船用油污水分离装置的设计目录第一章绪论 (II)1.1船舶含油废水的来源及水质特征 (II)1.2船舶含油废水的处理技术介绍 (III)第2章总体方案设计 (V)2.1基本结构 (V)2.2工作原理 (VI)2.3主要参数校核 (VIII)2.4反向冲洗装置 (IX)3.1简介 (XI)3.2对象的组成及特性 (XIII)3.3附设除水器的控制方案 (XV)3.4直接控制分界面的控制方案 (XVIII)3.5液位界面变送器的零点迁移 (XIX)3.6减少变送器的量程 (XX)3.7油水分离界面控制系统 (XX)3.8被控参数的选择 (XXII)3.9控制参数的选择 (XXII)3.10过程动态特性 (XXIII)3.11最佳控制方案的确定 (XXIV)3.12误差分析 (XXV)第四章节阀的选择 (XXVII)4.1调节阀的流量特性 (XXVII)4.2调节阀流量特性的选择 (XXIX)4.3调节阀的结构选择 (XXIX)4.4调节阀气开气关形式的选择 (XXX)4.5仪器、仪表的接地 (XXX)4.6接地的作用 (XXX)4.7油水分离界面控制系统部分仪器的接地方法 (XXXI)4.8油水分离技术主要应用领域 (XXXII)5结束语 (XXXIII)致谢 (XXXIV)参考文献 (XXXV)摘要：本文针对含油废水中浮油，分散油和乳化油的处理，将重力法与聚结技术相结合，设计制作了波纹板聚结油水分离器，并对其内部构件比如入口构件、聚结构件、集油构件及出口构件进行了创造性的优化设计，改善了水力条件，强化了重力油水分离过程。
其中聚结构件的优化设计和聚结材料的表面特性是提高油水分离效果的关键，直接影响到设备的除油效率。
在聚结构件结构的设计上采用横向流进水，利用波纹板提供的曲折通道和非常大的聚结表面产生近似于正弦波的水流，使分散油珠产生最大程度的聚结。
以斯托克斯公式和浅层沉淀理论为依据，进行板长板宽及板间距的选择，并以雷诺数验证水流的层流状态；在聚结材料的选择上，通过测量油在备选材料上的接触角，并考察其有效、经济、耐久性，最终确定经改性剂A进行表面改性后的镀锌板作为该油水分离器的聚结板材。
所设计的装置可去除20um以上的油珠，出水含油量小于10mg/L，基本达到设计要求。
关键词：油水分离，重力，聚结，粗粒化，波纹板第一章绪论船舶行驶时会排放大量的油而污染水域，含油污水对环境的污染主要表现在对生态系统和自然环境的严重影响。
流到自然水体中的可浮油，形成油膜后会阻碍大气复氧，断绝水体氧的来源；而水中的如花油和溶解油，由于需氧微生物的作用，在分解过程中消耗水中溶解氧，是水体形成缺氧状态，以致鱼类和水生物难以生存。
所以必须对船舶含油废水加以处理，达到标准后才能排放。
1.1 船舶含油废水的来源及水质特征船舶含油废水包括油船的压载水、洗舱水和舱底水。
废水中不同形态的油有着不同的理化性质，在很大程度上决定了相应处理的选择。
通常油类在水中主要以五种状态分布[1]。
（1）浮油: 这种油在水中分散颗粒较大，油粒径一般大于100 um，静置后能较快上浮，以连续相的油膜漂浮在水面。
（2）分散油: 油在水中的分散粒径为10～100 um，以微小油珠悬浮于水中，不稳定，静止一定时间后往往形成浮油。
（3）乳化油: 油珠粒径小于10 um，一般为0.1～2 um。
往往因水中含有表面活性剂使油珠形成稳定的乳化液。
乳化油的稳定性取决于废水的性质及油滴在水中分散度，分散度愈大愈稳定。
（4）溶解油: 油以分子状态或化学方式分散于水体中，形成稳定的均相体系，粒径一般小于几微米。
