含油废水净化方法、系统的制作方法
含油废水净化方法、系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及含油废水的净化领域，具体地，涉及一种含油废水净化方法和系统。
【背景技术】
[0002] 在水处理领域中，通常需要进行气浮曝气环节，以通过气泡将水中的杂质携带至 水面以便清理，从而实现净化污水的目的。例如在含油废水的净化领域中，需要对废水进行 气浮曝气来实现废水的净化。
[0003] 通常，含油废水的来源很广，其中工业上主要有石油工业的炼厂含油废水、石油勘 探开发采油废水、冶金、钢铁厂、冷轧厂废水、油轮压舱水、机电和机械加工的乳化油废水、 以及餐饮业、食品加工业等。往往，工业含油废水量非常大，成分也复杂。以我国炼油厂为 例，由于炼制重质油多，且工艺复杂，每加工1吨原油产生0. 7~3. 5吨含油废水。据统计， 2013年我国炼油生产能力达每年5亿吨，按此产量计算出含油废水可达3. 5~17. 5亿吨。 含油废水对环境造成的危害也越来越大，严重威胁到动植物、甚至人类的生命健康。
[0004] 其中，炼厂"焦化"含油废水是一种典型的高污染、难降解的有机物工业废水。通 常，由于该类废水轻质油份含量高，乳化严重（油含量可达2 %以上），恶臭气体极易挥发， 在实际生产中对采用生化处理工艺的冷焦水处理系统造成了严重污染。截止2012年8月 底，我国仅石油炼化行业延迟焦化装置每年含油废水排放量就达到近千万吨。目前，国内对 这部分高浓度废水的处理技术还不成熟，其不达标排放不仅直接制约着焦化装置的稳定运 行，还会对环境造成严重污染，直接威胁到人类的健康。因此，如何处理焦化装置含油废水 是困扰各大炼厂的一个难题，已受到越来越多的炼厂重视。
[0005] 然而，在现有技术中，现有的气浮装置，往往设有溶气罐、空压机、稳压罐、回流泵、 溶气释放头，占地面积大，工程造价及运行费用高，操作维护复杂，能耗高。并且该装置所发 生出来的气泡尺寸大，在水中的滞留时间短携带杂质能力弱，从而造成实际工业应用除油 效果不佳。
[0006] 为了提升气浮曝气环节中净化污水的效果，现有的水处理技术中还应用了一种微 纳米气泡，公知地，通常把存在于水里的直径在十到几十微米（um)的气泡叫做微米气泡， 把大小在数百纳米（nm)以下的气泡叫做纳米气泡，可以把存在于双方中间的气泡混合状 态称为微纳米气泡。这种小到十微米以下的微纳米气泡在曝气气浮环节中，其物理、化学性 质都将发生根本性变化。具体如下：
[0007] 1)悬浮物吸附能力强
[0008] 微纳米气泡界面周围的电荷离子会形成双电层，气泡表面有带负电的表面电荷离 子如OH-等，其对污水中的油类、悬浮物等物质具有很强吸附作用。
[0009] 2)停留时间长、稳定性好
[0010] 微纳米气泡在水中停留时间足够长，能够充分与水中杂质混合并将其携带至水 面。对于微纳米气泡来说，体积越小的气泡在水中的上升速度就越慢。例如：气泡直径为 Imm的气泡在水中上升的速度为6m/min，而直径为10 μ m的气泡在水中的上升速度为3mm/ min，后者是前者的1/2000。一方面，气泡上升的速度慢，使气泡在水中停留时间长。另一方 面，因为纳米气泡表面到周围的电荷会形成双电层，其电势差用ζ电位表示。气泡的体积 越小则界面处产生的ζ电位越高。相应地让气泡内的气体散逸得以抑制，提高了气泡在水 中的稳定性，也使存在水中时间长。
[0011] 3)表面积大，传质效率高
[0012] 从理论上讲，随着气泡直径的缩小，气泡界面的比表面积也随之增大，如直径Imm 的气泡分散成直径IOOnm的微气泡，其表面积可增大10000倍。这种表面积的增大使气液界 面的接触面积迅速增大，提高气液传质效率。另外，微气泡界面的表面张力对内部气体产生 了压缩作用，使得微气泡在上升过程中不断收缩并表现出自身增压效应。这种自身增压效 应随着气泡直径减小的作用效果更明显，最终内部压力达到一定极限值而导致气泡界面破 裂消失，使气液界面处传质效率得到持续增强。例如，在氧化沟多孔扩散曝气工艺中，大气 泡（mm级）的氧传质率为：10~20mg/L，中气泡的氧传质率为：20~30mg/L，小气泡（μπι 级及以下）的氧传质率为：40~60mg/L。
[0013] 因此，将微纳米气泡应用在曝气气浮工艺中，能够大幅提高水中杂质的清除率。近 年来，微纳米气泡气浮技术广泛适用于含油废水处理、氧化沟充氧、化学反应装置、鱼贝类 养殖等各种工业领域。然而，现有技术中产生气泡方式虽多（见下述）却均存在各种问题， 实用性不足。
[0014] 1)电解法
[0015] 电解法产生微气泡是向水中通入5~IOV的直流电，从而产生微小气泡（直径多 在18~90 μ m之间，阴极产生H2,阳极产生02)。电解法是最近几年水处理领域出现的新方 法，具有适应废水范围广，设备简单、管理方便、能部分提高水中溶解氧等优点。但能耗高， 电极板易结垢。
[0016] 2)鼓风曝气
[0017] 鼓风曝气又称压缩空气曝气，其原理为利用鼓风机将空气通过输气管道输送到设 在池底的曝气装置中，以气泡形式弥散逸出，在气液界面把氧气溶入水中。曝气装置按其应 用工艺不同，主要包括膜片式微孔曝气器和旋混曝气器等。鼓风曝气的特点是：结构简单、 便于排布施工，供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，适用于大中型污水厂。缺点是：曝 气过程中需产生足够大的压力以提高气体与液体之间分子质量的传递效率，所消耗的气水 比例高，能耗较高。并且鼓风曝气发生出来的微气泡存在尺寸大，数量少，滞留时间短，气液 接触面较小等缺点。
[0018] 3)机械曝气
[0019] 机械曝气也称为表面曝气，机械曝气器大多以装在曝气池水面的叶轮快速转动， 进行表层曝气。按转轴方向不同，可分为立式和卧式两类。常用的立式表面曝气机有平板 叶轮、倒伞型叶轮和泵型叶轮等，卧式表面曝气机有转刷曝气机和转盘曝气机等。机械曝气 法的特点是：设施简单、集中，维护管理较为方便，充氧效率较高且在水中溶解氧分层明显， 常用于小型的曝气池，如氧化沟等；不足之处：气压损失大能耗较高，易出故障，发生出来 的微气泡尺寸大，且受水处理池池深影响较大。
[0020] 4)射流曝气法
[0021] 现有技术射流曝气器，主要有两种：一种为单混合喷嘴射流曝气器，如中国专利 CN202124525U、CN2825632、CN101993145A等；另一种为周面设多个混合喷嘴的圆形碟式曝 气器，如中国专利CN201908001U、CN2700318、CN201447385U等。射流曝气具有良好的充氧 特性，有效的气体分散及较高的传质系数，溶解氧及气泡分布均匀，但也存在很多不足：结 构相对复杂，制造成本较高，机械成型材料难以选择，需产生较大的剪应力，对水处理池池 型适应性差，水处理量小等。
[0022] 5)曝气泵
[0023] 曝气泵也叫做气液混合泵、气浮泵。例如由HICHINE海泰美信研发并生产的一种 卧式安装的自吸式气液混合泵系列产品。该泵的吸入口可以利用负压作用吸入气体，所以 无需采用空气压缩机和大气喷射器；高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌，无需搅拌 器和混合器。由于泵内的加压混合，气体与液体充分溶解，溶解效率可达80~100%，其中 气液比约为1:9 (吸气量为8~10% )，可串联使用以增加吸气量。曝气泵的特点是：气液 溶解率较高；结构简单、拆装简便、易于维护；使用场地可随时移动等。不足之处：发生微气 泡的条件比较苛刻；适用范围有一定局限性，主要针对中小规模的化工类、生物化工类工业 污水处理或鱼厂等。
[0024] 6)涡凹气浮法（CAF)
[0025] 祸凹气浮机（CAF，Cavitation Air Floatation)其微气泡发生的主要机理是：曝 气机利用空气输送管底部散气叶轮的高速转动在水中形成一个真空区，液面上的空气通过 曝气机输入水中，填补真空，微气泡随之产生并螺旋形地上升到水面，空气中的氧气也随之 溶入水中。涡凹气浮法特点是：整个系统仅由两个机械部分组成，操作简单；设备占地面积 小，减少土建投资，运行费用较低（节能）；不足之处：发生的气泡直径较大，除悬浮物效果 较差，一般应用在要求处理效果不是很高的情况。
[0026] 7)加压溶气法（DAF)
[0027] 加压溶气法分为全部污水加压溶气法和部分污水加压溶气法。其特点是将污水 (全部或部分）用水泵加压到3~4kg/cm2,送入专门装置的溶气罐，在罐内使空气充分溶 于水中，然后在气浮池中经释放器或释放头突然减到常压，这时溶解于水中的过饱和空气 以微细气泡形式在池中逸出，将水中悬浮物颗粒或油粒带到水面形成浮渣排除 之。加压溶 气法的优点是：能释放出大量尺寸微细、粒度均匀、密集稳定的微气泡，设备容积小，运行方 便，不易堵塞；不足之处是需回用部分甚至全部回用水，能耗较高，另外工程上多用于污水 的固液分离，相对比较局限。另外，加压溶气法需设：溶气罐、稳压罐、溶气释放头或释放器， 操作维护较为复杂。
