专利名称：含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含油废7JC中油、气、水多相分离处理的设备，尤其是含有微 d 、 #油滴的含油废水的净化处理分离设备。
背景技术：
含油废水在石油石化工业生产、城市生活中等经常itJij，实施油水分离以去 除其中的油分往往是面临的首要处理任务。油水分离的方法很多，常用的处理方 法有重力沉降法、离心沉降法、气浮法、过滤法、吸附法、膜分离法等。
各种处理方法都有各自的优缺点和特定的适用范围。气浮法工艺成熟、成本 ^氐廉、处理量大，目前已被广泛应用于油田、石油化工、食品油生产等废水的处 理中。其主要缺点是浮油难处理，浮选停留时间较长；在处理量大的时候，必须 建造大型的气浮设备，占地面积大，投资费用高。基于水力旋流器的旋流分离技 术自2(Ht纪90年代以来在含油废水处理中得到了越来越广泛的应用，利用油、水 两相的密度差由旋流器产生离心力将油、水分离，真有结构紧凑、占地面积小、 运行维护简单等优点，但该法能够去除的油珠粒径范围不低于20Mm。
为了克服传统气浮和旋流的缺点，进一步强化气浮法的油水分离效果，近年 来不少研究人员甚至是相关水处理设备生产厂家#^出了将气浮分离技术与旋流 分离技斜目结合的观点，取得了一些实质性的研究成果。
目前国内的旋流气浮組合技术仅^^限于将气浮分离技术与液-液分离用水 力旋流器单体相结合来进行油水分离，正处于实验室探索阶段。由于水力旋流器 单体的处理能力非常有限，当需M多根单体并联并在适当部位注入气体时，就 显得非常^M页，因此，了其工业化应用。
国外近年来推出了/Ut气浮与低强度旋流离心力场的组合技术，该技术不仅 克服了国内研究存在的处理能力低等缺陷，而且在石油工业含油废水的处理应用 方面取得了一定成效。因此，在未来一段时期内，气浮与低强度旋流离心力场的 组合技术将主导着气浮旋^i且合处理技术的;^a方向。
在挪威M-I Epcon公司申请的美国专利US7144503中阐述了一种脱气浮选组 罐内有一个圆柱状内筒和一个螺J炎状入口导片，含油废水从罐上部的切向 入口iiA罐中形成旋流，同时气泡从水中析出。气泡和油滴在旋流的作用下核压
4至内筒壁，二者结合粘附后上升到罐顶，通过罐顶的油气出口排出。据专利相人 的报道，此装置对含油废水的处理效果较好，并且成本及维护费用很低，比较适
用于海上作业的石油生产平台或者浮式生产储卸油轮(FPSO)等空间要求比较严 才各的领域使用。但从该专利所附的结构图上来看，上升到罐内顶部的油和气泡浮 淦的夕卜排存在着一些问题。尤其海上作业的石油生产平台或FPSO会因波、浪、流 的作用而处于晃动状态，此时罐内部的液面难以保持稳定，从而致使该装置外排 油和气泡浮渣中的含水量过高，从而严重影响了分离效果。
在美国Natco集团申请的美国专利US7157007中阐述了一种油、气、水三相分 离装置，该装置为一个立式气浮分离罐，主^为上、中、下三层，分别利用了 旋流分离、并財立化和气浮分离技术。位于罐上部的中间位置安装有一个内筒，含 油废7K从切向入口it/v到内筒中产生旋流，在内筒中进行油水分离，油相直接进 入撇油斗。从内筒底部流出的水流经过位于罐中部的聚结层时，M的油滴在此 聚集长大。部分大颗粒油滴会在浮力作用下，克服自身重力和主体相的下向流动 而开始向上浮升，从而又去除了一部分油。在罐下部安装有喷射器，利用罐内顶 部的气体和回流净化水在喷射器内剪切混合后，产生孩t小气泡，对从聚结层流下 来的含油废水进行气浮处理。但聚结层的定期清理问题非常麻烦，同时整套设备 的内部结构非常复杂，加工制造的成本寿交高。
鉴于上述原因，有必要进一步研制开发新型的紧凑型气浮旋流分离系统来克 月Ui述油水分离装置的不足。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于避免上述缺点，提供一种将旋流和气 浮两种油水分离的单元技^"机结*来，使水中的M油滴能够高效分离，达
