申请日2010.07.12
公开(公告)日2012.01.25
IPC分类号C02F9/02
摘要
本发明涉及一种含油废水的净化设备，包括顺序连接的如下装置：旋流分离器，包括无机非金属材质的微旋流管(3)和套装在微旋流管(3)外的金属材质的外壳(2)，用于对含油废水进行离心沉降处理;吸附分离器，内部装有有机改性黏土矿物吸附材料，用于吸附水中的油，实现油水分离。本发明净化设备的旋流分离器采用新型无机材料制备而成，具有耐腐蚀，耐磨损，容易加工，生产成本低，本发明方法净化含油废水的处理能力大，废水处理量达到10-100m3/hr;净化效率高，油类去除率大于90%，浊度去除率大于90%，净化后的清水油含量低，浊度低，达到回用或排放要求，排放的污水净化后达到国胶标准GB8978-1996《污水综合排放标准》。
翻译权利要求书
1.一种含油废水的净化设备，包括通过管道顺序连接的如下装置：
旋流分离器(1)，包括微旋流管(3)、套装在微旋流管(3)外的外壳(2) 和与微旋流管相通的溢流管(9)，和
吸附分离器(20)，内部装有有机改性黏土矿物吸附材料，吸附水中的油。
2.如权利要求1所述的净化设备，其特征是所述微旋流管(3)，具有从上至下 顺序呈一体连接的内部连通的圆筒腔(4)、大锥度腔(5)和小锥度腔(6)，其 中，圆筒腔(4)的侧面开设有由外至内呈渐开线形的进水口(7)，且进水口由 外至内开口逐渐变窄。
3.如权利要求2所述的净化设备，其特征是所述外壳(2)，具有连为一体的第 一外套(2a)和第二外套(2b)，其中第一外套(2a)固定安装在微旋流管(3) 上部，并将微旋流管(3)的圆筒腔(4)的顶端封闭，第二外套(2b)套装在微 旋流管下部;所述溢流管(9)，安置在圆筒腔(4)内，与圆筒腔(4)相通，沿 高度方向延伸并穿过其顶部，与第一外套固定连接。
4.如权利要求2或3所述的净化设备，其特征是所述的圆筒腔(4)的内部为圆 柱形，所述大锥度腔(5)和小锥度腔(6)的内部为倒置的圆台形，所述的圆筒 腔(4)、大锥度腔(5)、小锥度腔(6)和溢流管(9)共轴。
5.如权利要求4所述的净化设备，其特征是所述的圆筒腔(4)内径、大锥度腔 (5)下底内径、小锥度腔(6)下底内径之比为3.75-2.75∶1.875-1.025∶1。
6.如权利要求2所述的净化设备，其特征是所述的溢流管(9)向下伸入圆筒腔 (4)内部，并低于圆筒腔(4)进水口(7)的底部。
7.如权利要求2所述的净化设备，其特征是所述圆筒腔(4)在开设进水口(7) 的部分呈半圆环形，所述半圆环的两端(3a、3b)分别连接有第一、第二插入块 (11a、11b)，两插入块(11a、11b)的内侧与微旋流管(3)呈半圆环形的部分 围成圆筒内腔，两插入块之间形成沿高度方向延伸的横截面为渐开线形的进水口 (7)，两插入块(11a、11b)穿过外壳(2)延伸，所述进水口(7)的上、下两 端分别设有封堵(7a、7b)。
8.如权利要求7所述的净化设备，其特征是所述第一外套(2a)上套装有管套 (10)，所述管套(10)将所述第一外套(2a)、两插入块(11a、11b)包裹在内， 所述管套(10)在对应所述进水口(7)处开设进液口(10a)。
9.一种利用权利要求1-8任一所述净化设备处理含油废水的净化方法，其特征 是包括如下顺序进行的步骤：
1)离心、沉降处理
使含油废水流进旋流分离器(1)中，在旋流分离器内在离心力和重力的作 用下，进行离心和沉降处理，使密度小的油经过溢流管(9)流出，密度大的水 从小锥度腔(6)的底部流出，实现油水分离;
2)过滤、吸附处理
经过旋流分离器(1)处理的废水流入吸附分离器(8)中，在吸附材料的作 用下，进行过滤和吸附处理，吸附废水中的油，得到净化后的水。
10.如权利要求9所述的净化方法，其特征是步骤1)中旋流分离器(1)内离 心沉降处理过程中的溢流比为0.05-0.5。
