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        基于電浮原理的油水分離裝置的設(shè)計(jì)

        2017-11-28 20:59:16張振超劉瑞楊洵白露李紅芳
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2017年27期
        關(guān)鍵詞:節(jié)能

        張振超++劉瑞++楊洵++白露++李紅芳

        摘 要:目前傳統(tǒng)的油水分離裝置處理油污的效果不佳,油水中油分的含量較大,其中多項(xiàng)指標(biāo)不符合或者達(dá)不到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)等情況。新型電浮油水分離裝置能夠迅速和有效地處理油水污染物。電極電解水產(chǎn)生氣泡,氣泡有吸附油分的特性,將懸浮在混合物中的油分帶到表面,多次循環(huán)進(jìn)行油和水的自動(dòng)分離和收集。

        關(guān)鍵詞:油水分離 電浮發(fā)生器 循環(huán)分離 節(jié)能

        中圖分類號:TQ028 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)09(c)-0082-02

        油水分離裝置是對油污進(jìn)行處理的一種設(shè)備。從源頭處理小型餐飲行業(yè)油污、家庭中的油水分離處理。對收集到的油進(jìn)行生物煉油和有關(guān)化學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)等處理。為了盡可能地降低能源消耗、降低成本,又能提高油水分離效率,我們進(jìn)行了一種新型的油水分離裝置的探索。

        1 設(shè)計(jì)背景

        目前,我國油水分離器大多采用重力沉降法和離心法。其中重力沉降法需要很低的流速和很大的容器,分離的速度太慢,對粘度大、油水密度差異小的油水污染物處理效果不佳;離心法分離的復(fù)雜樣品要求分離純度較高,然而油水污染物的分離純度不高,故要經(jīng)過多次分離、多次操作才能達(dá)到預(yù)定的分離效果。

        2 設(shè)計(jì)思路

        2.1 設(shè)計(jì)目的

        本團(tuán)隊(duì)從油的密度比水的密度小的物理原理以及電解水產(chǎn)生氣泡的化學(xué)原理出發(fā),探索并制作了一種綠色、高效、低消耗的油水分離裝置。該裝置主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)目標(biāo):循環(huán)分離油水污染物;一定程度上,提高油水分離的效率;分離過程綠色環(huán)保,無二次污染。

        2.2 設(shè)計(jì)原理

        油水分離裝置的工作原理:(1)由污水泵將油水混合相送入油水分離裝置中,通過過濾網(wǎng)將大顆粒雜質(zhì)過濾出去,無法進(jìn)入分離器中,在循環(huán)系統(tǒng)中主要進(jìn)行小顆粒雜質(zhì)與油水的分離。(2)循環(huán)系統(tǒng)主要進(jìn)行泥等小雜質(zhì)顆粒的排出,提高油水的潔凈度。(3)含更小顆粒的油滴的污水通過細(xì)濾器,除去水中雜質(zhì),進(jìn)入油水分離系統(tǒng),利用水壓強(qiáng)以及氣浮發(fā)生器(利用電解原理,產(chǎn)生氣泡)使細(xì)小油滴聚合成較大的油滴與水分離。(4)分離后,水相通過排水閥排出,油水分離系統(tǒng)中分離出來的油相通過排油閥排出。

        其電極反應(yīng)方程為:

        陽極:2OH--2e=1/2O2↑+H2O

        陰極:2H++2e=H2↑

        2.3 裝置介紹

        如圖1所示,裝置由循環(huán)系統(tǒng)和油水分離系統(tǒng)組成。

        左集油室尺寸為50×60×60(cm),右集油室尺寸為40×60×30(cm),電極為圓柱形式,長20cm,半徑0.5cm(共6個(gè)),前后左右間隙為5cm。

        循環(huán)系統(tǒng):中集油室油水泵運(yùn)作給左集油室提供壓力,將中集油室中的油水污染物打到左集油室?;旌衔锝?jīng)一定時(shí)間初步分離后關(guān)閉排油閥和排水閥門并打開油水泵,將左集油室中的下部經(jīng)初步分離油水混合物經(jīng)排水管壓到中集油室,針對油水污染物的混合狀況,多次分離和循環(huán)。最后打開排油閥和排水閥并打開油水泵,將油從排油閥中排出,水從排水閥中排出。

        油水分離系統(tǒng)(即電浮發(fā)生器又稱為左集油室):(1)電極能產(chǎn)生極細(xì)小分散的氣泡,平均直徑約為15μm,可以增加油滴與氣泡間的接觸面積。(2)可根據(jù)變壓器調(diào)節(jié)通過電極的電流密度(可根據(jù)電極面積計(jì)算A/m2),便能在溶液中生成任何氣泡濃度和尺寸,確定分離效果最好的氣泡尺寸。(3)選擇合適的電極和電解質(zhì)溶液條件(NaCl電解質(zhì))就能夠得到分離的最佳效果。

