一种船舶含油污水微尺度油滴分离装置及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种基于界面电动传输效应的船舶含油污水微尺度油滴分离装置及方法。

背景技术

船舶在营运过程中会产生大量的含油污水，含油污水进入水域会严重破坏生态平衡，污染水源和渔业资源，造成巨大的经济损失，同时危害人类健康。因此，含油污水的处理对防止船舶污染水域环境具有重要意义。

通常，船舶含油污水中的污油主要以浮油(>50μm)、分散油(10-50μm)和乳化油(<10μm)三种形态存在。尺寸较大的油滴上浮至水面，形成浮油，较易分离；而低于50μm的微尺度油滴所受浮力较小，无法冲破空气-水界面，同时受到水体中微纳米固体杂质和表面活性剂等物质的影响，难以聚结变大，悬浮分散在水中形成乳化油和分散油，是含油污水处理的难点。因此，如何高效分离微尺度乳化油和分散油是船舶含油污水处理达标的关键。

目前，船舶含油污水微尺度油滴通常是在船用油水分离器中，加入聚结滤芯或膜组件，利用聚结分离技术或膜分离技术进行分离。然而，船舶含油污水来源复杂，杂质众多，易造成聚结滤芯或膜组件的脏堵而失效。除聚结原理外，含油污水中的微尺度油滴还可基于气浮原理进行分离，如电解分离法。电解分离法利用强直流电场电解含油污水产生的氢气和氧气气泡，吸附水中微尺度油滴并上浮，从而实现分离。这种方法除油效率高，但耗电量大，运营成本高，操作复杂，同时电解产生的氢气是可燃易爆气体，因此难以在相对密闭的船舶上推广应用，目前主要用于陆上工业废水的处理。综述可知，现有船舶含油污水微尺度油滴处理技术仍存在着一定的局限性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于界面电动传输效应的船舶含油污水微尺度油滴分离装置及方法。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种船舶含油污水微尺度油滴分离装置，所述装置包括分离池、电极板、直流电源、升降板；所述分离池侧壁上设置有进水口和排水口，所述电极板垂直于分离池底部，所述电极板包括叉指交错排列的正极板和负极板，所述直流电源的正负极分别与正极板和负极板连接；所述升降板位于分离池底部，且能够在正极板与负极板之间的空隙上下移动。

上述技术方案中，进一步地，所述装置还包括刮油机和储油槽，所述刮油机位于分离池顶部；所述储油槽与分离池侧壁连接，所述储油槽经排油阀与排油管道连通。

上述技术方案中，进一步地，所述升降板为镂空结构。

上述技术方案中，进一步地，所述电极板由铜、不锈钢、碳酸钙或纤维素制成。

上述技术方案中，进一步地，所述进水口经进水阀与进水管道连通；所述排水口经排水阀与排水管道连通。

上述技术方案中，进一步地，所述直流电源的电压为1-2V。

本发明另一方面提供一种船舶含油污水中微尺度油滴的分离方法，所述方法包括以下步骤：

(1)船舶含油污水经进水口流入分离池，且充分填满整个分离池；

(2)含有污水在分离池中正极板和负极板间产生的直流弱电场作用下，水域中分散的微尺度油滴会向着电极板运动，最终聚集吸附在电极板上；

(3)将分离池底部的升降板升起，在正极板与负极板之间的空隙移动，对电极板上的油滴进行刮擦，使微尺度油滴相互碰撞，聚合变大，进而上浮至水面形成浮油。

上述技术方案中，进一步的，利用刮油机将分离池液面上的浮油刮入储油槽中，经排油管道排出。

本发明一种船舶含油污水微尺度油滴分离方法的原理如下：

船舶在营运过程中产生的含油污水经过污泥沉淀处理后，由进水管道进入分离池。船舶含油污水通常含有大量的浮油，浮油漂浮在水面上形成一层油膜，使得分离池中水体上部形成大面积的水平油-水界面。通常，油-水界面上带有电荷，界面电荷吸附水中的异号离子，同时排斥同号离子，最终在油-水界面附近形成双电层。在外加直流电场作用下，双电层中的过量异号离子向电场一侧电极运动。移动的离子通过粘性效应带动水分子运动，形成电渗流。电渗流施加剪切应力作用在可移动的油-水界面上，同时直流电场还会施加电场力作用在油-水界面的电荷上，从而引起油-水界面的移动，移动的界面通过粘性效应带动周围液体流动，这种现象称为界面电动传输效应。同样的，水中悬浮的微尺度油滴表面也会形成双电层，在外加直流电场作用下，油滴表面也会产生界面电动传输效应。

当直流电场施加在水中后，上述水平油-水界面产生的电动传输效应引起周围液体流体，进而施加一个水动力作用在油滴上，与此同时，油滴表面自身产生的电渗流会施加额外一个水动力作用在油滴上。最终水中微尺度油滴会向电场一侧电极移动并聚集吸附在电极板上。油滴的移动方向取决于油-水界面所带电荷属性。通过将升降板升起，对电极板聚集的微尺度油滴刮擦，使油滴相互碰撞，聚合变大，进而上浮至水面形成浮油。然后，由刮油机将水面上的浮油刮入储油槽内，再由排油阀排出污油，从而完成一系列操控和分离微尺度油滴的过程。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提出的微尺度油滴分离方法，不受含油污水洁净度的影响，适用范围广；传统的聚结分离法通常采用聚结材料分离微尺度油滴，然而船舶含油污水来源复杂，悬浮杂质众多，易造成聚结材料的脏堵而失效。