说明书
一种含油废水净化处理方法及设备
技术领域
本发明涉及一种含油废水处理方法和净化设备，尤其涉及一种微旋流分离和 吸附技术联合净化含油废水的方法和净化设备。
背景技术
含油废水主要来自于石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工、 船舶等行业。含油污水对环境和水体的污染是多方面的，油类污染物中多含芳香 烃类物质，而这类有机污染物具有致癌性。油类污染物对海洋或河流造成的危害 包括破坏生态平衡、生活及生产用水水源地污染和破坏沿岸景观;对土壤的污染 体现在造成土壤板结，破坏土壤中微生物的生长环境等。每滴石油可形成0.25平 方米的油膜，使大气与水隔绝，破坏正常的复氧条件，影响水体的自净能力，破 坏水体中动植物的生态环境，严重时造成死亡。
含油废水处理使排放的废水达到相应排放标准;或者达到废水进行膜法深度 处理过程中膜组件的进水要求，实现中水回收再利用。一般地，含油废水的含油 量可能高达几千个ppm，而处理后的排放标准(GB 8978-1996《污水综合排放标准》) 一般是小于10ppm;船舶含油废水处理标准(GB3552-83《船舶污染物排放标准》) 是小于15ppm;膜分离法预处理的标准要求最高，要求达到小于1ppm。将含油废 水的油含量从几千个ppm处理达到上述各种标准，一般都是需要几种处理技术的 组合才能实现。
废水中油类污染物质通常以三种状态存在。
1.浮油，油滴粒径大于100μm，易于从废水中分离出来;
2.机械分散油，油滴粒径介于10-100μm之间，悬浮于水中;
3.化学乳化油，通过表面活性剂的作用形成的乳化油，不易从废水中分离 出来;
4.溶解态油，以近分子级尺寸存在的油类，难以去除;
5.油渣，附着在固体悬浮物上的油类，易于去除。
目前，已经得到广泛应用的污水除油技术有重力油水分离技术、气浮分离技 术、生化分离技术、离心分离技术、旋流分离技术、深床过滤分离技术、吸附分 离技术和高级氧化技术等，其中：重力油水分离技术、气浮分离技术、离心分离 技术、旋流分离技术和深床过滤分离技术对浮油、油渣和部分机械乳化油具有良 好的分离去除作用，但这些技术对化学乳化油和溶解态油则没有作用;生化分离 技术对各种状态的油类污染物都有去除作用，但是由于微生物对环境的敏感性， 该技术方法对进水中的油含量、油含量波动范围、温度和pH值等都有严格的要 求，因此生化分离技术的应用受到限制;吸附分离技术对机械乳化油、化学乳化 油和溶解态油类都有较好的去除作用，目前广泛应用的吸附材料主要就是活性 炭，但活性炭对油类污染物的吸附容量不高，一般小于5%，同时其微孔结构中 的微孔又容易被油类污染物污堵，造成其吸附能力下降，使其在处理含油污水时 失活快，更换周期短，处理费用高;高级氧化技术多用来处理微量的溶解态油类， 一般来说该技术的处理费用过高。
由此可见，目前的各种处理技术中，仅仅靠单一分离技术还无法实现将含油 污水处理达到相关的排放标准，或者达到膜分离技术对进水中油含量的要求，因 此，目前已经研究开发了多种分离技术相结合的组合处理技术，如：油水重力分 离技术与深床过滤相结合的组合处理技术;气浮分离技术与深床过滤相结合的组 合处理技术;油水重力分离技术与吸附(活性炭)分离相结合的组合处理技术等 两级处理工艺。但是上述两级组合处理工艺中，仍然存在第二级处理精度不高， 或者处理成本高(如活性炭吸附更换周期短)等问题。为了达到中水回用或废水 排放要求，还需要有后续的深度处理。
其中，旋流分离技术一般采用金属材料制备的旋流分离器，但是，含油废水， 尤其是油田注入水中含有大量的腐蚀性细菌(如：硫酸盐还原菌SRB、腐生菌TGB 和铁细菌FB)、矿化度腐蚀(C1-，H2S)，以及溶解氧腐蚀。这些腐蚀性组分对 金属材料将会造成严重的腐蚀，影响分离效果。;另外，以金属材质制备旋流分 离器，其加工工艺困难，生产成本高，而且金属材质旋流器内与注体接触的表面 往往不能提供足够的光滑度，降低旋流作业的效率。
