煤熱解過程產(chǎn)生的冷凝水和焦油，經(jīng)過靜置分離及其它預(yù)處理工藝，最后形成的有機廢水含油質(zhì)量濃度通常仍可達2000～3000mg/L。除去滿足工藝系統(tǒng)自身冷卻及沖洗循環(huán)部分的需要外，剩余廢水需轉(zhuǎn)至后部精除油工序進行處理。廢水除油不徹底，含油過大，易引起工藝管路系統(tǒng)的堵塞，影響后部脫酚、脫硫系統(tǒng)的正常運行。在廢水生化處理階段，過高的含油質(zhì)量濃度，還會影響系統(tǒng)中微生物的活性和生化系統(tǒng)的運行。此外，油脂類物質(zhì)還容易粘結(jié)在系統(tǒng)換熱設(shè)備的表面，導(dǎo)致堵塞或影響換熱。有效除去廢水中絕大部分的油脂，不僅可避免出現(xiàn)上述問題，還可提高油的回收率，實現(xiàn)無害化和資源化的有機統(tǒng)一。
1、煤熱解廢水中油脂的存在形態(tài)
熱解廢水中的油脂一般常以如下5種形態(tài)存在。
(1)浮油:煤熱解廢水中的油大部分以粒徑大于100μm的油珠形式存在，其總量占含油量的70%～95%，稱之為浮油，經(jīng)過靜置沉降后能有效分離。
(2)分散油:其粒徑為10～100μm的小油滴懸浮分散在污水中，靜置一段時間后會聚并成較大的油珠，上浮到水面，這種狀態(tài)的油稱之為分散油，也較易除去。
(3)乳化油:由于各種表面活性劑或乳化劑的存在，油脂和廢水、細顆粒物等形成均勻且穩(wěn)定的多相分散體，且各種液體并不互溶，構(gòu)成乳化油。當(dāng)加熱、攪拌或加入其它化合物時，可使乳化油分離或分層。乳化油滴外觀呈乳狀，其粒徑一般小于10μm。
(4)溶解油:粒徑在幾個納米以下的超細油滴，以分子狀態(tài)分散于水相中，用一般的物理方法無法去除。但由于油在水中的溶解度很小，因而在水中的比例很小。
(5)固體附著油:分散在廢水中的固體雜質(zhì)，如煤粉和焦粉等表面所吸附的油。
2、煤熱解廢水除油技術(shù)選擇原則
煤熱解廢水中含有能形成油包水(W/O)型乳狀液的天然乳化劑，主要是分散在廢水中的固體雜質(zhì)，如煤粉和焦粉等，從而形成焦油和固體雜質(zhì)乳狀液。該焦油和固體雜質(zhì)乳狀液的穩(wěn)定性與煤粉、焦粉的粒度有較強的相關(guān)性。其粒度越小，乳狀液越穩(wěn)定，油/水分離越困難。在含氨量較大的有機廢水中，由于高溫和高速流動的混合作用，熱解油和氨水充分混合并乳化，氨水和油會以水包油(O/W)型乳化液形式存在。由于油中一般含有天然的界面活性物質(zhì)，如瀝青、喹啉類極性物質(zhì)，吸附在乳化液的油水界面上，形成牢固的界面膜，致使該乳化液變得十分穩(wěn)定，不易分離。
煤熱解廢水中的乳化油、固體附著油雖然含量不是很高，但處理難度卻相對較大，對后部工序的影響也較大。因此，在進行煤熱解工藝流程的設(shè)計時，采用對熱解氣預(yù)先進行顆粒物濾除的工藝可大大減少廢水中顆粒物的含量，因而可有效降低廢水中乳化油及固體附著油的比重，更有利于廢水中的油/水分離。
廢水中不同形態(tài)的油脂需采用不同的方法予以去除，如浮油及部分重質(zhì)分散油一般可采用靜置或離心分離方法去除。其它形態(tài)的油類物質(zhì)則要采用氣浮法、板聚結(jié)法、混凝沉降法、電凝絮法、過濾法及吸附法等方法進行去除。其中，氣浮法由于工藝方法最為成熟、成本較低且處理效果好，因而應(yīng)用更為普遍。