到净化处理目的的含油废7jC处理用紧凑型旋流气浮分离设备。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的 一种含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离设备，主要由旋流气浮组^ (1 )， 循环气体组件(2)、气液混合组件(3)和循环回流水组件(4)组成，其中由 圆柱形外筒体(11 )、椭圆形上封头(12)和椭圓形下封头(13 )组成旋流气浮组 * (1)的罐体，其中在上封头(12)上安装有循环气体出口 (21 )、出油口法 兰(121 )和气体安全阀(126)，出油口法兰(121)与内筒(14)中的内悬管(123 ) 连接，其内悬管(123)的尾部设置有固定片(124)和出油槽(125)，外筒体(ll) 的底部装设有循环回流水入口 (41)，并与筒内回流水管路(42)连接，其筒内回 流水管路(42)的端部与气浮喷射器(43)连接，气浮喷射器(43)的中上部设置有喷射器进气口 (431)，下方设置有圓盘状气浮挡板(432)，距离气浮喷射器 (43)的下端面(5 10)mm，在外筒体(11)的下封头(13)内，下封头出水 口 ( 131)的上方设置一水平圆板(133 ),并与下封头(13 )之间形成一个圆环状 水流通道(134 )，水平圓板(133 )的四周设置有滤网(135 )，在下封头(13 )上 还安装有油泥出口 (132);
内筒(14)由球冠状撇油槽(141)与圓柱状油筒(142)组成，其球冠状撇 油槽(141)的上端制成锯齿状溢流堰(143 )，内筒(14)的底部与内悬管(123 ) 固接，圆柱状外筒体(11)的上边缘与球冠状撇油槽(141)上边缘之间的距离 H产50mm,内筒(14)底部边纟彖距外筒体(11)的上边缘距离H2= (1/3 3/5 ) H;
循环气体管路(24)与循环气体出口 (21)、循环气体入口 (22)、筒内气循 环管路(23 )连接，且筒内气賴环管路(23 )与气浮喷射器(43 )的进气口 ( 431) 连接共同组成循环气体组件(2);
在外筒体(11)的上部，设置有入口导片(31)环绕内筒(14)固定在外筒 体(11)的内壁上，其导片^^始端(32)与切向入口管(34)的入口管末端光滑 过渡连接，入口导片(31)沿筒壁圆周方向螺旋状设置，螺旋升角为5。 15° ， 入口导片(31)与外筒体(11)内壁相交线在水平面上投影的圓周角为210° 330° ，入口导片(31)与内筒(14)的外表面之间应留有一定的径向间隙，切 向入口管(34 )的入口 ( 37 )通过管路(35 )与气液混合泵(36 )连接，从而入 口导片(31 )、切向入口管(34 )、管路(35 )和气液混合泵(36 )共同组成气液 混合组件(3 );
由进水管(441),三通管(442 )和排水管(443 )连接构成进排水管(44), 并Jit过进排水管(44)的进水口 ( 444 )与下封头出水口 (131)连接，循环回 流水泵(45)通过筒外回流水管路(46)与循环回流水入口 (41)连接，气浮喷 射器(43 )、圓盘状气浮挡板(432 )、筒内回流7jc管路(42 )、循环回;iMc入口 ( 41 )、 筒外回流水管路(46 )、循环回流水泵(45 )和进排水管(44 )共同组成循环回流 水组件(4 )。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果
1、 本发明成功地实现了旋流和气浮两种油水分离单元技术的有机结合，能够 分离微小油滴，工作效率大大提高，设备结构形体紧凑、简单，结构形式精巧， 特别适用于含有微小*油滴的含油废水的净化处理。
2、 ^^发明对处理流量;^其内含油、含气量波动的it应性争文强，具有丰支大的 操作弹性。3、本发明结构it价^J:， ^f吏用安装维护^奮理简易。
图1为本发明结构总体剖视示意图
图2为本发明图1的A-A剖一见示意图
图3为本发明图1的B-B剖—见示意图
图4为本发明图1的C-C剖4见示意图
图5为本发明气浮喷射器剖视示意图
图6为本发明另一实施例总体结构剖视示意图
图7为本发明旋流气浮组^串联方式结构示意图
图8为本发明旋流气浮组^并联方式结构示意图
具体实施例方式
