試驗(yàn)場水汽乳化液油污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊順成，邵曉華，王建兵，顧鑫超，胡登明（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

試驗(yàn)場水汽乳化液油污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊順成，邵曉華，王建兵，顧鑫超，胡登明
（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

試驗(yàn)場因潤滑油被高溫水汽乳化而產(chǎn)生乳化液油污水，需設(shè)計(jì)一套相應(yīng)的處理系統(tǒng)達(dá)標(biāo)排放。先闡述了這套系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的、技術(shù)要求、設(shè)計(jì)參數(shù)、系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)與設(shè)備組成，后重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)中乳化液油污水處理裝置的工作原理、功能與處理流程以及其設(shè)備組成。系統(tǒng)繼承了原有的油污水處理技術(shù)，并在原設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改性設(shè)計(jì)，在破乳的基礎(chǔ)上增加了溶氣氣浮及膜分離技術(shù)，以適應(yīng)實(shí)際情況的需要。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程和方法可供同行參考。

乳化液；破乳；膜組件；超濾；溶氣氣?。粡U水處理；設(shè)計(jì)

試驗(yàn)場因潤滑設(shè)備運(yùn)行時(shí)噴出的潤滑油受到高溫水汽的作用而被乳化，乳化液流向設(shè)備兩旁的廢水池：一處為水汽排放池，另一處為集水池，因被潤滑的設(shè)備需要水，所以后面這一處這個(gè)池的附近還有一個(gè)給水池為其提供水源，水被使用過后，流入集水池，且數(shù)量大；剛開始時(shí)，集水池底層水中油濃度低，可被抽回給水池供循環(huán)使用，但待次數(shù)一增多，油濃度就增高，而且水面也浮了一層潤滑油，達(dá)到一定濃度后，潤滑油就影響到給水池中監(jiān)測儀器的正常工作，這時(shí)給水池中所有的液體連跟集水池中多次積累的沒被乳化和被部分乳化的潤滑油一起被泵輸送到附近的油污水池儲(chǔ)存起來，而給水池?fù)Q上新的干凈的自來水。隨著潤滑設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行，水汽排放池和油污水池中的潤滑油越來越多，水中油濃度越來越高，污水量越來越大，這樣必須處理水汽排放池和油污水池中的油污水，待達(dá)標(biāo)后方可排放。潤滑設(shè)備使用的潤滑油為汽缸油[1]，閃點(diǎn)大于260℃，40℃時(shí)對(duì)應(yīng)的動(dòng)力粘度大于1000mm2·s-1。這種潤滑油很適合于高溫環(huán)境使用，但常溫下非常粘,相應(yīng)的油污水處理起來非常困難，采用以往的吸附法來處理，會(huì)很快讓吸附劑飽和而使設(shè)備失靈，為此課題組曾對(duì)這種潤滑油水汽乳化油水處理方法展開過研究，見文獻(xiàn)[2]，為本水汽乳化油污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。

1　水汽乳化油污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的

水汽乳化油污水處理系統(tǒng)主要用于試驗(yàn)場地的水汽水池、集水池和油污水池的乳化液收集、處理及排放，排放水質(zhì)滿足上海市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及MEPC.107（49）防污公約的排放標(biāo)準(zhǔn)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)前已針對(duì)其中的關(guān)鍵問題展開過研究，反復(fù)進(jìn)行了試驗(yàn)，積累了相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，奠定了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。之前主要靠人工操作處理，現(xiàn)采用監(jiān)控設(shè)備、傳感器、破乳技術(shù)和膜過濾技術(shù)設(shè)計(jì)一套自動(dòng)高效的試驗(yàn)現(xiàn)場乳化油污水處理系統(tǒng)，以防止污染周圍的水土，消除試驗(yàn)的后顧之憂。

2　設(shè)計(jì)技術(shù)要求及設(shè)計(jì)參數(shù)

水汽乳化液油污水處理系統(tǒng)具備將相應(yīng)水池的油污水處理達(dá)標(biāo)排放、循環(huán)處理和浮油回收的作用。

2.1油污水收集

具備收集水汽排放水池表面浮油和排空池內(nèi)全部油污水的功能；具備對(duì)該池內(nèi)油污水循環(huán)處理的功能；具備將油污水池內(nèi)全部油污水轉(zhuǎn)駁至油污水處理裝置的功能。

