电场分离装置和油水混合液处理设备的制作方法

电场分离装置和油水混合液处理设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求享有于2021年7月7日提交的发明名称为“油水混合液处理装置和方法”中国专利申请202110769487.x的优先权，该专利申请的全部内容通过引用结合于本文中。
技术领域
3.本发明涉及水处理领域，具体地涉及一种对油水混合液，例如含油污水进行油水分离并去除悬浮物的电场分离装置。本发明还涉及一种包含这种电场分离装置的油水混合液处理设备。


背景技术：

4.油田化工企业会产出大量的含油污水。例如，仅就中石化集团而言，其各油田产出污水就达100
×
104m3/d。一般来说，含油污水的乳化严重，含有大量粒径微小的油滴及悬浮物质。这些微小的油滴及悬浮物质会稳定地悬浮在污水中，油水分离速度慢，去除困难。
5.现有油水分离技术包括重力沉降分离法、气浮法、旋流法、电化学法等。电化学法近年来得到了广泛的关注。现有技术中一般采用电絮凝、电气浮原理，然而其能耗高，运行费用达6-10元/m3水。同时，电絮凝技术会产生大量含油污泥，作为危险废物处置费用高；而电气浮技术会产生大量h2，容易存在安全隐患。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的在于提出一种电场分离装置，其能够通过乳化油滴、细小悬浮物在低压电场下定向移动、碰撞实现聚结长大的原理来进行油水分离并去除悬浮物。本发明的另一个目的在于提出一种油水混合液处理设备。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种电场分离装置，包括：壳体，用于待处理的流体的输入管线通入到所述壳体的下部；设置在所述壳体内的若干块大致平行且间隔开地布置的电极板，其中，相邻电极板的极性彼此不同；以及设置在相邻两块电极板之间的聚结单元。其中，所述电极板沿着与待处理的流体的流动方向呈锐角的方向倾斜地布置。
8.在一个优选的实施例中，所述电极板的表面包括若干点状的亲油性区域，所述电极板的表面的其它区域为疏油性区域。
9.在一个优选的实施例中，所述点状的亲油性区域的直径为1-50mm，并且所述点状的亲油性区域的总面积占整个电极板的面积的10％-50％。
10.在一个优选的实施例中，所述点状的亲油性区域在所述电极板的下部区域的密度高于在所述电极板的上部区域的密度，和/或，所述点状的亲油性区域在所述电极板的下部区域的面积高于在所述电极板的上部区域的面积。
11.在一个优选的实施例中，所述聚结单元包括若干个大致平行于所述电极板延伸且彼此间隔开的聚结板，各所述聚结板通过若干水平的连接杆相连成一个整体。
12.在一个优选的实施例中，每个聚结板均设有若干开口，每个聚结板上的每个开口相对于相邻聚结板中的开口均彼此错开。
13.在一个优选的实施例中，在所述壳体内设置有承托板，所述电极板设置在所述承托板上。在所述承托板的下方设有穿孔布水管，所述穿孔布水管与所述输入管线连接。在所述电极板的上方还设有反冲洗管，所述反冲洗管的末端设有正对所述电极板的中心的出水喇叭口。
14.在一个优选的实施例中，在所述壳体的底部设置有集泥部，所述集泥部与排泥管线连接。在所述壳体的顶部设置有排油管线及集油槽。在所述壳体的上部还设有排水管线。
15.在一个优选的实施例中，所述电场分离装置还包括控制单元，用于定期地改变所述电极板的极性。
16.根据本发明的第二方面，提供了一种油水混合液处理设备，包括依次布置的旋流分离装置、层流分离装置、电场分离装置、加药分离装置、物理沉降装置以及过滤装置。其中，所述电场分离装置是根据本发明的第一方面所述的电场分离装置。
17.根据本发明的电场分离装置，电极板沿着与油水混合液的流动方向呈锐角的方向倾斜地布置，使得电极板除了提供电场作用之外，还能够提供斜板除油作用。另外，电极板的表面进行了改性处理，使得电极板的表面具有点状的亲油性区域和疏油性区域。这样，油滴碰撞在亲油性区域上时聚结效果增强，聚结长大后的油滴接触疏油性区域，从而提高了分离效果，减轻了电极板的污染。
18.根据本发明的电场分离装置，在两块相邻的电极板之间设有聚结单元，其形式为若干层彼此间隔开的大致平行于电极板延伸的聚结板，各层聚结板彼此之间通过若干水平设置的连接杆相连而形成一个整体式结构。这样，在第一层聚结板上碰撞聚结后的油滴受电场力作用，通过第一层聚结板上的开口进入到第一层聚结板和第二层聚结板之间的空隙中，并在电场力的作用下继续移动，进而碰撞在第二层聚结板上，以此类推。最后，油滴上浮至液面，完成油液分离。由于各个聚结板将两块电极板之间的空间分割为数层，大大减小了油滴运移距离，增大了碰撞几率。同时，根据“浅池”理论，油滴的碰撞聚结效率大大提高。
附图说明
19.下面将结合附图来对本发明进行详细地描述，在图中：
