船舶油水分离器结构设计

船舶油水分离器结构设计

文章摘要：本文针对含油废水中浮油，分散油和乳化油的处理，将重力法与聚结技术相结合，设计制作了波纹板聚结油水分离器，并对其内部构件比如入口构件、聚结构件、集油构件及出口构件进行了创造性的优化设计，改善了水力条件，强化了重力油水分离过程。其中聚结构件的优化设计和聚结材料的表面特性是提高油水分离效果的关键，直接影响到设备的除油效率。

在聚结构件结构的设计上采用横向流进水，利用波纹板提供的曲折通道和非常大的聚结表面产生近似于正弦波的水流，使分散油珠产生最大程度的聚结。以斯托克斯公式和浅层沉淀理论为依据，进行板长板宽及板间距的选择，并以雷诺数验证水流的层流状态；在聚结材料的选择上，通过测量油在备选材料上的接触角，并考察其有效、经济、耐久性，最终确定经改性剂A 进行表面改性后的镀锌板作为该油水分离器的聚结板材。所设计的装置可去除20um 以上的油珠，出水含油量小于10mg/L，基本达到设计要求。

关键词：油水分离，重力，聚结，粗粒化，波纹板

第一章 绪论

船舶行驶时会排放大量的油而污染水域，含油污水对环境的污染主要表现在对生态系统和自然环境的严重影响。流到自然水体中的可浮油，形成油膜后会阻碍大气复氧，断绝水体氧的来源；而水中的如花油和溶解油，由于需氧微生物的作用，在分解过程中消耗水中溶解氧，是水体形成缺氧状态，以致鱼类和水生物难以生存。所以必须对船舶含油废水加以处理，达到标准后才能排放。

1.1 船舶含油废水的来源及水质特征

船舶含油废水包括油船的压载水、洗舱水和舱底水。

废水中不同形态的油有着不同的理化性质，在很大程度上决定了相应处理的选择。通常油类在水中主要以五种状态分布[1]。

（1）浮油: 这种油在水中分散颗粒较大，油粒径一般大于100 um，静置后能较快上浮，以连续相的油膜漂浮在水面。

（2）分散油: 油在水中的分散粒径为10～100 um，以微小油珠悬浮于水中，不稳定，静止一定时间后往往形成浮油。

（3）乳化油: 油珠粒径小于10 um ，一般为0.1～2 um 。往往因水中含有表面活性剂使油珠形成稳定的乳化液。乳化油的稳定性取决于废水的性质及油滴在水中分散度，分散度愈大愈稳定。

（4）溶解油: 油以分子状态或化学方式分散于水体中，形成稳定的均相体系，粒径一般小于几微米。

（5）固体附着油: 吸附于废水中固体颗粒表面的油。

混入废水中的油类多数以几种状态并存，极少以单一的状态存在。一般需采用多级处理方法，经分别处理后才能达到排放标准。

1.2 船舶含油废水的处理技术介绍

含油废水处理的难易程度随其来源及油污的状态和组成方法按原理可分为物理法(沉降、机械、离心、粗粒化、过滤、膜分离等); 物理化学法(浮选、吸附、离子交换、电解等); 化学法(凝聚、酸化、盐析等); 生物化学法(活性污泥、生 物滤池、氧化塘等) [2]。下面介绍几种国内外常见的处理方法[3-6]。

（1）重力分离法: 利用油水两相的密度差及油和水的不互溶性进行分离。沉降分离在隔油池中进行，常见的有平流式(API)、平行板式(PPI)、波纹板式(CPI)等型式。平流式隔油池的设计主要基于斯托克斯公式，由公式可求得一定表面积的隔油池所能除去的最小油珠粒径。隔油池水流状态对除油能力和效果也有很大影响，最好的水流状态是层流状态，它有利于油珠的上升和固相的沉降。根据以上理论，进而设计出了PPI 式、CPI 式、IPI 式(斜板式) 等更为高效隔油池。这几种型式的隔油池与API 式相比较，占地面积省，去油能力、排油能力及安全程度等方面明显提高，因此已被广泛应用。该类方法设备结构简单，易操作，除油效果稳定，但对溶解性油类或乳化油是不适用的。

（2）聚结法(粗粒化法): 利用油水两相对聚结材料亲和力的不同来进行分离，主要用于分散油的处理。此法的技术关键是粗粒化材料的选择，许多研究者认为

材质表面的亲油疏水性是主要的，而且亲油性材料与油的接触角小于70°为好。常用的亲油性材料有蜡状球、聚烯系或聚苯乙烯系球体或发泡体、聚氨酷发泡体等。粗粒化法可以把5 ~10 um 粒径以上的油珠完全分离，无需外加化学试剂，无二次污染，设备占地面积小，基建费用较低。但对悬浮物浓度高的含油废水，聚结材料易堵塞。

（3）凝聚法: 也就是用絮凝剂除油的方法。常用的无机絮凝剂是铝盐和铁盐，特别是近年来出现的无机高分子凝聚剂，如聚硫酸铁、聚氯化铝等，具有用量少、效率高的特点，而且使用时最优pH 也较宽。虽然无机絮凝剂法的处理速度快，但药剂较贵，污泥生成量多。有机高分子凝聚剂的研究发展很快，但目前有机高分子絮凝剂在含油废水处理方面的应用仍然主要是用作其它方法的辅助剂。

（4）气浮法: 通常采用的主要是加压溶气浮选法去除乳化油。因为空气微泡由非极性分子组成，能与疏水性的油结合在一起，带着油滴一起上升，上浮速度可提高近千倍，所以油水分离效率很高。常在含油废水中加入絮凝剂，还会进一步提高油水的分离效果。目前该法已被广泛应用于油田废水、石油化工废水、食品油生产废水等的处理，但动力消耗较大，构造复杂，维修保养困难。 不同而有差异。其处理