一种封闭式连续高压溶气装置及方法与流程

本发明涉及一种封闭式连续高压气浮装置及方法。发明利用对常规的气升式装置进行改进，在高压下实现了连续进料和出料，即实现了封闭式的连续性高压溶气气浮法处理废水。本发明属于水处理技术领域。

背景技术：

溶气气浮是一个物理过程，通过加压溶气和释放系统在水中产生大量的微细气泡，使其粘附于废水中的目标去除物及其聚合体结合，形成夹气絮体。夹气絮体在浮力的作用下上浮到液面形成稳定的浮渣层，并最终伴随浮渣的去除从液相主体中分离。

气升式外循环反应器是在鼓泡塔基础上发展起来的一种气-液，气-液-液，气-液-固过程的接触性反应装置。气升式反应器具有结构简单、造价低、能耗低等优点，被广泛应用于生物发酵、废水处理、菌类培养等领域。气升式外循环反应器作为溶气气浮装置可以提供更好的气液分布，传质效率。

采用溶气气浮工艺可有效去除悬浮颗粒、油和油脂，目前该技术在含油废水处理中已经得到广泛应用。传统溶气释气装置存在设备复杂、占地面积大、溶气气泡粒径大、均匀稳定性差、处理废水效率低等问题。专利CN 1631802 A提出了一种高效环流引射溶气气浮方法和装置，该发明采用压水管和吸水管环流管线上的射流器引射空气，通过卷吸与掺混作用将空气吸入切割并溶解于水中，在经过水泵的搅拌混合作用进一步溶解空气，并压送到释气系统进行释放。容器罐体体积远小于传统溶气罐体积，且减少了水泵的使用能耗。专利CN 102267734 A提出了一种密闭循环式气浮方法及装置，该发明可将污水和气体同时进入气浮罐，通过外加的气液旋流分离器实现气体的回收循环利用，利用循环风机实现了气浮罐内的低压，整个过程为封闭式过程，即高效利用了气体，又有效避免了二次污染。但是以上发明使用了较多的动力设备，装置较为复杂，设备成本高，且溶气需要较高的压力使得气体溶解于水中达到饱和状态，压缩机要不断的输送大量的高压气体，产生大量的能耗。

微孔曝气是一种高效的曝气技术，随着20世纪70年代能源危机后，微孔曝气技术由于其通气量大，充氧能力强，节约能耗的特点备受关注。与大孔曝气系统相比，微孔曝气系统可以节约50％的能耗。采用微孔曝气系统可以在水中产生更多微小气泡且气泡尺寸范围窄，分布均匀，提高气液传质效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于为了解决传统溶气气浮工艺处理废水过程中存在的装置结构复杂、操作繁琐、溶气气泡粒径大、均匀稳定性差、处理废水效率低、能耗大等问题，提出一种连续高压溶气气浮装置，本发明的另一目的是提供一种利用该装置进行连续高压溶气气浮方法。

本发明的技术方案为：本发明采用气升式外循环装置作为溶气气浮装置，使得传统复杂的溶气与气浮装置合并为一起，降低装置复杂度和装置成本，且气升式外循环反应器能够提供更高的传质效率；采用微孔曝气系统代替传统溶气与气浮步骤，高压气体通过曝气头释放出微小气泡，控制出气、进料、出料阀门平衡维持气升式反应器内的压力恒定，保证气体在水中的溶解度，并依赖于气升式外循环反应器的优点使得气泡在反应器中得以循环，压力恒定后可调节出气阀门的开度来控制高压气源的进气量，这样可有效节约高压气源的用量降低能耗与成本。气泡在反应器中有较高的溶解度，气泡粒径小、分布均匀并可在气升式外循环反应器中随着流体循环，进行着充分的气液接触，增大气液传质效率，可有效去除含油废水中油类污染物，降低废水的COD。适用于工业污水处理尤其是三元复合驱油田采出水。其特征在于该方法利用气升式外循环装置作为溶气气浮装置，微孔曝气取代传统方法中溶气气浮步骤，简化装置，降低成本和能耗。

