本发明属于石油化工油水分离领域，具体涉及一种电场强化o/w乳状液破乳除油的装置及方法。
背景技术：
石化行业的污水来源复杂，石油类含量较高，且乳化较为严重，大部分油滴在污水中以粒径为5-20μm左右的乳化态形式存在。现有技术中处理此类污水的方法有重力沉降法、水力旋流法、膜分离法、吸附法、絮凝和气浮法等。其中，传统重力沉降分离法只能对游离态的油滴进行去除，对以水包油形式存在的乳化态油滴处理效果微弱；水力旋流法容易在旋流过程中产生二次乳化，也不适于乳化态油滴的分离；膜分离、吸附等精细化分离技术，由于成本高昂、不具备长期稳定运行的条件，难以处理乳化严重的石化行业污水；絮凝、气浮等技术则不适用于含油波动大的场合，且存在投资大、需要加药等缺点。针对石化行业的乳状液污水处理，电场破乳法具有广阔的前景但仍处于起步阶段，且采用单一分离技术往往具有不同程度的局限性。
现有技术中关于电场破乳的应用，大多数仅采用在分离腔体内部布置电极组件，通过改变电极组件或电场的形式强化水包油乳液的破乳过程。cn109384287a公开了一种一体式环形、矩形及分体式环形矩形排布的电极组件，加强水包油乳液的破乳过程；cn208200865u公开了采用复合高压脉冲电场和交流电场的电场破乳技术加强水包油乳液的破乳过程；其缺点是仅单一通过电场进行水包油乳液的破乳，不能够实现强制流动条件下乳液的破乳，或乳液破乳的效率很差。因此开发一种新型高效的破乳方法处理水包油乳液，具有重大的积极意义和经济价值。
技术实现要素：
为解决现有技术的不足，本发明利用电场对油滴的强制迁移作用和介质对油滴的诱导聚结作用，提供了一种电场强化o/w乳状液破乳除油的装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电场强化o/w乳状液破乳除油的装置，所述装置包括分离腔体，设置于所述分离腔体外壁底端的进液口和设置于所述分离腔体外壁顶部的水相出口和油相出口，且所述油相出口位于所述水相出口的上方；所述分离腔体内部设有电极组件，用于提供强制迁移o/w乳状液中油滴的电场，所述电极组件包括金属电极，固定所述金属电极的上下两片固定孔板，电源和通电导线；根据电极形状不同，所述金属电极为棒状电极或环状电极；所述电极组件内部均匀填充有由介质颗粒组成的介质聚结单元，用于捕获o/w乳状液中的油滴并使油滴聚结长大；所述分离腔体靠近水相出口和油相出口的内部上端设有一油水分离组件，用于促进破乳后的油相和水相的分离。
根据本发明的优选实施例，所述金属电极为棒状电极，所述金属电极包括一根棒状的负极电极和若干根棒状的正极电极；所述金属电极以竖直方式放置于所述分离腔体内部，所述负极电极位于所述分离腔体中心，所述若干根正极电极围绕所述负极电极沿圆周均布；所述负极电极作为所述电极组件的负极，通过通电导线与电源连接，所述若干根正极电极通过通电导线连接串联组成电极组件的正极，并通过通电导线与电源连接。
根据本发明的优选实施例，所述棒状的正极电极的直径为0.03-0.5m，长度为0.6-3m；所述棒状的负极电极的直径为0.03-0.5m，长度为0.8-3.2m；所述固定孔板包括上下两片材质为聚四氟乙烯的固定孔板，固定孔板的直径为0.5-2.8m，厚度为0.02-0.8m，所述固定孔板设有开孔，所述负极电极和正极电极的两端分别穿入所述开孔，从而由所述上下两片固定孔板固定，固定孔板的中心处开孔的直径为0.05-0.52m，用于放置所述负极电极，外圈开孔的直径为0.05-0.52m，用于放置所述正极电极；在正极电极的顶端下方0.05-0.2m处设有直径为0.02m的小孔，用于连接通电导线，实现电极组件正极的连接。
