1983年,Miller和Hupka設(shè)計(jì)了世界上第一臺(tái)用于油水分離的充氣水力旋流器,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該設(shè)備的主體部分由兩個(gè)同心的豎直圓管組成,通過(guò)位于中心的多孔管來(lái)注入空氣。外面的非孔隙管用作空氣夾套,內(nèi)外管之間形成的空氣腔室能使得通過(guò)多孔中心管的空氣均勻分布。切向進(jìn)料口在其底部,分離后的油相和水相都從頂部流出,通過(guò)頂部的可調(diào)間隙來(lái)調(diào)節(jié)溢流和底流的分流比。該設(shè)備的多孔管直徑為50mm,高為250mm,多孔柱上的微孔平均孔徑為1μm,經(jīng)流體剪切后可產(chǎn)生的氣泡尺寸范圍在0.2～0.5mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)分流比為3/10、氣液比為11/10,且不加表面活性劑時(shí)分離效率最高,能夠去除油滴粒徑在5～50μm的機(jī)械配制油水乳化液,但底流口的含油量?jī)H僅下降了40%。
國(guó)內(nèi)四川大學(xué)、東北大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)(北京)等單位也開(kāi)展了充氣水力旋流器的應(yīng)用研究工作。1996年,余仁煥等人設(shè)計(jì)了一臺(tái)上部呈雙對(duì)稱配制的切向進(jìn)料充氣旋流器,結(jié)構(gòu)如圖3所示。在頂部設(shè)計(jì)一個(gè)溢流節(jié)流室,利用溢流導(dǎo)管把溢流和含油泡沫及時(shí)排出,從而有利于泡沫柱的穩(wěn)定[8]。2007年左右,中國(guó)石油大學(xué)(北京)郭紹輝課題組自行設(shè)計(jì)研制了50mm充氣水力旋流器,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。利用含油質(zhì)量濃度800mg/L的煉油污水進(jìn)行了室內(nèi)凈化實(shí)驗(yàn)研究,除油效率最高達(dá)82%,所分離油滴粒徑下限為4μm;現(xiàn)場(chǎng)中試時(shí),進(jìn)水含油質(zhì)量濃度平均為909mg/L,出水含油質(zhì)量濃度平均為227mg/L,平均除油效率達(dá)74.7%,可以替代煉油污水處理流程中的隔油段。具體聯(lián)系污水寶或參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
與國(guó)內(nèi)近期仍然繼續(xù)圍繞充氣旋流器開(kāi)展研究工作有所不同的是,Miller等人于2006年左右通過(guò)研究ASH中氣泡與油滴之間的相互作用,發(fā)現(xiàn)氣泡與油滴之間的碰撞效率要顯著低于其與礦物顆粒之間的碰撞效率,雖然油滴與氣泡之間的黏附強(qiáng)度大于礦物顆粒與氣泡之間的黏附強(qiáng)度,但乳化使得油滴需要較大的耗散能方能上浮,因此需要使用水溶性大分子聚合物絮凝劑以克服湍流的負(fù)面效應(yīng)。鑒于ASH技術(shù)早已存在的諸多不足,Miller等人于1997年左右便開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),提出了氣泡加速氣浮(babbleac-celeratedflotation,BAF)技術(shù),相應(yīng)的污水處理系統(tǒng)包括一個(gè)立式氣泡腔和一個(gè)BAF池。除了頂部沒(méi)有溢流口而僅在底部設(shè)有一個(gè)出口之外,立式氣泡腔的工作原理與ASH基本一致,當(dāng)從上部進(jìn)入的污水自上渦旋而下從底部出口離開(kāi)氣泡腔時(shí),已經(jīng)形成了氣泡-微細(xì)顆粒黏附體,凝聚和絮凝已經(jīng)完全結(jié)束;污水混合流最后進(jìn)入BAF池完成分離過(guò)程。
1998年,Miller等人又基于立式氣泡腔進(jìn)一步修正了離心氣浮的概念,研制開(kāi)發(fā)了液體旋流-顆粒定位器(LCPP)和液-固-氣混合器(LSGM),能夠改變混合能、實(shí)現(xiàn)最優(yōu)絮凝所必須的調(diào)節(jié)能量,從而能給在不破壞絮凝體的情況下添加化學(xué)藥劑和優(yōu)化液-固分離。2003年,美國(guó)CleanWaterTechnolgy公司基于LCPP和LS-GM系統(tǒng),推出了名為復(fù)合離心氣浮-溶氣氣浮系統(tǒng),并冠名為氣體能量混合(GEM)系統(tǒng),該系統(tǒng)綜合了離心氣浮和DAF的全部?jī)?yōu)點(diǎn),而且在相同條件下占地面積僅為常規(guī)DAF系統(tǒng)的1/10。顯然,BAF系統(tǒng)和GEM系統(tǒng)的研發(fā),表明Miller等人實(shí)際上已經(jīng)拋棄了當(dāng)初希望僅通過(guò)ASH完成分離目標(biāo)的想法,而是僅將離心氣浮技術(shù)作為一種促進(jìn)泡-微細(xì)顆粒黏附的預(yù)處理手段,但迄今未見(jiàn)到處理含油污水的應(yīng)用案例。
