主頁 > 新聞動態（tài） > 溶氣氣浮分離除油溶氣壓力與化學（xué）助劑的影響 2021-12-17

溶氣氣浮分離（lí）除油溶氣壓力與化學助劑（jì）的影響（xiǎng）

在石油開采、煉製及化工生產過程中會產生含油廢（fèi）水，如處理不當進入環境水體，將對環境造成汙染。對於直徑較小（xiǎo）或密度與（yǔ）水接近的油（yóu）滴，傳統的（de）重力沉降難以達到令人滿意的效果（guǒ）。氣（qì）浮通過向汙水中加入微氣泡，與油滴粘附形成絮（xù）團，可提高（gāo）油水分離（lí）效率。
專家學者應用溶氣氣（qì）浮對不（bú）同水體中的油進行了分離（lí）實驗，主要關注氣浮池結構、操作參數及油水種類等因素對浮選除油效果的影響，而極少關注各因素對除油效果的影響機理，缺乏相應的（de）理論分析。所以本文在進行（háng）氣浮除乳化油（yóu）實驗的同（tóng）時測量氣泡直徑、氣含率等參數（shù）並觀察乳化油形態，分析（xī）溶氣壓力及化學助劑對除油效果的的影響機（jī）製，以期指導溶氣氣浮的工業應用。
一（yī）、實驗部分
1.實驗流程及裝置
溶（róng）氣法生成微氣泡的裝置（zhì）主要包括溶氣（qì）罐和釋放頭。實驗時回流水泵和空氣壓縮機分別（bié）將水和空氣注入高壓溶氣（qì）罐內，兩相在溶氣罐內混（hún）合，空氣溶解（jiě）形成飽和溶氣水。飽和（hé）溶氣水到達釋放頭後減壓釋放，氣泡成核析出，形成大量微氣泡。實驗過程中可以通過調節回流水泵的流量改變溶氣壓力（lì）。
進行除油實驗時，含乳化油汙水經（jīng）提（tí）升泵進入氣浮池接（jiē）觸區，與微氣泡混合。在此過程中，氣（qì）泡與乳化油滴發生粘附形成絮（xù）團（tuán）。絮團進入分（fèn）離區後上浮至水麵。處（chù）理後的淨水由分離區底部孔（kǒng）道（dào）進入回流水收集區，部分作（zuò）為溶（róng）氣水源，部分進入汙水處理池，形成循環流程。
2.含乳（rǔ）化油汙水製備
為了對（duì）乳化（huà）油狀態（tài）進行顯微觀察，首先取原油140g加入航空煤油至1L，配成帶有顏色的汙（wū）油。乳化時取50mL 汙油加水至500mL，同時加入乳化劑十二烷基苯磺酸鈉（SDBS，分析純）2.5g，使用高速剪切乳化（huà）機進行乳化，製成高（gāo）濃度（dù）含乳化油汙水。實驗時根據所需濃度加水進行稀釋，製（zhì）成一定含油濃度的汙水。
3.氣泡直徑測量方法
本研（yán）究采用圖像分析法測量（liàng）氣泡直徑。首先使用數碼顯微鏡（PH50型）拍攝氣泡群的顯微放（fàng）大圖像，後采用自編的Matlab程序對圖像進行處理，得到氣泡直徑分布，具體測量及圖像處理過程。
4.除（chú）油效率的（de）測量
含油濃度的測量根據碎屑岩油藏注水水質推薦指標及分（fèn）析方法（SY/T 5329）進行。測量前繪製含（hán）油濃度標準曲線，測量時取含油汙水用石油醚（分析純）進行萃取，利用分光（guāng）光度計測量吸光度ABS並換算（suàn）成水（shuǐ）中含油（yóu）濃度。
采用（yòng）除油（yóu）率表征乳化油分離效果，除油率η 計
算式如下：

式中，ρ0為浮選前汙水含油（yóu）濃度，ρ 為浮選（xuǎn）後氣浮出口處含油濃（nóng）度。
二、結果（guǒ）與討論
1.溶氣壓力的影響
溶氣壓力是氣浮工藝中一個重要操作參數，首先采用不同溶（róng）氣（qì）壓力進行除油實驗，分析（xī）其對（duì）除油率的（de）影響。實驗采用汙水初始含油濃度為1000mg/L，溶氣壓力分別為0.22、0.26、0.30、0.34MPa。不同溶氣壓力下除油率隨時間變化如圖1 所示。由圖1 可知，0至20min除油率變化最顯著， 20min以後除油率增大速率減緩，60min後除油（yóu）率基本不再發生改變。溶氣壓力由0.22MPa增大至0.26MPa時，最終除油率由30%左（zuǒ）右升高（gāo）至40%以上。而溶氣壓力在0.26MPa至0.34MPa變化時，最終除油率基本（běn）不再發生改（gǎi）變。在實際應用中，提高溶氣壓力伴隨著能耗的增加，但分離效率不再增大，所以實際操作（zuò）過程中溶氣壓（yā）力（lì）並非越大越好（hǎo），需確定最合理（lǐ）的溶（róng）氣壓力。

圖1 壓力對除油效率的影響
為分析溶氣壓力對除油效（xiào）果的影響機製，對不同溶氣壓力下氣泡（釋放頭處產生的氣泡）直徑及氣含率進行了測（cè）量，結果如圖2 所示（shì）。由圖2 可知，溶氣壓力（lì）由0.22MPa升高至0.26MPa，生成的氣泡直徑由63.2μm減小至38μm，溶氣壓力繼續增（zēng）大至0.34MPa，氣泡（pào）直徑由38μm減小至30μm。回流水中的氣含率隨（suí）著溶氣壓力的升高而增大。

