一種封閉式連續高壓溶氣裝置及方法與流程

本發明涉及一種封閉式連續高壓氣浮裝置及方法。發明利用對常規的氣升式裝置進行改進，在高壓下實現了連續進料和出料，即實現了封閉式的連續性高壓溶氣氣浮法處理廢水。本發明屬于水處理技術領域。

背景技術：

溶氣氣浮是一個物理過程，通過加壓溶氣和釋放系統在水中產生大量的微細氣泡，使其粘附于廢水中的目標去除物及其聚合體結合，形成夾氣絮體。夾氣絮體在浮力的作用下上浮到液面形成穩定的浮渣層，并最終伴隨浮渣的去除從液相主體中分離。

氣升式外循環反應器是在鼓泡塔基礎上發展起來的一種氣-液，氣-液-液，氣-液-固過程的接觸性反應裝置。氣升式反應器具有結構簡單、造價低、能耗低等優點，被廣泛應用于生物發酵、廢水處理、菌類培養等領域。氣升式外循環反應器作為溶氣氣浮裝置可以提供更好的氣液分布，傳質效率。

采用溶氣氣浮工藝可有效去除懸浮顆粒、油和油脂，目前該技術在含油廢水處理中已經得到廣泛應用。傳統溶氣釋氣裝置存在設備復雜、占地面積大、溶氣氣泡粒徑大、均勻穩定性差、處理廢水效率低等問題。專利CN 1631802 A提出了一種高效環流引射溶氣氣浮方法和裝置，該發明采用壓水管和吸水管環流管線上的射流器引射空氣，通過卷吸與摻混作用將空氣吸入切割并溶解于水中，在經過水泵的攪拌混合作用進一步溶解空氣，并壓送到釋氣系統進行釋放。容器罐體體積遠小于傳統溶氣罐體積，且減少了水泵的使用能耗。專利CN 102267734 A提出了一種密閉循環式氣浮方法及裝置，該發明可將污水和氣體同時進入氣浮罐，通過外加的氣液旋流分離器實現氣體的回收循環利用，利用循環風機實現了氣浮罐內的低壓，整個過程為封閉式過程，即高效利用了氣體，又有效避免了二次污染。但是以上發明使用了較多的動力設備，裝置較為復雜，設備成本高，且溶氣需要較高的壓力使得氣體溶解于水中達到飽和狀態，壓縮機要不斷的輸送大量的高壓氣體，產生大量的能耗。

微孔曝氣是一種高效的曝氣技術，隨著20世紀70年代能源危機后，微孔曝氣技術由于其通氣量大，充氧能力強，節約能耗的特點備受關注。與大孔曝氣系統相比，微孔曝氣系統可以節約50％的能耗。采用微孔曝氣系統可以在水中產生更多微小氣泡且氣泡尺寸范圍窄，分布均勻，提高氣液傳質效率。

技術實現要素：

本發明的目的在于為了解決傳統溶氣氣浮工藝處理廢水過程中存在的裝置結構復雜、操作繁瑣、溶氣氣泡粒徑大、均勻穩定性差、處理廢水效率低、能耗大等問題，提出一種連續高壓溶氣氣浮裝置，本發明的另一目的是提供一種利用該裝置進行連續高壓溶氣氣浮方法。

本發明的技術方案為：本發明采用氣升式外循環裝置作為溶氣氣浮裝置，使得傳統復雜的溶氣與氣浮裝置合并為一起，降低裝置復雜度和裝置成本，且氣升式外循環反應器能夠提供更高的傳質效率；采用微孔曝氣系統代替傳統溶氣與氣浮步驟，高壓氣體通過曝氣頭釋放出微小氣泡，控制出氣、進料、出料閥門平衡維持氣升式反應器內的壓力恒定，保證氣體在水中的溶解度，并依賴于氣升式外循環反應器的優點使得氣泡在反應器中得以循環，壓力恒定后可調節出氣閥門的開度來控制高壓氣源的進氣量，這樣可有效節約高壓氣源的用量降低能耗與成本。氣泡在反應器中有較高的溶解度，氣泡粒徑小、分布均勻并可在氣升式外循環反應器中隨著流體循環，進行著充分的氣液接觸，增大氣液傳質效率，可有效去除含油廢水中油類污染物，降低廢水的COD。適用于工業污水處理尤其是三元復合驅油田采出水。其特征在于該方法利用氣升式外循環裝置作為溶氣氣浮裝置，微孔曝氣取代傳統方法中溶氣氣浮步驟，簡化裝置，降低成本和能耗。