[0028] 因此提供一种效果好、实用性强的微纳米气泡发生装置和含油废水净化技术具有 积极意义。
【发明内容】
[0029] 本发明的一个目的是提供一种含油废水净化方法，该方法能够高效净化含油废 水。
[0030] 本发明的另一个目的是提供一种含油废水净化系统，该系统能够高效净化含油废 水。
[0031] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种含油废水净化方法，包括向 含油废水中添加对油进行絮凝的絮凝剂，并在含油废水中添加微纳米气泡，以由所述微纳 米气泡将含油废水中经絮凝后的矾花携带到水面，并将水面上的包括所述矾花物的污物去 除。
[0032] 优选地，从污水源供出的所述含油废水通过泵送装置加压以进入污水净化区中蓄 积，并且在所述污水源和所述污水净化区之间添加所述絮凝剂和所述微纳米气泡。
[0033] 优选地，添加所述微纳米气泡的微纳米级气泡发生装置包括封闭空间以及容纳在 该封闭空间内的微纳米级膜管，向所述封闭空间内通入压缩气体以使气体从所述微纳米级 膜管的外侧向内侧渗透，经所述泵送装置加压的含油废水沿所述微纳米级膜管的所述内侧 流动，以与渗入所述微纳米级膜管的气体混合并流入所述污水净化区。
[0034] 优选地，在所述泵送装置的上游添加所述絮凝剂。
[0035] 优选地，所述方法还包括在所述微纳米气泡发生装置和所述污水净化区之间添加 助凝剂。
[0036] 根据本发明的另一方面，提供一种含油废水净化系统，所述系统包括向含油废水 中添加与油进行絮凝反应的絮凝剂的絮凝剂添加装置以及向该含油废水中添加微纳米气 泡的微纳米气泡发生装置，所述系统还包括污水源、污水净化区和泵送含油废水的泵送装 置，其中所述泵送设备、所述絮凝剂添加装置和所述微纳米气泡发生装置分别位于该污水 源和污水净化区之间。
[0037] 优选地，所述微纳米级气泡发生装置包括封闭空间以及容纳在该封闭空间内的微 纳米级膜管，所述封闭空间上设置有进气口、进液口和气液混合物出口，从所述进气口进入 到所述封闭空间的压缩气体从所述微纳米级膜管的第一侧向第二侧渗透，从所述进液口进 入的加压液体沿所述微纳米级膜管的所述第二侧向所述气液混合物出口流动，以使得所述 加压液体与经过所述微纳米级膜管过滤的气体混合并从所述气液混合物出口流出。
[0038] 优选地，所述微纳米级膜管的所述第一侧为管外侧，所述第二侧为管内侧。
[0039] 优选地，所述絮凝剂添加装置位于所述泵送装置的上游。
[0040] 优选地，所述泵送装置位于所述絮凝剂添加装置和所述微纳米气泡发生装置之 间，并且所述微纳米气泡发生装置和所述污水净化区之间的助凝剂添加装置。
[0041] 优选地，所述微纳米膜管为纳米级多通道膜管。
[0042] 优选地，所述污水净化区包括由隔板分隔的气浮区和净化区，所述含油废水通入 所述气浮区，并能够从所述隔板的顶部流入所述净化区。
[0043] 优选地，所述净化区的上部设置有排渣口，下部设置有排出清水的出水口，所述系 统还包括将水面上的污物从所述排渣口刮除的刮渣装置。
[0044] 优选地，所述污水净化区的顶部设置有浮渣溢流堰，该浮渣溢流堰为底部形成为 所述排渣口的V型结构，该V型结构在所述气浮区和所述净化区的顶部边缘延伸。
[0045] 通过上述技术方案，利用了微纳米气泡在水中停留时间足够长的优点，并且能够 保证油成分与絮凝剂反应所得到的矾花在形成的同时夹裹住大量微细的微纳米气泡，从而 形成悬浮物与气泡的共聚体，使其比重远远小于水的密度而浮到水面，最终保证含油污水 的净化效果。换言之，本发明以微纳米气泡为载体，粘附水中的油滴、杂质颗粒、矾花等，使 其密度小于水，矾花被微纳米气泡挟带上浮至水面，从而实现油-水分离，高效净化含油废 水。
[0046] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0047] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0048] 图1是本发明优选实施方式提供的含油废水净化系统的结构示意图；
[0049] 图2是本发明优选实施方式提供的微纳米气泡发生装置的结构示意图。
[0050] 附图标记说明
[0051] 1 封闭空间 2 微纳米级膜管
[0052] 3 气压检测装置 4 进液管路
[0053] 5 进气管路 6 污水源
[0054] 7 污水净化区 8 絮凝剂添加装置
[0055] 9 助凝剂添加装置
[0056] 11 进气口 12 进液口
[0057] 13 气液混合物出口 14 开关阀
[0058] 41 泵送装置
[0059] 42 水压检测装置 43 流量阀
[0060] 51 气体流量计 52 气体控制阀
[0061] 71 气浮区 72 净化区
[0062] 73 隔板 74 排渣口
[0063] 75 出水口 76 刮渣装置
[0064] 77 刮渣溢流堰 78 桨片
【具体实施方式】
[0065] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0066] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如"内、外"通常是指相应物 体轮廓的内外。其中公知地是，膜管的工作原理为相应物质从管膜的内侧向外侧渗透，或从 外侧向内侧渗透，因此本发明中所提及的第一侧为管膜的内侧和外侧中的一者，第二侧为 内侧和外侧中的另一者。
[0067] 首先需要说明的是，为了方便描述本发明提供的微纳米气泡发生装置使用于其它 的污水净化系统以及含油废水净化系统，在此将以含油废水净化方法和系统为例进行介 绍，其中可以理解的是，本发明提供的微纳米气泡发生装置还可以用于其他类型污水的净 化处理，也还可以用于其他例如氧化沟充氧、化学反应装置、鱼贝类养殖等各种工业领域， 对于其应用领域的各种变形均应落在本发明的保护范围中。
[0068] 如图1所示，本发明提供一种污水净化系统，更具体地为一种含油废水净化系统， 该污水净化系统包括污水源6和污水净化区7,其中在本发明的优选实施方式中，从污水源 6供出的含油废水通过泵送装置41加压以进入污水净化区7中蓄积，从而在污水净化区7 中进行净化污水。其中的污水源6和污水净化区7均可以采用水池的形式形成，对于其结构 的变形均落在本发明的保护范围中。其中作为本发明的一个构思，在污水源6和污水净化 区7之间设置有微纳米气泡发生装置，以在污水流动的过程中在污水中添加微纳米气泡， 使得气体和液体进行充分混合，从而增加污水在污水净化区7内的气浮效果。
[0069] 回到本发明提供的含油废水净化系统中，为了有效净化含油废水，本发明所采用 的净化方法包括向含油废水中添加对油进行絮凝的絮凝剂，并在含油废水中添加微纳米气 泡，以由微纳米气泡将含油废水中经絮凝后的矾花携带到水面，并将水面上的包括矾花的 各种污物去除，从而起到含油废水的净化作用。即，通过微纳米气泡更好地携带含油废水中 的杂质到水面。因此本发明提供的净化系统包括向含油废水中添加与油进行絮凝反应的絮 凝剂的絮凝剂添加装置8,以及向该含油废水中添加微纳米气泡的微纳米气泡发生装置，其 中泵送设备41、絮凝剂添加装置8和微纳米气泡发生装置分别位于该污水源6和污水净化 区7之间。即在污水源6和污水净化区7之间添加絮凝剂和微纳米气泡，从而使得本发明 提供的系统能够在污水流动的过程中实现二者的混合，更易在污水净化区7中实现气浮工 -H- 〇
[0070] 具体地，利用了微纳米气泡在水中停留时间足够长的优点，并且能够保证油成分 与絮凝剂反应所得到的矾花在形成的同时夹裹住大量微细的微纳米气泡气泡，从而形成悬 浮物与气泡的共聚体，使其比重远远小于水的密度而浮到水面，最终保证含油污水的净化 效果。换言之，本发明以微纳米气泡为载体，粘附水中的油滴、杂质颗粒、矾花等，使其密度 小于水，矾花被微纳米气泡挟带上浮至水面，从而油-水分离。其中通过对延迟焦化的"吹 气冷凝水 "多次试验，结果表明：使用本发明提供的含油废水净化方法的除油率可达97%以 上，同时对水中的COD、SS、硫化物、氨氮等污染指标有着非常良好的处理能力，大幅度地提 高水体透明度。其中需要说明的是，本发明中所提及的"矾花"是经过絮凝剂的作用，油成 分絮凝后所得到的各种絮体、颗粒的专用名称，其不应用于限制本发明。