本发明的具体技术方案为：一种封闭式连续高压溶气装置，其特征在于由供气系统12、气升式循环反应器9、供料系统10、出料口3和尾气-浮渣处理系统11组成；其中气升式循环反应器9由气升管2、上横接管4、下横接管5和釜体8组成，釜体8上部为气液分离区7，釜体8下部为降液管6，气升管2位于釜体8侧臂，上横接管4和下横接管5分别从降液管6上部与底部引出连接气升管2形成循环；出料口(3)位于气升管(2)侧面，并设有出料阀门V2；供气系统12由高压气源C-1，曝气头1和进气管16组成，曝气头1安装在气升管2底部，通过进气管16经进气阀门V1同高压气源C-1连接；供料系统10由储料罐13，进料管14和供料泵A-1组成，进料管14连接储料罐13和供料泵A-1，从气液分离区7顶部进入，延长至降液管6中，分离区7顶部设有进料阀门V3；尾气-浮渣处理系统11由尾气-浮渣分离罐D-1和排气管15组成，排气管15从气液分离区7侧面引出，连接尾气-浮渣分离罐D-1，在排气管15引出气液分离区7处设有尾气-浮渣出口阀门V4，尾气-浮渣分离罐D-1上侧设有排气阀门V5，底部设有排渣阀门V6。

优选上述的曝气头(1)采用金属钛烧结管、陶瓷膜管或微孔纳米管等曝气系统；曝气孔径为0.5～100um。所述的曝气方式为微孔曝气，采用微孔曝气产生微气泡。

本发明采用气升式外循环反应器作为高压溶气装置来代替传统装置的溶气装置与气浮装置。

本发明还提供了利用上述的封闭式连续高压溶气装置进行封闭式连续高压溶气的方法，其具体步骤如下：供料泵A-1将废水输送到反应器中，高压气源C-1加压气体通过气升管2底部的曝气头1以微孔曝气方式进入废水中，调节进气阀门V1调节曝气量与气体进口压力，控制出料阀门V2、进料阀门V3、尾气-浮渣出口阀门V4控制装置内压力和高压气源的进气量，气泡在气升式外循环反应器中循环并带动废水中的乳化油、悬浮物、硅酸盐上浮，在气液分离区7形成泡沫浮渣，浮渣和气体顺着排气管进入尾气-浮渣分离罐D-1进行分离；供料泵A-1从气液分离区7顶部将废水连续打入装置内，处理后的废水从出料口3排出，使得装置连续运行。

优选上述的高压气源C-1加压气体为空气、氮气、二氧化碳或臭氧中的一种或几种气体；高压气源由空压机、增压泵或气体发生器中等一种或多种组合提供。

通过调节进气阀门V1调节曝气量，优选曝气量为100-2000L/h。

可调节出料阀门V2、进料阀门V3、尾气/浮渣出口阀门V4的平衡维持压力恒定，装置内压力控制在0.1～10MPa范围内。

产生的泡沫浮渣可通过尾气/浮渣系统(11)连续排出。

本发明通过调节进料阀门V3进料量与出料阀门V2出料量的平衡，实现高压气浮的连续性。

本发明所述的废水为含油废水，包括油田采出水、稠油废水、炼油废水等任何含油废水。

有益效果：

本发明所提供的一种封闭式连续高压气浮方法及装置。与现有气浮方法及装置相比，主要存在以下优点：

(1)使用了一种结构极其简单的气升式外循环装置代替传统的溶气与气浮装置，简化设备，降低设备成本，同时可以促进气液充分接触，加快气体循环扩散，提高气液传质效率。

(4)微孔曝气代替传统的溶气和溶气步骤，使得操作简单易懂，微孔曝气可产生更小、分布更均匀的气泡，大大提高了气浮的效率。

(3)高压连续性操作，增加了气体的溶解性，始终保持水中有溶气的状态，可调节出料阀门V2、进料阀门V3、尾气/浮渣出口阀门V4的平衡维持压力恒定，反应器压力恒定后可调节尾气/浮渣出口阀门V4的开度控制高压气源的进气量，节约气体降低能耗，在保证反应器中气体溶解度和气泡尺寸小、分布均匀的情况下，解决了传统溶气气浮装置需要大量的高压气体进行溶气的问题，使得气体与油、有机物等充分去除。

