试验场水汽乳化液油污水处理系统设计

杨顺成，邵晓华，王建兵，顾鑫超，胡登明（上海船舶设备研究所，上海 200031）

试验场水汽乳化液油污水处理系统设计

杨顺成，邵晓华，王建兵，顾鑫超，胡登明
（上海船舶设备研究所，上海 200031）

试验场因润滑油被高温水汽乳化而产生乳化液油污水，需设计一套相应的处理系统达标排放。先阐述了这套系统设计的目的、技术要求、设计参数、系统技术方案设计与设备组成，后重点介绍了系统中乳化液油污水处理装置的工作原理、功能与处理流程以及其设备组成。系统继承了原有的油污水处理技术，并在原设计和生产的经验基础上进行了改性设计，在破乳的基础上增加了溶气气浮及膜分离技术，以适应实际情况的需要。系统设计过程和方法可供同行参考。

乳化液；破乳；膜组件；超滤；溶气气浮；废水处理；设计

试验场因润滑设备运行时喷出的润滑油受到高温水汽的作用而被乳化，乳化液流向设备两旁的废水池：一处为水汽排放池，另一处为集水池，因被润滑的设备需要水，所以后面这一处这个池的附近还有一个给水池为其提供水源，水被使用过后，流入集水池，且数量大；刚开始时，集水池底层水中油浓度低，可被抽回给水池供循环使用，但待次数一增多，油浓度就增高，而且水面也浮了一层润滑油，达到一定浓度后，润滑油就影响到给水池中监测仪器的正常工作，这时给水池中所有的液体连跟集水池中多次积累的没被乳化和被部分乳化的润滑油一起被泵输送到附近的油污水池储存起来，而给水池换上新的干净的自来水。随着润滑设备的持续运行，水汽排放池和油污水池中的润滑油越来越多，水中油浓度越来越高，污水量越来越大，这样必须处理水汽排放池和油污水池中的油污水，待达标后方可排放。润滑设备使用的润滑油为汽缸油[1]，闪点大于260℃，40℃时对应的动力粘度大于1000mm2·s-1。这种润滑油很适合于高温环境使用，但常温下非常粘,相应的油污水处理起来非常困难，采用以往的吸附法来处理，会很快让吸附剂饱和而使设备失灵，为此课题组曾对这种润滑油水汽乳化油水处理方法展开过研究，见文献[2]，为本水汽乳化油污水处理系统设计打下了基础。

1　水汽乳化油污水处理系统设计目的

水汽乳化油污水处理系统主要用于试验场地的水汽水池、集水池和油污水池的乳化液收集、处理及排放，排放水质满足上海市污水综合排放标准三级标准以及MEPC.107（49）防污公约的排放标准。

系统设计前已针对其中的关键问题展开过研究，反复进行了试验，积累了相关的试验数据，奠定了整个系统设计的基础。之前主要靠人工操作处理，现采用监控设备、传感器、破乳技术和膜过滤技术设计一套自动高效的试验现场乳化油污水处理系统，以防止污染周围的水土，消除试验的后顾之忧。

