝氣不僅在去除速率上要明顯高於普通曝氣，而且最終的去除率也要比普通曝氣高7％左右，可見高能氧曝氣效果要明顯優於普通曝氣。
3)圖7是降低COD效果圖。
如圖7所示，在120min的曝氣時間內，高能氧曝氣在前80min時COD下降顯著，由開始的345mg/L降至184mg/L，其去除率為46.7％，80min後COD沒有顯著變化；普通曝氣在80min時COD所達到的最大去除率為29.3％,故高能氧曝氣方式對汙水中COD的降解效率高於普通曝氣方式。
4)圖8是降低氨氮濃度效果圖。
如圖8所示，使用高能氧曝氣時。水中的氨氮濃度由初始的25.95mg/L降為16.24mg/L，其去除率為37.4％，是使用普通曝氣方式的1.25倍，即高能氧曝氣方式對汙水中氨氨氮的降解效率高於普通曝氣方式。
5)圖9是降低總氮濃度效果圖。
如圖9所示，無論是哪種曝氣方式，對總氮幾乎都沒有去除效果，這是因為其無反硝化的空間和時間段，所以總氮的去除率幾乎為零。
6)圖10是降低總磷濃度效果圖。
如圖10所示，使用高能氧曝氣對汙水中的總磷(TP)的去除率和效率都要明顯優於普通曝氣，這是因為高能氧曝氣的充氧能力更強，更有利於汙水中的微生物對磷酸鹽的吸收。
至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本實用新型的多個示例性實施例，但是，在不脫離本實用新型精神和範圍的情況下，仍可根據本實用新型公開的內容直接確定或推導出符合本實用新型原理的許多其他變型或修改。因此，本實用新型的範圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。