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流体扰动式油-水分离设备研究
来源:互联网 qikanw | 郭仁惠,朱红力
【分  类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 含油废水;处理设备;原理;试验。
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:

  摘 要:阐明了一种新结构重力除油装置,即在流体流动的方向上设置障碍,局部扰动流体的滞流状态,迫使流体内部质点产生位移碰撞,使含油废水中的微小颗粒油滴聚集成较大颗粒油滴,从而增加油滴的上浮速度,同时应用“浅池沉降”理论,将除油装置设计成多层扰动板结构,以减小含油废水在设备中的停留时间。对停留时间、扰动程度、温度对除油效率影响的试验结果进行了理论分析。经模拟试验,该除油装置对三种废水的除油效率在91%~98%,具有很好的推广应用价值。

  关键词:含油废水;处理设备;原理;试验。

  中图分类号:X77

  Abstract: a kind of new structure for oil removal device by gravitation is described, that is, barriers are arranged in the direction of fluid flow to locally disturb the stagnation of the flow, forcing the mass points in the flow to effect displace collision so that the fine particulate oil droplets in oil-containing wastewater aggregate into relatively big particulate oil drops, thus increasing the rising speed of oil drops, meanwhile the oil removal device is designed to the structure of multiplayer spoilers using the theory of “shallow pool sedimentation” so as to reduce the dwell time of oil-containing wastewater in the equipment. The test results and theoretical analysis of dwell time, disturbance degree and effect of temperature on oil removal efficiency are also described. By simulated test, this oil removal device is verified using the oil removal efficiencies of three kinds of wastewater (between 91% and 98%), and also has an extensive practicability.

  Key words: Oily wastewater; treatment equipment; principle; test

  1 前言

  通常,油田和炼油厂废水量大,处理污水的第一道工序是除油。常用的除油设备有隔油池和气浮设备,隔油池又分平流式、斜板(或管)式,其占地面积大[1-6]。研究出体积小、分离效率高的油水分离设备是环保设备发展的方向。笔者将扰动聚集和浅层沉降理论应用于含油废水的处理设备中,在试验的基础上对影响除油效率的因素做了分析。用实际废水做了试验,验证了设备结构的合理性。从理论上推导了η~h数学关系式,为设计计算提供了理论依据。

  2 试验原理及试验装置结构

  在含油废水中,油是以微小油滴颗粒存在于废水中,由于油和水存在着密度差,水中的油滴颗粒向上运动到水的表面,油滴颗粒上浮运动与水中固体颗粒沉降运动方向相反。仿照推导固体颗粒沉降速度的方法,可推导油滴颗粒上浮时的速度计算式为[7]:

(1)

  由速度公式可以看出,油滴颗粒的上浮速度与油滴颗粒直径有关,与水和油的密度差有关。对于一定的油污水,油和水的密度差是一定的。要增大油的上浮速度,应增加油滴颗粒的直径。油在水中是以微小油滴颗粒分散于水中,如果能以一定的方式使微小油滴颗粒发生碰撞,则小油滴颗粒就会聚集成较大的油滴颗粒,以较快的速度上浮于水的表面[7,8]。在理论分析的基础上,笔者设计了干扰流体作滞流流动的扰动板,其结构如图1所示。

  此扰动板的作用是板上的扰动柱能对滞流流动的废水进行干扰,迫使流体内部产生纹乱流动,导致水流中各质点不断发生位移,这样可大大增加污水中油滴颗粒的碰撞机会,使微小油滴颗粒不断聚集成大油滴颗粒而升浮到水表面。

  根据“浅池沉降理论”,同时参考斜板沉降的结构[1],设计成多层扰动板结构的新型除油装置,其结构如图1所示。

  由于扰动板上的扰动柱均布于流道中,避免因流速不均匀而导致降低脱油效率。相邻两层扰动板之间留有一定的不产生扰动空间,在该空间内,流体流动仍是呈滞流状态,使上浮到水表面的油能形成油层,这样有利于油水分离室中油的分层。为了减小扰动柱产生的涡流对层流室的扰动,扰动柱设计成圆锥形状。

  3 效率计算模型推导

  污水除油器内,流体流经扰动板时各流体质点在三维方向上位置发生不断变化,在流动过程中小油滴不断聚集成大油滴,大油滴浮升到水表面而得到分离,因而水中分散油滴的浓度及油滴直径分布沿流体流动方向上也在不断发生变化,为了计算上的方便,特作如下简化假设[8]:

  (1)油滴在滞流区浮升,即浮升速度符合Stokes定律;

  (2)计算油滴上浮速度时,可用油滴的平均粒径进行计算;

  (3)在流体流动方向的任意一截面上,油滴浓度是均匀的。

  在流体流动方向上取一微元体长度dL,流体在通过该微元体的浓度变化为:

  对上式进行积分得:

(2)

  油滴上浮速度ut可用Stokes定律表示

  将上式代入式(2)得:

(3)

  将式(3)中油的进、出口浓度用除油效率来表示,则得:

(4)

  因L/u为流体在除油器中的停留时间,一般通过实验或经验获得。则式(4)的关系为除油效率与扰动板高度之间的关系。

  4 试验研究

  4.1 影响除油效率的因素

  从理论上分析,对于一定的含油废水,除油效率与流体的停留时间、流体的扰动状态、和流体的温度有关。

  图3为水停留时间对脱油效率的影响。由图可看出,当停留时间在10min以下时,随水流停留时间的增加,脱油效率增加的很快;当水力停留时间大于12min时,脱油效率增加的幅度逐渐减小,当达到23min后,脱油效率增加的幅度很小。笔者认为除油开始阶段,污水中的油滴颗粒直径较小,上浮速度慢,随着停留时间的延长,油滴颗粒在流动过程中不断碰撞,由小油滴颗粒形成大油滴颗粒的速度很快,总体来说油滴颗粒上浮速度加快,去除率随之加大;当停留时间增加到一定程度后,绝大多数微小油滴颗粒已变成大油滴颗粒,微小油滴颗粒形成大油滴颗粒的速度减慢,脱油效率增加幅度减小。

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