2.2原水水質(zhì)

乳化液的平均含油量為2500mg·L-1。

2.3處理水排放標(biāo)準(zhǔn)

滿足上海市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、MEPC.107（49），見表1。

表1　排放標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Discharge standard

2.4油污水處理量

5m3·h-1

2.5排放水排出壓力

0.1MPa

2.6最大吸高

水汽水池：5.5m，5m3·h-1集水池：3.5m，2m3·h-12.7電源要求

AC380V 50Hz14kW

2.8環(huán)境條件

在下列條件下系統(tǒng)能正常工作：（1）環(huán)境溫度：0～45℃

（2）相對(duì)濕度：93±3%（40℃時(shí)）

3系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)與設(shè)備組成

3.1　系統(tǒng)功能簡介

圖1　系統(tǒng)功能流程圖（圖中符號(hào)見圖3中圖例）Fig.1　Function flow chart of whole system

如圖1所示，乳化液油污水處理系統(tǒng)用于對(duì)處理水汽排放池、集水池和油污水池中的油污水的收集、處理，使排放水的油含量小于15mg·L-1，同時(shí)具備處理后清水回用至水汽排放池的功能。

3.1.1收集

（1）水汽排放池包括表面浮油和其池內(nèi)全部油污水水汽排放池內(nèi)污水的收集由裝置的進(jìn)水泵完成，泵前在水汽排放池邊設(shè)置一引水罐，設(shè)2根進(jìn)水管分別收集浮油和全池油污水。①收集表面浮油：設(shè)置浮油收集槽，安裝在水汽排放池的一邊，浮油收集槽連接裝置的進(jìn)水泵。在水池另一邊安裝多孔管，連接乳化液油污水處理裝置的清水回流管，用于掃水池表面浮油。清水回流量略小于裝置的進(jìn)水泵流量，使浮油收集槽能及時(shí)排出所收集的浮油。收集槽內(nèi)設(shè)置液位控制器，控制進(jìn)水泵的啟停。②收集全部油污水：連接進(jìn)水泵的集水管安裝至水汽排放池的底部，池內(nèi)設(shè)置一低液位浮球液位控制器，可控制進(jìn)水泵的停止。

（2）集水池表面浮油集水池表面的浮油收集在集水池停止工作的時(shí)候進(jìn)行。池內(nèi)設(shè)置浮油收集槽，安裝在集水池靠近泵坑的一邊，其進(jìn)水口標(biāo)高高于集水池工作的最高液位100mm。浮油收集槽連接一臺(tái)集水泵。在水池兩邊安裝多孔管，連接自來水用于掃水池表面浮油。自來水流量略小于集水泵流量，使浮油收集槽能及時(shí)排出所收集的浮油。收集槽內(nèi)也設(shè)置液位控制器，控制進(jìn)水泵的啟停。

（3）油污水池油污水轉(zhuǎn)駁油污水池內(nèi)的污水包括由集水池浮油收集泵收集的浮油、集水池潛水泵轉(zhuǎn)駁的油污水。

3.1.2處理采用一體化的乳化液油污水處理裝置對(duì)進(jìn)入裝置的油污水通過破乳、混凝、氣浮、超濾，進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理，出水水質(zhì)滿足油含量不大于15mg·L-1。3.1.3排放及回用處理達(dá)標(biāo)的水可以就近排入雨水井，也可經(jīng)回流管回流至水汽排放池，用于驅(qū)趕池中液表面上的浮油，便于水汽排放池的浮油收集處理。

3.2系統(tǒng)主要設(shè)備、安裝位置與其功能簡述

3.2.1集水池內(nèi)浮油收集器和浮油沖掃管組，前者用于集水池非工作狀態(tài)下，收集池表面的浮油，其進(jìn)水堰口高于集水池最高工作液位，用于收集集水池內(nèi)的浮油，收集器內(nèi)設(shè)置中、低液位浮球，而后者用于在前者工作時(shí)，將池表面的浮油驅(qū)趕到其內(nèi)。3.2.2集水池邊浮油收集泵和水泵控制箱，前者將浮油收集器收集到的油污水及時(shí)排走，泵的自動(dòng)啟停由浮油收集器內(nèi)置的中、低液位浮球控制；后者則控制浮油收集泵和油污水池中的潛水泵。