例如：授权公告号为CN2928253Y的实用新型专利公开了一种具有阿基米德 螺线形入口的油水分离旋流器，包括旋流腔(1)、锥管(2)、尾管段(3)、溢流嘴(4)、 旋流套管(5)，旋流腔(1)、锥管(2)、尾管段(3)依次连接，旋流腔(1)与旋流套管(5) 连接，旋流腔(1)、旋流套管(5)内装有溢流嘴(4)，用于分离进口浓度小于20%的 油水混和物;授权公告号为CN201200824Y的实用新型专利公开了一种旋流油水 分离器(1)，包括顺次连接的入口段(2)、第一锥体(3)和稳流段(7);所述入口段(2) 设有至少一个切向入口(11)，进液管(8)与切向入口(11)相接;该第一锥体(3)向下 收缩，具有加速段(5)、油水分离段(6);所述稳流段(7)呈细长形的圆柱管，其尾 部设有出口(12)，其特征在于，所述分离器还包括位于所述入口段(2)上方与之相 接的第二锥体或收缩体(4)，该锥体或收缩体(4)向上收缩，并具有顶部开口(14); 授权公告号为CN2528510Y的实用新型专利公开了一种带新型入口、溢流结构的 油水分离旋流器，由溢油口、圆柱段、入口、大锥段、小锥段、直管段组成，圆 柱段、大锥段、小锥段、直管段顺序连接，圆柱段上有入口，圆柱段的顶面上有 溢油口，和以往的除油和/或顶分旋流器相比采用涡流屏蔽罩和/或溢流探测实心 柱，柱中心有溢流孔的新结构，旋流器入口向液体主流动方向倾斜某一角度。上 述旋流分离器均存在含油废水腐蚀旋流分离器，旋流分离器的机械强度低，分离 效果差等缺陷。
其他旋流分离技术也存在耐腐蚀性差，处理工艺复杂、运行成本高等问题， 如申请号为200710194592.5的发明专利申请公开了一种净化含油污水处理技术， 提供了一种含有三相旋流分离器的净化处理系统，包括上述三相旋流分离器的含 油污水净化处理系统包括有药剂处理投入段、三相旋流分离器和氧化过滤吸附 段，其中三相旋流分离器包括有下部锥形污泥收集器、上部的有旋流沉降区、斜 管沉降区和过滤层区。该净化处理系统结构复杂，占地面积大，处理精度低，处 理工艺复杂，需要投放混凝剂、助凝剂和絮凝剂等化学药剂，污泥量大，运行成 本高。
发明内容
本发明的目的是针对以上现有技术中存在的问题而提供一种含油废水的净 化方法，本发明方法采用微旋流分离技术和吸附分离技术相结合的组合分离处理 技术，本发明方法对含油污水处理效率高，处理设备占地面积小，处理精度高， 耐受来水冲击能力强，产水水质高，操作费用合理，操作维护方便，操作费用低， 废水处理成本低。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种含油废水的净化设备，包括通 过管道顺序连接的如下装置：
旋流分离器，包括微旋流管、套装在微旋流管外的外壳和与微旋流管相通的 溢流管，和
吸附分离器，内部装有有机改性黏土矿物吸附材料，吸附水中的油。
其中，微旋流管，具有从上至下顺序呈一体连接的内部连通的圆筒腔、大锥 度腔和小锥度腔，其中，圆筒腔的侧面开设有由外至内呈渐开线形的进水口，且 进水口由外至内开口逐渐变窄。
特别是，外壳具有连为一体的第一外套和第二外套，其中第一外套固定安装 在微旋流管上部，并将微旋流管的圆筒腔的顶端封闭，第二外套套装在微旋流管 下部;溢流管安置在圆筒腔内，与圆筒腔相通，沿高度方向延伸并穿过其顶部， 与第一外套固定连接;
其中，微旋流管与外壳之间填充粘合剂，将外壳与微旋流管固定连接，并且 使外壳与微旋流管中心定位，防止外壳对微旋流管的撞击。
其中，微旋流管由无机非金属材质制成，外壳由金属材质制成。