3、常見氣浮除油技術(shù)
氣浮法是利用在油—水懸浮液中釋放出大量直徑為10～120μm的微氣泡，借助于表面張力作用，將分散于廢水中的微小油滴粘附在微氣泡上，使氣泡的浮力增大上浮，實現(xiàn)油/水有效分離。一些氣浮除油技術(shù)在除油的同時，還可除去廢水中的懸浮物及部分有機污染物。目前已有的氣浮除油技術(shù)有多種類型。每類技術(shù)也都有其各自不同的特點及適用范圍。
3.1 誘導(dǎo)氣浮
誘導(dǎo)氣浮也稱為散氣氣浮，常見的誘導(dǎo)氣浮方法主要有葉輪氣浮和射流氣浮。
3.1.1 葉輪氣浮
葉輪氣浮是利用散氣盤在水中高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心效應(yīng)，形成的負壓將空氣吸入，繼而被散氣盤切割成小氣泡，并沿徑向甩出。進入水中的氣泡隨之向上運動，利用自身吸附功能，陸續(xù)將分散油或懸浮物吸附集聚成較大顆粒，并浮于水體表面而被去除。葉輪氣浮機具有吸入氣體多、無需溶氣、受含油質(zhì)量濃度影響小、設(shè)備緊湊、能耗低、投資少等優(yōu)點，但其本身為動設(shè)備，結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜、需定時保養(yǎng)，且對進水水質(zhì)的適應(yīng)性稍差，對進水負荷穩(wěn)定性要求高。其除油效率為75%～85%。
3.1.2 射流氣浮
射流氣浮則是利用水從噴嘴高速噴出時，會在噴嘴的吸入室形成負壓，氣體繼而被誘導(dǎo)吸入后，被高速水流剪切成氣泡，然后噴射進入水中。射流氣浮只需1臺泵提供動力，無需采用旋轉(zhuǎn)散氣盤，降低了能耗。射流氣浮的氣泡數(shù)量和尺寸受噴嘴結(jié)構(gòu)影響，氣泡直徑越小，氣泡數(shù)量越多，除油效果也越好。
誘導(dǎo)氣浮設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，占地面積小，最早被廣泛應(yīng)用于含油廢水的油/水分離過程中。
3.2 加壓溶氣氣浮
加壓溶氣氣浮是指在專門的溶氣罐內(nèi)，將被處理的廢水加壓至0.3～0.4MPa，使罐內(nèi)空氣充分溶于水中達到飽和。當(dāng)溶氣水經(jīng)壓力釋放閥送入氣浮裝置中時，由于驟然減壓，溶解于水中的空氣以微小氣泡形式釋放出來，然后吸附小油滴或懸浮物并上浮，將其去除。加壓溶氣壓力直接影響氣泡的數(shù)量、大小以及均勻性，壓力越高，氣泡的分散度也越高、越均勻。溶氣氣浮釋放的微氣泡外層是一層彈性水膜，由水分子在范德華力的作用下有序緊密排列而成，因此空氣無法逸出，使氣泡具有較強的穩(wěn)定性。溶氣氣浮產(chǎn)生的氣泡直徑為10～100μm，較誘導(dǎo)氣浮的氣泡直徑小，比表面積大，具有更好的油/水分離能力。
加壓溶氣氣浮技術(shù)按加壓方式可分為全加壓溶氣氣浮、部分加壓溶氣氣浮、部分回流加壓溶氣氣浮等類型。該技術(shù)的缺點是氣浮時間長，能耗較大、占地多，操作復(fù)雜，維護和運行成本較高，但對廢水的適應(yīng)性強，除油效率可達80%～90%。
