浮选柱处理含油废水的研究摘要：本文介绍了一种为处理含油废水而开发的新型溶气浮选柱装置。

溶气浮选柱将溶气气浮法和浮选柱巧妙的加以结合运用，溶解空气在柱体分离系统中释放。

本文对这种具有潜在应用价值的柱体系统分离含油废水中油分的效果进行了研究，在一系列的实验中该装置均取得了理想的分离效果，同时还对溶气浮选柱中采用的气泡产生器的曝气效果进行了专门研究。

关键词：含油废水；分离；气浮；气泡发生器；溶气浮选柱一、引言含油废水是石油开发利用过程中产生的面积广，数量大的污染源。

废水中的油分包括浮油，分散油，乳化油，溶解油和油-固结合物。

含油废水常用的处理技术有物理法、物理化学法、化学破乳法、生物化学法和电化学法。

分离难易程度取决于油分在水体中的存在形式。

含油废水中的浮油一般可以采用重力分离技术予以去除，溶解油可以通过生物处理法将其去除，而以胶体状态存在的分散油和乳化油由于其平均粒径小，化学稳定性咼而难以去除。

近年来，浮选技术由于具有分离效率高，资金投入少，运行费用低的特点而吸引了众多学者的关注，并且已经开发出一些新型的快速高效的含油废水处理装置。

Feng P B和其合作者开发出一种高效节能浮选柱进行含油废水处理，其油分的去除率可以达到90% 左右。

GU Xuqing等人开发出一种新型多级环流式浮选柱可处理含油废水，其独特的流体环流模式极大的提高了油珠和气泡之间的接触几率，分离效果显著，5分钟内，分离效率可以达到96%-97%0Xiao K L等人用多级浮选柱处理含油废水，空气分散在装置的柱体托盘底部，含油废水在柱体的各个托盘中进行处理，除油率达94%。

含有乳化油的废水处理较为困难，为保证浮选效率，分离时要求气泡粒径小，并且在分离区域中形成安静的水力学环境。

分离区应当又长又窄这一概念引发了利用柱状体作为分离设备这一设计理念。

由此产生了一种叫做溶气浮选柱的新型设备，溶解空气在该装置的柱体分离系统中析出，以此来处理含油废水。

二、材料与方法（一）材料实验废水是用胜利油田的脱水脱气原油配制的乳化油经过稀释得到的。

水样经过三十分钟的高速搅拌混合以保证油珠完全地分散到水中。

采用激光粒度分析仪分析油珠的粒径分布；平均粒径为18.15微米，约有77.8%的粒子的粒径在25微米左右或更小（图I）O5.00405 I 2 4 5 10 20 40 50 IOO 200PaniCIe analyzer （μm）图1含油废水中油珠粒径的分布曲线（二）方法浮选分离装置为圆柱形，由树脂玻璃制成，高2000mm,直径50mm。

浮选柱的工作原理是气液逆流，清洁水和回流水在充满空气的加压罐中加压，由此水中溶解了饱和的空气，水流通过气泡发生器时快速减压，并且以超微气泡的形式释放出溶解空气，而后进入浮选柱中。

当气泡从发生器中释放出来的时候碰撞接触，逐渐形成了大量的微气泡。

用于废水处理的浮选法有很多种气泡产生的方式，它们在运行的原理上有较大的区别。

微气泡发生器主要有三种：溶气释放型微气泡发生器，加气微气泡发生器，电解低浓度水溶液气泡发生器。

携带气泡的水进入浮选柱，由于其动能大幅度降低，流速低到接近静态，近乎实现了浮选柱分离中静态分离的理想状态。

含油废水从浮选柱的上部进入，水流向下流动，气泡向上流动，形成了气液逆流。

气泡和油滴在此过程中产生碰撞，结合形成气泡-油珠复合物，并上浮到液面。

然后，这些复合物最终形成泡沫流进收集罐体。

浮选柱可以被分为三个区：a）位于底部的曝气点和顶部的废水-泡沫接触面之间的回收区；b）位于水-泡沫接触面到溢流堰之间的泡沫富集分离区；C）位于柱体底部到产生微气泡的曝气点之间的净化区（图2）o气泡和油滴在回收区碰撞接触，气泡在气泡富集分离区进行聚集，从而降低了回收油分中的含水量。