2　设计技术要求及设计参数

水汽乳化液油污水处理系统具备将相应水池的油污水处理达标排放、循环处理和浮油回收的作用。

2.1油污水收集

具备收集水汽排放水池表面浮油和排空池内全部油污水的功能；具备对该池内油污水循环处理的功能；具备将油污水池内全部油污水转驳至油污水处理装置的功能。

2.2原水水质

乳化液的平均含油量为2500mg·L-1。

2.3处理水排放标准

满足上海市污水综合排放标准三级标准、MEPC.107（49），见表1。

表1　排放标准Tab.1 Discharge standard

2.4油污水处理量

5m3·h-1

2.5排放水排出压力

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电源要求

AC380V 50Hz14kW

2.8环境条件

在下列条件下系统能正常工作：（1）环境温度：0～45℃

（2）相对湿度：93±3%（40℃时）

3系统技术方案设计与设备组成

3.1　系统功能简介

图1　系统功能流程图（图中符号见图3中图例）Fig.1　Function flow chart of whole system

如图1所示，乳化液油污水处理系统用于对处理水汽排放池、集水池和油污水池中的油污水的收集、处理，使排放水的油含量小于15mg·L-1，同时具备处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内全部油污水水汽排放池内污水的收集由装置的进水泵完成，泵前在水汽排放池边设置一引水罐，设2根进水管分别收集浮油和全池油污水。①收集表面浮油：设置浮油收集槽，安装在水汽排放池的一边，浮油收集槽连接装置的进水泵。在水池另一边安装多孔管，连接乳化液油污水处理装置的清水回流管，用于扫水池表面浮油。清水回流量略小于装置的进水泵流量，使浮油收集槽能及时排出所收集的浮油。收集槽内设置液位控制器，控制进水泵的启停。②收集全部油污水：连接进水泵的集水管安装至水汽排放池的底部，池内设置一低液位浮球液位控制器，可控制进水泵的停止。

（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时候进行。池内设置浮油收集槽，安装在集水池靠近泵坑的一边，其进水口标高高于集水池工作的最高液位100mm。浮油收集槽连接一台集水泵。在水池两边安装多孔管，连接自来水用于扫水池表面浮油。自来水流量略小于集水泵流量，使浮油收集槽能及时排出所收集的浮油。收集槽内也设置液位控制器，控制进水泵的启停。

（3）油污水池油污水转驳油污水池内的污水包括由集水池浮油收集泵收集的浮油、集水池潜水泵转驳的油污水。

3.1.2处理采用一体化的乳化液油污水处理装置对进入装置的油污水通过破乳、混凝、气浮、超滤，进行达标处理，出水水质满足油含量不大于15mg·L-1。3.1.3排放及回用处理达标的水可以就近排入雨水井，也可经回流管回流至水汽排放池，用于驱赶池中液表面上的浮油，便于水汽排放池的浮油收集处理。

3.2系统主要设备、安装位置与其功能简述

3.2.1集水池内浮油收集器和浮油冲扫管组，前者用于集水池非工作状态下，收集池表面的浮油，其进水堰口高于集水池最高工作液位，用于收集集水池内的浮油，收集器内设置中、低液位浮球，而后者用于在前者工作时，将池表面的浮油驱赶到其内。3.2.2集水池边浮油收集泵和水泵控制箱，前者将浮油收集器收集到的油污水及时排走，泵的自动启停由浮油收集器内置的中、低液位浮球控制；后者则控制浮油收集泵和油污水池中的潜水泵。

3.2.3油污水池内浮球液位控制器和潜水泵，在油污水池中液位、低液位处设浮球液位控制器，用于自动启停潜水泵，而潜水泵用于将油污水池内的污水输送至乳化液油污水处理装置。

3.2.4水汽排放池内浮油收集器、浮油冲扫管组和油污水收集管，前者用于收集池表面的浮油，器内设置中、低液位浮球；中者用于在前者工作时，将池表面的浮油驱赶到前者之内；后者用于将池内全

部污水输送至乳化液油污水处理装置。

3.2.5水汽排放池边引水罐和乳化液油污水处理装置，前者用于帮助乳化液油污水处理装置的进水泵从水汽排放池内吸水，而后者则用于处理整个系统产生的油污水。

3.3乳化液油污水处理装置工作原理、功能、流程与设备组成

由上述可见乳化液油污水处理装置（以下简称装置）是整个处理系统的最主要组成和最重要设备，处理系统的工作效率高低和技术指标能否实现完全取决于它。

3.3.1装置工作原理

前期对该乳化液进行了破乳分离的科研试验，试验结果表明：（1）该水汽乳化液是可以化学破乳的；（2）该化学破乳和重力分离的停留时间长，达到出水满足含油量小于15mg·L-1需停留时间在24h以上，而破乳后1～2h，出水含油浓度为200～400mg·L-1。因此装置的工艺方案在破乳的基础上需进行优化，即破乳后强化油水重力分离，采用气浮的技术措施加快油份上浮的速度以减少水力停留时间，然后采用膜过滤技术，一方面确保出水含油量小于15 mg·L-1，另一方面减轻气浮处理效率的要求，进一步减少前段气浮的停留时间，其主体工艺见图2所示。