根据本发明的优选实施例，所述金属电极为环状电极，所述金属电极包括一根位于所述分离腔体中心的圆柱状的金属电极和紧贴所述分离腔体内壁的环柱状的金属电极，所述圆柱状的金属电极和环柱状的金属电极中任一金属电极为正极电极，另一金属电极为负极电极，所述正极电极和负极电极分别通过通电导线与电源连接。
根据本发明的优选实施例，所述环柱状的金属电极的内径为0.5-2.8m，外径为0.8m-3.2m，厚度为0.1-0.5m，长度为0.6-3.6m；所述圆柱状的金属电极的直径为0.05-0.3m，长度为0.6-3.6m；所述固定孔板包括上下两片材质为聚四氟乙烯的固定孔板，固定孔板的直径为0.45-2.75m，厚度为0.02-0.2m，所述固定孔板的中心处设有开孔，所述圆柱状的金属电极穿入所述开孔，从而固定所述圆柱状的金属电极，所述固定孔板上设有圆环形的开口，所述环柱状的金属电极穿过所述开口，从而固定所述环柱状的金属电极；固定孔板中心处开孔的直径为0.1-0.35m，所述圆环形开口的内径为0.55-2.85m，外径为0.85-3.25m，开口宽度为0.15-0.55m。
根据本发明的优选实施例，所述组成介质聚结单元的介质颗粒为一种或多种亲油性或亲油性与疏油性组合的介质颗粒，所述介质颗粒为尺寸0.1-5mm的球形或异形颗粒；所述介质颗粒可根据尺寸不同分层布置，组成不同型式的介质床层。
根据本发明的优选实施例，所述下方的固定孔板位于所述分离腔体的内侧底部，上方的固定孔板与所述下方的固定孔板的距离为所述分离腔体高度的80％，使得所述分离腔体从底部至80％高度的区间为电场与介质聚结协同破乳区间，80％高度至顶部的区间为收油分水区间；所述油水分离组件与所述分离腔体的顶部的距离为所述分离腔体高度的5％-15％。
本发明还公开了一种应用所述装置的电场强化o/w乳状液破乳除油的方法，所述方法的步骤包括：
(1)o/w乳状液经进液口进入分离腔体，在电场作用下，油滴在电极组件间产生快速的定向移动，油滴界面稳定性被削弱。
(2)在电场作用下定向移动的油滴被填充在电极间的介质聚结单元捕获、诱导聚结，小油滴在介质表面成长为大油滴，实现油滴在介质层的聚集，在流体曳力和浮力作用下脱离。
(3)经电场和介质聚结单元协同强化分离后的混合液经油水分离组件后，油相富集在分离腔体的上部，经油相出口回收，净化水经水相出口排出腔体。
根据本发明的优选实施例，所述电场型式为直流电场、脉冲电场或交流电场；当为直流电场时，电压为10-2000v；当为脉冲电场时，电压为10-2000v，频率为5-3000hz，占空比为0.1-0.9，正负通电时间比为0-1；当为交流电场时，电压为10-2000v，频率为5-3000hz。
根据本发明的优选实施例，o/w乳状液通过分离腔体的截面流速为0.001m/s-0.2m/s，装置压降为0.005-0.6mpa。
本发明的有益效果在于：结合电场对油滴的强制迁移作用和介质对油滴的诱导聚结作用，强化水包油乳液的破乳过程。本发明的电场强化o/w乳状液破乳除油的装置及方法的分离效率高、破乳除油深度高，适合用于各种含微小乳化油的o/w乳状液的破乳除油过程。
附图说明
图1是本发明涉及的棒状电极和介质聚结协同破乳除油装置的结构示意图；
图2是本发明涉及的棒状电极和介质聚结协同单元结构俯视图；
图3是本发明涉及的环状电极和介质聚结协同单元结构示意图；
符号说明：