本發明的具體技術方案為：一種封閉式連續高壓溶氣裝置，其特征在于由供氣系統12、氣升式循環反應器9、供料系統10、出料口3和尾氣-浮渣處理系統11組成；其中氣升式循環反應器9由氣升管2、上橫接管4、下橫接管5和釜體8組成，釜體8上部為氣液分離區7，釜體8下部為降液管6，氣升管2位于釜體8側臂，上橫接管4和下橫接管5分別從降液管6上部與底部引出連接氣升管2形成循環；出料口(3)位于氣升管(2)側面，并設有出料閥門V2；供氣系統12由高壓氣源C-1，曝氣頭1和進氣管16組成，曝氣頭1安裝在氣升管2底部，通過進氣管16經進氣閥門V1同高壓氣源C-1連接；供料系統10由儲料罐13，進料管14和供料泵A-1組成，進料管14連接儲料罐13和供料泵A-1，從氣液分離區7頂部進入，延長至降液管6中，分離區7頂部設有進料閥門V3；尾氣-浮渣處理系統11由尾氣-浮渣分離罐D-1和排氣管15組成，排氣管15從氣液分離區7側面引出，連接尾氣-浮渣分離罐D-1，在排氣管15引出氣液分離區7處設有尾氣-浮渣出口閥門V4，尾氣-浮渣分離罐D-1上側設有排氣閥門V5，底部設有排渣閥門V6。

優選上述的曝氣頭(1)采用金屬鈦燒結管、陶瓷膜管或微孔納米管等曝氣系統；曝氣孔徑為0.5～100um。所述的曝氣方式為微孔曝氣，采用微孔曝氣產生微氣泡。

本發明采用氣升式外循環反應器作為高壓溶氣裝置來代替傳統裝置的溶氣裝置與氣浮裝置。

本發明還提供了利用上述的封閉式連續高壓溶氣裝置進行封閉式連續高壓溶氣的方法，其具體步驟如下：供料泵A-1將廢水輸送到反應器中，高壓氣源C-1加壓氣體通過氣升管2底部的曝氣頭1以微孔曝氣方式進入廢水中，調節進氣閥門V1調節曝氣量與氣體進口壓力，控制出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣-浮渣出口閥門V4控制裝置內壓力和高壓氣源的進氣量，氣泡在氣升式外循環反應器中循環并帶動廢水中的乳化油、懸浮物、硅酸鹽上浮，在氣液分離區7形成泡沫浮渣，浮渣和氣體順著排氣管進入尾氣-浮渣分離罐D-1進行分離；供料泵A-1從氣液分離區7頂部將廢水連續打入裝置內，處理后的廢水從出料口3排出，使得裝置連續運行。

優選上述的高壓氣源C-1加壓氣體為空氣、氮氣、二氧化碳或臭氧中的一種或幾種氣體；高壓氣源由空壓機、增壓泵或氣體發生器中等一種或多種組合提供。

通過調節進氣閥門V1調節曝氣量，優選曝氣量為100-2000L/h。

可調節出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣/浮渣出口閥門V4的平衡維持壓力恒定，裝置內壓力控制在0.1～10MPa范圍內。

產生的泡沫浮渣可通過尾氣/浮渣系統(11)連續排出。

本發明通過調節進料閥門V3進料量與出料閥門V2出料量的平衡，實現高壓氣浮的連續性。

本發明所述的廢水為含油廢水，包括油田采出水、稠油廢水、煉油廢水等任何含油廢水。

有益效果：

本發明所提供的一種封閉式連續高壓氣浮方法及裝置。與現有氣浮方法及裝置相比，主要存在以下優點：

(1)使用了一種結構極其簡單的氣升式外循環裝置代替傳統的溶氣與氣浮裝置，簡化設備，降低設備成本，同時可以促進氣液充分接觸，加快氣體循環擴散，提高氣液傳質效率。

(4)微孔曝氣代替傳統的溶氣和溶氣步驟，使得操作簡單易懂，微孔曝氣可產生更小、分布更均勻的氣泡，大大提高了氣浮的效率。

(3)高壓連續性操作，增加了氣體的溶解性，始終保持水中有溶氣的狀態，可調節出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣/浮渣出口閥門V4的平衡維持壓力恒定，反應器壓力恒定后可調節尾氣/浮渣出口閥門V4的開度控制高壓氣源的進氣量，節約氣體降低能耗，在保證反應器中氣體溶解度和氣泡尺寸小、分布均勻的情況下，解決了傳統溶氣氣浮裝置需要大量的高壓氣體進行溶氣的問題，使得氣體與油、有機物等充分去除。

