波纹板聚结油水分离器的研究

发布时间：2024-10-23

波纹板

波纹板聚结油水分离器的研究

DevelopmentofCorrugatedPlateCoalescingOil2waterSeparator

王　敏,杨昌柱,闫　莉(华中科技大学环境科学与工程学院,武汉430074)WANGMin,YANGChang2zhu,YANLi(CollegeofEnvir.Sci.&Eng.HUST,Wuhan430074,China)　

摘要:以镀锌板为基材,表面涂覆涂料A,开发出了新型聚结板材并应用于波纹板聚结除油器,同时对除油器的局部结构进行了改进,可除去30μm以上的油珠。尽管所配原水中的油为密度大(01895kg/L)、难分离的润滑油,在进水含油量从20～

300mg/L波动大的情况下,出水一直稳定在15mg/L以下,一般为10mg/L左右。

关键词:油水分离;波纹板;聚结

中图分类号:U66419+1　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1006-4281(2004)01-0026-03

Abstract:Anewtypeofcoalescingplatematerial,ZincifiedplatecoatedwithdopeA,whichusedincorrugatedplatecoalescingoil2waterseparator,isstudiedinthispaper.Somemajorcomponentsofseparatorareimproved,andmorethan30μmoildropletscanberemoved.Thoughtheoilinwastwaterishighdensitylubricantandtheoilconcentrationofinletfluctuateisfrom20to300mg/L,theoilconcentrationofoutletisbelow15mg/L,currentlyabout10mg/L.

Keywords:oilwaterseparation;corrugatedplate;coalescing/crudedehydration

1　概述

含油废水常用的处理方法有重力分离、气浮、粗粒化及加药剂法等。近几年来,重力分离法作为一种简便的物理除油方法,无二次污染,运行维护费用低,仍是国内外学者研究的热点。经过平流板式隔油池(API)、平行板式隔油池(PPI)、倾斜板式隔油池(CPI)的发展,重力分离能除去油珠的最小粒径为60μm。而最近新出现的密置波纹板除油器己将除去油珠的最小粒径降为40μm。将重力分离法与聚结法相结合,选择合适的波纹板材,采用波纹板聚结技术,并对除油器结构的进一步改进,是提高重力除油器处理效果的关键。

波纹板聚结除油之所以有优异的除油效果,主要来自两方面的原因:

(1)结构特性:波纹板除油原理主要是利用油、水的比重差,使油珠浮集在板的波峰处而分离去除,其关键是在于借助哈真浅池沉淀原理,制成波纹板变间距变水流流线,过水断面是变化的,水流呈扩散、收缩状态交替流动,产生了脉动(正弦)水流,使油珠之间增加了碰撞机率,促使小油珠变大,加快油—26

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珠的上浮速度,达到油水分离的目的。

(2)材料特性:聚结法除油虽然可以将5～10μm粒径以上的油珠完全去除,但由于废水中一般还含有悬浮物,易造成聚结材料堵塞,从而限制了聚结法的应用。常利用具有亲油疏水性的聚结材料作为波纹板材。由于波纹板材质是亲油的,因此首先在波纹板表面形成一层油膜,油膜逐渐加厚,借油的表面张力形成一定大小油珠之后,受其油珠本身重力及水流的冲力使油珠脱落,随水流经波峰处浮油孔上浮,同时由于波纹板层加了聚结表面积,加强了除油效果。

这样将波纹板的结构特性和聚结法的材料特性有效地相结合,可大大提高油水分离的效率,并实现了水、油、固体颗粒三者的同时分离。该设计在前人研究的基础上,对分离器局部结构和板材料上都做了相应的改进。

(1)结构:油水分离器的进水管分流孔,布水板,

收稿日期:2003-11-19

作者简介:王敏(1979-),女,郑州人,硕士研究生。

波纹板

集油板,出水淹没管出流等构件。

(2)材料:一般要求聚结板材的表面是亲油疏水的,通常可采用聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃钢和不锈钢等。现已应用的聚结波纹板材料大多是有机合成材料,而金属材料有其所不具备的良好的延展性、导热性和刚度。可避免像塑料斜管沉淀池使用一定时间后,斜管材料变脆,不能承受水、泥渣的重压,出现大面积坍塌的现象。

不锈钢是良好的板材,但不经济。限制金属材料应用的原因主要是,长时间浸泡于废水中所引起的腐蚀问题。该实验室研制开发的涂料A与金属表面有良好的粘结力,采用镀锌板为基材,对其表面进行除油清洗后,涂覆涂料A,经测试不仅使材料表面具有很好的亲油疏水性,同时兼有防腐功能。

终选择了涂料A作为镀锌板的表面处理涂料。

3　除油器的设计

311　板组的设计

经查阅大量文献和周密的水力计算,预计去除30μm以上的油珠,设计流量:015m2/h。确定波纹

板设计参数为:长×宽:900mm×500mm;板厚:014mm,波长:32mm,波高:8mm;板间距:6mm。为了验证涂料A的除油效果,在板组制作时,分为涂料A和表面未处理的镀锌板两组,分别将30块板为一组。在波峰处有溢油孔,在波谷处有漏渣孔。312　箱体的设计

实验装置如图1。对装置结构作了4点改进:(1)进水分流管上设泄流孔,起到消能作用,避免水流的紊动。(2)布水板使水流在竖直方向上分布均匀,调节进入板堆前的流速。(3)集油受压斜板,促使已上浮的油珠沿斜面上升汇集,靠重力自流到集油槽中。(4)采用溢流堰会引起水表层的紊动,上浮至水表面附近的油珠由于惯性力作用,将冲破水面并且展开成膜,随水流排出,致使出水含油量增大[4]。所以采用淹没出流,