1-进液口、2-水相出口、3-油相出口、4-油水分离组件、5-分离腔体、6-介质聚结单元、7-固定孔板、8-正极电极、9-负极电极、10-电源、11-通电导线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明的技术构思为：利用电场对油滴的强制迁移作用和介质对油滴的诱导聚结作用进行乳化油滴的破乳分离。其中，所述电场对油滴的强制迁移作用指的是油滴在电流体动力学作用产生的迁移，即在电场作用下，油滴一般会向电场梯度增大的方向定向移动，通常多为介电泳。所述介质对油滴的诱导聚结作用指的是亲油性介质对油滴具有的润湿聚结作用，使得o/w乳状液中的油滴可以被介质捕获并诱导聚结。将所述两种作用耦合，实现o/w乳状液的深度破乳除油。
实施例1
如图1所示，一种电场强化o/w乳状液破乳除油的装置，所述装置包括分离腔体5，设置于所述分离腔体5外壁底端的进液口1和设置于所述分离腔体5外壁顶部的水相出口2和油相出口3，且所述油相出口3位于所述水相出口2的上方；所述分离腔体5内部设有电极组件，用于提供强制迁移o/w乳状液中油滴的电场，所述电极组件包括金属电极，固定所述金属电极的固定孔板7，电源10和通电导线11；所述电极组件内部均匀填充有由介质颗粒组成的介质聚结单元6，用于捕获o/w乳状液中的油滴并使油滴聚结长大；所述分离腔体5靠近水相出口2和油相出口3的内部上端设有一油水分离组件4，用于促进破乳后的油相和水相的分离。
进一步的，所述金属电极根据电极形状不同，所述金属电极为棒状电极或环状电极。
进一步的，所述固定孔板7包括上下两片材质为聚四氟乙烯的固定孔板，所述金属电极由所述上下两片固定孔板7固定。
进一步的，所述金属电极为棒状电极时，包括一根棒状的负极电极9和若干根棒状的正极电极8。所述负极电极9和正极电极8以竖直方式放置于所述分离腔体5内部，如图2所示，所述负极电极9位于所述分离腔体5中心，所述若干根正极电极8围绕所述负极电极9沿圆周均布。所述负极电极9作为所述电极组件的负极，通过通电导线11与电源10连接，所述若干根正极电极8通过通电导线11连接串联组成电极组件的正极，并通过通电导线11与电源10连接。
优选的，所述棒状的正极电极8的直径为0.03-0.5m，长度为0.6-3m；所述棒状的负极电极9的直径为0.03-0.5m，长度为0.8-3.2m；固定孔板7的直径为0.5-2.8m，厚度为0.02-0.8m，所述固定孔板7设有开孔，所述负极电极9和正极电极8的两端分别穿入所述开孔，从而由所述上下两片固定孔板7固定，固定孔板7的中心处开孔的直径为0.05-0.52m，用于放置所述负极电极9，外圈开孔的直径为0.05-0.52m，用于放置所述正极电极8；在正极电极8的顶端下方0.05-0.2m处设有直径为0.02m的小孔，用于连接通电导线11，实现电极组件正极的连接。
进一步的，如图3所示，所述金属电极为环状电极时，所述金属电极包括一根位于所述分离腔体5中心的圆柱状的金属电极和紧贴所述分离腔体5内壁的环柱状的金属电极，所述圆柱状的金属电极为正极电极8，所述环柱状的金属电极为负极电极9，或者正负极可转换，即所述圆柱状的金属电极为负极电极9，所述环柱状的金属电极为正极电极8；所述正极电极8和负极电极9分别通过通电导线11与电源10连接。
优选的，所述环柱状的金属电极的内径为0.5-2.8m，外径为0.8m-3.2m，厚度为0.1-0.5m，长度为0.6-3.6m；所述圆柱状的金属电极的直径为0.05-0.3m，长度为0.6-3.6m；固定孔板7的直径为0.45-2.75m，厚度为0.02-0.2m，所述固定孔板7的中心处设有开孔，所述圆柱状的金属电极穿入所述开孔，从而固定所述圆柱状的金属电极，所述固定孔板7上设有圆环形的开口，所述环柱状的金属电极穿过所述开口，从而固定所述环柱状的金属电极；固定孔板7中心处开孔的直径为0.1-0.35m，所述圆环形开口的内径为0.55-2.85m，外径为0.85-3.25m，开口宽度为0.15-0.55m；优选的，两片固定孔板7分别固定在所述环柱状的金属电极距离上下两端0.1m处的位置。
