...1、采用PSA原理,纯物理方式分离空气制取医用氧,只要通上电即...
张振超++刘瑞++杨洵++白露++李红芳
摘 要：目前传统的油水分离装置处理油污的效果不佳，油水中油分的含量较大，其中多项指标不符合或者达不到国家污水排放标准等情况。新型电浮油水分离装置能够迅速和有效地处理油水污染物。电极电解水产生气泡，气泡有吸附油分的特性，将悬浮在混合物中的油分带到表面，多次循环进行油和水的自动分离和收集。
关键词：油水分离 电浮发生器 循环分离 节能
中图分类号：TQ028 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（c）-0082-02
油水分离装置是对油污进行处理的一种设备。从源头处理小型餐饮行业油污、家庭中的油水分离处理。对收集到的油進行生物炼油和有关化学产品的生产等处理。为了尽可能地降低能源消耗、降低成本，又能提高油水分离效率，我们进行了一种新型的油水分离装置的探索。
1 设计背景
目前，我国油水分离器大多采用重力沉降法和离心法。其中重力沉降法需要很低的流速和很大的容器，分离的速度太慢，对粘度大、油水密度差异小的油水污染物处理效果不佳；离心法分离的复杂样品要求分离纯度较高，然而油水污染物的分离纯度不高，故要经过多次分离、多次操作才能达到预定的分离效果。
2 设计思路
2.1 设计目的
本团队从油的密度比水的密度小的物理原理以及电解水产生气泡的化学原理出发，探索并制作了一种绿色、高效、低消耗的油水分离装置。该装置主要实现三个目标：循环分离油水污染物；一定程度上，提高油水分离的效率；分离过程绿色环保，无二次污染。
2.2 设计原理
油水分离装置的工作原理：（1）由污水泵将油水混合相送入油水分离装置中，通过过滤网将大颗粒杂质过滤出去，无法进入分离器中，在循环系统中主要进行小颗粒杂质与油水的分离。（2）循环系统主要进行泥等小杂质颗粒的排出，提高油水的洁净度。（3）含更小颗粒的油滴的污水通过细滤器，除去水中杂质，进入油水分离系统，利用水压强以及气浮发生器（利用电解原理，产生气泡）使细小油滴聚合成较大的油滴与水分离。（4）分离后，水相通过排水阀排出，油水分离系统中分离出来的油相通过排油阀排出。
其电极反应方程为：
阳极：2OH--2e=1/2O2↑+H2O
阴极：2H++2e=H2↑
2.3 装置介绍
如图1所示，装置由循环系统和油水分离系统组成。
左集油室尺寸为50×60×60（cm），右集油室尺寸为40×60×30（cm），电极为圆柱形式，长20cm，半径0.5cm（共6个），前后左右间隙为5cm。
循环系统：中集油室油水泵运作给左集油室提供压力，将中集油室中的油水污染物打到左集油室。混合物经一定时间初步分离后关闭排油阀和排水阀门并打开油水泵，将左集油室中的下部经初步分离油水混合物经排水管压到中集油室，针对油水污染物的混合状况，多次分离和循环。最后打开排油阀和排水阀并打开油水泵，将油从排油阀中排出，水从排水阀中排出。
油水分离系统（即电浮发生器又称为左集油室）：（1）电极能产生极细小分散的气泡，平均直径约为15μm，可以增加油滴与气泡间的接触面积。（2）可根据变压器调节通过电极的电流密度（可根据电极面积计算A/m2），便能在溶液中生成任何气泡浓度和尺寸，确定分离效果最好的气泡尺寸。（3）选择合适的电极和电解质溶液条件（NaCl电解质）就能够得到分离的最佳效果。
由表1实验数据得：随着电解质浓度的增加，电解反应程度逐渐增加。其中NaCl（0.035mol/L）反应更加明显且不产生有害污染物质。
2.4 实验分析
实验数据图2表明：随着电流的增大去油率也在逐渐提高，当电流为1.3A时去油率达到最高，然后随着电流的增大去油率会有所降低。起初当电流小于1.3A时电极电解出的气泡会逐渐增多，去油率逐渐提高。当电流大于1.3A时电解出的气泡会增大彼此结合的概率而不是与悬浮在混合物中的油分碰撞结合，所以会导致去油率的降低。当溶液中加入NaCl后，去油率由53%提高到了65%。根据研究表明，NaCl电解质能够有效地削弱氢气和氧气的气泡尺寸，进而增大气泡与悬浮油分的接触面积和碰撞机会，提高去油率。
实验数据图3表明：电流是控制油水分离效果的关键变量。通入的电流越大消耗的电能会越大。当加入3%的NaCl电解质溶液后实验表明耗能减少。例如在电流为1.3A和浮选反应时间为40min时，无和有NaCl电解质溶液的电能消耗分别为4和2.5kwhr/m3，即加入NaCl电解质可减少耗能约为37.5%。
实验数据图4表明：初始实验油浓度为1000mg/dm3的悬浮的油浓度随电浮时间变化的曲线。当电浮时间为30min和40min时，油浓度分别减至402和300mg/dm3，可得去油率为60%和70%，相应的电耗分别为4.0和6.2kwhr/m3，可得当耗能约增加50%，去油率约提高了16.7%。从耗能观点，选择浮选电浮时间40min较好。
去油率可用下式表示：
式中：V为集油室体积；t为电浮反应时间；A为电极与溶液的接触面积；k为集油室电浮法去油速率常数；C为油水混合物中的悬浮油浓度。
由实验数据图5表明：左集油室与右集油室之间的液面差与电浮分离达到油浓度为300mg/dm3的电浮时间关系。悬浮油的起始浓度为1000mg/dm3。由实验数据得：起初随着液面差的提高去油率也逐渐提高，达到要求油浓度的时间变量线性递减，这是由于液面差越高气泡与悬浮油分的碰撞程度几率越大，气泡升到溶液表面的时间较短引起的。当液面差为10cm时，时间最短为40min，此时气泡与悬浮溶液中的油分碰撞程度和气泡升到溶液表面的时间为最佳油水分离条件。随着液面差的继续提高，气泡与悬浮油分的碰撞程度一定，然而气泡升到溶液表面的时间较长，所以降低了油水分离的效率，电浮时间增加。
2.5 传统和新型装置的比较
此装置在与传统装置耗能相同的情况下，油水分离效率更高，循环分离，处理量是传统装置的5倍（见表2）。
3 结论
（1）通入电极电流为1.3A时，浮选时间为40min时装置去油率达到最高。
（2）加入NaCl电解质溶液可以有效地提高去油率，减少电能消耗。
（3）合理的左集油室与右集油室的液面差可以有效地提高油水分离效率。
参考文献
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