图2　废水处理主体工艺流程Fig.2　Principal part process flow chart of oil wastewater disposal

3.3.2装置功能与流程

装置功能与流程如图3所示。

装置通过进水口1和2将需要处理的所有乳化液油污水泵入装置内，经加药泵分别投加破乳剂、混凝剂，并经管道混合器充分混合后，进入装置本体进行混凝和溶气气浮，过滤，在达到出水含油量小于15mg·L-1后排放或回水汽排放池。经气浮分离出的油份贮存在污油柜中，根据要求排出。

3.3.3装置的设备组成装置由进水模块、加药模块、破乳模块、溶气模块、气浮模块、污油模块、膜分离模块、膜清洗模块和控制模块等组成。

图3　装置的功能与流程Fig.3　Function&flow chart of the equipment

（1）进水模块包括浮油收集器、进水泵、投入式浮球液位控制器等。浮油收集器安装在水汽排放池内部，用于收集池中表面的浮油；进水泵额定流量为5m3·h-1，额定吸程为5m，其自动运行由置于水汽排放池的浮球液位控制器控制。

（2）加药模块包括1台破乳剂加药泵、1台混凝剂加药泵、2套加药装置。加药装置用于配置、搅拌破乳剂和混凝剂，设有电磁阀和液位开关。固体药剂从装置的投药口添加，开启电磁阀进水加水，液位到达高位时电磁阀自动关闭。每套加药装置的容积满足处理800m3乳化油油污水。破乳剂加药泵用于向进水投加破乳剂，进行化学破乳；混凝剂加药泵用于向经破乳的进水投加混凝剂，使含油杂质产生凝聚、絮凝，以提高后续的气浮处理效率。2台加药泵的自动运行与进水泵同步，并由加药装置的低液位进行停泵保护。

（3）破乳模块包括管道混合器、破乳组件等。前者安装在进水管上，分别在破乳剂和混凝剂的加药点之后，经加药后，水流通过管道混合器使加入的药剂迅速均匀的混合，提高破乳效率和混凝效率；后者内置折板絮凝器，使水流在异波折板间缩放流动，形成众多小涡流，造成油份颗粒碰撞，减少絮凝停留时间。

（4）溶气模块包括溶气循环泵、溶气发生器等。前者用于将循环水柜内的气浮出水部分循环回流至后者，回流比为20%～40%；后者由喷射器、溶气罐、填料等组成。回流水经喷射器吸入空气，该部分空气在溶气罐内一定压力下溶解于水，溶气罐内放置鲍尔环填料用于增加气水接触面积，提高溶气效率。溶气循环泵流量2m3·h-1，扬程为50m，其自动运行方式为常开式，由循环水柜超低位浮球进行超低位停泵保护。

（5）气浮模块包括气浮装置，由接触柜和气浮柜等组成。经破乳和混凝的油污水和溶气发生器输送的溶气水在接触柜混合，溶气水释放出微小气泡，粘附油污水中的污油絮体，形成密度小于水的絮体而上浮到水面，在水面上形成浮油层，从而达到油水分离。其处理流量为7m3·h-1，油去除能力在70%～90%。