进一步的，所述组成介质聚结单元6的介质颗粒为一种或多种亲油性或亲油性与疏油性组合的介质颗粒。优选的，所述介质颗粒为尺寸0.1-5mm的球形或异形颗粒。
进一步的，所述介质颗粒可根据尺寸不同分层布置，组成不同型式的介质床层。
进一步的，所述介质聚结单元6可做成模块形式，方便拆卸、更换、清理。
进一步的，所述下方的固定孔板7位于所述分离腔体5的内侧底部，上方的固定孔板7与所述下方的固定孔板7的距离为所述分离腔体5高度的80％，使得所述分离腔体5从底部至80％高度的区间为电场与介质聚结协同破乳区间，80％高度至顶部的区间为收油分水区间。
进一步，所述油水分离组件4与所述分离腔体5的顶部的距离为所述分离腔体5高度的5％-15％。
利用上述装置对o/w乳状液破乳除油的方法，其步骤包括：
(1)o/w乳状液经进液口1进入分离腔体5，在电场作用下，油滴在电极组件间产生快速的定向移动，油滴界面稳定性被削弱。
(2)在电场作用下定向移动的油滴被填充在电极间的介质聚结单元6捕获、诱导聚结，小油滴在介质表面成长为大油滴，实现油滴在介质层的聚集，在流体曳力和浮力作用下脱离。
(3)经电场和介质聚结单元协同强化分离后的混合液经油水分离组件4后，油相富集在分离腔体5的上部，经油相出口3回收，净化水经水相出口2排出腔体。
进一步的，所述电场型式为直流电场、脉冲电场或交流电场。当为直流电场时，电压为10-2000v；当为脉冲电场时，电压为10-2000v，频率为5-3000hz，占空比为0.1-0.9，正负通电时间比为0-1；当为交流电场时，电压为10-2000v，频率为5-3000hz。
进一步的，o/w乳状液通过分离腔体的截面流速为0.001m/s-0.2m/s，装置压降为0.005-0.6mpa。
实施例2
某石化厂常减压装置，需注入一定数量的新鲜水，使原油中的盐充分溶解于水中，形成石油与水的乳化液，经过分馏，再进行油水分离处理后，得到含油废水，由于工况波动，导致经过脱水处理后得到的含油废水中含油量过高，对下游处理产生较大影响。采用实施例1的电极组件为棒状电极的电介协同o/w乳状液破乳除油装置及方法处理所述含油废水。
步骤如下：
(1)常减压装置排出的含油废水通过进液口进入分离腔体，含油废水中非溶解态油含量为3000mg/l，油滴粒径为0.01～50μm，含油废水在电场的作用下，油滴产生快速的定向移动，且油滴界面稳定性被削弱。该过程后含油废水中非溶解态油含量降低至1000mg/l，油滴粒径长大至300μm。
(2)在电场作用下定向移动的油滴被填充在电极间的介质聚结单元捕获、诱导聚结，小油滴在介质表面成长为大油滴，实现油滴在介质层的聚集，最后在流体曳力和浮力作用下脱离。
(3)经电场和介质聚结单元协同强化分离后的混合液经油水分离组件后，油相富集在分离腔体的上部，经油相出口回收，净化水经水相出口排出腔体，净化水中非溶解态的油含量可降至5mg/l。
结果分析：处理前含油废水中非溶解态油含量为3000mg/l，处理后净化水中非溶解态的油含量为5mg/l，满足含油废水的油水分离指标。
实施例3
某石化企业的污水处理厂，采用实施例1的电极组件为棒状电极的电介协同o/w乳状液破乳除油装置及方法，对缓冲池排出的废水进行处理。