圖2 溶氣（qì）壓力對氣泡直徑及氣含率的（de）影響
根據氣含（hán）率和氣（qì）泡（pào）直徑可（kě）求得回流水中氣（qì）泡數（shù）密度（即單（dān）位體積水中微氣泡個數），研究可知氣泡數密度隨溶氣壓力升高而增大。油（yóu）滴的數密度一定時，油滴分離率與氣泡數密度成正比。提高溶（róng）氣壓力改善浮選效果的原因在於其增大了氣（qì）泡的數密度。
2.化學助劑的影響
1）絮凝劑的影響
不同濃度（dù）聚合氯化鋁（PAC，分析純）對除油（yóu）率變化的影響如圖3所示。加（jiā）入30mg/L聚合氯化鋁，除油率明顯提高，PAC投加量增大至60mg/L時（shí），最終除油率（lǜ）達到98%以上，繼續增大PAC投加量無法進一步提高除油效率。

圖3 聚合氯化鋁濃度對除油效率的影響（xiǎng）
觀察PAC前後乳化油的顯微（wēi）圖像可（kě）知，加（jiā）入PAC後，油滴聚集成團簇。團簇相對單個（gè）油滴體積更大，更容易捕獲微氣泡，且粘附的氣泡數（shù）目增多，形成體積更大（dà）、平均密度更小的絮（xù）團。同時，油滴聚（jù）集過程中形成了直徑更大的油滴（dī）。以（yǐ）上2種因素強化了浮選除油效果。
除分離效率這一指標外，處理後汙水即氣浮出口汙水的含油濃度同樣重要。出水含油濃度會對後續水處（chù）理流程（chéng）產生顯著影響，所以出水含油濃度（dù）常（cháng）作為氣浮單元的考察和控製指標。PAC投加量（liàng）對處理（lǐ）後汙水含油濃度的影響見表（biǎo）1。由表1可知，隨（suí）著PAC的提高，出水含油質量濃度先降低後保持不變（biàn）。特別是PAC投加量高於60mg/L後出水含油質量濃度降低至15mg/L左（zuǒ）右，除油效果（guǒ）顯（xiǎn）著。

表1 PAC 投加量對處理後汙水含油濃度的（de）影響
考察了有機（jī）絮凝劑聚（jù）丙烯酰胺（PAM）的作用。PAC和PAM對除油效率影（yǐng）響的對比見表2。實驗用PAC和PAM投（tóu）加量均為10mg/L，結果表明，PAM對浮選除油的改善效果有限，PAC能夠更顯著地改善除油（yóu）效果。

表2 PAC 和PAM 對除油（yóu）效率（lǜ）的影響
2）表（biǎo）麵活性劑的影響
不同表（biǎo）麵（miàn）活性劑十二烷基硫（liú）酸鈉（nà）（SLS，分析純）濃度下除油效率隨時間的（de）變化（huà）趨勢見圖4。由圖4 可知，隨SLS質量（liàng）濃度由10mg/L增大至60mg/L，最終除油率由60%左右提高到90%以上。此後，除油效率不再隨SLS濃度的增大而（ér）提高。

圖4 十二烷基硫酸（suān）鈉對除油效率的影響
表麵活性劑可降低水的表麵張力，減小生成氣泡的（de）直徑並抑製氣泡聚並，減小氣泡直徑，提高碰撞頻（pín）率。除影響氣泡直徑外（wài），SLS能夠改變（biàn）油水界麵的（de）性質，提高碰撞導致粘附的概（gài）率並降（jiàng）低絮團破碎的概率。
在工業（yè）應用中，有必要進行實驗確定合理的表麵活性劑（jì）加量。過高表（biǎo）麵活性劑濃度不（bú）會改善浮選效（xiào）果，但增加了操作成本。
為了對比絮凝劑與（yǔ）表麵活性劑對浮選除油效果的影響，研究不同濃度（dù）聚（jù）合氯化鋁和十二（èr）烷基（jī）硫酸鈉對除油（yóu）率的影響，結果如圖5所示。由（yóu）圖5可知，當（dāng）加藥（yào）濃度為10mg/L 時（shí），PAC對除油的（de）改善效果明顯（xiǎn）優於SLS；加藥濃度提高到30mg/L 時，PAC和SLS均能（néng）明顯改（gǎi）善除油效果。所以PAC在加藥濃度（dù）較低時（shí）即可改善除油（yóu）效果，而表麵活性劑則需要在濃度達（dá）到一定量時才會有較好（hǎo）的效果。

圖5 PAC 與SLS 對除油效果的影響
3.結（jié）論
本文應（yīng）用溶氣氣浮法處理乳化油汙水，研究了溶氣壓力、處理量、表麵活性劑及絮凝劑對除油效率的影響，結合浮選動力學模型對以上因素的影響（xiǎng）機（jī）製進行了分析。研究（jiū）表明（míng），除油效率隨溶氣壓（yā）力增大先提高後保持不變。溶氣壓力改善氣浮除油效果的主要原因是其（qí）增大了（le）汙水中的氣泡數密度（dù）。
無機絮凝劑聚合氯化鋁可使（shǐ）油滴聚集成簇，提高氣泡捕獲概率，改善除油效果。有機絮凝劑（jì）聚丙烯酰胺（àn）則對除油效果的改善程度有限。
加入活性劑（jì）十二烷基硫酸鈉可提（tí）高除油效率（lǜ），達到一定值後繼續增大表麵活性劑濃度不會進一步提高除油效率。相較PAM 和SLS，PAC 可（kě）以在低濃度下更好地改（gǎi）善氣浮除油效果。

溶氣氣浮分離（lí）除油溶氣壓力與化學助劑（jì）的影響（xiǎng）

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