[0071] 作为本发明构思的重要部分，微纳米气泡的生成和添加的效果对污水的净化效果 较为重要。其中，有别于现有技术中的各种微纳米气泡生产方式，如图1和图2所示，本发 明提供的微纳米气泡发生装置包括封闭空间1以及容纳在该封闭空间1内的微纳米级膜管 2,封闭空间1上设置有进气口 11、进液口 12和气液混合物出口 13,从进气口 11进入到封闭 空间1的压缩气体从微纳米级膜管2的第一侧向第二侧渗透，从进液口 12进入的加压液体 沿微纳米级膜管2的第二侧向气液混合物出口 13流动，以使得加压液体与经过微纳米级膜 管2过滤的气体混合并从气液混合物出口 13流出。并且其中进液口 12与污水源6连通， 气液混合物出口 13与污水净化区7连通。
[0072] 因此，加压后的液体如污水在流过微纳米级膜管2的第二侧表面时，能够快速对 渗透到微纳米级膜管2的第二侧的微量气体不断剪切，从而高效形成大量微纳米气泡，微 纳米气泡在微纳米级膜管2的第二侧、气液混合物出口 13以及其他相应管道内与高速液 流充分接触混合，从而使例如水体的液体呈现"乳白色"牛奶状，由于所发生的微纳米气泡 与污水充分接触，这将大大提高了气体利用率，并能够有效降低液体加压和气体压缩的能 耗。因此通过简单的结构，本发明巧妙地利用微纳米级膜管进行曝气或气浮，发生的微纳米 气泡尺寸小量多，节能高效。而以往的膜管的研宄及工业应用集中体现在各种"过滤"方向 上，因此本发明的创新性较强，克服了现有技术中微纳米气泡发生装置结构复杂、维护管理 困难，所消耗气水比例大、能耗高、获得微气泡尺寸大、数量少且滞留时间短、氧利用率低、 曝气方式受水处理方法、水处理池池型等局限的缺点。另外，所使用的微纳米气泡发生装置 除可以用于污水净化中，还可以用于氧化沟充氧、化学反应装置、鱼贝类养殖等各种工业领 域，实用性强。
[0073] 需要说明的是，能够实现上述本发明的构思的实施方式有多种，例如气体通过微 纳米级膜管的方向、膜管在封闭空间内的安装方式、以及其他部件的具体结构等等，为了方 便说明本发明，在此只介绍本发明的优选实施方式，该优选实施方式只用于说明本发明并 不用于限制本发明。
[0074] 首先，在本发明的优选实施方式中，使用纳米级多通道膜管作为微纳米级膜管2， 该多通道型膜管一般为陶瓷材质，其孔径范围可在50~500nm之间。利用纳米级多孔道陶 瓷膜管进行曝气或气浮，所发生的微纳米气泡尺寸小量多，节能高效。除该类型的膜管外， 本领域内公知的各种微纳米级膜管均能够使用于本发明，对于其种类和规格参数的各种变 形均落在本发明的保护范围中。
[0075] 另外在本发明的优选实施方式中，微纳米级膜管2的第一侧为管外侧，第二侧为 管内侧。即，向封闭空间1内通入的压缩气体从微纳米级膜管2的外侧向内侧渗透，而经泵 送装置加压的含油废水沿微纳米级膜管2的内侧流动，以与渗入微纳米级膜管2的气体混 合并流入污水净化区7,此时封闭空间1的除微纳米级膜管2外的空间均用于容纳压缩气 体。因此保证通过膜管内部的液体在较小空间内完成与气体的混合，微纳米气泡的效果好。 当然在其他实施方式中，还可以使得微纳米级膜管2的第一侧为管内侧，第二侧为管外侧， 即，压缩气体直接通入微纳米级膜管2中，而加压液体在封闭空间1的管外空间流动，这同 样能够实现本发明的目的，对于这种变形应用落在本发明的保护范围中。
[0076] 在本发明的优选实施方式中，为了充分利用空间、保证流体流速，并且保证污水等 液体不从微纳米级膜管2中漏出，优选地，微纳米级膜管2为直管，并且两端分别与封闭空 间1的进液口 12和气液混合物出口 13密封连接。具体地，可使用O型密封圈实现微纳米 级膜管2的密封安装。因此其整体长度在封闭空间1内的长度尺寸上延伸。其中，本发明 所提及的封闭空间1可由符合要求的具有任意结构和材质的壳体形成。其结构可以为一个 "圆柱"状空心金属腔体，并在其内部套入微纳米级膜管2,腔体两侧的进液口 12和气液混 合物出口 13均用密封圈密封，并且腔体的直径略大于膜管直径，分别与进液管路4和进气 管路5连接，并且通过气液混合物出口 13供出微纳米气泡。另外，封闭空间1内部可嵌入 一根或多根微纳米级膜管2,此时可根据工业生产需要可以通过不同规格的壳体实现不同 外径、不同面积的陶瓷膜管的集中装填。
[0077] 如图1和图2所示，为了更好地完成上述微纳米气泡的发生和污水净化过程，优选 地，微纳米气泡发生装置还包括检测进入封闭空间1的压缩气体的压力的气压检测装置3， 该气压检测装置3通过管路安装在封闭空间1外。从而能够实时反馈封闭空间1内的气压。 而泵送装置41连接在进液口 12上的进液管路4上，以泵送污水等液体。并且优选地，在进 液管路4上还设置有水压检测装置42和/或流量阀43,其中典型地，水压检测装置42为水 压表，流量阀43可以为球阀以既能够控制进液管路4的通断，还能够控制液体的流量。另 外，连接在进气口 13上的进气管路5上设置有气体流量计51和/或气体控制阀52。典型 地，气体流量计51为气体转子流量计，以检测气体流量。而气体控制阀53可以同时控制气 体的流量和压力，进气管路5的气源可为瓶装压缩空气或净化风。对于上述各种部件的种 类和规格均可根据本领域技术人员的需要而选定，本发明对此类变形不做限制。
[0078] 下面以上述的本发明优选实施方式提供的微纳米气泡发生装置为例介绍其工作 工程。工作时，首先将微纳米级膜管2嵌入封闭空间1中，并将微纳米级膜管2两端密封好， 水样经泵送装置41后形成高速水流进入微纳米级膜管2的内侧；接通气源，气体经气体流 量计51、气体控制阀52进入封闭空间1内，并在微纳米级膜管2的外壁周围形成一个高压 区域随之进入微纳米级膜管2的管腔内侧。此时，高速水流则对进管腔内侧的微量气体不 断剪切而快速形成大量微纳米气泡，微纳米气泡在膜管内侧、气液混合物出口 13和相应管 路内接触混合，从而使水体呈现"乳白色"牛奶状。本发明提供的微纳米气泡发生装置的结 构类似于"管壳式换热器"，其中的外接气源走壳层，而液体走管层。
[0079] 其中，选用的微纳米级膜管2的孔径在50~500nm之间，将进气管路5中的压缩 气体的压力控制在〇. 2~0. 6MPa之间，并大于进液管路4的液体；并控制进液管路4中液 体流速为：〇. 5~2m/s。实验室条件下：100L清水经微纳米气泡发生装置2~3min后气水 比约1. 5:100,水体中布满大量微纳米气泡且水体颜色呈现"乳白色"牛奶状，停止曝气约 6~7min后，微气泡逐渐破裂，水体逐渐变清。具体参数可参见表1。
[0080] 表 1
[0081]
[0082] 本发明提供的微纳米气泡发生装置，相比当前主要的微气泡发生装置，具有结构 简单，操作方便，节能高效，发生的微气泡尺寸小且量大等优点。更适用于本发明提供的含 油废水净化系统。
[0083] 其中在回到本发明提供的含油废水净化系统中，如图1所示，优选地，絮凝剂添加 装置8位于泵送装置41的上游。因此，所添加的絮凝剂能够在泵送装置41的搅拌下与污 水充分混合，即，通过在泵送装置41的上游添加絮凝剂，从而使得泵送装置41起到搅拌机 的作用。其中，絮凝剂添加装置8可设有加药泵、加药口、背压阀、单向阀等并通过PVC管线 连接泵送装置41的上游管线或者直接与泵送装置41的进液口连接。其中能够理解的是， 本领域公知的絮凝剂添加装置均能够适用于本发明，本发明对其具体结构不做限制。
[0084] 另外，为了加快污水中的油成分的絮凝，优选地，还可以在微纳米气泡发生装置和 污水净化区7之间添加助凝剂。即，如图1所示，本发明提供净化系统还包括设置在微纳米 气泡发生装置和污水净化区7之间的助凝剂添加装置9。因此，本发明优选实施方式提供的 净化系统的污水依次经过絮凝剂添加装置8、泵送装置41、微纳米气泡发生装置以及助凝 剂添加装置9,最终进入污水净化区7中，其中在微纳米气泡发生装置和助凝剂添加装置9 之间还可以设置各种类型的开关阀14,以控制微纳米气泡发生装置产生的气液混合物的通 断和流量。
[0085] 其中在本发明的优选实施方式中，选用的絮凝剂为聚合氯化铝铁或聚合氯化铝， 其使用浓度范围在200~2000mg/L间；而投加的助凝剂为聚丙烯酰胺，投加浓度范围为： 10~100mg/L。除此之外，本领域技术人员进行的各种变形均落在本发明的保 护范围中。
[0086] 当含有絮凝剂、助凝剂和微纳米气泡的污水进入污水净化区7后将进行气浮工 艺。为了更好地实现污水的气浮和净化，优选地，污水净化区7包括由隔板73分隔的气浮 区71和净化区72,其中含油废水通入气浮区71，并能够从隔板73的顶部流入净化区72。 即，含油废水首先在气浮区71中进行气浮，并且当气浮区71装满污水后，则污水进入净化 区72,如此直至污水充满上述两个区域，再清理净化区72内水面的浮渣。并且优选地，净化 区72的上部设置有排渣口 74,下部设置有排出清水的出水口 75,为了方便除去漂浮到水面 上的包括矾花的污物，本发明提供的净化系统还包括将水面上的污物从排渣口 74刮除的 刮渣装置76。该刮渣装置76可以为本领内公知的任意刮渣设备，其可包括减速机、支撑架 和桨片78,因此通过浆片78的转动能够将水面上的矾花等各种浮渣从排渣口 74刮除。并 且可通过出水口 75将净化后的净化水排出。从而完成整体含油废水的净化过程。
