一种油水分离装置

1.本文涉及但不限于乳化液污水精细化处理技术领域，尤其涉及但不限于一种对乳化液污水进行深度除油的方法及装置。


背景技术：

2.含油废水是石油和天然气、石化、制药、冶金和食品行业、航运和海事等许多行业产生的污染物，会对公众健康和生态系统造成极大危害。随着排放要求的日趋严格，传统工艺已经无法满足越来越复杂的水质要求。同时，乳化液废水中通常含有乳化剂以及相应的化学添加剂，导致工艺末端产生废水中的油类已转化为微米级的水包油结构，油水界面性质复杂，压缩电层、网补卷扫已不能使这些胶状油类有效脱稳、聚集，尤其是油滴粒径在10微米以内的乳化液废水是目前面临的不可避免的挑战。
3.传统的含油废水处理技术分为物理、化学和生物法，包括重力分离、聚结分离、混凝、浮选、吸附、膜分离、化学氧化和生物降解等方式。重力分离和聚结分离是油水分离器的两种主要设计类型。前者利用油水比重差异，后者利用润湿聚结和碰撞聚结的原理，使油滴变大，实现更高的分离效率，但对微米级油滴的去除并不适用。混凝法通过聚集、聚结和絮凝来破坏o/w乳液的稳定性，这对于去除即使是微小的油滴也是有效的，但同时也会造成二次污染。吸附法通过利用高亲油性和疏水性的吸附剂对废水进行油水分离，实际应用中需要大量药剂，并存在吸附剂回收等问题。浮选也是去除乳化油滴的有效方法，悬浮的油滴通过粘附在上升的气泡表面得以分离。随着工业含油废水中越来越多的微米级油滴出现，由于微小膜孔的精准筛分作用，膜过滤被认为是一种高效、绿色的油水分离方法。然而，由于trade-off效应(渗透性和选择性之间此升彼降的矛盾关系)及过滤过程中的膜污染问题，很难在保持膜选择性的同时增加渗透性。因此，为了同时达到去除微小油滴和保持通量的目的，本领域迫切需要开发一种有效且环境友好的乳化液处理新技术。