附圖說明

圖1封閉式連續高壓溶氣氣浮裝置示意圖；其中(1)曝氣頭，(2)氣升管，(3)出料口，(4)上橫接管，(5)下橫接管，(6)降液管，(7)氣液分離區，(8)釜體，(9)氣升式循環反應器，(10)供料系統，(11)尾氣-浮渣處理系統，(12)供氣系統，(13)儲料罐，(14)進料管，(15)排氣管，(16)進氣管，C-1高壓氣源，D-1尾氣-浮渣分離罐，A-1供料泵，進氣閥門V1，出料閥門V2，進料閥門V3，尾氣-浮渣出口閥門V4，排氣閥門V5，排渣閥門V6。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，一種封閉式連續高壓溶氣裝置，由供氣系統12、氣升式循環反應器9、供料系統10、出料口3和尾氣-浮渣處理系統11組成；其中氣升式循環反應器9由氣升管2、上橫接管4、下橫接管5和釜體8組成，釜體8上部為氣液分離區7，釜體8下部為降液管6，氣升管2位于釜體8側臂，上橫接管4和下橫接管5分別從降液管6上部與底部引出連接氣升管2形成循環；供氣系統12由高壓氣源C-1，曝氣頭1和進氣管16組成，曝氣頭1安裝在氣升管2底部，通過進氣管16經進氣閥門V1同高壓氣源C-1連接；供料系統10由儲料罐13，進料管14和供料泵A-1組成，進料管14連接儲料罐13和供料泵A-1，從氣液分離區7頂部進入，延長至降液管6中，分離區7頂部設有進料閥門V3；尾氣/浮渣處理系統11由尾氣-浮渣分離罐D-1和排氣管15組成，排氣管15從氣液分離區7側面引出，連接尾氣-浮渣分離罐D-1，在排氣管15引出氣液分離區7處設有尾氣-浮渣出口閥門V4，尾氣-浮渣分離罐D-1上側設有排氣閥門V5，底部設有排渣閥門V6。

實施例2

取某油田三元復合驅油田采出廢水，采出水含油量182mg/L，SS含量150mg/L，油滴中值粒徑74μm，pH 10.10，粘度4.83cP。裝置如圖1所示，三元復合驅采出廢水經供料泵A-1通過進料管(14)連續輸入裝置中，二氧化碳由增壓泵C-1經10μm金屬鈦燒結管曝氣頭(1)曝氣30min，調節進氣閥門V1使曝氣量為500L/h，氣體進口壓力為0.4MPa，調節出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣/浮渣出口閥門V4使裝置內壓力提高到0.4Mpa進行高壓氣浮，廢水中產生的泡沫浮渣經過尾氣/浮渣處理系統(11)連續排出。處理后的三元復合驅采出廢水中含油量38mg/L，SS含量20mg/L，油滴中值粒徑18μm。

實施例3

取某油田三元復合驅油田采出廢水，采出水含油量182mg/L，SS含量150mg/L，油滴中值粒徑74μm，pH10.10，粘度4.83cP。裝置如圖1所示，三元復合驅采出廢水經供料泵A-1通過進料管(14)連續輸入裝置中，二氧化碳由增壓泵經100μm金屬鈦燒結管曝氣頭(1)曝氣30min，調節進氣閥門V1使曝氣量為500L/h，氣體進口壓力為0.4MPa，調節出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣/浮渣出口閥門V4使裝置內壓力提高到0.4Mpa進行高壓氣浮，廢水中產生的泡沫浮渣經過尾氣/浮渣處理系統(11)連續排出。處理后的三元復合驅采出廢水中含油量85mg/L，SS含量61mg/L，油滴中值粒徑47μm。

實施例4

取某油田三元復合驅油田采出廢水，采出水含油量182mg/L，SS含量150mg/L，油滴中值粒徑74μm，pH10.10，粘度4.83cP。裝置如圖1所示，三元復合驅采出廢水經供料泵A-1通過進料管(14)連續輸入裝置中，二氧化碳由增壓泵經0.5μm金屬鈦燒結管曝氣頭(1)曝氣10min，調節進氣閥門V1使曝氣量為1500L/h，氣體進口壓力為10.0MPa，調節出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣/浮渣出口閥門V4使裝置內壓力提高到10.0Mpa進行高壓氣浮，廢水中產生的泡沫浮渣經過尾氣/浮渣處理系統(11)連續排出。處理后的三元復合驅采出廢水中含油量3.7mg/L，SS含量10mg/L，油滴中值粒徑1μm。