[0087] 其中，如图1所示，优选地，污水净化区7的顶部设置有浮渣溢流堰77,该浮渣溢流 堰77为底部形成有排渣口 74的V型结构，该V型结构在气浮区71和净化区72的顶部边 缘延伸。因此，通过污水净化区7的本身结构能够方便浮渣的排出。其中的排渣口 74可用 排渣管路连接，以防止浮渣对环境造成二次污染。出水口 75的位置可以设置在净化区侧面 和底部等位置，对于污水净化区7的各种变形方式均应落在本发明的保护范围内中。
[0088] 下面以详细描述含油废水的净化过程。首先，含油废水进入进液管路4并与絮凝 剂添加装置添加的絮凝剂经泵送装置41充分搅拌混合，此时，含油废水中油、悬浮物等与 药剂反应生成的密度接近于水的微细悬浮絮凝状物进入微纳米气泡发生装置的微纳米级 膜管2内，进气管路5的压缩空气经气体流量计51、气体控制阀52后进入微纳米气泡发生 装置，其中高压气体进入微纳米级膜管2表面的纳米膜孔而不断发生"微气泡"，此时，高速 水流进入不断剪切微纳米级膜管2内表面发生的"微气泡"，进而快速形成微纳米气泡而充 满整个膜管内部，并通过气液混合物出口 13供出，同时助凝剂添加装置9向相应管线内添 加助凝剂，并与气液混合物充分混合后进入污水净化区7的气浮区71。
[0089] 由于重力作用，大量微纳米气泡将水中的矾花挟带上浮至水面，并经挡板73进入 净化区72,而刮渣装置76的桨片78将积在水面上的浮渣层刮除，并由"V"型的浮渣溢流 堰76最底部的排渣口 74排出，同时一部分处理后达标的净化水从出水口 75排出，从而通 过上述的连续作业连续完成含油废水的净化流程。
[0090] 综上，本发明提供的污水净化系统通过独特的微纳米发生装置和与絮凝剂的配合 使用连续净化方法，能够高效净化如含油废水的污水，并且微纳米发生装置可以用于各种 其他水处理领域，因此具有较高的实用性和推广价值。
[0091] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实 施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简 单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0092] 另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可 能的组合方式不再另行说明。
[0093] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本 发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【主权项】
1. 一种含油废水净化方法，其特征在于，包括向含油废水中添加对油进行絮凝的絮凝 剂，并在含油废水中添加微纳米气泡，以由所述微纳米气泡将含油废水中经絮凝后的矾花 携带到水面，并将水面上的包括所述矾花的污物去除。2. 根据权利要求1所述的含油废水净化方法，其特征在于，从污水源（6)供出的所述含 油废水通过泵送装置（41)加压以进入污水净化区（7)中蓄积，并且在所述污水源（6)和所 述污水净化区（7)之间添加所述絮凝剂和所述微纳米气泡。3. 根据权利要求2所述的含油废水净化方法，其特征在于，添加所述微纳米气泡的微 纳米级气泡发生装置包括封闭空间（1)以及容纳在该封闭空间（1)内的微纳米级膜管（2)， 向所述封闭空间（1)内通入压缩气体以使气体从所述微纳米级膜管（2)的外侧向内侧渗 透，经所述泵送装置加压的含油废水沿所述微纳米级膜管（2)的所述内侧流动，以与渗入 所述微纳米级膜管（2)的气体混合并流入所述污水净化区（7)。4. 根据权利要求2或3所述的含油废水净化方法，其特征在于，在所述泵送装置（41) 的上游添加所述絮凝剂。5. 根据权利要求4所述的含油废水净化方法，其特征在于，所述方法还包括在所述微 纳米气泡发生装置和所述污水净化区（7)之间添加助凝剂。6. -种含油废水净化系统，其特征在于，所述系统包括向含油废水中添加与油进行 絮凝反应的絮凝剂的絮凝剂添加装置（8)以及向该含油废水中添加微纳米气泡的微纳米 气泡发生装置，所述系统还包括污水源(6)、污水净化区（7)和泵送含油废水的泵送装置 (41)，其中所述泵送设备（41)、所述絮凝剂添加装置（8)和所述微纳米气泡发生装置分别 位于该污水源（6)和污水净化区（7)之间。7. 根据权利要求6所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述微纳米级气泡发生装 置包括封闭空间（1)以及容纳在该封闭空间（1)内的微纳米级膜管（2)，所述封闭空间（1) 上设置有进气口（11)、进液口（12)和气液混合物出口（13)，从所述进气口（11)进入到所 述封闭空间（1)的压缩气体从所述微纳米级膜管（2)的第一侧向第二侧渗透，从所述进液 口（12)进入的加压液体沿所述微纳米级膜管（2)的所述第二侧向所述气液混合物出口 (13)流动，以使得所述加压液体与经过所述微纳米级膜管（2)过滤的气体混合并从所述气 液混合物出口（13)流出。8. 根据权利要求7所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述微纳米级膜管（2)的所 述第一侧为管外侧，所述第二侧为管内侧。9. 根据权利要求6-8中任意一项所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述絮凝剂 添加装置（8)位于所述泵送装置（41)的上游。10. 根据权利要求9所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述泵送装置（41)位于所 述絮凝剂添加装置（8)和所述微纳米气泡发生装置之间，并且所述微纳米气泡发生装置和 所述污水净化区（7)之间的助凝剂添加装置（9)。11. 根据权利要求7或8所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述微纳米膜管（2) 为纳米级多通道膜管。12. 根据权利要求6所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述污水净化区（7)包括 由隔板（73)分隔的气浮区（71)和净化区（72)，所述含油废水通入所述气浮区（71)，并能 够从所述隔板（73)的顶部流入所述净化区（72)。13. 根据权利要求12所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述净化区（72)的上部 设置有排渣口（74)，下部设置有排出清水的出水口（75)，所述系统还包括将水面上的污物 从所述排渣口（74)刮除的刮渣装置（76)。14. 根据权利要求13所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述污水净化区（7)的 顶部设置有浮渣溢流堰（77)，该浮渣溢流堰（77)为底部形成为所述排渣口（74)的V型结 构，该V型结构在所述气浮区（71)和所述净化区（72)的顶部边缘延伸。
【专利摘要】本发明公开了一种含油废水净化方法和系统，净化系统包括絮凝剂添加装置以及微纳米气泡发生装置，还包括污水源、污水净化区和泵送含油废水的泵送装置，其中泵送设备、絮凝剂添加装置和微纳米气泡发生装置分别位于该污水源和污水净化区之间。即本发明提供的净化方法包括向含油废水中添加絮凝剂和微纳米气泡，以由微纳米气泡将含油废水中经絮凝后的矾花颗粒携带到水面，并将水面上的包括矾花的污物去除。因此利用了微纳米气泡在水中停留时间足够长的优点，并且能够保证油成分与絮凝剂反应所得到的矾花在形成的同时夹裹住大量微细的微纳米气泡，从而形成悬浮物与气泡的共聚体，使其比重远远小于水的密度而浮到水面，最终保证含油污水的净化效果。
【IPC分类】C02F1/24, C02F1/52, C02F1/40
【公开号】CN104891616
【申请号】CN201510282982
【发明人】李华, 刘建平, 李志强, 贺晓军, 陈庆岭, 江磊, 陶海桥, 王湘, 杨军文, 许国平, 周付建
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司长岭分公司, 岳阳长岭设备研究所有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月28日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及含油废水的净化领域，具体地，涉及一种含油废水净化方法和系统。