附图说明

图1封闭式连续高压溶气气浮装置示意图；其中(1)曝气头，(2)气升管，(3)出料口，(4)上横接管，(5)下横接管，(6)降液管，(7)气液分离区，(8)釜体，(9)气升式循环反应器，(10)供料系统，(11)尾气-浮渣处理系统，(12)供气系统，(13)储料罐，(14)进料管，(15)排气管，(16)进气管，C-1高压气源，D-1尾气-浮渣分离罐，A-1供料泵，进气阀门V1，出料阀门V2，进料阀门V3，尾气-浮渣出口阀门V4，排气阀门V5，排渣阀门V6。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种封闭式连续高压溶气装置，由供气系统12、气升式循环反应器9、供料系统10、出料口3和尾气-浮渣处理系统11组成；其中气升式循环反应器9由气升管2、上横接管4、下横接管5和釜体8组成，釜体8上部为气液分离区7，釜体8下部为降液管6，气升管2位于釜体8侧臂，上横接管4和下横接管5分别从降液管6上部与底部引出连接气升管2形成循环；供气系统12由高压气源C-1，曝气头1和进气管16组成，曝气头1安装在气升管2底部，通过进气管16经进气阀门V1同高压气源C-1连接；供料系统10由储料罐13，进料管14和供料泵A-1组成，进料管14连接储料罐13和供料泵A-1，从气液分离区7顶部进入，延长至降液管6中，分离区7顶部设有进料阀门V3；尾气/浮渣处理系统11由尾气-浮渣分离罐D-1和排气管15组成，排气管15从气液分离区7侧面引出，连接尾气-浮渣分离罐D-1，在排气管15引出气液分离区7处设有尾气-浮渣出口阀门V4，尾气-浮渣分离罐D-1上侧设有排气阀门V5，底部设有排渣阀门V6。

实施例2

取某油田三元复合驱油田采出废水，采出水含油量182mg/L，SS含量150mg/L，油滴中值粒径74μm，pH 10.10，粘度4.83cP。装置如图1所示，三元复合驱采出废水经供料泵A-1通过进料管(14)连续输入装置中，二氧化碳由增压泵C-1经10μm金属钛烧结管曝气头(1)曝气30min，调节进气阀门V1使曝气量为500L/h，气体进口压力为0.4MPa，调节出料阀门V2、进料阀门V3、尾气/浮渣出口阀门V4使装置内压力提高到0.4Mpa进行高压气浮，废水中产生的泡沫浮渣经过尾气/浮渣处理系统(11)连续排出。处理后的三元复合驱采出废水中含油量38mg/L，SS含量20mg/L，油滴中值粒径18μm。

实施例3

取某油田三元复合驱油田采出废水，采出水含油量182mg/L，SS含量150mg/L，油滴中值粒径74μm，pH10.10，粘度4.83cP。装置如图1所示，三元复合驱采出废水经供料泵A-1通过进料管(14)连续输入装置中，二氧化碳由增压泵经100μm金属钛烧结管曝气头(1)曝气30min，调节进气阀门V1使曝气量为500L/h，气体进口压力为0.4MPa，调节出料阀门V2、进料阀门V3、尾气/浮渣出口阀门V4使装置内压力提高到0.4Mpa进行高压气浮，废水中产生的泡沫浮渣经过尾气/浮渣处理系统(11)连续排出。处理后的三元复合驱采出废水中含油量85mg/L，SS含量61mg/L，油滴中值粒径47μm。

实施例4

取某油田三元复合驱油田采出废水，采出水含油量182mg/L，SS含量150mg/L，油滴中值粒径74μm，pH10.10，粘度4.83cP。装置如图1所示，三元复合驱采出废水经供料泵A-1通过进料管(14)连续输入装置中，二氧化碳由增压泵经0.5μm金属钛烧结管曝气头(1)曝气10min，调节进气阀门V1使曝气量为1500L/h，气体进口压力为10.0MPa，调节出料阀门V2、进料阀门V3、尾气/浮渣出口阀门V4使装置内压力提高到10.0Mpa进行高压气浮，废水中产生的泡沫浮渣经过尾气/浮渣处理系统(11)连续排出。处理后的三元复合驱采出废水中含油量3.7mg/L，SS含量10mg/L，油滴中值粒径1μm。