3.3 旋流氣浮一體化技術(shù)
高效旋流氣浮一體化技術(shù)集旋流離心分離技術(shù)和氣浮技術(shù)結(jié)合于一體，因而在一個設(shè)備中實現(xiàn)了多級高效的油/水分離過程。工作時，污水沿旋流筒的切向以一定的速度進入，從而產(chǎn)生離心力。由于油、水、懸浮物的密度不同，在離心力的作用下，可先進行一定程度的粗分離。容器中還加入有溶解氣，通過氣泡與油和懸浮物的粘合，油和懸浮物在氣泡的作用下向上運動到容器頂部，并從頂部排污口把浮油和懸浮物一起排出。水向容器下部運動過程中，仍有碰撞聚集氣浮發(fā)生，到達底部的過程中又進一步強化了廢水的油/水分離。
近幾年已發(fā)展有多種形式的旋流氣浮一體化系統(tǒng)。按結(jié)構(gòu)特征分，旋流氣浮裝置又有不設(shè)內(nèi)筒、內(nèi)筒內(nèi)旋流式、內(nèi)筒外旋流式三大類型。但無論結(jié)構(gòu)形式如何變化，其工作原理大體相同，區(qū)別在于污水的流動循環(huán)方式和油脂收集方式。目前市場上的旋流氣浮一體機主要用于石油行業(yè)，處理能力普遍較小。為適應(yīng)煤化工行業(yè)的需要，尚需開發(fā)更為適用的、處理能力較大的此類裝置。
3.4 渦凹氣浮
渦凹氣浮是目前應(yīng)用較多的一種投資少、效率高、處理成本低、效果好的污水處理設(shè)備，可有效去除廢水中的油脂、膠狀物及固體懸浮物(SS)。
渦凹氣浮裝置一般包括曝氣機、抽風(fēng)管、回流管道、刮泥機及氣浮槽等部件。經(jīng)過預(yù)處理的污水首先由底部進入渦凹曝氣機的充氣段，并在上升過程中與曝氣機產(chǎn)生的微氣泡充分混合。曝氣機的工作原理是利用散氣葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，在水中形成一個真空區(qū)，通過抽風(fēng)管將水面上的空氣引入水中并進入真空區(qū)，產(chǎn)生微氣泡并呈螺旋狀上浮，繼而陸續(xù)吸附油脂及固體懸浮物，并將其帶至水面。刮泥機沿著整個液面運行，并將漂浮物從氣浮槽的進口端推到出口端的排放管道中。
位于氣浮槽內(nèi)底部的回流管道，一直從曝氣區(qū)延伸至氣浮段。在產(chǎn)生微氣泡的同時，曝氣機同時會在池底形成一個負壓區(qū)，進而會使廢水從池底回流至曝氣區(qū)，然后再返回氣浮段。該過程確保了40%左右的污水回流，使得在沒有進水的狀況下氣浮段仍可正常工作。
3.5 溶氣泵氣浮
溶氣泵氣浮采用溶氣泵提供氣泡，工作原理和一般氣浮分離系統(tǒng)相同。溶氣泵通常采用渦流泵或氣—液多相泵，其工作時在泵的入口處空氣與水一起進入泵殼內(nèi)，高速轉(zhuǎn)動的葉輪將吸入的空氣切割成小氣泡，小氣泡在泵內(nèi)的高壓環(huán)境下迅速溶解于水中，形成溶氣水，然后進入氣浮池完成氣浮過程。溶氣泵產(chǎn)生的氣泡直徑一般為20～40μm，溶氣水中最大含氣量可達30%，泵的性能在流量變化和氣量波動時十分穩(wěn)定，為泵的調(diào)節(jié)和氣浮工藝的控制提供了極好的操作條件。