【背景技术】
[0002] 在水处理领域中，通常需要进行气浮曝气环节，以通过气泡将水中的杂质携带至 水面以便清理，从而实现净化污水的目的。例如在含油废水的净化领域中，需要对废水进行 气浮曝气来实现废水的净化。
[0003] 通常，含油废水的来源很广，其中工业上主要有石油工业的炼厂含油废水、石油勘 探开发采油废水、冶金、钢铁厂、冷轧厂废水、油轮压舱水、机电和机械加工的乳化油废水、 以及餐饮业、食品加工业等。往往，工业含油废水量非常大，成分也复杂。以我国炼油厂为 例，由于炼制重质油多，且工艺复杂，每加工1吨原油产生0. 7~3. 5吨含油废水。据统计， 2013年我国炼油生产能力达每年5亿吨，按此产量计算出含油废水可达3. 5~17. 5亿吨。 含油废水对环境造成的危害也越来越大，严重威胁到动植物、甚至人类的生命健康。
[0004] 其中，炼厂"焦化"含油废水是一种典型的高污染、难降解的有机物工业废水。通 常，由于该类废水轻质油份含量高，乳化严重（油含量可达2 %以上），恶臭气体极易挥发， 在实际生产中对采用生化处理工艺的冷焦水处理系统造成了严重污染。截止2012年8月 底，我国仅石油炼化行业延迟焦化装置每年含油废水排放量就达到近千万吨。目前，国内对 这部分高浓度废水的处理技术还不成熟，其不达标排放不仅直接制约着焦化装置的稳定运 行，还会对环境造成严重污染，直接威胁到人类的健康。因此，如何处理焦化装置含油废水 是困扰各大炼厂的一个难题，已受到越来越多的炼厂重视。
[0005] 然而，在现有技术中，现有的气浮装置，往往设有溶气罐、空压机、稳压罐、回流泵、 溶气释放头，占地面积大，工程造价及运行费用高，操作维护复杂，能耗高。并且该装置所发 生出来的气泡尺寸大，在水中的滞留时间短携带杂质能力弱，从而造成实际工业应用除油 效果不佳。
[0006] 为了提升气浮曝气环节中净化污水的效果，现有的水处理技术中还应用了一种微 纳米气泡，公知地，通常把存在于水里的直径在十到几十微米（um)的气泡叫做微米气泡， 把大小在数百纳米（nm)以下的气泡叫做纳米气泡，可以把存在于双方中间的气泡混合状 态称为微纳米气泡。这种小到十微米以下的微纳米气泡在曝气气浮环节中，其物理、化学性 质都将发生根本性变化。具体如下：
[0007] 1)悬浮物吸附能力强
[0008] 微纳米气泡界面周围的电荷离子会形成双电层，气泡表面有带负电的表面电荷离 子如OH-等，其对污水中的油类、悬浮物等物质具有很强吸附作用。
[0009] 2)停留时间长、稳定性好
[0010] 微纳米气泡在水中停留时间足够长，能够充分与水中杂质混合并将其携带至水 面。对于微纳米气泡来说，体积越小的气泡在水中的上升速度就越慢。例如：气泡直径为 Imm的气泡在水中上升的速度为6m/min，而直径为10 μ m的气泡在水中的上升速度为3mm/ min，后者是前者的1/2000。一方面，气泡上升的速度慢，使气泡在水中停留时间长。另一方 面，因为纳米气泡表面到周围的电荷会形成双电层，其电势差用ζ电位表示。气泡的体积 越小则界面处产生的ζ电位越高。相应地让气泡内的气体散逸得以抑制，提高了气泡在水 中的稳定性，也使存在水中时间长。
[0011] 3)表面积大，传质效率高
[0012] 从理论上讲，随着气泡直径的缩小，气泡界面的比表面积也随之增大，如直径Imm 的气泡分散成直径IOOnm的微气泡，其表面积可增大10000倍。这种表面积的增大使气液界 面的接触面积迅速增大，提高气液传质效率。另外，微气泡界面的表面张力对内部气体产生 了压缩作用，使得微气泡在上升过程中不断收缩并表现出自身增压效应。这种自身增压效 应随着气泡直径减小的作用效果更明显，最终内部压力达到一定极限值而导致气泡界面破 裂消失，使气液界面处传质效率得到持续增强。例如，在氧化沟多孔扩散曝气工艺中，大气 泡（mm级）的氧传质率为：10~20mg/L，中气泡的氧传质率为：20~30mg/L，小气泡（μπι 级及以下）的氧传质率为：40~60mg/L。
[0013] 因此，将微纳米气泡应用在曝气气浮工艺中，能够大幅提高水中杂质的清除率。近 年来，微纳米气泡气浮技术广泛适用于含油废水处理、氧化沟充氧、化学反应装置、鱼贝类 养殖等各种工业领域。然而，现有技术中产生气泡方式虽多（见下述）却均存在各种问题， 实用性不足。
[0014] 1)电解法
[0015] 电解法产生微气泡是向水中通入5~IOV的直流电，从而产生微小气泡（直径多 在18~90 μ m之间，阴极产生H2,阳极产生02)。电解法是最近几年水处理领域出现的新方 法，具有适应废水范围广，设备简单、管理方便、能部分提高水中溶解氧等优点。但能耗高， 电极板易结垢。
[0016] 2)鼓风曝气
[0017] 鼓风曝气又称压缩空气曝气，其原理为利用鼓风机将空气通过输气管道输送到设 在池底的曝气装置中，以气泡形式弥散逸出，在气液界面把氧气溶入水中。曝气装置按其应 用工艺不同，主要包括膜片式微孔曝气器和旋混曝气器等。鼓风曝气的特点是：结构简单、 便于排布施工，供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，适用于大中型污水厂。缺点是：曝 气过程中需产生足够大的压力以提高气体与液体之间分子质量的传递效率，所消耗的气水 比例高，能耗较高。并且鼓风曝气发生出来的微气泡存在尺寸大，数量少，滞留时间短，气液 接触面较小等缺点。
[0018] 3)机械曝气
[0019] 机械曝气也称为表面曝气，机械曝气器大多以装在曝气池水面的叶轮快速转动， 进行表层曝气。按转轴方向不同，可分为立式和卧式两类。常用的立式表面曝气机有平板 叶轮、倒伞型叶轮和泵型叶轮等，卧式表面曝气机有转刷曝气机和转盘曝气机等。机械曝气 法的特点是：设施简单、集中，维护管理较为方便，充氧效率较高且在水中溶解氧分层明显， 常用于小型的曝气池，如氧化沟等；不足之处：气压损失大能耗较高，易出故障，发生出来 的微气泡尺寸大，且受水处理池池深影响较大。
[0020] 4)射流曝气法
[0021] 现有技术射流曝气器，主要有两种：一种为单混合喷嘴射流曝气器，如中国专利 CN202124525U、CN2825632、CN101993145A等；另一种为周面设多个混合喷嘴的圆形碟式曝 气器，如中国专利CN201908001U、CN2700318、CN201447385U等。射流曝气具有良好的充氧 特性，有效的气体分散及较高的传质系数，溶解氧及气泡分布均匀，但也存在很多不足：结 构相对复杂，制造成本较高，机械成型材料难以选择，需产生较大的剪应力，对水处理池池 型适应性差，水处理量小等。
[0022] 5)曝气泵
[0023] 曝气泵也叫做气液混合泵、气浮泵。例如由HICHINE海泰美信研发并生产的一种 卧式安装的自吸式气液混合泵系列产品。该泵的吸入口可以利用负压作用吸入气体，所以 无需采用空气压缩机和大气喷射器；高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌，无需搅拌 器和混合器。由于泵内的加压混合，气体与液体充分溶解，溶解效率可达80~100%，其中 气液比约为1:9 (吸气量为8~10% )，可串联使用以增加吸气量。曝气泵的特点是：气液 溶解率较高；结构简单、拆装简便、易于维护；使用场地可随时移动等。不足之处：发生微气 泡的条件比较苛刻；适用范围有一定局限性，主要针对中小规模的化工类、生物化工类工业 污水处理或鱼厂等。
[0024] 6)涡凹气浮法（CAF)
[0025] 祸凹气浮机（CAF，Cavitation Air Floatation)其微气泡发生的主要机理是：曝 气机利用空气输送管底部散气叶轮的高速转动在水中形成一个真空区，液面上的空气通过 曝气机输入水中，填补真空，微气泡随之产生并螺旋形地上升到水面，空气中的氧气也随之 溶入水中。涡凹气浮法特点是：整个系统仅由两个机械部分组成，操作简单；设备占地面积 小，减少土建投资，运行费用较低（节能）；不足之处：发生的气泡直径较大，除悬浮物效果 较差，一般应用在要求处理效果不是很高的情况。
[0026] 7)加压溶气法（DAF)
[0027] 加压溶气法分为全部污水加压溶气法和部分污水加压溶气法。其特点是将污水 (全部或部分）用水泵加压到3~4kg/cm2,送入专门装置的溶气罐，在罐内使空气充分溶 于水中，然后在气浮池中经释放器或释放头突然减到常压，这时溶解于水中的过饱和空气 以微细气泡形式在池中逸出，将水中悬浮物颗粒或油粒带到水面形成浮渣排除 之。加压溶 气法的优点是：能释放出大量尺寸微细、粒度均匀、密集稳定的微气泡，设备容积小，运行方 便，不易堵塞；不足之处是需回用部分甚至全部回用水，能耗较高，另外工程上多用于污水 的固液分离，相对比较局限。另外，加压溶气法需设：溶气罐、稳压罐、溶气释放头或释放器， 操作维护较为复杂。