20.图1示意性显示了根据本发明的油水混合液处理设备的整体结构；
21.图2示意性显示了图1所示设备中的电场分离装置的详细结构；
22.图3示意性显示了根据本发明的电场分离装置中的电极板的平面图；
23.图4示意性显示了根据本发明的电场分离装置中的聚结单元的结构。
24.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记表示。附图并未按照实际的比例绘制，并且各幅图中的某些细节被故意放大以便显示出所需要的细节之处。
具体实施方式
25.下面将结合附图来对本发明进行进一步的说明。在本文中，用语“上游”和“下游”以及类似用语均针对待处理流体的流动方向而定义。
26.图1显示了根据本发明的油水混合液处理设备10的整体结构图。该油水混合液处
理设备10用于处理含油污水或油田采出液。然而可以理解，根据本发明的油水混合液处理设备10也可以用于处理其它油水混合液，例如市政污水。
27.如图1所示，根据本发明的油水混合液处理设备10通过由箭头示意性示出的进水管线20接受含油污水。含油污水在根据本发明的油水混合液处理设备10中依次经过旋流分离装置100、层流分离装置200、电场分离装置300、加药分离装置400、物理沉降装置500以及过滤装置600，进行分级处理。最终，经净化的水经由排水管线90排出整个装置。
28.图2示意性显示了根据本发明的油水混合液处理设备10中的电场分离装置300的结构。在图1所示的实施例中，电场分离装置300可以与油水混合液处理设备10的加药分离装置400和物理沉降装置500集成在一起。然而可以理解，在本发明的一个未示出的实施例中，电场分离装置300、加药分离装置400和物理沉降装置500彼此之间单独地形成，并且串联在一起。
29.如图2所示，来自层流分离器200的二级处理流体经由输入管线23进入电场分离装置300中。电场分离装置300包括一个圆柱形或方形的壳体310。在电场分离装置300的壳体310内设置有若干电极板320，它们平行且彼此间隔开地布置。优选地，相邻的两块电极板320之间的间距例如为10-300mm。这些电极板320布置成正极板和负极板交替地摆放。电极板320通过电极与未示出的电源和控制单元相连，以控制电极板320的极性及电压、电流大小。
30.根据本发明，电场分离装置300的壳体310内设置有承托板350，其沿横向布置成与壳体310的侧壁固定连接。这样，电极板320以及如下所述的布置在其间的聚结材料330均可设置在承托板350上。在承托板350的下方还可设置穿孔布水管340。穿孔布水管340与输入管线23相连，这样，来自输入管线23的二级处理流体穿过穿孔布水管340，从而以均匀分布的方式向上进入到电极板320的区域。
31.在本发明的一个优选的实施例中，电极板320沿着与油水混合液的流动方向(即由下至上的垂直方向)呈锐角的方向倾斜地布置，倾斜的角度例如为10-80度。通过倾斜布置电极板320，使得电极板320除了提供电场作用之外，还能够提供斜板除油作用。
32.电极板320可采用惰性材料制造，例如石墨板、石墨纸、钛板，等等。根据本发明，对电极板320的表面进行了改性处理。如图3所示，可对电极板320的表面进行改性处理，使得电极板320的表面具有点状的亲油性区域322，而其余区域进行疏水改性处理，形成疏油性区域325。本发明的实验表明，油滴的聚结主要发生在油滴碰撞在电极板上时。油滴在亲油表面的碰撞聚结效果优于疏水表面，然而，亲油表面的油滴脱落困难。因此，根据本发明对电极板320进行了改性，使之具备点状的亲油性区域322。这样，油滴碰撞在亲油性区域322上时聚结效果增强。聚结长大后的油滴接触疏油性区域325，提高了分离效果，减轻了电极板的污染。
33.根据本发明的一个具体的实施例，点状的亲油性区域322的直径例如为1-50mm，并且点状的亲油性区域322的面积占整个电极板的面积的10％-50％。由此能够兼顾良好的聚结效果和分离效果。
34.根据本发明的一个具体的实施例，点状的亲油性区域322在电极板320的下部区域的密度高于点状的亲油性区域322在电极板320的上部区域的密度。作为附加或备选，点状的亲油性区域322在电极板320的下部区域的面积高于点状的亲油性区域322在电极板320
的上部区域的面积。申请人发现，通过这种设置，可以显著提高电极板320的聚结效果。
35.根据本发明，在相邻的电极板之间设置有聚结材料330。在一个优选的实施例中，聚结材料330可以采用图4所示的结构。如图4所示，设置在两块相邻的电极板320之间的聚结材料330的形式为若干层彼此间隔开的大致平行于电极板320延伸的板状聚结材料，即聚结板332。各层聚结板332彼此之间通过若干水平设置的连接杆335相连，形成一个整体式结构。作为示例，在图4中显示了从左至右的六层聚结板332，它们通过七根水平布置的连接杆335彼此相连。每一层中的聚结板332均设置有若干开口333。根据本发明，聚结板及连接杆材质优选采用不锈钢、塑料等耐腐蚀材料。