（6）污油模块包括污油贮存装置、污油泵、浮球液位控制器。

（7）膜分离模块包括保安滤器、膜分离组件、膜过滤循环泵等。前者用于过滤去除气浮出水中的微小颗粒杂质，减少对膜的污染。膜分离组件由10个膜组件组成，用于对乳化油进行油水分离，分离出的水向外排放，浓缩乳化油回流至破乳模块。平均时处理能力5m3·h-1，出水油浓度≤15mg·L-1。后者的流量为50m3·h-1，扬程10m，其自动运行根据循环水柜的液位，高位启动，低位停止运行。同时膜组件运行过程中，需间歇停止进行清水反冲，运行30min，反洗需2min。

（8）膜清洗模块包括清洗装置和清洗泵。前者用于配置膜组件清洗液，而后者清洗泵用于对膜组件进行反冲洗。膜组件清洗时间1h，膜清洗泵流量20m3·h-1，扬程20m。膜清洗有两种模式：清水反冲和药洗。清水反冲是在膜过滤的过程中间歇进行的，清洗水柜内自动进清水，由电磁阀供水，高液位时阀关闭。清洗泵运行时与膜过滤循环泵连锁，当膜过滤循环泵停止运行时，清洗泵启功；膜过滤循环泵启动时，清洗泵停止运行。药洗周期约一个月，清洗水柜内添加清洗剂，注水后电磁阀关闭，清洗泵运行一定时间会自动停泵。

（9）控制模块包括控制箱、油份浓度计与传感器等。前者具有手动和自动控制功能、运行和故障报警显示功能，提供装置运行信号和装置综合报警信号输出接口。中者即油份浓度计对出水油份浓度进行监测并在超标时发出报警。后者包括液位控制器等跟前者连接完成对一些物理量如液位等的控制。

4　系统性能参数

系统中的乳化液油污水处理装置的性能参数为：处理能力：5m3·h-1；功率：10kW；排油压力：≯0.05MPa；出水水质：含油量≤15mg·L-1。

至于系统其它设备性能参数、物理参数、物理接口、电气接口和电气控制的详细说明等，限于篇幅在此不作介绍。

5　解决的关键技术和其技术途径

水汽乳化液油污水处理系统继承了原有的油污水处理技术，并在原来的技术设计和生产的经验基础上结合本系统功能和性能要求进行了改性设计，在破乳的基础上增加了溶气气浮及膜分离技术，以适应实际情况的需要。

试验现场原油污水乳化程度高，仅采用重力分离工艺会增加水力停留时间，设备的体积也会因此增大。容气气浮法是一种有效的液液分离方法，可分离颗粒密度接近于水的细小颗粒。所以破乳后采用回流溶气气浮流程，能进一步强化油水重力分离，加快油份上浮的速度以减少水力停留时间，提高分离效率。

最后采用膜分离技术。这种技术就是利用超滤膜的筛分原理对水和油进行分离：乳化油的油滴直径约10μm左右，而超滤膜的膜孔径在5万分子量左右，油粒子与膜孔两者粒径相差100多倍，而水的分子量只有18，属于纳米级的水平，因此，水分子能轻易通过膜孔，而油分子无法通过。系统选择了以聚偏氟乙烯PVDF为材料的超滤膜，在气浮分离后设置10组膜组件再次进行油水分离，既确保出水含油量小于15mg·L-1，也减少了前段气浮的停留时间，减轻了对气浮处理效率的要求。

6　结论

系统设计时充分考虑了现场情况，对系统中各装置进行了性能计算、强度计算、可靠性分析维修性分析和优化设计，并采取了合理的防腐防漏技术措施，系统处理能力跟现场情况匹配。这套系统设计过程和方法可供同行参考。

［1］GB/T447-1994，蒸汽汽缸油［S］.

［2］杨顺成，张康，倪海，等.1000号汽缸油蒸汽乳化油水分离方法研究［J］.化学工程师，2012，26（22）:58-62.

［3］PB31/199-1997，上海市污水综合排放标准［S］.

［4］GB/T16488-1996，红外光度法［S］.

［5］上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，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

杨顺成（1966-），男，硕士，高级工程师，研究方向：磨损与润滑。1992年毕业于南京理工大学，机械学硕士。