实施例5

取某油田三元复合驱油田采出废水，采出水含油量168mg/L，SS含量230mg/L，油滴中值粒径81μm，pH10.04，粘度5.2cP。装置如图1所示，三元复合驱采出废水经供料泵A-1通过进料管(14)连续输入装置中，后采增压泵经50μm氧化钛陶瓷膜管曝气头(1)曝气10min，调节进气阀门V1使曝气量为500L/h，气体进口压力为1.0MPa，调节出料阀门V2、进料阀门V3、尾气/浮渣出口阀门V4使装置内压力提高到1.0Mpa进行高压气浮，废水中产生的泡沫浮渣经过尾气/浮渣处理系统(11)连续排出。处理后的三元复合驱采出废水中含油量33mg/L，SS含量23mg/L，油滴中值粒径19μm。

实施例6

取某炼油厂热轧废水，采出水含油量268.7mg/L，SS含量230mg/L，油滴中值粒径81μm，pH 6.04，粘度3.7cP。装置如图1所示，热轧废水经供料泵A-1通过进料管(14)连续输入装置中，空气由空压机经1μm氧化钛陶瓷膜管曝气头(1)曝气1h，调节进气阀门V1使曝气量为600L/h，气体进口压力为0.4MPa，调节出料阀门V2、进料阀门V3、尾气/浮渣出口阀门V4使装置内压力提高到0.4Mpa进行高压气浮，废水中产生的泡沫浮渣经过尾气/浮渣处理系统(11)连续排出。处理后的三元复合驱采出废水中含油量56mg/L，SS含量45mg/L，油滴中值粒径15μm。

实施例7

取某炼油厂热轧废水，采出水含油量268.7mg/L，SS含量230mg/L，油滴中值粒径81μm，Ph 6.04，粘度3.7cP。装置如图1所示，热轧废水经计量泵A-1通过进料管(14)连续输入装置中，空气由空压机经0.5μm微孔纳米管曝气头(1)曝气1h，调节进气阀门V1使曝气量为800L/h，气体进口压力为2MPa，调节出料阀门V2、进料阀门V3、尾气/浮渣出口阀门V4使装置内压力提高到2Mpa进行高压气浮，废水中产生的泡沫浮渣经过尾气/浮渣处理系统(11)连续排出。处理后的三元复合驱采出废水中含油量37mg/L，SS含量21mg/L，油滴中值粒径15μm。

实施例8

取某油田采出废水，采出水含油量192mg/L，SS含量179mg/L，油滴中值粒径102μm，pH 9.89，粘度3.6cP。装置如图1所示，油田采出水经供料泵A-1通过进料管(14)连续输入装置中，后采用臭氧由臭氧发生器经经50μm氧化锆陶瓷膜管曝气头(1)曝气30min，调节进气阀门V1使曝气量为200L/h，气体进口压力为0.2MPa，调节出料阀门V2、进料阀门V3、尾气/浮渣出口阀门V4使装置内压力提高到0.2Mpa进行高压气浮，废水中产生的泡沫浮渣经过尾气/浮渣处理系统(11)连续排出。处理后的油田采出废水中含油量55mg/L，SS含量19mg/L，油滴中值粒径20μm。

实施例9

取某油田采出废水，采出水含油量192mg/L，SS含量179mg/L，油滴中值粒径102μm，pH 9.89，粘度3.6cP。装置如图1所示，油田采出水经供料泵A-1通过进料管(14)连续输入装置中，后采用臭氧由臭氧发生器经0.5μm氧化锆陶瓷膜管曝气头(1)曝气30min，调节进气阀门V1使曝气量为1000L/h，气体进口压力为2.0MPa，调节出料阀门V2、进料阀门V3、尾气/浮渣出口阀门V4使装置内压力提高到2.0Mpa进行高压气浮，废水中产生的泡沫浮渣经过尾气/浮渣处理系统(11)连续排出。处理后的油田采出废水中含油量12mg/L，SS含量8mg/L，油滴中值粒径0.4μm。