溶氣泵氣浮系統(tǒng)的優(yōu)點是氣泡較小，油/水分離效果好，無需壓縮氣源，設(shè)備簡單，易于維護，造價也低?？朔藗鹘y(tǒng)加壓氣浮技術(shù)存在的釋放頭易堵塞，水溫高時溶氣效果差、操作維護復(fù)雜和運行費用高等缺點。
3.6 淺層氣浮
典型的淺層氣浮工藝系統(tǒng)由圓柱形淺水池、旋轉(zhuǎn)單元及溶氣水制備單元等部分組成。旋轉(zhuǎn)單元包括了進水口、布水器、加壓水入口、加壓水布水器、除油后廢水排出管、減速機和螺旋泥斗等部件。通過減速機的驅(qū)動，使旋轉(zhuǎn)單元繞其中心以與進水流速一致的速度緩慢轉(zhuǎn)動。
廢水從池中心的旋轉(zhuǎn)接頭進入廢水布水器排出。加壓水由加壓水布水器排出。除油后的廢水由專用排出管排出，分隔板可將剛布下的廢水和經(jīng)除油后的水完全隔開。經(jīng)精心設(shè)計，可使螺旋泥斗對水體擾動達到最小，并使其優(yōu)先刮去水池內(nèi)最先浮起的浮渣。浮渣靠重力作用自行落入到污泥池中。
淺層氣浮分離系統(tǒng)集絮凝、氣浮、撇渣、刮泥等功能于一體，其溶氣氣泡直徑也較小，使其對微小懸浮物的吸附效果更好。此外，由于處理池子淺，廢水停留時間短，大大提高了廢水分離效率，該技術(shù)適合處理大宗廢水。
3.7 電化學(xué)氣浮
電化學(xué)氣浮技術(shù)所采用的電極包括了惰性電極和可溶性電極兩大類，它是將破乳、絮凝、氣浮、沉降分離等功能集于一體的綜合處理技術(shù)，可有效去除水中的油、COD和懸浮物等。
電化學(xué)裝置中，當(dāng)采用可溶性極板時會電解析出Fe3+或Al3+，并繼而生成Fe(OH)3或Al(OH)3等化合物，可破壞乳化油滴穩(wěn)定的雙電層結(jié)構(gòu)，促使油/水進一步分離。其高效電絮凝功能可促使廢水中的膠體顆粒及懸浮物等雜質(zhì)凝聚沉降。電解氣浮產(chǎn)生的氫、氧等微小氣泡，直徑比較小，比表面相對較大，從而有助于吸附水中的懸浮油滴上浮至水面，使油/水得以有效分離。
電化學(xué)氣浮技術(shù)中的陽極因電解反應(yīng)會產(chǎn)生活性物質(zhì)，如羥基自由基和氧自由基等，可氧化分解廢水中含有的有機污染物，從而有助于降低廢水中COD的含量。
總體而言，電化學(xué)氣浮技術(shù)綜合處理效果好，裝置布局較為緊湊，處理效率高，所以更適用于含油質(zhì)量濃度較高的有機廢水。但該技術(shù)也存在不少缺點，如電極損耗比較快，能耗高，運行費用也高等，因而限制了其工業(yè)化應(yīng)用。
3.8 超聲波氣浮
超聲波氣浮利用專用發(fā)生裝置產(chǎn)生超聲波通入廢水中時，會周期性地產(chǎn)生瞬間負壓力和瞬間正壓力。由于壓力波動和突變而在廢水中產(chǎn)生的空化泡，其直徑只有幾個至幾十個納米，且存在時間非常短，不斷發(fā)生爆裂，并使附近小范圍區(qū)域內(nèi)的溫度和壓力急劇升高。在產(chǎn)生負壓時，液體中產(chǎn)生真空空穴。溶解于廢水中的氣體及有機物進入空穴，并由于高溫形成氣泡。接著在正壓力起作用時，瞬間產(chǎn)生強大的壓力，氣泡被壓縮而破裂。另外，超聲波在密度不同的異相界面處，會產(chǎn)生顯著的反射作用。由于這個反射聲壓，使廢水乳化油界面形成強大的沖擊力，從而導(dǎo)致乳化液滴界面破裂，實現(xiàn)破乳及油/水分離。