2、本发明中所需正、负电极板采用叉指交错排列方式，布置在分离池内；相比传统仅含有一块正极板和一块负极板的排布方式，本发明采用的电极布置方式有效利用分离池空间，能够提高油水分离的效率，缩短分离时间，并且正、负电极板均采用亲油性材料，有助于微尺度油滴的聚集和吸附。

3、本发明提出的微尺度油滴分离方法相比传统电解气浮分离法，由于传统的电解气浮法通过电解含油污水，在水中产生大量氢气和氧气，分离微尺度油滴，高压电源不仅耗电量大，而且电解产生的氢气是易燃易爆气体；而本发明提出的方法使用低压直流电源供电，不仅耗电量小，且不产生易燃易爆的氢气，不会威胁船舶的安全，可在船舶上应用推广。

4、本发明可在低压直流电场作用下，油-水界面产生的电动传输效应分离乳化油和分散油等微尺度油滴，不需要高压直流电源进行供电，耗电量小，装置结构简单，成本低。

基于上述理由本发明可实现方便且高效地进行船舶含油污水微尺度油滴的分离。

附图说明

图1为本发明船舶含油污水中微尺度油滴分离装置的整体结构示意图；

图2为本发明船舶含油污水中微尺度油滴分离装置的分离池的结构示意图，其中a为俯视图，b为剖视图。

其中：1、进水管道，2、进水阀，3、分离池，4、刮油机，5、储油槽，6、排油管道，7、排油阀，8、排水管道，9、排水阀，10、正极板，11、负极板，12、直流电源，13、导线，14、升降板，15、镂空结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。

一种船舶含油污水微尺度油滴分离装置，如图1-2所示，包括分离池3、电极板、直流电源12、升降板14、刮油机4和储油槽5；分离池3左侧壁上设置有进水口，进水口经进水阀2与进水管道1连通，分离池3下方侧壁设置有排水口，排水口经排水阀9与排水管道8连通；电极板垂直于分离池3底部，电极板包括叉指交错排列的正极板10和负极板11，电极板可由铜、不锈钢、碳酸钙或纤维素制成，直流电源12的正负极经导线13分别与正极板10和负极板11连接；升降板14位于分离池3底部，升降板14高度较小，能够在正极板10与负极板11之间的空隙上下移动，升降板14为镂空结构，能够减小自身克服重力上升时受到的来自水的阻力，减少能量的损耗；刮油机4位于分离池3顶部；储油槽5与分离池3侧壁连接，储油槽5经排油阀7与排油管道6连通。

为了避免在升降板14升降过程中电极板与升降板14之间相互摩擦，在实际应用过程中，电极板与升降板14之间可以留有很小的缝隙；如果缝隙过大，油水分离的效果会变差，从而降低分离池3的油水分离效率；由于缝隙很小，在图2-b中垂直方向剖视图中可以看出。

一种船舶含油污水中微尺度油滴的分离方法，包括以下步骤：

(1)船舶含油污水经进水口流入分离池3，且充分填满整个分离池3；

(2)含有污水在分离池3中正极板10和负极板11间产生的直流弱电场作用下，水域中分散的微尺度油滴会向着电极板运动，最终聚集吸附在亲油性电极板上；

(3)将分离池3底部的升降板14升起，在正极板10与负极板11之间的空隙移动，对电极板上的油滴进行刮擦，使微尺度油滴相互碰撞，聚合变大，进而上浮至水面形成浮油。

(4)利用刮油机4将分离池3液面上的浮油刮入储油槽5中，经排油管道6排出。

本发明工作原理为：

船舶在营运过程中产生的含油污水由进水管道1进入分离池3，船舶含油污水通常含有大量的浮油，浮油漂浮在水面上形成一层油膜，使得分离池3中水体上部形成大面积的水平油-水界面。通常，油-水界面上带有电荷，界面电荷吸附水中的异号离子，同时排斥同号离子，最终在油-水界面附近形成双电层。在外加直流电场作用下，双电层中的过量异号离子向电场一侧电极运动。移动的离子通过粘性效应带动水分子运动，形成电渗流。电渗流施加剪切应力作用在可移动的油-水界面上，同时直流电场还会施加电场力作用在油-水界面的电荷上，从而引起油-水界面的移动，移动的界面通过粘性效应带动周围液体流动，这种现象称为界面电动传输效应。同样的，水中悬浮的微尺度油滴表面也会形成双电层，在外加直流电场作用下，油滴表面也会产生界面电动传输效应。

当直流电场施加在水中后，上述水平油-水界面产生的电动传输效应引起周围液体流体，进而施加一个水动力作用在油滴上，与此同时，油滴表面自身产生的电渗流会施加额外一个水动力作用在油滴上。最终水中微尺度油滴会向电场一侧电极移动并聚集吸附在电极板上。油滴的移动方向取决于油-水界面所带电荷属性。通过将升降板14升起，对电极板聚集的微尺度油滴刮擦，使油滴相互碰撞，聚合变大，进而上浮至水面形成浮油。然后，由刮油机4将水面上的浮油刮入储油槽5内，再由排油阀7排出污油，从而完成一系列操控和分离微尺度油滴的过程。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术以上方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。