含油污水氣浮除油技術進展

  隨著工業的快速發展及人類生活需求的增加，食品、印染、皮革、交通運輸、石油化工、船舶等行業產生了大量的含油廢水[1]。含油污水直排造成隨著工業的快速發展及人類生活需求的增加，食品、印染、皮革、交通運輸、石油化工、船舶等行業產生了大量的含油廢水水[1]。含油污水直排造成惡化環境水質、污染土壤和大氣、破壞生態平衡、影響人類健康等問題。為此，我國對排放污水含油制訂了嚴格的限制標準，其中污水綜合排放標準限值為10mg/L[2]，石油煉制工業水污染排放限值為5mg/L，船舶含油污水排放限值15mg/L。污水含油不僅影響污水生化過程的生物活性，而且增加生物處理負荷，嚴重影響污水生化處理效果。因此，人們十分重視對含油污水的除油，開發了多種除油方法。

傳統的含油污水處理方法主要包括物理法(如重力分離、聚結、膜分離)、化學法(如混凝、超臨界水氧化技術)、物理化學法(氣浮、電絮凝、吸附)及生物法(如活性污泥處理、膜生物反應器)。但是此類方法均存在一定的缺點，如：膜分離通量低、操作費用高、能耗高、膜易污染，化學法易腐蝕、再污染，生物法預處理要求嚴格、淤泥處理難[3]。此外，單一的處理方法抗水力、水質條件沖擊能力低，以致難以滿足日益增長的環境保護的需求，從而限制了此類工藝的實際應用。因此，探索多工藝的組合處理含油污水，提高除油效率和增強整體處理效果勢在必行。

氣浮工藝作為應用最廣的含油污水處理方法，具有處理效果好、效率高、結構緊湊等優點。本文基于該工藝特點，介紹了常規氣浮工藝、新型氣浮組合工藝的原理及應用現狀，并提出氣浮工藝的發展展望。

1氣浮技術

氣浮是通過某種方法產生大量高度分散的微納米氣泡，粘附原水中密度接近于水的懸浮物、油滴，形成密度小于水的氣浮體(“氣泡-顆粒”復合體)，在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣，實現水質凈化[4]。因此得到大小均勻、數量多的微納米氣泡是氣浮法高效除油的關鍵[5]。

氣浮技術包括溶氣氣浮、電解氣浮、散氣氣浮和渦凹氣浮技術。溶氣氣浮根據壓力不同，在真空或過飽和狀態釋放空氣，形成微小氣泡，氣泡細小量大，去除率高，處理效果穩定，工藝簡單，操作靈活，是應用最廣的處理技術;電解氣浮是利用不溶性陽極和陰極，向廢水中通入直流電，產生氫氣和氧氣微細氣泡。由于電耗高，處理量小，工業應用較少;散氣氣浮是將壓縮空氣直接通入微孔、擴散板、微孔管產生微氣泡;渦凹氣浮是利用高速回轉的渦輪吸入空氣，在水中形成細小氣泡。電解氣浮，散氣氣浮及渦凹氣浮除油效率高，適用于油水密度差很小或油滴粒徑小的污水處理，設備緊湊，污水的停留時間很短，一般用于污水的二級除油處理。

王蘭潔等[6]研究了溶氣氣浮對油田含油污水的處理效果，在溶氣壓力0.3MPa、氣水比0.03、pH7、無藥投加條件下，當進水含油為213~824mg/L，出水含油可降低到30mg/L，且浮渣量減少52%以上。玉門煉化總廠對原浮選系統進行改造，將噴射氣浮法改為部分回流加壓式溶氣氣浮，出水含油降低到12.2mg/L，達到生化系統的進水要求[7]。

曹偉麗等[8]采用電解氣浮工藝處理采油污水，考察了電極材料、電極形式、板極間距、電流強度、電導率等影響因素對除油效果的影響，得到的最佳處理條件是：電解時間20min，極板間距1.5cm，電流密度200A以上，電極材料為石墨。在此條件下，可將含油106.6mg/L的污水含油降低至2.1mg/L，除油率95%以上。