（5）固体附着油: 吸附于废水中固体颗粒表面的油。
混入废水中的油类多数以几种状态并存，极少以单一的状态存在。
一般需采用多级处理方法，经分别处理后才能达到排放标准。
1.2 船舶含油废水的处理技术介绍含油废水处理的难易程度随其来源及油污的状态和组成方法按原理可分为物理法(沉降、机械、离心、粗粒化、过滤、膜分离等); 物理化学法(浮选、吸附、离子交换、电解等); 化学法(凝聚、酸化、盐析等); 生物化学法(活性污泥、生物滤池、氧化塘等)[2]。
下面介绍几种国内外常见的处理方法[3-6]。
（1）重力分离法: 利用油水两相的密度差及油和水的不互溶性进行分离。
沉降分离在隔油池中进行，常见的有平流式(API)、平行板式(PPI)、波纹板式(CPI)等型式。
平流式隔油池的设计主要基于斯托克斯公式，由公式可求得一定表面积的隔油池所能除去的最小油珠粒径。
隔油池水流状态对除油能力和效果也有很大影响，最好的水流状态是层流状态，它有利于油珠的上升和固相的沉降。
根据以上理论，进而设计出了PPI式、CPI式、IPI式(斜板式)等更为高效隔油池。
这几种型式的隔油池与API式相比较，占地面积省，去油能力、排油能力及安全程度等方面明显提高，因此已被广泛应用。
该类方法设备结构简单，易操作，除油效果稳定，但对溶解性油类或乳化油是不适用的。
（2）聚结法(粗粒化法): 利用油水两相对聚结材料亲和力的不同来进行分离，主要用于分散油的处理。
此法的技术关键是粗粒化材料的选择，许多研究者认为材质表面的亲油疏水性是主要的，而且亲油性材料与油的接触角小于70°为好。
常用的亲油性材料有蜡状球、聚烯系或聚苯乙烯系球体或发泡体、聚氨酷发泡体等。
粗粒化法可以把5 ~10 um粒径以上的油珠完全分离，无需外加化学试剂，无二次污染，设备占地面积小，基建费用较低。
但对悬浮物浓度高的含油废水，聚结材料易堵塞。
（3）凝聚法: 也就是用絮凝剂除油的方法。
常用的无机絮凝剂是铝盐和铁盐，特别是近年来出现的无机高分子凝聚剂，如聚硫酸铁、聚氯化铝等，具有用量少、效率高的特点，而且使用时最优pH也较宽。
虽然无机絮凝剂法的处理速度快，但药剂较贵，污泥生成量多。
有机高分子凝聚剂的研究发展很快，但目前有机高分子絮凝剂在含油废水处理方面的应用仍然主要是用作其它方法的辅助剂。
（4）气浮法: 通常采用的主要是加压溶气浮选法去除乳化油。
因为空气微泡由非极性分子组成，能与疏水性的油结合在一起，带着油滴一起上升，上浮速度可提高近千倍，所以油水分离效率很高。
常在含油废水中加入絮凝剂，还会进一步提高油水的分离效果。
目前该法已被广泛应用于油田废水、石油化工废水、食品油生产废水等的处理，但动力消耗较大，构造复杂，维修保养困难。
第2章总体方案设计船舶行驶时会排放大量的油污水 ,从而影响海洋生物的生长 ,对海洋资源造成严重的破坏 ,还可能影响局部地区的水文气象条件 ,降低海洋的自净能力。
因此必须采取措施 ,将油污水处理成符合排放标准的净水后再排入水域 ,从而保护水域环境。
目前国际上通常利用油水分离器作为油污水的处理装置 ,我国已有适合于大中型船舶的油水分离器系列产品 ,但适合小型船舶的油水分离器不仅少 ,而且价格贵 ,很难推广。
过去我们研制的 CYF - 0. 1/ CYF- 0. 05小型船用油水分离器已成为我国的定型船用产品 ,适用于总吨 500 以下的船舶。
但沿海一带大量的船舶总吨属于500～1000。