特别是，所述微旋流管由选自氧化硅、氧化铝、氧化锆中的一种或多种的无 机非金属材质，经过铸坯成型，烧结而成。
特别是，所述微旋流管由选自氧化硅、氧化铝、氧化锆粉末中的一种或多种 的无机非金属材质和热塑性聚合物粘合剂，经过熔融、模型浇注、冷却固化而成。
尤其是，热塑性聚合物选自聚胺酯、高分子量聚乙烯、聚丙烯、尼龙或其它 橡胶、塑料。
其中，圆筒腔的内部为圆柱形，大锥度腔和小锥度腔的内部为倒置的圆台形。
特别是，圆筒腔、大锥度腔、小锥度腔、溢流管共轴，圆筒腔、大锥度腔、 小锥度腔内部形成一个供含油废水进行离心、沉降处理的连通管腔。
特别是，所述的圆筒腔的内径、大锥度腔下底内径、小锥度腔下底内径之比 为3.75-2.75∶1.875-1.025∶1，优选为3.75∶1.875∶1;圆筒腔、大锥度腔和小锥度 腔的高度之比为1∶1-3∶10-16。
尤其是，圆筒腔的内径为5-50mm，优选为10～30mm;高度为30-50mm。
其中，采用普通碳钢或不锈钢制成所述的金属材质的外壳。
特别是，第一外套沿高度方向向下延伸将所述的微旋流管的圆筒腔和大锥度 腔包裹在其内部。
尤其是，第一外套、第二外套为圆柱形，并且第一外套的底部将微旋流管的 圆筒腔顶端封闭。
特别是，第二外套的底部还包括通过封接管堵与微旋流管的小锥度腔的下底 固定。
其中，溢流管向下伸入圆筒腔内部，并低于圆筒腔进水口的底部。
特别是，溢流管为具有内腔的圆筒状;溢流管的内径为1-3mm。
特别是，所述溢流管沿高度方向安装在第一外套的顶部中心，而且溢流管向 下伸入圆筒腔内并位于圆筒腔的中心轴上，溢流管沿高度方向向上与溢油口固定 连接，用于排出微旋流管产生的油污。
由于溢流管沿高度方向向上与溢油口相连接，经过溢油口将旋流分离产生的 油污排出旋流分离器。
其中，微旋流管的圆筒腔在开设进水口的部分呈半圆环形，所述半圆环的两 端分别连接有第一、第二插入块，两插入块的内侧与微旋流管呈半圆环形的部分 围成圆筒内腔，两插入块之间形成沿高度方向延伸的横截面为渐开线形的进水 口，两插入块穿过微旋流管，延伸至第一外套的外周壁，所述进水口的上、下两 端分别设有封堵。
特别是，进水口的高度为5-15mm;在同一截面上进水口与圆筒腔内壁上的 开口的两端之间的夹角为20-45°。
其中，第一外套的侧壁上对应用于形成所述渐开线形进水口的所述插入块处 设有缺口。
其中，所述第一外套上套装有管套，所述管套将所述第一外套、两插入块包 裹在内，所述管套在对应所述进水口处开设进液口。
特别是，溢流管的底部与管套的进液口的底部平齐。
其中，所述的有机改性黏土矿物吸附材料为具有离子交换性能和亲水性的无 机矿物材料、有机改性剂和固化剂经过改性制得。
特别是，所述固化剂的用量为矿物材料、有机改性剂和固化剂总重量的 0.1-90%，优选为4-45%;其中无机矿物材料与有机改性剂重量的比例为50-95∶ 5-50，优选60-75∶25-40。
其中，所述无机矿物材料选自膨润土、蒙脱石、伊利石、凹凸棒石、沸石、 硅藻土和蛭石中的一种或多种;，所述有机改性剂为使无机矿物材料由亲水疏油 性变为亲油疏水性的制剂;所述固化剂选自硅酸三钙、铝酸钙、硫铝酸钙、硫铝 酸钡钙、硫酸钙、水合硫酸钙、生石灰和熟石灰中的一种或多种。
特别是，所述有机改性剂选自氯化或溴化十二烷基三甲基铵、十四烷基二甲 基苄基铵、十六烷基三甲基铵、十八烷基三甲基铵、二-十八烷基二甲基铵、四 甲基铵、三甲基苯基铵、三甲基苄基铵、三乙基苯基铵、双氢化牛脂基二甲基氯 化铵、十六烷基吡啶、十四烷基吡啶中的一种或多种阳离子表面活性剂;选自十 二烷基苯磺酸钠、N-油酰基N-甲基牛磺酸钠中的一种或多种阴离子表面活性 剂;选自辛基酚聚氧乙醚(Triton X-100)、硬脂醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山 梨醇单月硅酸脂中的一种或多种非离子表面活性剂;或邻苯二甲酸二乙酯两性表 面活性剂。