鄧曉輝等[9]研究了微孔管散氣氣浮處理某海洋平臺產生的含油污水除油效果，采用美國Sterlitech公司生產的PCTE膜管和PTFE膜管為微氣泡發生器，當操作壓力為0.35~0.9MPa，入口流量為10~14m3/h時，可將進水油含從38~350mg/L降至12~61mg/L。

郝雁軍等[10]采用渦凹氣浮對某石化公司含油廢水進行預處理，并根據夏冬季進水水質的波動，調整PAC用量，對夏冬兩季進水含油分別為215.2mg/L和135.3mg/L的污水，經過渦凹氣浮處理，含油分別降低到54.7mg/L和49.8mg/L，去除達到65%以上。

目前，對散氣氣浮的研究主要集中在新型材質布氣板、微孔材料、組合纖維等方面，提高微納米氣泡數量，從而提高抗沖擊能力，高效去除水中的油和懸浮物。表1為不同氣浮工藝特點的比較。

2組合工藝

近年來，隨著多元工藝的結合，形成了多種新型氣浮工藝，如聚結-氣浮、氣浮-磁分離、旋流-氣浮等。

2.1聚結氣浮

聚結作為一種油水分離工藝，單獨作用時油水分離速度和除油效率均較低。將聚結工藝與氣浮工藝耦合成組合工藝(如圖1所示)，可強化含油污水油水分離，解決聚結工藝對分散油、懸浮油處理速率慢且分離效果差的問題。

齊玉成等[11]采用聚結氣浮裝置處理油田采出水，在入口流量為0.3m3/h，板間距為0.9cm，溶氣壓力為0.4MPa時，對平均含油87.2mg/L的含油污水，出水含油可降低到7.0mg/L，平均除油率達到92%[11]。崔月嶺等[12]采用聚結溶氣氣浮裝置處理某油田含聚污水，進水含油在1980mg/L~3720mg/L之間，出水含油量能夠穩定小于5mg/L，達到油田注水的水質要求。

針對渤海油田D平臺初始含油460mg/L的生產水，方健[13]自行設計模擬聚結氣浮除油裝置，采用特有的聚結材料，經過三級氣浮聚結除油，出口含油達到10mg/L以下，去除率高達97%以上。田忠進[14]將高梯度聚結除油與氣浮除油結合，處理某油田含油大于1300mg/L的含聚污水，除油效果達到80%以上。

聚結氣浮在淺池理論基礎上，采用聚結板材有效的增大了油水的接觸面積，使內部水流呈現變水流、變間距狀態，又因板材具有一面親油疏水、一面親水的特性，碰撞聚結與潤濕聚結同時存在，油滴在聚結板表面潤濕、碰撞、聚結和脫落的連續更替過程使油水兩相逐漸分離;裝置底部通入含微細氣泡的水體，分散氣泡與油滴顆粒黏附，帶動油滴與其他懸浮顆粒上浮。該組合工藝不僅減短了油滴上浮時間，同時強化了油滴的聚結效果，實現了油水高效分離。

2.2氣浮-磁分離磁分離技術是一種以磁性顆粒為載體的新型除油技術。氣浮-磁分離技術是兩種除油工藝結合形成的組合工藝(流程如圖2所示)，其中氣浮單元作為預處理手段首先去除部分分散油和乳化油，再通過磁分離單元進行一步深度處理。

付法棟等[15]對某油田開展氣浮磁分離除油試驗，對進水含油平均為166mg/L的污水，污油去除率為98.5%;對進水含油平均為557mg/L的污水，污油去除率高達99.3%。許浩偉等[16]采用“高效溶氣氣浮+磁分離”組合工藝對某污水站的高含量聚合物油田污水進行小試和現場試驗，結果表明，處理后的水質能夠達到油田回注標準，油和懸浮物的質量濃度均在5mg/L以下。楊瑞洪等[17]進行了氣浮-磁分離技術的除油工藝研究，結果表明，當絮凝劑選用聚合氯化鋁(PAC)且濃度為25mg/L，磁種Fe3O4投加量為100mg/L，磁場強度為40mT的條件下，對進水含油29.5mg/L的污水，處理后的出水含油為4.7mg/L，除油率平均可達到83.8%。