据资料介绍 ,仅广东省就有总吨1 000 以下的船舶 10 多万条 ,而适合这类船舶的油水分离器产品少 ,且体积大 ,寿命短 ,售价高 ,难以推广。
为此 ,我们研制了结构简单且价格低廉的 CYF - 0. 2 型船用油水分离器。
通过对样机的型式试验 ,结果表明该油水分离器分离效果良好 ,完全满足国家排放标准。
2.1基本结构本装置由粗分离部分和细分离部分组成 ,见图1。
粗分离部分主要采用机械重力分离法 ,其主要部件为伞盘组。
细分离部分主要采用过滤法和聚结法分离 ,主要部件为粗粒器和金属丝网。
粗粒化元件用微孔结构的合成材料制成 ,但其孔隙和密度不相同 ,第二级比第一级的孔隙减小 ,密度增大 ,使分离效果逐级提高。
对含杂质较多的污水 ,使用粗粒器(过滤网)以延长粗粒化元件的使用寿命。
2.2 工作原理图2：改进后的实体图来自专用配套泵的舱底油污水 ,经吸入滤口切向进入分离器中部后旋转上升 ,由于流速低 ,流程长 ,有助于大油滴上浮。
油污水再由上部转向向下流经伞盘组 ,由于伞盘组能够增大接触面积 ,增大湿周 ,缩短油滴上浮的距离 ,增加油滴的碰撞机率 ,使之使成大油滴 ,因而提高了分离效果。
聚合形成的较大油滴 ,上浮至粗分离器顶。
含有微细分散油滴和乳化油滴的油污水 ,经滤网和聚丙烯吸油材料组合的过滤、聚结元件。
含有更小颗粒油滴的油污水通过细滤器滤除水中的机械杂质及部分石蜡胶状体后 ,再进入粗粒器。
粗粒器使用亲油性高分子材料制作 ,用以截留吸附微小油滴。
从其表面分离出来的新油滴直径比入口的油滴直径有显著的增大 ,产生粗粒化效果。
大油滴上浮至粗粒器上部 ,符合排放标准的水则经分离器底部通过超过顶部的出水管排出。
当分离出的污油在分离器顶部聚集 ,达到油位检测报警位置后 ,蜂鸣器报警 ,进行人工排油。
粗粒器上部污油很少 ,可定期人工排油。
2.3主要参数校核根据选定的伞盘组结构参数 ,校核可分离的最小油滴直径。
因为雷诺数再求伞盘间油滴上浮速度。
参见图 2 ,伞盘间距 b = 0. 3cm ,伞盘母线长 l = 12cm ,轴截锥面底角α= 40° ,根据相似关系得伞盘间油滴上浮速度比较油滴上浮速度 u1 和 u2 可知 ,后者略大一些。
因为油污水进入伞盘组后 ,水流速度方向与油滴上浮速度方向接近 ,相对速度降低 ,因而提高了分离能力。
计算可分离的最小油滴直径 d 与已知可分离的最小油滴直径 d′基本相同 ,说明所选的伞盘组结构参数较理想。
2.4 反向冲洗装置由于随着分离器的使用 ,分离器内部的分离元件特别是过滤材料将变脏 ,流体流动时压力损失增大 ,从而严重影响分离效果。
因此 ,为了使油水分离器内部分离元件保持干净 ,以保证其分离效果 ,本方案设有反向冲洗装置。
操作步骤如下。
旋转三通旋塞2 ,使反向冲洗海水与泵口接通 ,旋转三通旋塞 1 ,使泵出口与分离器排水口接通 ,关闭分离器排水阀3 ,开启反冲洗出水阀4 ,启动专用配套泵 ,即实现反向冲洗。
第三章油水分离部分设计3.1简介世界人口的迅猛增长和工业的高速发展，导致水资源短缺日益加剧。
20世纪世界人口增加了近3倍，淡水消耗量增加了约6倍，其中工业用水增加了26倍。
而世界淡水资源总量基本不变，使20世纪末的人均占有水量仅是实际初的1/18。
据报道，目前世界上约有1/3的人口面临供水紧张的威胁；另一方面水污染问题日趋严重，全世界每年排放工业废水约4260亿m³,造成可供人类使用的淡水资源总量的1/3受到污染，使本来就很紧张的淡水资源更是雪上加霜。
据有关资料显示，1995年全世界有20％的人口缺乏安全用水。