基于微泡浮选的多流态梯级强化油水分离研究

旋流-静态微泡浮选柱在含油污水处理上体现了较大的潜力，它将旋流分离技术与浮选分离技术结合起来，通过层流、旋流、管流的多流态梯级强化浮选分离有效地改善了分离效果，能够满足油田生产中含油污水处理的要求。本项目通过基于射流的高紊流条件下气含率调控机理研究，建立浮选柱油水分离过程气含率调控模型；通过建立浮选柱内置旋流器背压条件下旋流场模型，实现对浮选柱内置旋流器内部流场的模拟；通过旋流-静态微泡浮选柱多流态梯级强化油水分离过程机理研究，建立多流态梯级强化分离过程的物理模型和数学模型，实现对分离过程的模拟和脱油效果预测，可作为旋流-静态微泡浮选柱运行的判据。本研究从更深层次上揭示基于微泡浮选的多流态流场特性及分离机理，不仅为应用于油水分离的旋流-静态微泡浮选柱结构优化与工业化应用提供理论依据，而且是对我国油田采出液分离技术水平的提高具有重要意义的一项基础研究工作。

提出多流态梯级强化的油水分离方法。该方法集常规泡沫浮选分离浮选、旋流分离与聚结分离于一体，相对于常规水力旋流器和常规浮选柱处理效率更高。通过多流态梯级强化分离作用，多种分离方式的协同效应强化了分离效果，作用于不同粒级的油滴，弥补了单一分离方法局限，拓宽了可分离油分的粒级范围。. 揭示旋流分离强化除油机理。利用多普勒激光测速仪和FLUENT软件，对浮选柱旋流分离单元的单相流速度场进行测试与模拟。分析旋流分离单元速度分布规律，循环压力增大，速度场分布规律相似，流体流速和旋流强度逐渐增大。分析旋流器中油滴的受力情况，描述了浮选柱内置旋流器油水旋流分离过程。研究了循环压力、给料速度、充气速率和起泡剂浓度对脱油率的影响规律。. 提出通过气含率调控强化除油机理。考察了循环压力、充气速率及起泡剂用量等工况特性对气泡尺寸分布规律及气含率的影响。结果表明，充气速率与起泡剂用量对气泡尺寸及气含率影响较大。确定了适合于油水分离的气含率不应低于10%最佳范围。建立了基于操作参数的气含率预测数学模型，以及基于BP神经网络和基于GRNN神经网络的气含率预测模型。. 研究多流态梯级强化油水分离规律。通过静态实验，研究了煤种、粒级、吸附时间、pH值、含油浓度等因素对石油类物质在煤粉颗粒表面吸附规律。石油类物质在+0.046 mm粒级煤粉表面吸附符合Freundlich等温吸附规律，在-0.046 mm粒级煤粉表面吸附符合Langmuir吸附等温规律。吸附过程以物理吸附与化学吸附共存，物理吸附为主。给出了油–气复合体的旋流动力学方程、旋流段分离速率常数以及油–气复合体在柱内停留时间模型，建立了旋流分离脱油率、柱分离脱油率以及多流态梯级强化浮选总脱油率数学模型。. 开发聚合物驱采油污水浮选柱选择性吸附气浮工艺，并建立工程示范系统。开发浮选柱聚结气浮–载体选择性吸附气浮集成工艺，配套开发油煤基吸附料资源化回收利用技术。在胜利油田孤六联建立了2000 m3/d“浮选柱聚结气浮–选择性吸附气浮”工业系统。工业试验表明，针对含油浓度1000 mg/L~2000 mg/L的进水，处理后出水含油浓度为23.39 mg/L，总脱油率为97.70%，每处理1 m3水可减少污泥排放量1.87 Kg。该技术具有工艺独特、指标先进、无底泥产生等特点。