[0028] 因此提供一种效果好、实用性强的微纳米气泡发生装置和含油废水净化技术具有 积极意义。
【发明内容】
[0029] 本发明的一个目的是提供一种含油废水净化方法，该方法能够高效净化含油废 水。
[0030] 本发明的另一个目的是提供一种含油废水净化系统，该系统能够高效净化含油废 水。
[0031] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种含油废水净化方法，包括向 含油废水中添加对油进行絮凝的絮凝剂，并在含油废水中添加微纳米气泡，以由所述微纳 米气泡将含油废水中经絮凝后的矾花携带到水面，并将水面上的包括所述矾花物的污物去 除。
[0032] 优选地，从污水源供出的所述含油废水通过泵送装置加压以进入污水净化区中蓄 积，并且在所述污水源和所述污水净化区之间添加所述絮凝剂和所述微纳米气泡。
[0033] 优选地，添加所述微纳米气泡的微纳米级气泡发生装置包括封闭空间以及容纳在 该封闭空间内的微纳米级膜管，向所述封闭空间内通入压缩气体以使气体从所述微纳米级 膜管的外侧向内侧渗透，经所述泵送装置加压的含油废水沿所述微纳米级膜管的所述内侧 流动，以与渗入所述微纳米级膜管的气体混合并流入所述污水净化区。
[0034] 优选地，在所述泵送装置的上游添加所述絮凝剂。
[0035] 优选地，所述方法还包括在所述微纳米气泡发生装置和所述污水净化区之间添加 助凝剂。
[0036] 根据本发明的另一方面，提供一种含油废水净化系统，所述系统包括向含油废水 中添加与油进行絮凝反应的絮凝剂的絮凝剂添加装置以及向该含油废水中添加微纳米气 泡的微纳米气泡发生装置，所述系统还包括污水源、污水净化区和泵送含油废水的泵送装 置，其中所述泵送设备、所述絮凝剂添加装置和所述微纳米气泡发生装置分别位于该污水 源和污水净化区之间。
[0037] 优选地，所述微纳米级气泡发生装置包括封闭空间以及容纳在该封闭空间内的微 纳米级膜管，所述封闭空间上设置有进气口、进液口和气液混合物出口，从所述进气口进入 到所述封闭空间的压缩气体从所述微纳米级膜管的第一侧向第二侧渗透，从所述进液口进 入的加压液体沿所述微纳米级膜管的所述第二侧向所述气液混合物出口流动，以使得所述 加压液体与经过所述微纳米级膜管过滤的气体混合并从所述气液混合物出口流出。
[0038] 优选地，所述微纳米级膜管的所述第一侧为管外侧，所述第二侧为管内侧。
[0039] 优选地，所述絮凝剂添加装置位于所述泵送装置的上游。
[0040] 优选地，所述泵送装置位于所述絮凝剂添加装置和所述微纳米气泡发生装置之 间，并且所述微纳米气泡发生装置和所述污水净化区之间的助凝剂添加装置。
[0041] 优选地，所述微纳米膜管为纳米级多通道膜管。
[0042] 优选地，所述污水净化区包括由隔板分隔的气浮区和净化区，所述含油废水通入 所述气浮区，并能够从所述隔板的顶部流入所述净化区。
[0043] 优选地，所述净化区的上部设置有排渣口，下部设置有排出清水的出水口，所述系 统还包括将水面上的污物从所述排渣口刮除的刮渣装置。
[0044] 优选地，所述污水净化区的顶部设置有浮渣溢流堰，该浮渣溢流堰为底部形成为 所述排渣口的V型结构，该V型结构在所述气浮区和所述净化区的顶部边缘延伸。
[0045] 通过上述技术方案，利用了微纳米气泡在水中停留时间足够长的优点，并且能够 保证油成分与絮凝剂反应所得到的矾花在形成的同时夹裹住大量微细的微纳米气泡，从而 形成悬浮物与气泡的共聚体，使其比重远远小于水的密度而浮到水面，最终保证含油污水 的净化效果。换言之，本发明以微纳米气泡为载体，粘附水中的油滴、杂质颗粒、矾花等，使 其密度小于水，矾花被微纳米气泡挟带上浮至水面，从而实现油-水分离，高效净化含油废 水。
[0046] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0047] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0048] 图1是本发明优选实施方式提供的含油废水净化系统的结构示意图；
[0049] 图2是本发明优选实施方式提供的微纳米气泡发生装置的结构示意图。
[0050] 附图标记说明
[0051] 1 封闭空间 2 微纳米级膜管
[0052] 3 气压检测装置 4 进液管路
[0053] 5 进气管路 6 污水源
[0054] 7 污水净化区 8 絮凝剂添加装置
[0055] 9 助凝剂添加装置
[0056] 11 进气口 12 进液口
[0057] 13 气液混合物出口 14 开关阀
[0058] 41 泵送装置
[0059] 42 水压检测装置 43 流量阀
[0060] 51 气体流量计 52 气体控制阀
[0061] 71 气浮区 72 净化区
[0062] 73 隔板 74 排渣口
[0063] 75 出水口 76 刮渣装置
[0064] 77 刮渣溢流堰 78 桨片
【具体实施方式】
[0065] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0066] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如"内、外"通常是指相应物 体轮廓的内外。其中公知地是，膜管的工作原理为相应物质从管膜的内侧向外侧渗透，或从 外侧向内侧渗透，因此本发明中所提及的第一侧为管膜的内侧和外侧中的一者，第二侧为 内侧和外侧中的另一者。
[0067] 首先需要说明的是，为了方便描述本发明提供的微纳米气泡发生装置使用于其它 的污水净化系统以及含油废水净化系统，在此将以含油废水净化方法和系统为例进行介 绍，其中可以理解的是，本发明提供的微纳米气泡发生装置还可以用于其他类型污水的净 化处理，也还可以用于其他例如氧化沟充氧、化学反应装置、鱼贝类养殖等各种工业领域， 对于其应用领域的各种变形均应落在本发明的保护范围中。
[0068] 如图1所示，本发明提供一种污水净化系统，更具体地为一种含油废水净化系统， 该污水净化系统包括污水源6和污水净化区7,其中在本发明的优选实施方式中，从污水源 6供出的含油废水通过泵送装置41加压以进入污水净化区7中蓄积，从而在污水净化区7 中进行净化污水。其中的污水源6和污水净化区7均可以采用水池的形式形成，对于其结构 的变形均落在本发明的保护范围中。其中作为本发明的一个构思，在污水源6和污水净化 区7之间设置有微纳米气泡发生装置，以在污水流动的过程中在污水中添加微纳米气泡， 使得气体和液体进行充分混合，从而增加污水在污水净化区7内的气浮效果。
[0069] 回到本发明提供的含油废水净化系统中，为了有效净化含油废水，本发明所采用 的净化方法包括向含油废水中添加对油进行絮凝的絮凝剂，并在含油废水中添加微纳米气 泡，以由微纳米气泡将含油废水中经絮凝后的矾花携带到水面，并将水面上的包括矾花的 各种污物去除，从而起到含油废水的净化作用。即，通过微纳米气泡更好地携带含油废水中 的杂质到水面。因此本发明提供的净化系统包括向含油废水中添加与油进行絮凝反应的絮 凝剂的絮凝剂添加装置8,以及向该含油废水中添加微纳米气泡的微纳米气泡发生装置，其 中泵送设备41、絮凝剂添加装置8和微纳米气泡发生装置分别位于该污水源6和污水净化 区7之间。即在污水源6和污水净化区7之间添加絮凝剂和微纳米气泡，从而使得本发明 提供的系统能够在污水流动的过程中实现二者的混合，更易在污水净化区7中实现气浮工 -H- 〇
[0070] 具体地，利用了微纳米气泡在水中停留时间足够长的优点，并且能够保证油成分 与絮凝剂反应所得到的矾花在形成的同时夹裹住大量微细的微纳米气泡气泡，从而形成悬 浮物与气泡的共聚体，使其比重远远小于水的密度而浮到水面，最终保证含油污水的净化 效果。换言之，本发明以微纳米气泡为载体，粘附水中的油滴、杂质颗粒、矾花等，使其密度 小于水，矾花被微纳米气泡挟带上浮至水面，从而油-水分离。其中通过对延迟焦化的"吹 气冷凝水 "多次试验，结果表明：使用本发明提供的含油废水净化方法的除油率可达97%以 上，同时对水中的COD、SS、硫化物、氨氮等污染指标有着非常良好的处理能力，大幅度地提 高水体透明度。其中需要说明的是，本发明中所提及的"矾花"是经过絮凝剂的作用，油成 分絮凝后所得到的各种絮体、颗粒的专用名称，其不应用于限制本发明。
