主頁 > 新聞動(dòng)態(tài) > 溶氣氣浮分離除油溶氣壓力與化學(xué)助劑的影響 2021-12-17

溶氣氣浮分離除油溶氣壓力與化學(xué)助劑的影響

在石油開采、煉制及化工生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生含油廢水，如處理不當(dāng)進(jìn)入環(huán)境水體，將對(duì)環(huán)境造成污染。對(duì)于直徑較小或密度與水接近的油滴，傳統(tǒng)的重力沉降難以達(dá)到令人滿意的效果。氣浮通過向污水中加入微氣泡，與油滴粘附形成絮團(tuán)，可提高油水分離效率。
專家學(xué)者應(yīng)用溶氣氣浮對(duì)不同水體中的油進(jìn)行了分離實(shí)驗(yàn)，主要關(guān)注氣浮池結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)及油水種類等因素對(duì)浮選除油效果的影響，而極少關(guān)注各因素對(duì)除油效果的影響機(jī)理，缺乏相應(yīng)的理論分析。所以本文在進(jìn)行氣浮除乳化油實(shí)驗(yàn)的同時(shí)測量氣泡直徑、氣含率等參數(shù)并觀察乳化油形態(tài)，分析溶氣壓力及化學(xué)助劑對(duì)除油效果的的影響機(jī)制，以期指導(dǎo)溶氣氣浮的工業(yè)應(yīng)用。
一、實(shí)驗(yàn)部分
1.實(shí)驗(yàn)流程及裝置
溶氣法生成微氣泡的裝置主要包括溶氣罐和釋放頭。實(shí)驗(yàn)時(shí)回流水泵和空氣壓縮機(jī)分別將水和空氣注入高壓溶氣罐內(nèi)，兩相在溶氣罐內(nèi)混合，空氣溶解形成飽和溶氣水。飽和溶氣水到達(dá)釋放頭后減壓釋放，氣泡成核析出，形成大量微氣泡。實(shí)驗(yàn)過程中可以通過調(diào)節(jié)回流水泵的流量改變?nèi)軞鈮毫Α?br /> 進(jìn)行除油實(shí)驗(yàn)時(shí)，含乳化油污水經(jīng)提升泵進(jìn)入氣浮池接觸區(qū)，與微氣泡混合。在此過程中，氣泡與乳化油滴發(fā)生粘附形成絮團(tuán)。絮團(tuán)進(jìn)入分離區(qū)后上浮至水面。處理后的凈水由分離區(qū)底部孔道進(jìn)入回流水收集區(qū)，部分作為溶氣水源，部分進(jìn)入污水處理池，形成循環(huán)流程。
2.含乳化油污水制備
為了對(duì)乳化油狀態(tài)進(jìn)行顯微觀察，首先取原油140g加入航空煤油至1L，配成帶有顏色的污油。乳化時(shí)取50mL 污油加水至500mL，同時(shí)加入乳化劑十二烷基苯磺酸鈉（SDBS，分析純）2.5g，使用高速剪切乳化機(jī)進(jìn)行乳化，制成高濃度含乳化油污水。實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)所需濃度加水進(jìn)行稀釋，制成一定含油濃度的污水。
3.氣泡直徑測量方法
本研究采用圖像分析法測量氣泡直徑。首先使用數(shù)碼顯微鏡（PH50型）拍攝氣泡群的顯微放大圖像，后采用自編的Matlab程序?qū)D像進(jìn)行處理，得到氣泡直徑分布，具體測量及圖像處理過程。
4.除油效率的測量
含油濃度的測量根據(jù)碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法（SY/T 5329）進(jìn)行。測量前繪制含油濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，測量時(shí)取含油污水用石油醚（分析純）進(jìn)行萃取，利用分光光度計(jì)測量吸光度ABS并換算成水中含油濃度。
采用除油率表征乳化油分離效果，除油率η 計(jì)
算式如下：

式中，ρ0為浮選前污水含油濃度，ρ 為浮選后氣浮出口處含油濃度。
二、結(jié)果與討論
1.溶氣壓力的影響
溶氣壓力是氣浮工藝中一個(gè)重要操作參數(shù)，首先采用不同溶氣壓力進(jìn)行除油實(shí)驗(yàn)，分析其對(duì)除油率的影響。實(shí)驗(yàn)采用污水初始含油濃度為1000mg/L，溶氣壓力分別為0.22、0.26、0.30、0.34MPa。不同溶氣壓力下除油率隨時(shí)間變化如圖1 所示。由圖1 可知，0至20min除油率變化最顯著， 20min以后除油率增大速率減緩，60min后除油率基本不再發(fā)生改變。溶氣壓力由0.22MPa增大至0.26MPa時(shí)，最終除油率由30%左右升高至40%以上。而溶氣壓力在0.26MPa至0.34MPa變化時(shí)，最終除油率基本不再發(fā)生改變。在實(shí)際應(yīng)用中，提高溶氣壓力伴隨著能耗的增加，但分離效率不再增大，所以實(shí)際操作過程中溶氣壓力并非越大越好，需確定最合理的溶氣壓力。

