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。混合物經(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，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)

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