步骤如下：
(1)缓冲池排出的含油废水通过进液口进入分离腔体，含油废水中非溶解态油含量为500mg/l，油滴粒径为0.1～30μm，含油废水在电场的作用下，油滴产生快速的定向移动，且油滴界面稳定性被削弱。该过程后含油废水中非溶解态油含量降低至300mg/l，油滴粒径长大至200μm。
(2)在电场作用下定向移动的油滴被填充在电极间的介质聚结单元捕获、诱导聚结，小油滴在介质表面成长为大油滴，实现油滴在介质层的聚集，最后在流体曳力和浮力作用下脱离。
(3)经电场和介质聚结单元协同强化分离后的混合液经油水分离组件后，油相富集在分离腔体的上部，经油相出口回收，净化水经水相出口排出腔体，净化水中非溶解态的油含量可降至5mg/l。
结果分析：处理前含油废水中非溶解态油含量为500mg/l，处理后净化水中非溶解态的油含量为5mg/l，符合《污水再生利用工程设计规范》中对含油量排放的规定。
实施例4
采用实施例1中的电极组件为环状电极的电介协同o/w乳状液破乳除油装置及方法对水包油乳液进行处理。所述装置中电极组件的中心圆柱状电极为负极，环柱状电极为正极；圆柱状负极电极的直径为0.3m，长度为1m；环柱状正极的内径为1.4m，外径为1.6m，厚度为0.2m，长度为1m。
步骤如下：
(1)将300ml非溶解态油含量为1000mg/l的水包油乳液经进液口通入分离腔体，油滴粒径为1-100μm，在电场的作用下，油滴产生快速的定向移动，且油滴界面稳定性被削弱。
(2)在电场作用下定向移动的油滴被填充在电极间的介质聚结单元捕获、诱导聚结，小油滴在介质表面成长为大油滴，实现油滴在介质层的聚集，最后在流体曳力和浮力作用下脱离。
(3)经电场和介质聚结单元协同强化分离后的混合液经油水分离组件后，油相富集在分离腔体的上部，经油相出口回收，净化水经水相出口排出腔体，净化水中非溶解态的油含量可降至10mg/l。
结果分析：处理前水包油乳液中非溶解态油含量为1000mg/l，处理后净化水中非溶解态的油含量为10mg/l，满足含油乳液的油水分离指标。
1.一种电场强化o/w乳状液破乳除油的装置，其特征在于，所述装置包括分离腔体，设置于所述分离腔体外壁底端的进液口和设置于所述分离腔体外壁顶部的水相出口和油相出口，且所述油相出口位于所述水相出口的上方；所述分离腔体内部设有电极组件，用于提供强制迁移o/w乳状液中油滴的电场，所述电极组件包括金属电极，固定所述金属电极的上下两片固定孔板，电源和通电导线；根据电极形状不同，所述金属电极为棒状电极或环状电极；所述电极组件内部均匀填充有由介质颗粒组成的介质聚结单元，用于捕获o/w乳状液中的油滴并使油滴聚结长大；所述分离腔体靠近水相出口和油相出口的内部上端设有一油水分离组件，用于促进破乳后的油相和水相的分离。
2.根据权利要求1所述的破乳除油的装置，其特征在于，所述金属电极为棒状电极，所述金属电极包括一根棒状的负极电极和若干根棒状的正极电极；所述金属电极以竖直方式放置于所述分离腔体内部，所述负极电极位于所述分离腔体中心，所述若干根正极电极围绕所述负极电极沿圆周均布；所述负极电极作为所述电极组件的负极，通过通电导线与电源连接，所述若干根正极电极通过通电导线连接串联组成电极组件的正极，并通过通电导线与电源连接。