其中，所述的有机改性矿物吸附材料按照如下步骤制备而成，有机改性剂和 固化剂对无机矿物材料进行有机改性处理和固化处理。
特别是，有机改性处理和固化处理依次进行。
其中，有机改性处理是使无机矿物材料和有机改性剂与分散介质去离子水混 合，控制温度在50-90℃，优选为60-70℃;混合时间控制为1-100分钟，加入 的去离子水的重量与矿物材料和有机改性剂的总重量的比例为1∶1-10，优选1∶ 3-8。
其中，固化处理中加入固化剂的同时，还加入去离子水，控制去离子水总量 占混合物总重量的5-50%，优选20-40%。
此外，还包括将固化处理的混合物加工成条状，经干燥后粉碎。
特别是，混合时控制混合物中去离子水含量为混合物总重量的5-50%，优选 20-40%;控制温度在50-90℃，优选60-70℃;控制时间为1分钟以上。
特别是，吸附分离器内的有机改性吸附材料的粒度为8-30目。
尤其是，吸附分离器选用圆柱状。
本发明另一方面提供一种利用上述净化设备净化含油废水的方法，包括如下 顺序进行的步骤：
1)离心、沉降处理
含油废水通过管路流进旋流分离器，在旋流分离器内，在离心力和重力的作 用下，进行离心和沉降处理，使密度小的油经过溢流管流出，密度大的水从小锥 度腔的底部流出，达到油水分离，得到旋流分离废水;
2)过滤、吸附处理
旋流分离废水流入吸附分离器，在吸附分离器内，在有机改性吸附材料的作 用下，进行过滤和吸附处理，吸附废水中的油，得到净化清水。
其中，步骤1)中含油废水在旋流分离器中进行离心沉降处理过程中的溢流 比为0.05-0.5。
特别是，含油废水流入旋流分离器内的进水口压力为0.5-1.0MPa。
旋流分离处理工艺过程中原水的流量为10-1003/hr，进水口压力0.5-1.0MPa; 溢流比为0.05-0.5;溢油口压力为0-0.02MPa;底流压力为0.25-0.75MPa;
其中，步骤2)中废水进行过滤吸附处理过程中的停留时间为6-15min，废水 流入吸附分离器的进水压力为0.2-0.6MPa。
特别是，步骤2)的吸附分离处理过程中的水流流速为3～10m/hr，水流在吸 附分离器内的停留时间为6-15分钟，。
所述压力为相对压力，即以1个大气压压力为0MPa，相对于大气压的压力， 例如进水压力为0.2-1.0MPa，即进水的压力相对于1个大气压为0.2-1.0MPa。
本发明的含油废水净化方法和净化设备具有如下优点：
1、本发明的含油废水净化设备的旋流分离器采用新型无机材料制备而成， 与金属材料制备的旋流分离器相比，具有耐腐蚀，耐磨损，容易加工，改善了旋 流器加工制造难度，大幅降低了旋流器的制造成本，适合批量生产等优点。
2、本发明的吸附分离器采用的有机改性矿物吸附材料的机械强度高，对油 类污染物吸附能力高，而且吸附材料在水中浸泡后仍具有一定机械强度，成本低 廉，可以在传统的固定床式吸附罐中使用，能够适应长周期运行对材料强度的要 求，实现连续、长周期地运转。
3、本发明方法净化含油废水的处理能力大，废水处理量达到10-100m3/hr; 净化效率高，油类去除率大于90%，浊度去除率大于90%。
4、本发明方法净化制得的清水的油含量低，浊度低，达到废水回用或排放 要求，污水处理后达到GB8978-1996《污水综合排放标准》的国家标准。
5、本发明采用旋流分离一高效吸附的联合净化方法，在处理含油污水时， 处理效率高，适应范围宽，耐冲击能量强，和占地少。
6、本发明净化含油废水的方法和设备可以应用于各种含油污水的处理过程 中，待净化的含油废水中油污的含量范围大，适用于本发明净化方法和净化设备 的含油废水的含油量小于550mg/L，如油田回注水处理，膜法中水回用预处理， 船舶含油废水处理，油库含油废水处理等。