3.2.3油污水池內(nèi)浮球液位控制器和潛水泵，在油污水池中液位、低液位處設(shè)浮球液位控制器，用于自動(dòng)啟停潛水泵，而潛水泵用于將油污水池內(nèi)的污水輸送至乳化液油污水處理裝置。

3.2.4水汽排放池內(nèi)浮油收集器、浮油沖掃管組和油污水收集管，前者用于收集池表面的浮油，器內(nèi)設(shè)置中、低液位浮球；中者用于在前者工作時(shí)，將池表面的浮油驅(qū)趕到前者之內(nèi)；后者用于將池內(nèi)全

部污水輸送至乳化液油污水處理裝置。

3.2.5水汽排放池邊引水罐和乳化液油污水處理裝置，前者用于幫助乳化液油污水處理裝置的進(jìn)水泵從水汽排放池內(nèi)吸水，而后者則用于處理整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的油污水。

3.3乳化液油污水處理裝置工作原理、功能、流程與設(shè)備組成

由上述可見乳化液油污水處理裝置（以下簡稱裝置）是整個(gè)處理系統(tǒng)的最主要組成和最重要設(shè)備，處理系統(tǒng)的工作效率高低和技術(shù)指標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)完全取決于它。

3.3.1裝置工作原理

前期對(duì)該乳化液進(jìn)行了破乳分離的科研試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）該水汽乳化液是可以化學(xué)破乳的；（2）該化學(xué)破乳和重力分離的停留時(shí)間長，達(dá)到出水滿足含油量小于15mg·L-1需停留時(shí)間在24h以上，而破乳后1～2h，出水含油濃度為200～400mg·L-1。因此裝置的工藝方案在破乳的基礎(chǔ)上需進(jìn)行優(yōu)化，即破乳后強(qiáng)化油水重力分離，采用氣浮的技術(shù)措施加快油份上浮的速度以減少水力停留時(shí)間，然后采用膜過濾技術(shù)，一方面確保出水含油量小于15 mg·L-1，另一方面減輕氣浮處理效率的要求，進(jìn)一步減少前段氣浮的停留時(shí)間，其主體工藝見圖2所示。

圖2　廢水處理主體工藝流程Fig.2　Principal part process flow chart of oil wastewater disposal

3.3.2裝置功能與流程

裝置功能與流程如圖3所示。

裝置通過進(jìn)水口1和2將需要處理的所有乳化液油污水泵入裝置內(nèi)，經(jīng)加藥泵分別投加破乳劑、混凝劑，并經(jīng)管道混合器充分混合后，進(jìn)入裝置本體進(jìn)行混凝和溶氣氣浮，過濾，在達(dá)到出水含油量小于15mg·L-1后排放或回水汽排放池。經(jīng)氣浮分離出的油份貯存在污油柜中，根據(jù)要求排出。

3.3.3裝置的設(shè)備組成裝置由進(jìn)水模塊、加藥模塊、破乳模塊、溶氣模塊、氣浮模塊、污油模塊、膜分離模塊、膜清洗模塊和控制模塊等組成。

圖3　裝置的功能與流程Fig.3　Function&flow chart of the equipment

（1）進(jìn)水模塊包括浮油收集器、進(jìn)水泵、投入式浮球液位控制器等。浮油收集器安裝在水汽排放池內(nèi)部，用于收集池中表面的浮油；進(jìn)水泵額定流量為5m3·h-1，額定吸程為5m，其自動(dòng)運(yùn)行由置于水汽排放池的浮球液位控制器控制。

（2）加藥模塊包括1臺(tái)破乳劑加藥泵、1臺(tái)混凝劑加藥泵、2套加藥裝置。加藥裝置用于配置、攪拌破乳劑和混凝劑，設(shè)有電磁閥和液位開關(guān)。固體藥劑從裝置的投藥口添加，開啟電磁閥進(jìn)水加水，液位到達(dá)高位時(shí)電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。每套加藥裝置的容積滿足處理800m3乳化油油污水。破乳劑加藥泵用于向進(jìn)水投加破乳劑，進(jìn)行化學(xué)破乳；混凝劑加藥泵用于向經(jīng)破乳的進(jìn)水投加混凝劑，使含油雜質(zhì)產(chǎn)生凝聚、絮凝，以提高后續(xù)的氣浮處理效率。2臺(tái)加藥泵的自動(dòng)運(yùn)行與進(jìn)水泵同步，并由加藥裝置的低液位進(jìn)行停泵保護(hù)。