3.根据权利要求2所述的破乳除油的装置，其特征在于，所述正极电极的直径为0.03-0.5m，长度为0.6-3m；所述负极电极的直径为0.03-0.5m，长度为0.8-3.2m；所述固定孔板包括上下两片材质为聚四氟乙烯的固定孔板，固定孔板的直径为0.5-2.8m，厚度为0.02-0.8m，所述固定孔板设有开孔，所述负极电极和正极电极的两端分别穿入所述开孔，从而由所述上下两片固定孔板固定，固定孔板的中心处开孔的直径为0.05-0.52m，用于放置所述负极电极，外圈开孔的直径为0.05-0.52m，用于放置所述正极电极；在正极电极的顶端下方0.05-0.2m处设有直径为0.02m的小孔，用于连接通电导线，实现电极组件正极的连接。
4.根据权利要求1所述的破乳除油的装置，其特征在于，所述金属电极为环状电极，所述金属电极包括一根位于所述分离腔体中心的圆柱状的金属电极和紧贴所述分离腔体内壁的环柱状的金属电极，所述圆柱状的金属电极和环柱状的金属电极中任一金属电极为正极电极，另一金属电极为负极电极，所述正极电极和负极电极分别通过通电导线与电源连接。
5.根据权利要求4所述的破乳除油的装置，其特征在于，所述环柱状的金属电极的内径为0.5-2.8m，外径为0.8m-3.2m，厚度为0.1-0.5m，长度为0.6-3.6m；所述圆柱状的金属电极的直径为0.05-0.3m，长度为0.6-3.6m；所述固定孔板包括上下两片材质为聚四氟乙烯的固定孔板，固定孔板的直径为0.45-2.75m，厚度为0.02-0.2m，所述固定孔板的中心处设有开孔，所述圆柱状的金属电极穿入所述开孔，从而固定所述圆柱状的金属电极，所述固定孔板上设有圆环形的开口，所述环柱状的金属电极穿过所述开口，从而固定所述环柱状的金属电极；固定孔板中心处开孔的直径为0.1-0.35m，所述圆环形开口的内径为0.55-2.85m，外径为0.85-3.25m，开口宽度为0.15-0.55m。
6.根据权利要求1所述的破乳除油的装置，其特征在于，所述组成介质聚结单元的介质颗粒为一种或多种亲油性或亲油性与疏油性组合的介质颗粒，所述介质颗粒为尺寸0.1-5mm的球形或异形颗粒；所述介质颗粒可根据尺寸不同分层布置，组成不同型式的介质床层。
7.根据权利要求1所述的破乳除油的装置，其特征在于，所述下方的固定孔板位于所述分离腔体的内侧底部，上方的固定孔板与所述下方的固定孔板的距离为所述分离腔体高度的80％，使得所述分离腔体从底部至80％高度的区间为电场与介质聚结协同破乳区间，80％高度至顶部的区间为收油分水区间；所述油水分离组件与所述分离腔体的顶部的距离为所述分离腔体高度的5％-15％。
8.一种应用权利要求1-7中任一装置的电场强化o/w乳状液破乳除油的方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：
(1)o/w乳状液经进液口进入分离腔体，在电场作用下，油滴在电极组件间产生快速的定向移动，油滴界面稳定性被削弱；
(2)在电场作用下定向移动的油滴被填充在电极间的介质聚结单元捕获、诱导聚结，小油滴在介质表面成长为大油滴，实现油滴在介质层的聚集，在流体曳力和浮力作用下脱离；
(3)经电场和介质聚结单元协同强化分离后的混合液经油水分离组件后，油相富集在分离腔体的上部，经油相出口回收，净化水经水相出口排出腔体。
9.根据权利要求8所述的破乳除油的方法，其特征在于，所述电场型式为直流电场、脉冲电场或交流电场；当为直流电场时，电压为10-2000v；当为脉冲电场时，电压为10-2000v，频率为5-3000hz，占空比为0.1-0.9，正负通电时间比为0-1；当为交流电场时，电压为10-2000v，频率为5-3000hz。
10.根据权利要求8所述的破乳除油的方法，其特征在于，o/w乳状液通过分离腔体的截面流速为0.001m/s-0.2m/s，装置压降为0.005-0.6mpa。
技术总结