該工藝作為含油污水的一級處理工藝，可以將含油降低到5mg/L以下，除油率80%以上。單獨的磁分離技術處理含油污水，操作簡單、費用低，但除油效果較差，氣浮-磁分離工藝具備高效、節能、占地小、磁種可回收利用等優點，但是磁分離形成的含油污泥處理以及磁種回收利用率是該工藝進一步探究的方向。

2.3旋流氣浮旋流-氣浮工藝是一種將低強度旋流離心與氣浮分離結合的工藝。最早推出且具有代表性的為挪威公司的緊湊型氣浮裝置(CFU)裝置，含油污水切向進入罐體，通過螺旋導片形成低強度旋流，含油污水通過壓力變化釋放氣泡或以注氣的形式在旋流過程中發生氣浮，油滴和氣泡等較輕組分向內筒外壁運移，進入內筒內部的黏附體不斷浮升，最后在罐內上部水面形成連續的油和氣泡浮渣層，通過頂部接管排出罐外。凈化后的水經過罐底部的水平圓板緩流后自出水口排出，泥砂和其他較重的固體顆粒由油泥出口定期排出。CFU能夠適用于不同含油量(50~2500mg/L)的污水處理，對不同含油污水分別采用單級或兩級串聯可將油質量濃度控制在20mg/L以下，最低可降至6mg/L[18]。

基于對國外多種CFU工藝的設計、運行及優化，國內許多專家學者也開展了旋流~氣浮除油工藝的研究。陳家慶等[19]吸收國外多家CFU技術內涵并結合主體工藝尺寸解析計算和計算流體動力學(CFD)等理論體系，開發了BIPTCFU-I、II、III代產品(如圖3所示)，對該裝置進行連續穩定運行測試，結果表明，在不加任何處理藥劑的情況下，當污水含油為62.5~92.5mg/L時，出水含油為10~17mg/L，除油效率可達80.8%~85.5%，且與CrudeSep®進口設備相比，BIPTCFU裝置展現出了較高的除油效率和工作穩定性。魏叢達等[20]采用自主研制的新型高效旋流氣浮污水處理技術和裝置，處理含油量平均值在60mg/L以上的含油污水后，污水中的含油量降至10mg/L以下，達到了較理想的效果。

不同的旋流方式是影響旋流氣浮處理含油廢水效率的一個重要因素。羅小明等[21]采用低強度旋流氣浮處理含油污水，研究氣浮筒在順流或逆流時最優浮選區間，發現當入口旋流強度為17g(順流)或13g(逆流)時，浮選效果最佳，當含油量為500mg/L，回流比為20%~50%(順流)或30%~35%(逆流)時，除油效率不低于75%。

單獨的旋流工藝處理含油污水，抗沖擊能力較差，尤其是油滴直徑較小時，處理效果難以達到要求。氣浮旋流工藝借助低強度旋流離心力場促進微納米氣泡與待去除污染物顆粒的碰撞粘附，強化了常規氣浮分離過程，具有水力停留時間短、占地面積小、處理效率高和操作要求低等特點。

傳統氣浮分離技術，停留時間基本上在15~30min之間，但除油效果好;新型組合氣浮工藝融合了氣浮除油工藝與其他技術的優勢，能夠實現短時間高效除油，并且結構緊湊，相對成本降低，能夠滿足工業中對用水、排水的需求，常用的新型組合工藝優勢與不足如表2。針對不同來源的含油污水以及不同用途的排出水，也涌現出其他的一些新型氣浮組合工藝，如電凝聚氣浮[22]、氣浮-精細過濾[23]、混凝-絮凝-氣浮-膜過濾[24]等。

3結語

含油污水除油效果好壞，直接影響后續的生化處理效果，因此，鑒于當前污水氣浮除油過程存在的問題，應進一步開展開發高效低耗的微納米氣泡發生裝置，提高微納米氣泡質量，實現氣泡的均勻分散;提高氣浮裝置自動化和精細化水平，實現氣浮裝置參數自動調控，避免來水波動影響;加強集成技術和組合工藝研究，提高污水除油除濁深度。