（3）破乳模塊包括管道混合器、破乳組件等。前者安裝在進(jìn)水管上，分別在破乳劑和混凝劑的加藥點(diǎn)之后，經(jīng)加藥后，水流通過管道混合器使加入的藥劑迅速均勻的混合，提高破乳效率和混凝效率；后者內(nèi)置折板絮凝器，使水流在異波折板間縮放流動(dòng)，形成眾多小渦流，造成油份顆粒碰撞，減少絮凝停留時(shí)間。

（4）溶氣模塊包括溶氣循環(huán)泵、溶氣發(fā)生器等。前者用于將循環(huán)水柜內(nèi)的氣浮出水部分循環(huán)回流至后者，回流比為20%～40%；后者由噴射器、溶氣罐、填料等組成。回流水經(jīng)噴射器吸入空氣，該部分空氣在溶氣罐內(nèi)一定壓力下溶解于水，溶氣罐內(nèi)放置鮑爾環(huán)填料用于增加氣水接觸面積，提高溶氣效率。溶氣循環(huán)泵流量2m3·h-1，揚(yáng)程為50m，其自動(dòng)運(yùn)行方式為常開式，由循環(huán)水柜超低位浮球進(jìn)行超低位停泵保護(hù)。

（5）氣浮模塊包括氣浮裝置，由接觸柜和氣浮柜等組成。經(jīng)破乳和混凝的油污水和溶氣發(fā)生器輸送的溶氣水在接觸柜混合，溶氣水釋放出微小氣泡，粘附油污水中的污油絮體，形成密度小于水的絮體而上浮到水面，在水面上形成浮油層，從而達(dá)到油水分離。其處理流量為7m3·h-1，油去除能力在70%～90%。

（6）污油模塊包括污油貯存裝置、污油泵、浮球液位控制器。

（7）膜分離模塊包括保安濾器、膜分離組件、膜過濾循環(huán)泵等。前者用于過濾去除氣浮出水中的微小顆粒雜質(zhì)，減少對(duì)膜的污染。膜分離組件由10個(gè)膜組件組成，用于對(duì)乳化油進(jìn)行油水分離，分離出的水向外排放，濃縮乳化油回流至破乳模塊。平均時(shí)處理能力5m3·h-1，出水油濃度≤15mg·L-1。后者的流量為50m3·h-1，揚(yáng)程10m，其自動(dòng)運(yùn)行根據(jù)循環(huán)水柜的液位，高位啟動(dòng)，低位停止運(yùn)行。同時(shí)膜組件運(yùn)行過程中，需間歇停止進(jìn)行清水反沖，運(yùn)行30min，反洗需2min。

（8）膜清洗模塊包括清洗裝置和清洗泵。前者用于配置膜組件清洗液，而后者清洗泵用于對(duì)膜組件進(jìn)行反沖洗。膜組件清洗時(shí)間1h，膜清洗泵流量20m3·h-1，揚(yáng)程20m。膜清洗有兩種模式：清水反沖和藥洗。清水反沖是在膜過濾的過程中間歇進(jìn)行的，清洗水柜內(nèi)自動(dòng)進(jìn)清水，由電磁閥供水，高液位時(shí)閥關(guān)閉。清洗泵運(yùn)行時(shí)與膜過濾循環(huán)泵連鎖，當(dāng)膜過濾循環(huán)泵停止運(yùn)行時(shí)，清洗泵啟功；膜過濾循環(huán)泵啟動(dòng)時(shí)，清洗泵停止運(yùn)行。藥洗周期約一個(gè)月，清洗水柜內(nèi)添加清洗劑，注水后電磁閥關(guān)閉，清洗泵運(yùn)行一定時(shí)間會(huì)自動(dòng)停泵。

（9）控制模塊包括控制箱、油份濃度計(jì)與傳感器等。前者具有手動(dòng)和自動(dòng)控制功能、運(yùn)行和故障報(bào)警顯示功能，提供裝置運(yùn)行信號(hào)和裝置綜合報(bào)警信號(hào)輸出接口。中者即油份濃度計(jì)對(duì)出水油份濃度進(jìn)行監(jiān)測并在超標(biāo)時(shí)發(fā)出報(bào)警。后者包括液位控制器等跟前者連接完成對(duì)一些物理量如液位等的控制。