技术实现要素：

4.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
5.本技术提供了一种环境友好的水包油乳化液废水的深度除油方法及其装置。本技术提供的乳化液废水深度除油方法的过滤过程为重力驱动式。
6.本技术提供了一种油水分离装置，包括：电化学油水分离器，
7.所述电化学油水分离器包括工作电极和对电极；
8.所述电化学油水分离器被配置成，液体先经过所述对电极再经过所述工作电极；
9.所述工作电极为泡沫金属；所述泡沫金属表面具有纳米阵列，所述纳米阵列为楔形棒状单元组成的纳米阵列，所述楔形棒状单元的宽度为20nm至50nm，所述楔形棒状单元的高度为1μm至3μm，相邻两个所述楔形棒状单元的间距为10nm至40nm。
10.在本技术提供的一种实施方式中，所述纳米阵列均匀分布在所述泡沫金属的表
面；
11.在本技术提供的一种实施方式中，所述对电极不影响液体的流动；
12.在本技术提供的一种实施方式中，所述电化学油水分离器包括储液容器，所述储液容器为圆管状，所述工作电极、对电极设置在储液容器内，所述储液容器垂直设置，待处理液体由储液容器上端进入，经过处理后，由储液容器的下端流出。可选地，所述出液容器垂直设置。
13.运行过程中，体系通过原位电解水在泡沫金属表面产生大量氢气微气泡，乳化油滴通过与微气泡的粘附被带离过滤介质表面并上浮，同时油滴在电场力的作用下被改性泡沫钛排斥上浮远离电极表面，在这两个过程的协同作用下，通量得到了明显提升，且运行过程中电极表面的污染及通量的衰减得到了有效的抑制。
14.在本技术提供的一种实施方式中，所述工作电极的水接触角为小于5
°
，水下油接触角大于150
°
，优选地，水下油接触角大于160
°
；
15.在本技术提供的一种实施方式中，所述工作电极的水下空气接触角大于150
°
；
16.在本技术提供的一种实施方式中，所述工作电极的水下空气接触角不小于160
°
。
17.在本技术提供的一种实施方式中，所述泡沫金属选自泡沫钛、泡沫铝、泡沫镍和泡沫铂中的任意一种或更多种；
18.在本技术提供的一种实施方式中，所述纳米阵列的材质选自钛或钛的化合物，铝或铝的化合物，镍或镍的化合物以及铂或铂的化合物中的任意一种或更多种；
19.在本技术提供的一种实施方式中，所述纳米阵列的材质选自钛或钛的氧化物，铝或铝的氧化物，镍或镍的氧化物以及铂或铂的氧化物中的任意一种或更多种；
20.在本技术提供的一种实施方式中，所述工作电极的过滤精度为1μm至10μm。
21.在本技术提供的一种实施方式中，所述对电极的材质为钛钌网、钌铱钛网和铂网中的任意一种或更多种。
22.在本技术提供的一种实施方式中，所述对电极位于所述工作电极的上方，液体先后流经对电极和工作电极。
23.在本技术提供的一种实施方式中，所述工作电极(阴极)被设置成过滤介质，使得乳化油滴不通过工作电极。所述工作电极以上的腔室记为原液腔，所述工作电极以下的腔室记为滤液腔。
24.在本技术提供的一种实施方式中，所述油水分离装置的通量为5000l
·
m-2
·
h-1
·
bar-1
至30000l
·
m-2
·
h-1
·
bar-1
；
25.在本技术提供的一种实施方式中，所述工作电极和所述对电极的电流密度为3a/m2至40a/m2；电压为5v至30v。
26.又一方面，本技术提供了上述的油水分离装置的制备方法，其中，所述工作电极的制备方法，包括以下步骤：
27.1)将所述泡沫金属放入碱液中，密闭条件下在160℃至180℃下处理1h至10h；
28.2)将步骤1)处理后的泡沫金属放入酸溶液中处理1至5h；
29.3)将步骤2)处理后的泡沫金属进行煅烧。
30.在本技术提供的一种实施方式中，步骤1)中碱液中氢氧根的浓度为2m至4m；
31.在本技术提供的一种实施方式中，步骤1)中密闭条件下处理3h至6h；
32.在本技术提供的一种实施方式中，步骤2)中酸液中氢离子的浓度为0.1m至1m；
33.在本技术提供的一种实施方式中，步骤3)中所述煅烧的温度为450℃至550℃，所述煅烧的时间为2h至6h。
34.又一方面，本技术提供了上述的油水分离装置在油水分离过程中的应用，其中，待处理液体中的油以水包油乳化液滴的形式存在。
35.在本技术提供的一种实施方式中，所述水包油乳化液滴在待处理液体中的含量为0.1vol.％至10vol.％；
36.在本技术提供的一种实施方式中，所述水包油乳化液滴的尺寸为1μm至20μm。
37.本技术所涉及的电化学油水分离反应器分为储液管、电化学油水分离组件、出水口三部分。对乳化液废水的除油方法通过以下步骤实现：首先，将改性泡沫钛作为工作阴极、钛钌网作为对电极，分别置于电化学油水分离反应器的相应位置(可以基于电压和电流使用本领域常规的技术手段进行相应调整)。然后，将油水乳化液加入至电化学油水分离反应器的储液管中，并在阴、阳极之间施加直流电压，进料液在重力作用下从对电极上方无阻碍地通过对电极，到达作为过滤介质的改性泡沫钛表面。最后，乳化油滴在工作电极处被截留，从而达到深度除油的目的。同时，过滤过程中，工作电极通过电解水原位产生大量微气泡，与乳化油滴粘附，将其带离工作电极表面并上浮。
38.电化学油水分离反应器运行时，工作电极与直流电源的负极相连接、对电极与正极相连接，油水乳化液由垂直储液管的入水口连续导入，运行过程中可以用水泵将进料液持续导入储液管中，并在储液管中保持一定高度的液位。
39.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。
附图说明
40.附图用来提供对本技术技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
41.图1为本技术实施例2的结构示意图。