油珠即使上浮也不致被水流带走。

2　接触角测定实验

聚结法的关键是聚结材料的选择。油在材料表面形成的接触角大小,将直接影响到整个装置的除油效果。通过接触角的测量,可以很好的反映出材料表面被油、水润湿的情况。实验采用上海中景数字设备有限公司生产的JC2000A静滴接触角/界面张力测量仪,来测量水、油与不同材料的接触角[1]。测量时的温度为25℃。测量的结果如表1所示:

表1　油、水与待选择的几种材料的接触角

材料

未经处理的镀锌铁板表面涂履涂料A的镀锌铁板

PVC板聚丙烯聚乙烯

水对其接触角油对其接触角

7715°39°6515°2615°56°2115°92°4015°88°39°

图1　油水分离器结构图

　　油在镀锌板上的接触角为39°,而与表面涂覆涂

料A的镀锌铁板的接触角减少为2815°,说明涂覆涂料A后,板的亲油性提高。虽然PVC板与油的接触角最小,但它与水的接触角也较小,疏水性差。处理含油废水时,会导致油粘附于板上,从而堵塞板组。同时,PVC不耐老化,经紫外线照射后易变脆,不适合做聚结板材。

玻璃钢使用一定时间后,表面易出现剥落和锈斑[2]。聚丙烯材料的接触角较符合要求,但纯聚丙烯板材,当吸油接近饱和时纤维周围会产生油水界面引起的分子膜状曲油膜,吸油趋于平衡,影响聚结效果,且易老化,不能满足工业化持久性的要求。

从测试的结果来看,经过涂料A处理过的镀锌板亲油疏水性比镀锌板好,满足粗粒化材料要求,最

[3]

4　试验研究

411　油珠粒径分布测试

由于是在实验室作小试验,处理原水需要自己配制。油品来源:武钢90#齿轮油,密度:01895kg/L。

配水方法:向组织捣碎匀浆机中每次加入约600mL自来水,称取10g油加入其中,以一定转速搅拌115min后,再将其加入容积为115m3的配水罐中,罐内旋转一离心泵再加以搅拌,泵高速旋转的叶轮能够起到再次将油珠打碎的作用。再用流量为1m3/h的离心泵从配水罐中抽取含油废水至设备,

同时离心泵再次将油乳化。

该油水分离器处理的对象是浮油和分散油,目标是去除30μm以上的油珠。若油珠粒径过小,将

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波纹板

直接影响到装置的除油效果。为了准确地研究该油水分离器的性能,必须测定所配制原水中油珠的粒径分布。

油珠粒径分布测试一般比较困难,目前国内主要采用静止浮升法和显微镜法。实验设想用静止浮升法测出所有可上浮油的油(即重力法可除去的油)浓度,同时用OLYMPUS2BX60生物显微镜(日本)校核油珠粒径。分别取500mL进、出水样于分液漏斗中静置,同步计时,在0,32,120min时取50mL水样,用紫外分光光度法测定含油量。

表2　进、出水含油量随静置时间变化的数据

时间(min)

032120

413　涂覆涂料A的镀锌板与镀锌板处理效果的比较

为了验证涂覆涂料A板组的处理效果,做了在

相同板间流速(4m/h)下,与镀锌板组的对比试验。实验结果见表3。

表3　不同板组在相同板间流速(4m/h)的处理效果比较

进水401684316944186591125317678165157164

镀锌板出水14107121021210811166111461215313137

去除率

65%72%73%80%79%84%92%

进水含油量(mg/L)

113124151568183出水含油量(mg/L)

11176101939169

进水40125511124114766120185157246169194141

涂料A出水10161101871110210193121681319912117

去除率

72%78%72%83%93%94%94%

　　一般把在30min内可以上浮的油做为重力法可去除油的界限[5]。从表2中数值可以看出,进水在静置32min后,油含量为15156mg/L,而经过在油水分离器中停留18min后得出水油含量为11176mg/L,低于进水静置32min后的含油量。可以证明,该油水分离器大大加快了油珠的上浮,并可以去除不易上浮的油珠,提高了油水分离的效率。显微镜下观察结果表明,进水油珠粒径<100μm,而出水主要是粒径为25μm的油珠,可以说明该设备去除了大部分30μm以上的油珠,基本达到了设计要求。出水含油量低于进水静置30min后的浓度,可除去部分不易上浮的油珠,说明该设备处理效果优于其它重力分离除油装置。412　稳定运行试验

　　由表3可见,在相同板间流速下,尽管进水浓度

都有较大变化,但两组板的出水都比较稳定,涂料A板组出水略好于镀锌板,去除率也较高。从而验证了测定接触角时,涂有涂料A的板表面亲油疏水性能比镀锌板好的结论。

在近三个月的运行中,发现镀锌板表面有锈痕,并容易粘油,而涂覆涂料A的板表面涂层完好,板组进水端粘有部分油泥,出水端几乎没有粘油。

5　结论

(1)实验证明,涂覆涂料A的波纹板,表面亲油

疏水,具有良好的除油效果,可去除30μm以上的油珠,出水含量小于15mg/L。

(2)长期使用后,涂覆涂料A的板表面涂层完好,说明涂料A与金属有很强的粘结力和耐腐蚀性,且板表面几乎不粘油,不用频繁清洗,运行维护简便。

(3)正确选择含油废水处理工艺,应对原水水质进行油珠粒径分布测试,否则波纹板聚结油水分离器不能充分地发挥其优势。

如图2所示,在近3个月的运行中,尽管进水含油量从20～300mg/L,波动很大,出水一直稳定在15mg/L以下,达到了国家排放标准。在这期间未对板堆进行冲洗,出水水质仍比较稳定

。

6　参考文献

[1]陈宗淇,等1胶体与界面化学[M]1北京:高等教育出版