4　系統(tǒng)性能參數(shù)

系統(tǒng)中的乳化液油污水處理裝置的性能參數(shù)為：處理能力：5m3·h-1；功率：10kW；排油壓力：≯0.05MPa；出水水質(zhì)：含油量≤15mg·L-1。

至于系統(tǒng)其它設(shè)備性能參數(shù)、物理參數(shù)、物理接口、電氣接口和電氣控制的詳細(xì)說明等，限于篇幅在此不作介紹。

5　解決的關(guān)鍵技術(shù)和其技術(shù)途徑

水汽乳化液油污水處理系統(tǒng)繼承了原有的油污水處理技術(shù)，并在原來的技術(shù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)合本系統(tǒng)功能和性能要求進(jìn)行了改性設(shè)計(jì)，在破乳的基礎(chǔ)上增加了溶氣氣浮及膜分離技術(shù)，以適應(yīng)實(shí)際情況的需要。

試驗(yàn)現(xiàn)場原油污水乳化程度高，僅采用重力分離工藝會(huì)增加水力停留時(shí)間，設(shè)備的體積也會(huì)因此增大。容氣氣浮法是一種有效的液液分離方法，可分離顆粒密度接近于水的細(xì)小顆粒。所以破乳后采用回流溶氣氣浮流程，能進(jìn)一步強(qiáng)化油水重力分離，加快油份上浮的速度以減少水力停留時(shí)間，提高分離效率。

最后采用膜分離技術(shù)。這種技術(shù)就是利用超濾膜的篩分原理對(duì)水和油進(jìn)行分離：乳化油的油滴直徑約10μm左右，而超濾膜的膜孔徑在5萬分子量左右，油粒子與膜孔兩者粒徑相差100多倍，而水的分子量只有18，屬于納米級(jí)的水平，因此，水分子能輕易通過膜孔，而油分子無法通過。系統(tǒng)選擇了以聚偏氟乙烯PVDF為材料的超濾膜，在氣浮分離后設(shè)置10組膜組件再次進(jìn)行油水分離，既確保出水含油量小于15mg·L-1，也減少了前段氣浮的停留時(shí)間，減輕了對(duì)氣浮處理效率的要求。

6　結(jié)論

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了現(xiàn)場情況，對(duì)系統(tǒng)中各裝置進(jìn)行了性能計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、可靠性分析維修性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，并采取了合理的防腐防漏技術(shù)措施，系統(tǒng)處理能力跟現(xiàn)場情況匹配。這套系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程和方法可供同行參考。

［1］GB/T447-1994，蒸汽汽缸油［S］.

［2］楊順成，張康，倪海，等.1000號(hào)汽缸油蒸汽乳化油水分離方法研究［J］.化學(xué)工程師，2012，26（22）:58-62.

［3］PB31/199-1997，上海市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］GB/T16488-1996，紅外光度法［S］.

［5］上海市政工程設(shè)計(jì)研究院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

Design on disposal system of wastewater in test field from lubricating oil emulsified by exhaust steam

YANG Shun-cheng，SHAO Xiao-hua，WANG Jian-bing，GU Xin-chao，HU Deng-ming
（Shanghai Marine Equipment Research Institute，Shanghai 200031，China）

In test field，there was much wastewater from lubricating oil emulsified by exhaust steam，so the corresponding disposal system was necessary to be designed up to relative standards for discharge.Firstly the purposes and technical requirements and parameters of the system design and system scheme design and equipment composing were introduced，then the working principle and functions and disposal flow scheme and its composing of this oil wastewater disposal equipment were emphasized and set forth.The system had succeeded to previous disposal technologies of oil wastewaters and had been improved greatly on the basis of old design and production，and after emulsion was split air-dissolving and updraft and membrane separating technologies had been adopted to fit the factual conditions.The design flow scheme and methods could be supplied craft brothers for references.

emulsified liquor；emulsion-splitting；membrane module；super-filtration；air-dissolving and updraft；wastewater disposal；design

X703.1

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160838

2016-03-28

楊順成（1966-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：磨損與潤滑。1992年畢業(yè)于南京理工大學(xué)，機(jī)械學(xué)碩士。