分离过程主要包括两个步骤。

第一步是破乳和混凝，即在含油废水中加入混凝剂进行破乳和絮凝，增大了絮凝体尺寸，有利于形成稳定的疏水基团。

第二步是浮选柱分离，在柱体中微气泡和絮凝体互相碰撞粘附形成气-絮团聚物，在浮力作用下上升到液面，油分因此从废水中得以分离去除。

实验中采用十二烷基硫酸钠（SDS ）作为表面活性剂，聚合氯化铝（PAC ）和聚丙烯酰胺（PAM ）作为混凝剂。

将药剂投加到装有实验水样的搅拌器中，混凝剂分散水解后产生絮 凝反应，含油废水通过蠕动泵输送到浮选柱中。

处理水通过设有固定数值的转子流量计 定量排出，回用处理水通过另一个蠕动泵输送到压力罐中。

三、结果与讨论（一）溶气浮选柱的曝气效果采用微气泡发生器将微气泡释放到溶气浮选柱中。

由碰撞与捕获效率理论可知，气泡与油珠的碰撞几率在气泡尺寸较小时达到最大。

实验废水水样的油珠平均粒径小于100 μm ,因此在实验中采用了微气泡产生法来释放溶解空气，气泡发生器的结构决定曝 气方法。

气泡发生器是本实验系统中的关键环节，对浮选柱的曝气效果和分离效率有重 要影响，含有饱和空气的水通过气泡产生器稳定的释放出大量的细小，均匀的气泡（图 3）。

溶气浮选柱中气泡的稳定性受到气泡在气液两相流中的停留时间的影响。

停留时间 定义为气泡从气泡发生器释放到气泡上升至液体表面并破裂所经历的时间段。

停留时间StilrTed IarlkTleatetI Water TeCyCle BuibbI es ge⅛ιeralαrFIoatCIj Pro-IiUct* Forth range TniatCd ⅛a⅛∣Flcilalkm reagentPCri5U∣Uc PUrnPRceiI⅛cτy range SCaVCn^τ TaUgC Saturation Unk冋OUHan COIIJmn图2溶气浮选柱处理含油废水的工艺流程COmI>ι,c⅛s⅛d air J * W TrTeaIed wa⅛r P ROealIKter 卜∙ VaIVe 图3 溶气浮选柱中的曝气效果通过一个充满压力水的容积为1000mL 的圆柱形量筒进行测量，所需时间由气泡从量筒中分别测定。

溶解气压对停留时间的影响如图4所示5.5 丿 _______________ Jj - _______________ I ____________ J J__ ____________ ____________________ ______________ JO t l 0203 0,4 0.5■ DiSSolUtiOn air PreSSUrC (MPa)图4溶解空气压力对气泡停留时间的影响由图4可以看出，在压力小于0.4MPa 时，气泡的停留时间随气压的增加而增加，此后随气压的增加而减小。

因此，由本实验可以得出 0.3MPa-0.45MPa 为最合适的压力 区间，在此区间内，产生的气泡数量最多，粒径最小，停留时间最长。

(二)影响除油效果的几个参数1. 压力的影响浮选过程需要足够的溶气量，以便提供足够数量的微气泡。

在溶气浮选柱实验系统中， 空气在水中的溶解量随着压力罐中压力的增加而增加。

小气泡的上升速度小于大气泡， 这确保了浮选柱系统有更长的停留时间，气泡和油珠之间有更多的机会碰撞。

溶气压力 对除油率的影响如图5所示。

实验条件如下：PH=6.9,流量v=0.6L∕min ,回流比R=20%,P PAC)=20.0mg∕L , P SDS)=5.0mg∕L ,泡沫层厚度 δ =30mm的最底部上升到液面并破裂之间的时差来决定,停留时间在具有不同初始气压的压力罐90SO7060刃403020-丿——Il 1 P.0.5.0.5.0 067.7.6I6Γ ='≡)sq⅛q⅞u,il魁 IPPF —InitiaI oil concentration, 5 I Λhnfi∕L -∙- Initiaj ailconcentration, IoO,5mg∕L -* ' Tnidai Oil ConCentra时On lb ISO T 9mg∕L V -v . —9- Initial 。

订COnCentratiOTl t 20】.2mg∕l -10 l ~I --------------------- 1 --------------1- ---------- 1 ---------------- ' 0.1 0.2 03 0.4 0.5P(MPa)图5溶气压力对除油效果的影响从图5中可以看出，随着溶气压力的增加，含油废水中的残油浓度逐渐下降。

实验结果表明在压力为0.3MPa 的情况下，残油浓度为59.6mg∕L, 45.7mg∕L, 29.5mg∕L, 14.8mg∕L时，除油率分别为70.4%,69.7%,70.6%,71.0%。

但当压力增大到0.3MPa以后残油浓度的降低趋势减缓，在溶气压力大于0.35MPa以后含油废水中的残油浓度反而缓慢增加。

这是因为在合适的压力范围内，较高的溶气压力可以保证微气泡的尺寸小，数量多。

然而，当压力超过一定限值以后就会对分离过程产生不利影响，因为当压力过高时水中的溶气既无法消能，气泡的大小也无法保持均衡，这就造成了紊流，它会扰乱柱体中的水流流动并且破坏絮凝体。

絮凝体的破坏会造成浮选效率的降低，当溶气压力接近0.5MPa时在浮选柱中会出现“弹状流”。

因此，由实验所确定的最佳压力范围为0.25MPa-0.35MPa2. PH值的影响油珠和悬浮在水中的微气泡在其表面带有负电荷。

在分离过程中调整PH值对气泡、油珠以及它们所形成的絮凝体所带的表面电荷有重要影响，这有可能影响絮凝体在废水中的性质甚至存在形式，PH值可以通过添加盐酸或者氢氧化钠进行调整。

PH值对除油率的影响如表1所示。

实验条件如下：溶气压力p=0.3MPa,处理水量v=0.6L∕min ,回流比R=20%,进水含油浓度W0=100.9mg∕L, P (PAC=20.0mg∕L, P(SDS)=5.0mg∕L,泡沫层厚度δ =30mm从表1可以看出，当PH值介于6-9之间时，除油率为77.0%-78.6%o实验结果表明用溶气浮选柱处理含油废水时PH值应介于6-9之间。

3. 处理水量的影响处理水量也是对分离效率的重要影响因素。

增大处理水量会降低废水在柱体中的停留时间，从而导致除油率降低。

因此应通过研究确定合理的处理水量，处理水量过小，在经济上不划算，处理水量过大，废水在柱体中的停留时间过短，除油率降低。

实验条件如下：PH=7.4,溶气压力p=0.3MPa,回流比R=20%,进水含油浓度w°=101.1mg∕L,P (PAC=20.0mg∕L, P(SDS)=5.0mg∕L,泡沫层厚度δ =30mm从表可以看出，处理水量从增加到的过程中，除油率从降到了 38.5%。

柱体横截面上的流速随着处理水量的增加而增加，废水在柱体中的停留 时间因此缩短，这减小了微气泡与油珠之间碰撞的几率，降低了分离效率。