36.这样，当乳化油滴在电极板320之间受到电场力的作用时，会产生从负极板(例如图4中的左侧电极板)向正极板(例如图4中的右侧电极板)的移动。油滴碰撞在聚结板332上时会发生聚结。在第一层聚结板332上碰撞聚结后的油滴受电场力作用，通过第一层聚结板332上的开口333进入到第一层聚结板和第二层聚结板之间的空隙中，并在电场力的作用下继续向正极移动，进而碰撞在第二层聚结板332上，以此类推。最后，油滴上浮至液面，完成油液分离。
37.悬浮物的去除过程类似。悬浮物颗粒在电场力的作用下定向移动，在第一层聚结板上碰撞、聚集后的受电场力作用，通过第一层聚结板上的开口进入到第一层聚结板和第二层聚结板之间的空隙中，并在电场力的作用下继续移动，进而碰撞在第二层聚结板上，以此类推。最后，长大的悬浮物颗粒沿着聚结板或电极板下滑至至装置底部，进入集泥部。
38.根据本发明，各个聚结板332将两块电极板320之间的空间分割为数层，大大减小了油滴运移距离，增大了碰撞几率。同时，根据“浅池”理论，油滴的碰撞聚结效率大大提高。
39.优选地，每一层中的聚结板332的开口333相对于相邻层中的聚结板332的开口333彼此错开。通过这种方式，使得乳化油滴或细小悬浮物颗粒可以穿过多层设置的聚结板332，粒径逐步增大，最终到达正极板，并在其上碰撞、聚结、上浮或下沉去除，从而提高了分离效果。
40.根据本发明，聚结材料330可由粒状填料、束状填料，或者在正负极之间具有联通通道的规整填料制成。连接杆335优选采用不锈钢、塑料等耐腐蚀材料制成。
41.对于粒状填料及上下联通的规整填料，根据本发明还设置了反冲洗管380。该反冲洗管380伸入到电场分离装置300的壳体310内，处于电极板320之上的中心位置。反冲洗管380的末端设有出水喇叭口370。由此，冲洗液体可通过反冲洗管380由出水喇叭口370喷淋到电极板320上，以进行冲洗。此外，输入管线23和穿孔布水管340可兼作反冲洗废水的收集管。在一个实施例中，反冲洗管380可兼作排水管线。
42.在经过电场分离装置300的处理后，二级处理流体中所分离出来的泥相收集在壳体310中的位于电场分离装置300的底部处的集泥部850中，并经由排泥管线24排出。二级处理流体中所分离出来的油相通过设置在电场分离装置300的顶部处的集油槽40收集、存储，然后通过电场分离装置300的顶部处的排油管线22排出。二级处理流体中所分离出来的水相作为三级处理流体进入到加药分离器400中，以进行下一级处理。
43.以下通过示例来说明根据本发明的电场分离装置300的处理效果。
44.实施例1
45.进水为某油田采出液经初步处理后的含油污水，采用根据本发明的电场分离装置
300进行处理。该电场除油装置300中的电极板320采用石墨制成，电极板320的倾斜角度为10-45
°
，相邻电极板320的间距为10-300mm。相邻电极板320之间填充球状聚结材料，粒径为3-20mm。对电极板320施加2-15v的电压和100-2000a的电流。
46.经检测，在处理前，平均进水含油率为86.3mg/l，平均进水悬浮物浓度为28.1mg/l。在经过上述电场分离装置300处理之后，出水含油率为11.5mg/l，出水悬浮物浓度为22.7mg/l。由此可见，通过使用根据本发明的电场分离装置300进行处理，含油率和悬浮物浓度均得到了显著的降低。
47.重复上述实验，测试9组，平均进水含油37.5mg/l，平均出水含油8.4mg/l。
48.再次重复上述实验，测试13组，平均进水含油60.4mg/l，平均出水含油13.5mg/l。
49.实施例2
50.进水为某油田采出液经初步处理后的含油污水，采用根据本发明的电场分离装置300进行处理。该电场除油装置300中的电极板320采用石墨制成，电极板320的倾斜角度为10-45
°
，相邻电极板320的间距为10-300mm。相邻电极板320之间填充球状聚结材料，粒径为3-20mm。对电极板320施加5-30v的电压。
51.测试10组，平均进水含油2309.4mg/l、出水含油2.4mg/l。
52.实施例3
53.根据本发明的一个优选的实施例，定期地改变电极板320的极性。这可通过未示出的控制单元(例如plc)来自动地实现。在一个具体的例子中，电极板320的极性的改变周期为0.2-48h，优选为2-24h。通过实验证实，在对电极板不进行极性改变的处理时，在运行36h后，电极板的电流下降至初始电流的48％；而在对电极板进行极性改变的处理(例如，改变周期为8h)时，在运行72h后，电流仍可保持在初始的93.5％以上。由此可知，定期改变电极板的极性能够使电流保持稳定，这表明电极板的污染得到了有效的降低。
54.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。