由图1至图4示出本发明的一种含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离设备， 主要由旋流气浮组合罐1 、循环气体组件2、气液^給组件3和循环回流水组件4 组成，其中由圓柱形外筒体ll、椭圓形上封头12和椭圆形下封头13组成旋流 气浮组^ 1的罐体，其中在上封头12上安装有循环气体出口 21、出油口法兰 121和气体安全闽126，出油口法兰121与内筒14中的内悬管123连冲妄，其内悬 管123的尾部设置有固定片124和出油槽125,外筒体11的底部装设有循环回流 水入口 41，并与筒内回流水管路42连接，筒内回流水管路42的端部与气浮喷射 器43连接，气浮喷射器43的中上部设置有喷射器进气口 431,下方设置有圆盘 状气浮挡板432,距离气浮喷射器43下端5 10mm,在外筒体11的下封头13 内，下封头出水口 131的上方设置一水平圓板133,并与下封头13之间形成一个 圓环状水济uit道134，水平圆板133的四周设置有滤网135,在下封头13上还安 装有油泥出口 132;
内筒14由球冠状撇油槽141与圆柱状油筒142组成，其球冠状撇油槽141 的上端制成锯齿状溢力 143，内筒14的底部与内悬管123固接，圆柱状外筒体 11的上边缘与球冠状撇油槽141上边缘之间的距离H产50mm，内筒14底部边多彖 距外筒体11的上边缘距离H2= (1/3 3/5 ) H;
循环气体管路24与循环气体出口 21、循环气体入口22、筒内气，环管路 23连接，且筒内气，环管路23与气浮喷射器43的进气口 431连M同组成循 环气体组件2;
在外筒体11的上部，设置有入口导片31环绕内筒14固定在外筒体11的内 壁上，其导片起始端32与切向入口管34的入口管末端光滑过渡连接，入口导片
731沿筒壁圆周方向螺3走状i更置，螺旋升角为5° 15。，入口导片31与外筒体 11内壁相交线在7K平面上投影的圆周角为210° 330° ，入口导片31与内筒14 的外表面之间应留有一定的径向间隙，切向入口管34的入口 37通过管路35与气 液混合泵36连接，从而入口导片31、切向入口管34、管路35和气液混合泵36 共同组成气液^^组件3;
由进水管441,三通管442和排水管443连接构成进排7jC管44,并iLit过进 排水管44的进水口 444与下封头出水口 131连接，循环回流水泵45通过筒外回 流水管路46与循环回流水入口 41连接，气浮喷射器43、圓盘状气浮挡板432、 筒内回流水管路42、循环回流水入口 41、筒外回流tK管路46、循环回流水泵45 和进排水管44共同组成循环回流水组件4。
又知，气-液混合物在旋流气浮组^ 1内产生的旋流离心强度对分离性能的 影响也非常大，理想的离心强度范围为15~30。
旋流气浮组Ml内的气体^* #持在一个合适的范围，理想的气液比 为9%~18%。
"^:要求气浮喷射器43产生的气泡直径范围为100nm ~ 300pm。 另知，首先利用气液混合泵36边抽水，边吸气，在泵内将含油废水与气体剧 烈搅拌，剪切混合成含油废水4效小气泡的均匀混合物，增加了^lfc油滴与微小气 泡的粘附机会，然后再通过切向入口管34 ii^外筒体11中，经由入口导片31 在罐内形成螺旋向上的旋流。
气液';^^流体在罐内旋转而产生离心力，密度较大的7M目向罐内壁移动，而 油滴、粘附有油滴的微小气泡等轻组分则向罐中间发生径向相对迁移，到达罐内 内筒14的外壁附近区域。在此过程中由于M油滴与微小气泡的径向迁移速度存 在差异，微小气泡的径向内迁移速度相对较大，从而增加了二者接触的机会，提 高了微小气泡与微小油滴的粘附速度。由于气泡-油滴粘附体的密度远远低于水的 密度，因此已经位于罐内内筒14外壁附近的气泡-油滴粘附体会f曼'fUi浮。而大 部分的气-液混合流体则会边旋转、边向下流动，同时旋转离心效应i^^斤减弱，在 该过程中仍然会有部分气泡-油滴粘附体'漫慢上浮。为了进一步增强气浮分离效 果，通过罐内下部中心位置安装的气浮喷射器43,循环回流水泵45将一部分净 化水循环回流到气浮喷射器的中上部，与此同时气浮喷射器43从罐顶pA^气体， 气体在气浮喷射器43内被剪切破碎成微小气泡，在圓盘状气浮挡板432的配^f乍 用下，气浮喷射器43出口的含气泡净化水故均匀分布在气浮喷射器43的周围区 域，从而形成了一个完整的气浮强化分离区。罐内下部废水中残余的微小油滴通过与气泡粘附，再次形成气泡-油滴粘附体而向罐顶部上浮。通过前、后两次气浮 过程，最终在罐内液面上部产生一层油水乳化液和气泡浮渣，这些气浮产物最终