[0071] 作为本发明构思的重要部分，微纳米气泡的生成和添加的效果对污水的净化效果 较为重要。其中，有别于现有技术中的各种微纳米气泡生产方式，如图1和图2所示，本发 明提供的微纳米气泡发生装置包括封闭空间1以及容纳在该封闭空间1内的微纳米级膜管 2,封闭空间1上设置有进气口 11、进液口 12和气液混合物出口 13,从进气口 11进入到封闭 空间1的压缩气体从微纳米级膜管2的第一侧向第二侧渗透，从进液口 12进入的加压液体 沿微纳米级膜管2的第二侧向气液混合物出口 13流动，以使得加压液体与经过微纳米级膜 管2过滤的气体混合并从气液混合物出口 13流出。并且其中进液口 12与污水源6连通， 气液混合物出口 13与污水净化区7连通。
[0072] 因此，加压后的液体如污水在流过微纳米级膜管2的第二侧表面时，能够快速对 渗透到微纳米级膜管2的第二侧的微量气体不断剪切，从而高效形成大量微纳米气泡，微 纳米气泡在微纳米级膜管2的第二侧、气液混合物出口 13以及其他相应管道内与高速液 流充分接触混合，从而使例如水体的液体呈现"乳白色"牛奶状，由于所发生的微纳米气泡 与污水充分接触，这将大大提高了气体利用率，并能够有效降低液体加压和气体压缩的能 耗。因此通过简单的结构，本发明巧妙地利用微纳米级膜管进行曝气或气浮，发生的微纳米 气泡尺寸小量多，节能高效。而以往的膜管的研宄及工业应用集中体现在各种"过滤"方向 上，因此本发明的创新性较强，克服了现有技术中微纳米气泡发生装置结构复杂、维护管理 困难，所消耗气水比例大、能耗高、获得微气泡尺寸大、数量少且滞留时间短、氧利用率低、 曝气方式受水处理方法、水处理池池型等局限的缺点。另外，所使用的微纳米气泡发生装置 除可以用于污水净化中，还可以用于氧化沟充氧、化学反应装置、鱼贝类养殖等各种工业领 域，实用性强。
[0073] 需要说明的是，能够实现上述本发明的构思的实施方式有多种，例如气体通过微 纳米级膜管的方向、膜管在封闭空间内的安装方式、以及其他部件的具体结构等等，为了方 便说明本发明，在此只介绍本发明的优选实施方式，该优选实施方式只用于说明本发明并 不用于限制本发明。
[0074] 首先，在本发明的优选实施方式中，使用纳米级多通道膜管作为微纳米级膜管2， 该多通道型膜管一般为陶瓷材质，其孔径范围可在50~500nm之间。利用纳米级多孔道陶 瓷膜管进行曝气或气浮，所发生的微纳米气泡尺寸小量多，节能高效。除该类型的膜管外， 本领域内公知的各种微纳米级膜管均能够使用于本发明，对于其种类和规格参数的各种变 形均落在本发明的保护范围中。
[0075] 另外在本发明的优选实施方式中，微纳米级膜管2的第一侧为管外侧，第二侧为 管内侧。即，向封闭空间1内通入的压缩气体从微纳米级膜管2的外侧向内侧渗透，而经泵 送装置加压的含油废水沿微纳米级膜管2的内侧流动，以与渗入微纳米级膜管2的气体混 合并流入污水净化区7,此时封闭空间1的除微纳米级膜管2外的空间均用于容纳压缩气 体。因此保证通过膜管内部的液体在较小空间内完成与气体的混合，微纳米气泡的效果好。 当然在其他实施方式中，还可以使得微纳米级膜管2的第一侧为管内侧，第二侧为管外侧， 即，压缩气体直接通入微纳米级膜管2中，而加压液体在封闭空间1的管外空间流动，这同 样能够实现本发明的目的，对于这种变形应用落在本发明的保护范围中。
[0076] 在本发明的优选实施方式中，为了充分利用空间、保证流体流速，并且保证污水等 液体不从微纳米级膜管2中漏出，优选地，微纳米级膜管2为直管，并且两端分别与封闭空 间1的进液口 12和气液混合物出口 13密封连接。具体地，可使用O型密封圈实现微纳米 级膜管2的密封安装。因此其整体长度在封闭空间1内的长度尺寸上延伸。其中，本发明 所提及的封闭空间1可由符合要求的具有任意结构和材质的壳体形成。其结构可以为一个 "圆柱"状空心金属腔体，并在其内部套入微纳米级膜管2,腔体两侧的进液口 12和气液混 合物出口 13均用密封圈密封，并且腔体的直径略大于膜管直径，分别与进液管路4和进气 管路5连接，并且通过气液混合物出口 13供出微纳米气泡。另外，封闭空间1内部可嵌入 一根或多根微纳米级膜管2,此时可根据工业生产需要可以通过不同规格的壳体实现不同 外径、不同面积的陶瓷膜管的集中装填。
[0077] 如图1和图2所示，为了更好地完成上述微纳米气泡的发生和污水净化过程，优选 地，微纳米气泡发生装置还包括检测进入封闭空间1的压缩气体的压力的气压检测装置3， 该气压检测装置3通过管路安装在封闭空间1外。从而能够实时反馈封闭空间1内的气压。 而泵送装置41连接在进液口 12上的进液管路4上，以泵送污水等液体。并且优选地，在进 液管路4上还设置有水压检测装置42和/或流量阀43,其中典型地，水压检测装置42为水 压表，流量阀43可以为球阀以既能够控制进液管路4的通断，还能够控制液体的流量。另 外，连接在进气口 13上的进气管路5上设置有气体流量计51和/或气体控制阀52。典型 地，气体流量计51为气体转子流量计，以检测气体流量。而气体控制阀53可以同时控制气 体的流量和压力，进气管路5的气源可为瓶装压缩空气或净化风。对于上述各种部件的种 类和规格均可根据本领域技术人员的需要而选定，本发明对此类变形不做限制。
[0078] 下面以上述的本发明优选实施方式提供的微纳米气泡发生装置为例介绍其工作 工程。工作时，首先将微纳米级膜管2嵌入封闭空间1中，并将微纳米级膜管2两端密封好， 水样经泵送装置41后形成高速水流进入微纳米级膜管2的内侧；接通气源，气体经气体流 量计51、气体控制阀52进入封闭空间1内，并在微纳米级膜管2的外壁周围形成一个高压 区域随之进入微纳米级膜管2的管腔内侧。此时，高速水流则对进管腔内侧的微量气体不 断剪切而快速形成大量微纳米气泡，微纳米气泡在膜管内侧、气液混合物出口 13和相应管 路内接触混合，从而使水体呈现"乳白色"牛奶状。本发明提供的微纳米气泡发生装置的结 构类似于"管壳式换热器"，其中的外接气源走壳层，而液体走管层。
[0079] 其中，选用的微纳米级膜管2的孔径在50~500nm之间，将进气管路5中的压缩 气体的压力控制在〇. 2~0. 6MPa之间，并大于进液管路4的液体；并控制进液管路4中液 体流速为：〇. 5~2m/s。实验室条件下：100L清水经微纳米气泡发生装置2~3min后气水 比约1. 5:100,水体中布满大量微纳米气泡且水体颜色呈现"乳白色"牛奶状，停止曝气约 6~7min后，微气泡逐渐破裂，水体逐渐变清。具体参数可参见表1。
[0080] 表 1
[0081]
[0082] 本发明提供的微纳米气泡发生装置，相比当前主要的微气泡发生装置，具有结构 简单，操作方便，节能高效，发生的微气泡尺寸小且量大等优点。更适用于本发明提供的含 油废水净化系统。
[0083] 其中在回到本发明提供的含油废水净化系统中，如图1所示，优选地，絮凝剂添加 装置8位于泵送装置41的上游。因此，所添加的絮凝剂能够在泵送装置41的搅拌下与污 水充分混合，即，通过在泵送装置41的上游添加絮凝剂，从而使得泵送装置41起到搅拌机 的作用。其中，絮凝剂添加装置8可设有加药泵、加药口、背压阀、单向阀等并通过PVC管线 连接泵送装置41的上游管线或者直接与泵送装置41的进液口连接。其中能够理解的是， 本领域公知的絮凝剂添加装置均能够适用于本发明，本发明对其具体结构不做限制。
[0084] 另外，为了加快污水中的油成分的絮凝，优选地，还可以在微纳米气泡发生装置和 污水净化区7之间添加助凝剂。即，如图1所示，本发明提供净化系统还包括设置在微纳米 气泡发生装置和污水净化区7之间的助凝剂添加装置9。因此，本发明优选实施方式提供的 净化系统的污水依次经过絮凝剂添加装置8、泵送装置41、微纳米气泡发生装置以及助凝 剂添加装置9,最终进入污水净化区7中，其中在微纳米气泡发生装置和助凝剂添加装置9 之间还可以设置各种类型的开关阀14,以控制微纳米气泡发生装置产生的气液混合物的通 断和流量。
[0085] 其中在本发明的优选实施方式中，选用的絮凝剂为聚合氯化铝铁或聚合氯化铝， 其使用浓度范围在200~2000mg/L间；而投加的助凝剂为聚丙烯酰胺，投加浓度范围为： 10~100mg/L。除此之外，本领域技术人员进行的各种变形均落在本发明的保 护范围中。
[0086] 当含有絮凝剂、助凝剂和微纳米气泡的污水进入污水净化区7后将进行气浮工 艺。为了更好地实现污水的气浮和净化，优选地，污水净化区7包括由隔板73分隔的气浮 区71和净化区72,其中含油废水通入气浮区71，并能够从隔板73的顶部流入净化区72。 即，含油废水首先在气浮区71中进行气浮，并且当气浮区71装满污水后，则污水进入净化 区72,如此直至污水充满上述两个区域，再清理净化区72内水面的浮渣。并且优选地，净化 区72的上部设置有排渣口 74,下部设置有排出清水的出水口 75,为了方便除去漂浮到水面 上的包括矾花的污物，本发明提供的净化系统还包括将水面上的污物从排渣口 74刮除的 刮渣装置76。该刮渣装置76可以为本领内公知的任意刮渣设备，其可包括减速机、支撑架 和桨片78,因此通过浆片78的转动能够将水面上的矾花等各种浮渣从排渣口 74刮除。并 且可通过出水口 75将净化后的净化水排出。从而完成整体含油废水的净化过程。