超聲波震蕩產(chǎn)生的熱效應(yīng)、自由基效應(yīng)(產(chǎn)生極強氧化能力的羥基自由基等)和空化效應(yīng)(產(chǎn)生局部高溫高壓)，可迅速破壞有機污染物的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，使水中難被生化降解的大分子有機污染物轉(zhuǎn)化為易生化降解的小分子有機污染物，或者完全分解。當(dāng)超聲波通過分布有細小懸浮顆粒和油脂的廢水時，其中的顆粒開始與介質(zhì)一起振動，但由于大小不同的粒子具有不同的振動頻率，顆粒將相互碰撞、聚合，體積和質(zhì)量不斷增大。至一定程度時，已不能隨超聲波振動，只能作無規(guī)則的運動，繼續(xù)碰撞、聚合、變大，并逐漸上浮，形成浮渣和浮油，從而也達到了脫除油脂和懸浮物的目的。
綜上所述，采用超聲波氣浮技術(shù)進行廢水處理，不僅除油效果好，而且對廢水中的有機污染物也有較好的去除效果。同時，由于可使BOD/COD比提高0.15～0.25，因而還大大改善了廢水的可生化性能，有利于后續(xù)對廢水的進一步處理。因此，超聲波技術(shù)主要適用于高濃度、難降解有機廢水的治理，是一種可同時實現(xiàn)多種污染物脫除的綜合治理方法，通常可作為廢水生化處理前的預(yù)處理手段。
4、各種氣浮除油技術(shù)的比較
上述常用氣浮除油技術(shù)的特點及比較如表1所示?？傮w而言，加壓氣浮、淺層氣浮需要壓縮氣源，能耗相對較高，但分離效率也相對較高。渦凹氣浮、誘導(dǎo)氣浮無需壓縮氣源，有利于節(jié)能，但分離效率稍低。旋流氣浮一體化技術(shù)集成了兩種除油方式，整體結(jié)構(gòu)會更為緊湊。溶氣泵及超聲波氣浮系統(tǒng)構(gòu)成相對簡單，效率也高，綜合優(yōu)點較多，也是高效、綜合的除油方式。
氣浮技術(shù)中氣泡的產(chǎn)生方法有多種類型，常用的氣泡產(chǎn)生方法有:分散氣體法(擴散板、微孔管、噴射器、高速旋轉(zhuǎn)葉輪切割等)、加壓溶氣法、電解法、溶氣泵法、超聲波法及其它各種氣泡發(fā)生器。這些產(chǎn)氣方法和各種氣浮技術(shù)相結(jié)合，派生出了多種類型的氣浮裝置。此外，還有氣浮和板聚結(jié)等技術(shù)相結(jié)合而形成的復(fù)合除油裝置，分別適用于不同的應(yīng)用場合，滿足了各種不同的需要。
在系統(tǒng)造價及運行消耗方面，溶氣泵、渦凹氣浮及超聲波技術(shù)較為經(jīng)濟。在維護便利性方面，加壓及淺層氣浮較為復(fù)雜，而其它類型則相對較為簡便。在整體密閉性方面，旋流氣浮一體化及誘導(dǎo)氣浮相對容易，其它則稍顯復(fù)雜。
電化學(xué)氣浮的工程實踐總體尚比較有限，可靠性、經(jīng)濟性及成熟性方面還需要更多的應(yīng)用驗證和改進。選用時應(yīng)進行充分論證調(diào)研，最好先局部或小范圍試用，同時做好必要的應(yīng)急補救預(yù)案，以免故障突發(fā)時影響整線運行。
5、氣浮除油系統(tǒng)的設(shè)計選型