實施例5

取某油田三元復合驅油田采出廢水，采出水含油量168mg/L，SS含量230mg/L，油滴中值粒徑81μm，pH10.04，粘度5.2cP。裝置如圖1所示，三元復合驅采出廢水經供料泵A-1通過進料管(14)連續輸入裝置中，后采增壓泵經50μm氧化鈦陶瓷膜管曝氣頭(1)曝氣10min，調節進氣閥門V1使曝氣量為500L/h，氣體進口壓力為1.0MPa，調節出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣/浮渣出口閥門V4使裝置內壓力提高到1.0Mpa進行高壓氣浮，廢水中產生的泡沫浮渣經過尾氣/浮渣處理系統(11)連續排出。處理后的三元復合驅采出廢水中含油量33mg/L，SS含量23mg/L，油滴中值粒徑19μm。

實施例6

取某煉油廠熱軋廢水，采出水含油量268.7mg/L，SS含量230mg/L，油滴中值粒徑81μm，pH 6.04，粘度3.7cP。裝置如圖1所示，熱軋廢水經供料泵A-1通過進料管(14)連續輸入裝置中，空氣由空壓機經1μm氧化鈦陶瓷膜管曝氣頭(1)曝氣1h，調節進氣閥門V1使曝氣量為600L/h，氣體進口壓力為0.4MPa，調節出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣/浮渣出口閥門V4使裝置內壓力提高到0.4Mpa進行高壓氣浮，廢水中產生的泡沫浮渣經過尾氣/浮渣處理系統(11)連續排出。處理后的三元復合驅采出廢水中含油量56mg/L，SS含量45mg/L，油滴中值粒徑15μm。

實施例7

取某煉油廠熱軋廢水，采出水含油量268.7mg/L，SS含量230mg/L，油滴中值粒徑81μm，Ph 6.04，粘度3.7cP。裝置如圖1所示，熱軋廢水經計量泵A-1通過進料管(14)連續輸入裝置中，空氣由空壓機經0.5μm微孔納米管曝氣頭(1)曝氣1h，調節進氣閥門V1使曝氣量為800L/h，氣體進口壓力為2MPa，調節出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣/浮渣出口閥門V4使裝置內壓力提高到2Mpa進行高壓氣浮，廢水中產生的泡沫浮渣經過尾氣/浮渣處理系統(11)連續排出。處理后的三元復合驅采出廢水中含油量37mg/L，SS含量21mg/L，油滴中值粒徑15μm。

實施例8

取某油田采出廢水，采出水含油量192mg/L，SS含量179mg/L，油滴中值粒徑102μm，pH 9.89，粘度3.6cP。裝置如圖1所示，油田采出水經供料泵A-1通過進料管(14)連續輸入裝置中，后采用臭氧由臭氧發生器經經50μm氧化鋯陶瓷膜管曝氣頭(1)曝氣30min，調節進氣閥門V1使曝氣量為200L/h，氣體進口壓力為0.2MPa，調節出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣/浮渣出口閥門V4使裝置內壓力提高到0.2Mpa進行高壓氣浮，廢水中產生的泡沫浮渣經過尾氣/浮渣處理系統(11)連續排出。處理后的油田采出廢水中含油量55mg/L，SS含量19mg/L，油滴中值粒徑20μm。

實施例9

取某油田采出廢水，采出水含油量192mg/L，SS含量179mg/L，油滴中值粒徑102μm，pH 9.89，粘度3.6cP。裝置如圖1所示，油田采出水經供料泵A-1通過進料管(14)連續輸入裝置中，后采用臭氧由臭氧發生器經0.5μm氧化鋯陶瓷膜管曝氣頭(1)曝氣30min，調節進氣閥門V1使曝氣量為1000L/h，氣體進口壓力為2.0MPa，調節出料閥門V2、進料閥門V3、尾氣/浮渣出口閥門V4使裝置內壓力提高到2.0Mpa進行高壓氣浮，廢水中產生的泡沫浮渣經過尾氣/浮渣處理系統(11)連續排出。處理后的油田采出廢水中含油量12mg/L，SS含量8mg/L，油滴中值粒徑0.4μm。