[发明专利]一种轴流式气旋浮油水分离装置和方法

说明书

本发明提供一种轴流式气旋浮油水分离装置和方法，分离装置包括自下而上的依次设置的起旋段、第一渐缩段、稳旋段和分离段，其中：所述起旋段底部进口设有起旋装置，所述第一渐缩段为圆台形连接管段，所述稳旋段呈长柱状，其上部设有强化旋流装置，所述分离段内部设置有圆台状结构的第二渐缩段。所述分离方法，包括得到油水气三相混合液、为混合液提供适当的湍动能、实现内部流场的均匀过渡、完成油滴和气泡的稳定黏附、以及油相和水相的分离等步骤。本发明基于现有的气浮旋流耦合作用原理对设备进行了重新设计，新工艺适用于对含油污水中的重质油滴和微细油滴的紧凑处理，可实现短流程下快速分离的目的。

技术领域

本发明涉及油水分离设备技术领域，具体涉及一种轴流式气旋浮油水分离装置和方法。

背景技术

基于环境治理和污染物资源化利用的现实需求，含油污水中微量油类的分离亦已成为当今水治理领域的研究热点。人们迫切需要高效、节能、体积小的分离技术，旋流分离器是最有效的分离设备之一。但旋流器对密度接近水的重质油滴和粒径大小较小的微细油滴的脱除效果并不理想。现有的解决方案之一是向旋流器中加入微气泡，气泡附着油滴，降低油滴-气泡黏附体的密度，在密度差导致的离心力差异下实现油水分离。因此，将旋流、气浮两种单元处理技术组合而成的气浮旋流一体化(或称气旋浮)处理技术可有效强化旋流脱油效果。

当运用气旋浮技术去除污水中的油滴时，油滴与气泡的碰撞概率和黏附稳定性决定了除油效率。只有气泡和油滴稳定地结合起来而不易造成脱附的情况下，气旋浮技术对于去除污水中的油滴才是有效的。众多的文献研究表明，适当的湍动能可以增加油滴与气泡的碰撞效率，并使油滴-气泡黏附体具有较佳的稳定性。然而，当前在旋流器基础上改造的气旋浮分离器，其结构型式以切向入口进液的锥形水力旋流器为主。但切向入口进液，要求液体速度快，动能大，这不仅会导致气泡和油滴无法稳定黏附，还会引起液滴和气泡破裂，扰乱流场干扰油水分离。而轴流式水力旋流器由于是靠旋流叶片起旋，叶片的入口湍动能要远小于锥形水力旋流器，并且旋流叶片可以使流体均匀流动，有效防止偏心。但轴流式旋流器除油和轴流式气旋浮分离器除油在技术原理上并不一样，为满足油滴和气泡的碰撞黏附形成稳定升力体的时间，在设计上，轴流式气旋浮分离器的长度要长于传统的轴流式旋流分离器。如中科院力学研究所吴应湘设计的轴流式井下旋流油水分离器，该发明便不能直接用于气旋浮领域，一是因为该装置是用于处理大相比油水混合物(油含量1％以上)，装置内径过大，不能有效处理含油污水中的微量油类(油含量0.1％以下)；二是因为该装置长度过短，未能提供使微细气泡和油滴碰撞、黏附的充足时间。若通过提高入口流速来克服旋流强度在重力作用下的衰减，则会重复切向入口式旋流器的弊病。此外，CN113636617B公开了一种弱旋流耦合微气浮的水体快速预除藻方法及装置，但该方法和装置均以气-固碰撞、黏附为前提，这与气-水碰撞、黏附原理存在热力学和流体力学上的不同，其设备不能通过气旋浮实现油水的有效分离。因此，现有的轴流式旋流器无法直接用于气旋浮耦合除油。因此，目前亟需一种可将旋流、气浮两种单元处理技术结合在一起，从而提高重质油滴和微细油滴分离效果的轴流式气旋浮分离装置和方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种轴流式气旋浮油水分离装置和方法。所述分离装置和方法通过设计新型的轴流式气旋浮分离器结构，将旋流与气浮两种单元处理技术有效结合，可提高重油和微细油的分离效果。

因此，本发明的第一个目的在于，提供一种轴流式气旋浮油水分离装置，所述分离装置包括自下而上依次设置的起旋段、第一渐缩段、稳旋段和分离段，其中：

所述起旋段位于分离装置的底部，所述起旋段的直径D1为20～50mm，长度L1为2D1～4D1，其内部设置有进水口和起旋装置，所述进水口位于所述起旋段的底部，所述起旋装置位于所述进水口的上方；

所述第一渐缩段为下部大上部小的圆台形连接管段，长度L2为2L1～5L1，其下端和上端分别与起旋段和稳旋段相接，且下端的外径与起旋段的外径相匹配，上端的外径与稳旋段的外径相匹配；所述第一渐缩段的管壁与所述起旋段的管壁之间的夹角β为174°～179°；