圖1 壓力對(duì)除油效率的影響
為分析溶氣壓力對(duì)除油效果的影響機(jī)制，對(duì)不同溶氣壓力下氣泡（釋放頭處產(chǎn)生的氣泡）直徑及氣含率進(jìn)行了測量，結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可知，溶氣壓力由0.22MPa升高至0.26MPa，生成的氣泡直徑由63.2μm減小至38μm，溶氣壓力繼續(xù)增大至0.34MPa，氣泡直徑由38μm減小至30μm�；亓魉械臍夂孰S著溶氣壓力的升高而增大。

圖2 溶氣壓力對(duì)氣泡直徑及氣含率的影響
根據(jù)氣含率和氣泡直徑可求得回流水中氣泡數(shù)密度（即單位體積水中微氣泡個(gè)數(shù)），研究可知?dú)馀輸?shù)密度隨溶氣壓力升高而增大。油滴的數(shù)密度一定時(shí)，油滴分離率與氣泡數(shù)密度成正比。提高溶氣壓力改善浮選效果的原因在于其增大了氣泡的數(shù)密度。
2.化學(xué)助劑的影響
1）絮凝劑的影響
不同濃度聚合氯化鋁（PAC，分析純）對(duì)除油率變化的影響如圖3所示。加入30mg/L聚合氯化鋁，除油率明顯提高，PAC投加量增大至60mg/L時(shí)，最終除油率達(dá)到98%以上，繼續(xù)增大PAC投加量無法進(jìn)一步提高除油效率。

圖3 聚合氯化鋁濃度對(duì)除油效率的影響
觀察PAC前后乳化油的顯微圖像可知，加入PAC后，油滴聚集成團(tuán)簇。團(tuán)簇相對(duì)單個(gè)油滴體積更大，更容易捕獲微氣泡，且粘附的氣泡數(shù)目增多，形成體積更大、平均密度更小的絮團(tuán)。同時(shí)，油滴聚集過程中形成了直徑更大的油滴。以上2種因素強(qiáng)化了浮選除油效果。
除分離效率這一指標(biāo)外，處理后污水即氣浮出口污水的含油濃度同樣重要。出水含油濃度會(huì)對(duì)后續(xù)水處理流程產(chǎn)生顯著影響，所以出水含油濃度常作為氣浮單元的考察和控制指標(biāo)。PAC投加量對(duì)處理后污水含油濃度的影響見表1。由表1可知，隨著PAC的提高，出水含油質(zhì)量濃度先降低后保持不變。特別是PAC投加量高于60mg/L后出水含油質(zhì)量濃度降低至15mg/L左右，除油效果顯著。

表1 PAC 投加量對(duì)處理后污水含油濃度的影響
考察了有機(jī)絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM）的作用。PAC和PAM對(duì)除油效率影響的對(duì)比見表2。實(shí)驗(yàn)用PAC和PAM投加量均為10mg/L，結(jié)果表明，PAM對(duì)浮選除油的改善效果有限，PAC能夠更顯著地改善除油效果。

表2 PAC 和PAM 對(duì)除油效率的影響
2）表面活性劑的影響
不同表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SLS，分析純）濃度下除油效率隨時(shí)間的變化趨勢見圖4。由圖4 可知，隨SLS質(zhì)量濃度由10mg/L增大至60mg/L，最終除油率由60%左右提高到90%以上。此后，除油效率不再隨SLS濃度的增大而提高。

圖4 十二烷基硫酸鈉對(duì)除油效率的影響
表面活性劑可降低水的表面張力，減小生成氣泡的直徑并抑制氣泡聚并，減小氣泡直徑，提高碰撞頻率。除影響氣泡直徑外，SLS能夠改變油水界面的性質(zhì)，提高碰撞導(dǎo)致粘附的概率并降低絮團(tuán)破碎的概率。
在工業(yè)應(yīng)用中，有必要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定合理的表面活性劑加量。過高表面活性劑濃度不會(huì)改善浮選效果，但增加了操作成本。
為了對(duì)比絮凝劑與表面活性劑對(duì)浮選除油效果的影響，研究不同濃度聚合氯化鋁和十二烷基硫酸鈉對(duì)除油率的影響，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，當(dāng)加藥濃度為10mg/L 時(shí)，PAC對(duì)除油的改善效果明顯優(yōu)于SLS；加藥濃度提高到30mg/L 時(shí)，PAC和SLS均能明顯改善除油效果。所以PAC在加藥濃度較低時(shí)即可改善除油效果，而表面活性劑則需要在濃度達(dá)到一定量時(shí)才會(huì)有較好的效果。

圖5 PAC 與SLS 對(duì)除油效果的影響
3.結(jié)論
本文應(yīng)用溶氣氣浮法處理乳化油污水，研究了溶氣壓力、處理量、表面活性劑及絮凝劑對(duì)除油效率的影響，結(jié)合浮選動(dòng)力學(xué)模型對(duì)以上因素的影響機(jī)制進(jìn)行了分析。研究表明，除油效率隨溶氣壓力增大先提高后保持不變。溶氣壓力改善氣浮除油效果的主要原因是其增大了污水中的氣泡數(shù)密度。
無機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁可使油滴聚集成簇，提高氣泡捕獲概率，改善除油效果。有機(jī)絮凝劑聚丙烯酰胺則對(duì)除油效果的改善程度有限。
加入活性劑十二烷基硫酸鈉可提高除油效率，達(dá)到一定值后繼續(xù)增大表面活性劑濃度不會(huì)進(jìn)一步提高除油效率。相較PAM 和SLS，PAC 可以在低濃度下更好地改善氣浮除油效果。

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