通过锯齿形的溢流堰142汇集到内筒14中，通过出油口法兰121连续不断地被排 除到罐外。罐中的^f目一部分混合在气泡浮渣中，随着油水乳化液"^t从出油口 法兰121排出罐外， 一部分上升至罐顶，上升至罐顶的这部分气体又分为两种排 出方式， 一部分,人气体安全阀126排出，另一#分/人循环气体出口 21被pA^，再 次进入罐中作为气源被循环利用。经过处理的水沿着罐壁流向罐的底部，经水平 圆板133緩it^，从罐底部的出水口 131排出。此外，沙子和其他较重颗粒将下 落到罐底，通过滤网135收集后以油泥的形式由罐底部的油泥出口 132排出。
由图5示出本发明气浮喷射器的剖视示意图，由图可见气浮喷射器43实为一 文丘里喷嘴，主要由圆筒段433，吸气口 434,收缩段435，吸^J空436,喉部437 和扩散段438组成，其中气浮喷射器43的顶部通过法兰与筒内管路42相连接， 通过循环回流7JC泵45从下封头出水口 131导入已处理的净化水，吸气口 434与筒 内气賴环管路23连接，以便从循环气体出口 21 ^L7v气体。
由图6示出本发明另一实施例，主^^循环回流水组件4的喷射器安装位置 有所不同，循环回流水泵45从下封头出水口 131抽出一部分已处理的净化水，位 于外筒体11体外下部侧向设置的两个喷射器43通过筒外回流水管路46与循环回 流水泵45连接，向罐中切向喷射入含有微小气泡的水流，其中气体由外筒体ll 的循环气体出口 21沿着循环气体管路24， M气孔47ii/v到吸，436中被剪 切成孩史小气泡，吸气腔436内为真空低压区，切向进入的气液混合物在罐中螺旋 转动，对含油废7jc进^it流、气浮组合处理。
本发明的紧凑型旋流气浮组^ 1,可以根据工作流量等不同的性能需求采 取串联或并联的工作方式。
图7示出3个紧凑型旋流气浮组^串联的工作方式，前一个组^l的出水 口作为下一个组^的入水口，出油口排出的油汇集到同一管路中，这种工作方 式可以提高紧凑型旋流气浮组^l的分离效率。
图8示出2个紧凑型旋流气浮组^并联的工作方式，二者分别独立进行含 油废水的净化处理，出油口排出的油与出水口排出的7jc分别汇集到同一管路中， 这种工作方式可以提高紧凑型旋流气浮组合罐的处理能力。
综上所述，含油废水的气液yV^物从罐体上部的切向入口ii^罐中，在罐内 形成旋流。同时，在气液》V^泵作用下均匀分布在含油废水中的气泡在罐中析出， 对罐中的含油废水进行气浮处理。因此，粘附有油滴的气泡等较轻物质向罐顶移动；水流以及固相颗粒等较重物质向罐底移动，到达组合罐下部的喷射气浮区域 时，由喷射器对含油废水进行二次M处理。所以，含油废水相当于在罐内进行 了一次旋流分离与两次气浮分离，可以达到满意的处理效果。
权利要求
1、一种含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离设备，主要由旋流气浮组合罐(1)、循环气体组件(2)、气液混合组件(3)和循环回流水组件(4)组成，其特征在于由圆柱形外筒体(11)、椭圆形上封头(12)和椭圆形下封头(13)组成旋流气浮组合罐(1)的罐体，其中在上封头(12)上安装有循环气体出口(21)、出油口法兰(121)和气体安全阀(126)，出油口法兰(121)与内筒(14)中的内悬管(123)连接，其内悬管(123)的尾部设置有固定片(124)和出油槽(125)，外筒体(11)的底部装设有循环回流水入口(41)，并与筒内回流水管路(42)连接，其筒内回流水管路(42)的端部与气浮喷射器(43)连接，气浮喷射器(43)的中上部设置有喷射器进气口(431)，下方设置有圆盘状气浮挡板(432)，距离气浮喷射器(43)的下端面(5～10)mm，在外筒体(11)的下封头(13)内，下封头出水口(131)的上方设置一水平圆板(133)，并与下封头(13)之间形成一个圆环状水流通道(134)，水平圆板(133)的四周设置有滤网(135)，在下封头(13)上还安装有油泥出口(132)；内筒(14)由球冠状撇油槽(141)与圆柱状油筒(142)组成，其球冠状撇油槽(141)的上端制成锯齿状溢流堰(143)，内筒(14)的底部与内悬管(123)固接，圆柱状外筒体(11)的上边缘与球冠状撇油槽(141)上边缘之间的距离H1＝50mm，内筒(14)底部边缘距外筒体(11)的上边缘距离H2＝(1/3～3/5)H；气体循环管路(24)与循环气体出口(21)、循环气体入口(22)、筒内气循环管路(23)连接，且筒内气循环管路(23)与气浮喷射器(43)的进气口(431