在熱解廢水的處理工藝流程中，脫酚處理前的廢水含油質(zhì)量濃度應(yīng)控制在500～1000mg/L。生化處理前對廢水含油質(zhì)量濃度要求更嚴，一般為30～50mg/L，BAF裝置處理前對含油質(zhì)量濃度要求也較低，要小于20mg/L。因此應(yīng)根據(jù)廢水的具體處理工藝和要求，選用設(shè)計相應(yīng)的除油系統(tǒng)。
通過對各類氣浮技術(shù)的分析比較可知，由于除油效率的差異，誘導(dǎo)及渦凹氣浮一般適用于分離要求不高的場合或者多級組合處理中的前置級。組合處理中的后置級一般可選用淺層氣浮、加壓溶氣氣浮及溶氣泵氣浮。由于超聲波氣浮技術(shù)不僅除油效果好，而且可分解廢水中的大分子有機污染物，同時還可改善廢水的可生化性能。因此，對熱解廢水，超聲波氣浮已成為進行生化處理前的常用處理手段。
當(dāng)含油廢水處理量較小時，旋流氣浮一體機較為適宜，且可多級串聯(lián)使用，以達到較高的分離效率。反之，處理量較大時，可采用渦凹或淺層氣浮，或者兩者串聯(lián)使用。對含重質(zhì)油成分較多的廢水，旋流氣浮更勝一籌。經(jīng)高溫濾管過濾的熱解氣，由于其所含顆粒物絕大部分已濾除，其冷卻凈化過程中產(chǎn)生的冷凝液，乳化液成分復(fù)雜性降低，所含乳化油數(shù)量減少，可考慮用溶氣泵氣浮。且在沒有壓縮氣源時，應(yīng)用更為方便，也更經(jīng)濟。
煤熱解廢水中含有揮發(fā)酚、氨等物質(zhì)，采用空氣氣浮除油過程中，空氣中的氧會氧化廢水中的酚，曝氣過程會產(chǎn)生大量的泡沫，生成較多雜環(huán)芳香族碳氫化合物及其它物質(zhì)，降低了廢水的可生化性。使用氮氣氣浮除油可避免上述問題，更為安全可靠。此外，對氣浮除油過程中排出的廢氣，必須采取密閉措施予以收集及集中處理，以免污染生產(chǎn)現(xiàn)場及大氣環(huán)境。
由于熱解廢水油脂中含羧基基團的環(huán)狀有機物含量較高，且難以與氣泡結(jié)合，加之油—水復(fù)雜的混合存在形式，通常單獨用氣浮除油難以滿足除油要求，必需采取各種除油方法組合使用，方能滿足各工藝環(huán)節(jié)提出的進水含油質(zhì)量濃度要求。除此之外，還要考慮采用適當(dāng)?shù)钠迫榧皽p粘類助劑。這些助劑能夠破壞乳化液表面膜的平衡狀態(tài)，強化油/水分離效果。破乳作用降低了界面張力，提高了廢水油脂的化學(xué)分離作用，并提高了兩相富集分離的速度，從而使油/水分離變得更為迅速和徹底。應(yīng)用時應(yīng)通過試驗，選擇有針對性的各種破乳劑，以適應(yīng)各種不同類型乳化液的破乳要求。
6、結(jié)語
氣浮除油是一種高效的含油廢水處理技術(shù)，具有工藝流程簡單，抗沖擊能力強，處理效果穩(wěn)定、占地面積小等諸多優(yōu)點。在煤熱解行業(yè)，隨著含油污水處理量和處理要求的提高，氣浮除油技術(shù)得到越來越廣泛的重視和應(yīng)用。隨著除油及分離技術(shù)的不斷發(fā)展，各類氣浮裝置的性能在不斷改進和提高，新的氣浮除油裝置在不斷涌現(xiàn)。這必然有利于促進煤熱解技術(shù)的進一步發(fā)展，煤熱解廢水油/水分離難題也一定能得以解決。( >
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