含油废水的处理---聚结波纹板和粗粒化法

含油废水的处理---聚结波纹板和粗粒化法新乡市北方滤器有限公司梁新武

一、概述

含油废水的油粒，除重焦油相对密度比水大以外，其余大部分油粒都比水轻。这部分油粒在废水中主要存在四种状态：

◆浮上油：油滴粒径大于100μm(国外有些资认为150μm),通常是浮在水面上，俗称“浮油”。

◆分散油：油滴粒径介于10～100μm,这种油粒一般悬浮于水中。

◆乳化油：油滴粒径小于10μm，能稳定均匀地分散于水中。

◆溶解油：油珠粒径比乳化油还小，可小到几纳米，是溶液解于水中油粒。

由于油粒的比重比水小，在水中都有上浮的趋势，油粒的上浮临界粒径为10μm，其浮上速度为0.03cm/min,粒径越大，则浮上速度越大，越容易被从水中分离。因此处理含油废水就是要想办法使油粒径尽可能变大。含油废水常用的处理方法有重力分离、气浮、粗粒化、药剂法、生物法等，近些年来，重力分离法和粗粒化法作为两种简便的物理除油方法，无二次污染，运行维护费用低，已成为国内外学者研究的热点。

二、聚结波纹板处理含油废水

2.1 重力法和聚结波纹板除油的数学模型

重力法除油的基本原理是利用水和油的密度不同，使水中分散悬浮的油滴浮升而将其分离。对于一定粒径的油滴其脱除效率

⑴

式中ρ---- 水的密度,kg/m3

ρ0---- 油的密度,kg/m3

g ---- 重力加速度,m/s2

di ---- 油滴粒径,m

AT ---- 浮升面积,m2

μ---- 水的粘度,Pa.s

Q ---- 处理量,m3/s

从式(1)可以看出：油滴的脱除效率只与油滴粒径、油与水的物性、处理量和浮升面积有关，而与浮升高度无关(即所谓的“浅池原理”)。采用低浮升高度的多层板结构，可以增大浮升面积，提高油滴脱除效率；而且由于板组当量直径的减小，可使流体在较大流量下保持层流状态，有利于油滴的浮升。

采用密置型波纹板可以分离的最小油滴粒径：

⑵

式中---- 可以分离的最小油滴粒径,m

n ---- 密集波纹板层数

B ---- 密集波纹板宽度,m

L ---- 密集波纹板长度,m

从式(2)则可以看出，在密集波纹板结构中，层数越多，板间距越小，在相同处理量下，可以完全分离的油滴粒径越小，脱油效率越高；或者层数越多，在相同分离效率下，处理量可以增加，停留时间相应缩短。

2.2 聚结波纹板除油机理

传统的平流板式隔油池(API)、平行板式隔油池(PPI)和倾斜板式隔油池(CPI)的能除去油珠的最小粒径为60μm, 而密置型聚结波纹板分离器己将除去油珠的最小粒径降为25μm,它是将重力分离法与聚结法相结合，通过选择合适的波纹板材，并对分离器的内部结构进行优化设计，从而提高重力分离法的除油效果。

聚结波纹板之所以有优异的除油效果，主要来自两方面的原因：

◆结构特性：波纹板除油原理主要是利用油、水的比重差，使油珠浮集在板的波峰处而分离去除，借助″浅池″沉淀原理，制成波纹板变间距变水流流线，过水断面是变化的，水流呈扩散、收缩状态交替流动，产生了脉动(正弦)水流，使油珠之间增加了碰撞机率，促使小油珠变大，加快油珠的上浮速度，达到油水分离的目的。

◆材料特性：利用具有亲油疏水性的聚结材料作为波纹板材。由于波纹板材质是亲油的，因此首先在波纹板表面形成一层油膜，油膜逐渐加厚，借助油的表面张力形成一定大小油珠之后，受其油珠本身的重力及水流的冲击力使油珠脱落，随水流经波峰处浮油孔上浮，同时由于波纹板增加了聚结表面积，延长了油水的停流时间,使油粒充分聚结,增强了除油效果。

如图1,分散在连续相水中的油滴由于浮力作用不断上浮，当油滴浮升到上层聚结板的下表面时，通过吸附、润湿、碰撞和聚结等作用，形成油膜，沿聚结板表面移动、脱落；同理，连续相的水则在重力作用下沉降，最后到达下层聚结板的上表面，实现水和油的分离。

图1 液滴在聚结板式油水分离器内的分离过程

2.3 聚结波纹板材料选择与板组结构形式

聚结法的关键是聚结材料的选择,油、水在材料表面形成的接触角大小，将直接影响到聚结波纹板的除油效果。油与材料的表面的接触角越小,材料的亲油性越好,水与材料的表面的接触角越大,材料的疏水性越好,则波纹板的聚结效果越好。国内某科研单位最新研制出了复合式聚结波纹板,它是在保持现有聚丙板下表面亲油性的的础上,通过化学处理,增大水与聚丙板上表面的接触角，使上表面具有很强的亲水性,从而强化了油水分离过程,使聚结波纹板除油效率提高了25%,水中含油量小于30mg/L。

表1 油、水与待选择的几种材料的接触角

波纹板板组的排列构成有图2和图3两种结构。

图2是“峰峰对置”型结构,这种在波峰处开有益油孔,波谷处开有漏渣孔，孔径约12mm,波纹板间距一般在40～60mm之间,将若干块波纹板按固定板间距堆放在一起并固定即构成聚结波纹板组。

图3是“峰谷对置”型结构,波纹板间交错叠放(90º或45º),并相互固粘接在一起,不需要波纹板内部支撑，这种波纹板组通常又称孔板波纹规整填料，波纹板表面按规律分布着孔，孔径约12mm。

图2 峰峰对置图3 峰谷对置

2.4 聚结波纹板油水分离器结构参数的优化选择

● 聚结波纹板长度

在液流量一定的情况下，聚结板越长，则液体在聚结板内的停留时间越长，油水分离效果越好。但随着聚结板长度的增加，设备的体积增大，投资增加，而且当长度增加到一定值时，除油效率并不能明显随之升高,试验研究表明, 波纹板长度的最佳取值为700～800mm。

● 聚结波纹板峰高

聚结波纹板峰高的大小决定液滴浮升或沉降距离的长短及聚结板比表面积的大小，对分离效果有重要的影响。峰高越小，则液滴浮升或沉降的距离越短、聚结板比表面积越大，对分离越有利。但太小时，聚结板的油膜会占据大量的流通截面，导致液体流速过高，反而对除油效果产生负面影响。理想的峰高是10mm，依据水中含油及悬浮物的多少，可以加以调整。

● 倾角

液滴在聚结板上的聚结易受流体中微量表面活性剂的影响，增大聚结板放置倾角，可加速液膜表面“更新”，同时增加液滴的相对运动速度，缩短聚结时间，提高分离效果。但当太大时，聚结板上的液膜容易断流，对分离过程起负面作用。最适宜的倾角范围是15～30º。

● 流量

流量越大,聚结分离效果越差,最大的液流速度为18m/h。

2.5 典型聚结波纹板油水分离器原理图

图4 “波峰对波峰”式油水分离器原理图

图5 “波峰对波谷”式油水分离器原理图

三、粗粒化法处理含油废水