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三相分離技術(shù) - 離心分離法
閱讀:296 發(fā)布時間:2022-7-23所謂離心分離法是借助離心分離設(shè)備來對含油污泥中不同密度的成分進(jìn)行分離,離心設(shè)備提供高 轉(zhuǎn)速和離心力。離心得到的油可以回收利用,而水和固體需要繼續(xù)處理。為了提高離心分離的效率, 通常伴有加熱輔助進(jìn)行降粘,或添加有機(jī)溶劑、表面活性劑、破乳劑等來提高脫水效果[30,31]。離心分 離法的工藝流程如圖 3 所示。
含油污泥在形成階段,會受到剪切作用,再加上其中含有膠質(zhì)、瀝青、有機(jī)酸等天然乳化劑[32], 這一情況使得油和水之間形成了 W/O 型乳化液。單純地依靠離心力來進(jìn)行油水分離非常困難,對后 續(xù)的加工也會帶來很大影響。為了提高分離效率,在分離之前需要對含油污泥進(jìn)行預(yù)處理,包括對含 油污泥進(jìn)行降粘、破乳。一般加熱就能達(dá)到降粘的效果,破乳則通常有化學(xué)破乳、物理破乳、生物破乳等。
作為離心分離預(yù)處理的一個操作,調(diào)質(zhì)和化學(xué)清洗是有分別的。雖然兩者都用了化學(xué)試劑來達(dá)到 脫固、破乳等效果,但是化學(xué)清洗著重于三相*分離,最終達(dá)到自然沉降的目的。調(diào)質(zhì)作為機(jī)械分 離的預(yù)處理,要加入絮凝劑等使三相的密度差增大,更容易進(jìn)行離心或旋流操作。即化學(xué)清洗需要加 入清洗液、表面活性劑(增大固體潤濕角的作用)、破乳劑等,調(diào)質(zhì)則需要加入破乳劑、表面活性 劑、調(diào)節(jié)劑、絮凝劑等化學(xué)添加劑。兩者流程中都可以進(jìn)行離心、旋流分離。其中破乳劑即為破乳型 表面活性劑,化學(xué)破乳就是向含油污泥中加入破乳型表面活性劑。該方法可以有效且迅速地破壞油水 界面,達(dá)到油水分離的效果,破乳后的含油污泥可通過重力沉降或離心分離實現(xiàn)最終的三相分離。
依靠離心力來分離的離心機(jī)器通常為離心機(jī)以及旋流器[29]。離心機(jī)相比于旋流器其優(yōu)勢在于分離 粒徑更小、常規(guī)流量更大,并且單位體積的處理量優(yōu)于旋流器。但是旋流器的應(yīng)用更加廣泛,這主要 基于以下三方面原因:多數(shù)情況下,離心機(jī)在粒徑上表現(xiàn)的優(yōu)良性能并不必要;離心機(jī)需要消耗大量電能使之高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)而水力旋流器則不需要;離心機(jī)比水力旋流器昂貴[33]。因此目前旋流分離法仍然是最合適的離心分離方法。
旋流分離技術(shù)可以分為靜態(tài)旋流分離技術(shù)和動態(tài)旋流分離技術(shù)。如圖 4 為靜態(tài)旋流器的原理圖,其主要優(yōu)點(diǎn)為:質(zhì)量輕,體積小,結(jié)構(gòu)緊湊;易于設(shè)計,維修費(fèi)用低;調(diào)節(jié)控制簡便,對基礎(chǔ)運(yùn)動不 敏感。但其處理能力變化范圍小,混合液體的濃度變化不宜過大,需要足夠的入口壓力,因此也有一定的局限性。
相比于靜態(tài)水力旋流器,動態(tài)水力旋流器多了運(yùn)動部件,能擁有更加強(qiáng)大的離心力場,動態(tài)旋流 分離器在保留了靜態(tài)旋流分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,還具有處理量變化更加靈活,可分離更細(xì)小的油 滴,壓力損失小等優(yōu)點(diǎn)。此外,由于其外殼旋轉(zhuǎn)還擁有分離效率更高,所需工作壓力小,能耗少等特點(diǎn)。
復(fù)合式水力旋流器結(jié)合了靜態(tài)、動態(tài)的特點(diǎn),其針對實際要求將兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)組合,得到了種 類多樣的旋流器類型。研究表明復(fù)合式水力旋流器在離心力場強(qiáng)度、流場動能補(bǔ)償、分離效率等方面 均具有一定的優(yōu)勢[34,35]。蔣明虎等人[35]通過實驗得出復(fù)合式水力旋流器的性能優(yōu)于同一結(jié)構(gòu)參數(shù)的靜 態(tài)水力旋流器,也有部分學(xué)者針對具體工況設(shè)計旋流器,并取得了不錯的效果。
張學(xué)魯[36]研制了針對稠油污水處理工程的旋流反應(yīng)器,使水處理藥劑能夠充分反應(yīng)并截留大部分 懸浮物,提高了水處理效果。肖楠[37]根據(jù)具體的實驗條件設(shè)計了復(fù)合式水力旋流器。Jia 等[38]采用三 相離心機(jī)對含油污泥進(jìn)行處理,通過參數(shù)優(yōu)化,滿足了污泥、油水三相分離的要求。結(jié)果表明,當(dāng)輸 入量低于 5m3/h 時,且三相離心機(jī)在操作參數(shù)設(shè)定下,離心處理后含油污泥含水率由 98%降至 70%以下,達(dá)到了減量化、無害化處理的目的。
離心分離法常與其余工藝結(jié)合,效果較為顯著。Zhang[39]在實驗研究中將超聲處理技術(shù)與旋流分 離技術(shù)結(jié)合在一起在工藝條件下,離心出口污泥含油率小于 2%。Li 等[40]提出了一種水熱-水力旋 流器工藝來加強(qiáng)渣油加氫處理廢催化劑的管理。在條件下,人工系統(tǒng)和真實系統(tǒng)對污染烴的去除 率分別為 93.5%和 70.3%。
含油污泥離心分離是較為清潔、成熟的技術(shù),其高效、簡單、快捷、處理量大,無需大量化學(xué)試 劑,設(shè)備占用空間小,適用于規(guī)模化處理含油污泥。但是為了提高離心分離效率,需要消耗很多能量 來提供足夠的離心力促使含油污泥中三相的分離。另外,離心機(jī)的運(yùn)行會造成噪聲污染,而且設(shè)備維 護(hù)成本高,旋流器在這方面更有優(yōu)勢。此外,離心分離要達(dá)到高分離效率需進(jìn)行破乳、降粘預(yù)處理, 但是此技術(shù)無法處理重金屬,并且預(yù)處理階段的添加劑也會造成處理成本增加[1,41-46]。