)连接共同组成循环气体组件(2)；在外筒体(11)的上部，设置有入口导片(31)环绕内筒(14)固定在外筒体(11)的内壁上，其导片起始端(32)与切向入口管(34)的入口管末端光滑过渡连接，入口导片(31)沿筒壁圆周方向螺旋环状设置，入口导片(31)与内筒(14)的外表面之间应留有一定的径向间隙，切向入口管(34)的入口(37)通过管路(35)与气液混合泵(36)连接，从而入口导片(31)、切向入口管(34)、管路(35)和气液混合泵(36)共同组成气液混合组件(3)；由进水管(441)，三通管(442)和排水管(443)连接构成进排水管(44)，并且通过进排水管(44)的进水口(444)与下封头出水口(131)连接，循环回流水泵(45)通过筒外回流水管路(46)与循环回流水入口(41)连接，气浮喷射器(43)、气浮挡板(432)、筒内回流水管路(42)、循环回流水入口(41)、筒外回流水管路(46)、循环回流水泵(45)和进排水管(44)共同组成循环回流水组件(4)。
2、 根据权利要求l所述的含油废7jc处理用紧凑型旋流气浮分离设备，其特;W 于旋流气浮组^ (1)的内筒(14 )与外筒体(11)筒直径比率的理想值 为0. 3 0. 6。
3、 根据权利要求1所述的含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离设备，其特# 于水平圆板(133)的直径应为下封头出水口 (131)直径的3 5倍。
4、 根据权利要求1所述的含油废7jc处理用紧凑型旋流气浮分离设备，其特征在 于入口导片的螺》炎升角为5。 15° ,入口导片(31)与外筒体(11)内壁 相交线在水平面上投影的圆周角为210° 330° ;入口导片(31)与内筒(14) 外表面之间的半径间隙约为内筒(14 )与外筒体(11)直径差的0. 2 0. 35。
5、 根据权利要求1所述的含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离设备，其特征在 于气浮喷射器(43),主要由圓筒段(433)、吸气口 (434)、收缩段(435)、 吸气腔(436)、喉部(437)和扩散段(438)组成，其中气浮喷射器(43) 的顶部通过法兰与筒内回流水管3各(42)相连接，吸气口 (434)与筒内气体 循环管路(23 )连接。
6、 根据权利要求1所述的含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离设备，其特征在 于可以在外筒体(11)的体外下部侧向设置两个气浮喷射器(43)，通过筒 外回流水管路(46)与循环回流水泵(45)连接。
7、 根据权利要求1所述的含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离设备，其特征在 于旋流气浮组M(l),根据工作流量需求的不同釆用串联方式组合，将 前一组^^的出水口作为下一组^^的入水口 。
8、 根据权利要求1所述的含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离设备，其特# 于旋流气浮组合罐(l),根据工作流量需求的不同采用并联方式组合，将 出油口与出水口分别汇集到合一管if各。
全文摘要
一种含油废水处理用紧凑型旋流气浮分离设备，主要由旋流气浮组合罐(1)、循环气体组件(2)、气液混合组件(3)和循环回流水组件(4)组成，其中，旋流气浮组合罐(1)为关键部件，它由圆柱形外筒体(11)，椭圆形上封头(12)和椭圆形下封头(13)组成，其中主要设置有内筒(14)、入口导片(31)，并与切向入口管(34)衔接，底部设置有筒内气体循环管路(23)、筒内回流水管路(42)、气浮喷射器(43)、气浮挡板(432)和水平圆板(133)。圆柱形外筒体(11)与循环气体组件(2)、气液混合组件(3)和循环回流水组件(4)连接组成本发明总体。本发明结构紧凑、简单，工作效率高，占地小，造价低廉，使用维护修理简易，特别适用于含有微小分散油滴含油废水的净化处理。
文档编号C02F1/38GK101445279SQ20071018749
公开日2009年6月3日 申请日期2007年11月28日 优先权日2007年11月28日
发明者波 王, 陈家庆 申请人:北京石油化工学院