42.图2为本技术实施例1制得的改性泡沫钛的sem图。
43.图3为本技术实施例2乳化液废水处理前后的光学显微镜照片。
44.图4为本技术实施例2电化学油水分离器在不同电压下的处理效率及渗透通量。
45.图5为0v条件下，对比例1未经处理的泡沫钛与实施例1表面具有二氧化钛纳米阵列的改性泡沫钛在处理油水乳化液时的效果对比图。
46.图6为改性和未改性的泡沫钛的水下有接触角统计图。
47.附图标记：1、入水口，2、垂直储液管，3、电化学油水分离装置，4、原液腔一，5、原液腔二，6、滤液腔，7、工作阴极(改性泡沫钛)，8、对电极(钛钌网)，9、电源，10、电源连接线11、电源连接线，12、滤液出水口。
具体实施方式
48.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本技术的实施例进行
详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
49.实施例1
50.本实施例中，所述工作电极为水热法制得的表面具有二氧化钛纳米阵列的改性泡沫钛穿透式电极。制备方法如下：
51.所述泡沫钛购自昆山盛世景新新材料有限公司；
52.将泡沫钛依次在丙酮、乙醇和蒸馏水中超声清洗10分钟，以彻底去除表面杂质，并在60℃真空干燥箱中烘干。将清洗干燥后的泡沫钛斜放入装有2mnaoh溶液的聚四氟乙烯内衬中，拧紧后将反应釜置于烘箱中160℃反应3小时，反应结束后自然冷却至室温。用去离子水清洗处理后的改性泡沫钛，然后浸没在0.1m的hcl溶液中1小时。最后，将得到的泡沫钛在60℃烘箱中干燥，并在450℃下煅烧2小时，即得表面具有二氧化钛纳米阵列的改性泡沫钛。所述改性泡沫钛的过滤精度为5μm；所述改性泡沫钛的水接触角为0
°
，水下油接触角为163
°
；水下空气接触角为160
°
。
53.所述泡沫钛表面具有楔形棒状二氧化钛纳米阵列，均匀分布于泡沫钛表面。所述楔形棒状的二氧化钛的宽度为20nm至50nm；所述楔形棒状纳米二氧化钛的高度约为2μm；相邻两个所述楔形棒状单元的间距约为20nm。
54.实施例2
55.如图1所示，水包油乳化液废水的深度除油装置包括储液管2、电化学油水分离组件3和滤液出水口12，其中电化学油水分离组件3包括位于对电极上方的原液腔一4、对电极下方的原液腔二5、滤液腔6、以及工作阴极7和对电极8。如图2所示为作为过滤介质及工作阴极7的表面具有二氧化钛纳米阵列的改性泡沫钛的sem图。
56.如图1所示，对电极及工作电极面积为3cm
×
3cm，实际工作面积为直径2cm的圆形，两电极间距离1cm，原液腔一的腔室尺寸为截面直径2cm的圆形、高度0.5cm，原液腔二的腔室尺寸为截面直径2cm的圆形、高度1cm。
57.本实施例中工作电极7为实施例1制得的表面具有二氧化钛纳米阵列的改性泡沫钛，电化学油水分离反应器运行时，工作阴极7与直流电源9的负极，对电极8与直流电源正极相连接，油水乳化液(水中包含1vol.％的十六烷和100ppm的十二烷基苯磺酸钠，油滴平均直径不到10微米)由储液管2的入水口1连续导入，并在储液管2中保持一定高度的液位，油水乳化液在重力作用下从原液腔一4无阻碍地通过对电极8进入原液腔二5，到达作为过滤介质的工作电极7表面，油水乳化液中的乳化油滴在工作电极7处被截留，除油后的滤液进入滤液腔6，并通过滤液出水口12排出。运行过程中，通过原位电解水在工作电极7表面产生大量氢气微气泡，乳化油滴通过与微气泡的粘附被带离工作电极7表面并上浮。
58.图3为油水乳化液通过该电化学油水分离器处理前后的光学显微镜照片，如图4所示，电压分别设置在5v、10v和20v时，电流密度分别为4.0
±
0.1a/m2、15.6
±
0.3a/m2、33.7
±
4.5a/m2，1vol.％的油水乳化液(水中包含1vol.％的十六烷和100ppm的十二烷基苯磺酸钠，油滴平均粒径不大于20微米。经上述过程处理后，油水乳化液中的乳化油滴去除率分别为98.4％，98.3％和98.4％。
59.通量分别为7559
±
430l
·
m-2
·
h-1
·
bar-1
，10174
±
432l
·
m-2
·
h-1
·
bar-1
，18094
±
2100l
·
m-2
·
h-1
·
bar-1
，比不加电时通量分别增大了1.7，2.3，4.1倍。
60.对比例1
61.本对比例与实施例2的区别仅在于，使用实施例1中未经处理的泡沫钛替换实施例1制得的表面具有二氧化钛纳米阵列的改性泡沫钛，其他测试条件均相同。
62.图5为0v条件下，对比例1未经处理的泡沫钛与实施例1表面具有二氧化钛纳米阵列的改性泡沫钛在处理油水乳化液时的效果对比图，所述油水乳化液与实施例2中的油水乳化液相同，由于实施例1提供的改性泡沫钛的表面二氧化钛纳米阵列的超亲水性，使用改性泡沫钛使乳化油滴不会轻易在过滤介质表面形成致密油膜，从而对渗透通量有明显提升效果，去除率从80％提高到98％。
63.如图6显示，对比例1制得的未改性泡沫钛的水下油接触角为131
°
，反应1h到10h的改性泡沫钛的水下油接触角都大于150
°
，水下疏油性以反应时间为3h的改性泡沫钛，即实施例中使用的改性泡沫钛水下油接触角为163
°
。
64.虽然本技术所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本技术而采用的实施方式，并非用以限定本技术。任何本技术所属领域内的技术人员，在不脱离本技术所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本技术的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。