[0087] 其中，如图1所示，优选地，污水净化区7的顶部设置有浮渣溢流堰77,该浮渣溢流 堰77为底部形成有排渣口 74的V型结构，该V型结构在气浮区71和净化区72的顶部边 缘延伸。因此，通过污水净化区7的本身结构能够方便浮渣的排出。其中的排渣口 74可用 排渣管路连接，以防止浮渣对环境造成二次污染。出水口 75的位置可以设置在净化区侧面 和底部等位置，对于污水净化区7的各种变形方式均应落在本发明的保护范围内中。
[0088] 下面以详细描述含油废水的净化过程。首先，含油废水进入进液管路4并与絮凝 剂添加装置添加的絮凝剂经泵送装置41充分搅拌混合，此时，含油废水中油、悬浮物等与 药剂反应生成的密度接近于水的微细悬浮絮凝状物进入微纳米气泡发生装置的微纳米级 膜管2内，进气管路5的压缩空气经气体流量计51、气体控制阀52后进入微纳米气泡发生 装置，其中高压气体进入微纳米级膜管2表面的纳米膜孔而不断发生"微气泡"，此时，高速 水流进入不断剪切微纳米级膜管2内表面发生的"微气泡"，进而快速形成微纳米气泡而充 满整个膜管内部，并通过气液混合物出口 13供出，同时助凝剂添加装置9向相应管线内添 加助凝剂，并与气液混合物充分混合后进入污水净化区7的气浮区71。
[0089] 由于重力作用，大量微纳米气泡将水中的矾花挟带上浮至水面，并经挡板73进入 净化区72,而刮渣装置76的桨片78将积在水面上的浮渣层刮除，并由"V"型的浮渣溢流 堰76最底部的排渣口 74排出，同时一部分处理后达标的净化水从出水口 75排出，从而通 过上述的连续作业连续完成含油废水的净化流程。
[0090] 综上，本发明提供的污水净化系统通过独特的微纳米发生装置和与絮凝剂的配合 使用连续净化方法，能够高效净化如含油废水的污水，并且微纳米发生装置可以用于各种 其他水处理领域，因此具有较高的实用性和推广价值。
[0091] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实 施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简 单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0092] 另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可 能的组合方式不再另行说明。
[0093] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本 发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【主权项】
1. 一种含油废水净化方法，其特征在于，包括向含油废水中添加对油进行絮凝的絮凝 剂，并在含油废水中添加微纳米气泡，以由所述微纳米气泡将含油废水中经絮凝后的矾花 携带到水面，并将水面上的包括所述矾花的污物去除。2. 根据权利要求1所述的含油废水净化方法，其特征在于，从污水源（6)供出的所述含 油废水通过泵送装置（41)加压以进入污水净化区（7)中蓄积，并且在所述污水源（6)和所 述污水净化区（7)之间添加所述絮凝剂和所述微纳米气泡。3. 根据权利要求2所述的含油废水净化方法，其特征在于，添加所述微纳米气泡的微 纳米级气泡发生装置包括封闭空间（1)以及容纳在该封闭空间（1)内的微纳米级膜管（2)， 向所述封闭空间（1)内通入压缩气体以使气体从所述微纳米级膜管（2)的外侧向内侧渗 透，经所述泵送装置加压的含油废水沿所述微纳米级膜管（2)的所述内侧流动，以与渗入 所述微纳米级膜管（2)的气体混合并流入所述污水净化区（7)。4. 根据权利要求2或3所述的含油废水净化方法，其特征在于，在所述泵送装置（41) 的上游添加所述絮凝剂。5. 根据权利要求4所述的含油废水净化方法，其特征在于，所述方法还包括在所述微 纳米气泡发生装置和所述污水净化区（7)之间添加助凝剂。6. -种含油废水净化系统，其特征在于，所述系统包括向含油废水中添加与油进行 絮凝反应的絮凝剂的絮凝剂添加装置（8)以及向该含油废水中添加微纳米气泡的微纳米 气泡发生装置，所述系统还包括污水源(6)、污水净化区（7)和泵送含油废水的泵送装置 (41)，其中所述泵送设备（41)、所述絮凝剂添加装置（8)和所述微纳米气泡发生装置分别 位于该污水源（6)和污水净化区（7)之间。7. 根据权利要求6所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述微纳米级气泡发生装 置包括封闭空间（1)以及容纳在该封闭空间（1)内的微纳米级膜管（2)，所述封闭空间（1) 上设置有进气口（11)、进液口（12)和气液混合物出口（13)，从所述进气口（11)进入到所 述封闭空间（1)的压缩气体从所述微纳米级膜管（2)的第一侧向第二侧渗透，从所述进液 口（12)进入的加压液体沿所述微纳米级膜管（2)的所述第二侧向所述气液混合物出口 (13)流动，以使得所述加压液体与经过所述微纳米级膜管（2)过滤的气体混合并从所述气 液混合物出口（13)流出。8. 根据权利要求7所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述微纳米级膜管（2)的所 述第一侧为管外侧，所述第二侧为管内侧。9. 根据权利要求6-8中任意一项所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述絮凝剂 添加装置（8)位于所述泵送装置（41)的上游。10. 根据权利要求9所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述泵送装置（41)位于所 述絮凝剂添加装置（8)和所述微纳米气泡发生装置之间，并且所述微纳米气泡发生装置和 所述污水净化区（7)之间的助凝剂添加装置（9)。11. 根据权利要求7或8所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述微纳米膜管（2) 为纳米级多通道膜管。12. 根据权利要求6所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述污水净化区（7)包括 由隔板（73)分隔的气浮区（71)和净化区（72)，所述含油废水通入所述气浮区（71)，并能 够从所述隔板（73)的顶部流入所述净化区（72)。13. 根据权利要求12所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述净化区（72)的上部 设置有排渣口（74)，下部设置有排出清水的出水口（75)，所述系统还包括将水面上的污物 从所述排渣口（74)刮除的刮渣装置（76)。14. 根据权利要求13所述的含油废水净化系统，其特征在于，所述污水净化区（7)的 顶部设置有浮渣溢流堰（77)，该浮渣溢流堰（77)为底部形成为所述排渣口（74)的V型结 构，该V型结构在所述气浮区（71)和所述净化区（72)的顶部边缘延伸。
【专利摘要】本发明公开了一种含油废水净化方法和系统，净化系统包括絮凝剂添加装置以及微纳米气泡发生装置，还包括污水源、污水净化区和泵送含油废水的泵送装置，其中泵送设备、絮凝剂添加装置和微纳米气泡发生装置分别位于该污水源和污水净化区之间。即本发明提供的净化方法包括向含油废水中添加絮凝剂和微纳米气泡，以由微纳米气泡将含油废水中经絮凝后的矾花颗粒携带到水面，并将水面上的包括矾花的污物去除。因此利用了微纳米气泡在水中停留时间足够长的优点，并且能够保证油成分与絮凝剂反应所得到的矾花在形成的同时夹裹住大量微细的微纳米气泡，从而形成悬浮物与气泡的共聚体，使其比重远远小于水的密度而浮到水面，最终保证含油污水的净化效果。
【IPC分类】C02F1/24, C02F1/52, C02F1/40
【公开号】CN104891616
【申请号】CN201510282982
【发明人】李华, 刘建平, 李志强, 贺晓军, 陈庆岭, 江磊, 陶海桥, 王湘, 杨军文, 许国平, 周付建
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司长岭分公司, 岳阳长岭设备研究所有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月28日
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