        由表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得:隨著電解質(zhì)濃度的增加,電解反應(yīng)程度逐漸增加。其中NaCl(0.035mol/L)反應(yīng)更加明顯且不產(chǎn)生有害污染物質(zhì)。

        2.4 實(shí)驗(yàn)分析

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖2表明:隨著電流的增大去油率也在逐漸提高,當(dāng)電流為1.3A時(shí)去油率達(dá)到最高,然后隨著電流的增大去油率會(huì)有所降低。起初當(dāng)電流小于1.3A時(shí)電極電解出的氣泡會(huì)逐漸增多,去油率逐漸提高。當(dāng)電流大于1.3A時(shí)電解出的氣泡會(huì)增大彼此結(jié)合的概率而不是與懸浮在混合物中的油分碰撞結(jié)合,所以會(huì)導(dǎo)致去油率的降低。當(dāng)溶液中加入NaCl后,去油率由53%提高到了65%。根據(jù)研究表明,NaCl電解質(zhì)能夠有效地削弱氫氣和氧氣的氣泡尺寸,進(jìn)而增大氣泡與懸浮油分的接觸面積和碰撞機(jī)會(huì),提高去油率。

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖3表明:電流是控制油水分離效果的關(guān)鍵變量。通入的電流越大消耗的電能會(huì)越大。當(dāng)加入3%的NaCl電解質(zhì)溶液后實(shí)驗(yàn)表明耗能減少。例如在電流為1.3A和浮選反應(yīng)時(shí)間為40min時(shí),無和有NaCl電解質(zhì)溶液的電能消耗分別為4和2.5kwhr/m3,即加入NaCl電解質(zhì)可減少耗能約為37.5%。

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖4表明:初始實(shí)驗(yàn)油濃度為1000mg/dm3的懸浮的油濃度隨電浮時(shí)間變化的曲線。當(dāng)電浮時(shí)間為30min和40min時(shí),油濃度分別減至402和300mg/dm3,可得去油率為60%和70%,相應(yīng)的電耗分別為4.0和6.2kwhr/m3,可得當(dāng)耗能約增加50%,去油率約提高了16.7%。從耗能觀點(diǎn),選擇浮選電浮時(shí)間40min較好。

        去油率可用下式表示:

        式中:V為集油室體積;t為電浮反應(yīng)時(shí)間;A為電極與溶液的接觸面積;k為集油室電浮法去油速率常數(shù);C為油水混合物中的懸浮油濃度。

        由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖5表明:左集油室與右集油室之間的液面差與電浮分離達(dá)到油濃度為300mg/dm3的電浮時(shí)間關(guān)系。懸浮油的起始濃度為1000mg/dm3。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得:起初隨著液面差的提高去油率也逐漸提高,達(dá)到要求油濃度的時(shí)間變量線性遞減,這是由于液面差越高氣泡與懸浮油分的碰撞程度幾率越大,氣泡升到溶液表面的時(shí)間較短引起的。當(dāng)液面差為10cm時(shí),時(shí)間最短為40min,此時(shí)氣泡與懸浮溶液中的油分碰撞程度和氣泡升到溶液表面的時(shí)間為最佳油水分離條件。隨著液面差的繼續(xù)提高,氣泡與懸浮油分的碰撞程度一定,然而氣泡升到溶液表面的時(shí)間較長,所以降低了油水分離的效率,電浮時(shí)間增加。

        2.5 傳統(tǒng)和新型裝置的比較

        此裝置在與傳統(tǒng)裝置耗能相同的情況下,油水分離效率更高,循環(huán)分離,處理量是傳統(tǒng)裝置的5倍(見表2)。

        3 結(jié)論

        (1)通入電極電流為1.3A時(shí),浮選時(shí)間為40min時(shí)裝置去油率達(dá)到最高。

        (2)加入NaCl電解質(zhì)溶液可以有效地提高去油率,減少電能消耗。

        (3)合理的左集油室與右集油室的液面差可以有效地提高油水分離效率。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 吳應(yīng)湘,許晶禹.油水分離技術(shù)[J].力學(xué)進(jìn)展,2015(45): 179-216.

        [2] 鄧曉剛,廖振方,陳德淑.脈沖電浮水處理過程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2008(8):928-931,941.

        [3] 趙健新.脈沖電浮水處理成套設(shè)備的實(shí)驗(yàn)研究[D].重慶大學(xué),2004.endprint

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