浅层沉降技术强化立式气浮油水分离性能研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-1241

摘要/Abstract

Key words: flotation, shallow settlement, oil-water separation efficiency, oil droplet size, population balance model

中图分类号:

潘亿勇, 张健. 浅层沉降技术强化立式气浮油水分离性能研究[J]. 工业水处理, 2023, 43(7): 185-193.

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I7/185

图/表 12

图1 浅层沉降强化立式气浮系统工艺流程示意

Fig. 1 Process flow diagram of vertical flotation system enhanced by shallow sedimentation technology

表1 浅层沉降强化立式气浮小型样机主要设计参数

Table 1 Main design parameters of small vertical floatation enhanced by shallow sedimentation prototype

设计参数	数值	设计参数	数值
额定处理量/（m³·h^-1）	1	设备有效体积/m³	0.05
水力停留时间/s	180	罐体内径/mm	270
罐体高径比	3.4	罐内有效高度/mm	830
水力负荷/（m³·m^-2·h^-1）	9	空心锥台组高度/mm	420

表2 板长计算公式汇总

Table 2 Summary of board length calculation formulas

计算方法		表达式	尾项变化范围
计算方法		表达式	斜角45^o	斜角60^o
田中		$L = V D V 0 c o s α - D s i n α ⋅ c o s α$	-2D	-2.31D
姚式		$L = V D V 0 c o s α - D s i n α c o s α$	-D	-1.73D
理想分离	下向矩形	$L = V D V 0 c o s α - D s i n α c o s α$	-D	-1.73D
	下向四边	$L = V D V 0 c o s α - D s i n α ⋅ c o s α$	-2D	-2.31D
	上向矩形	$L = V D V 0 c o s α + D s i n α c o s α$	+D	+1.73D
	上向四边	$L = V D V 0 c o s α + D s i n α ⋅ c o s α$	+2D	+2.31D
	侧向	$L = V D V 0 c o s α$	0	0

表2 板长计算公式汇总

Table 2 Summary of board length calculation formulas

计算方法		表达式	尾项变化范围
计算方法		表达式	斜角45^o	斜角60^o
田中		$L = V D V 0 c o s α - D s i n α ⋅ c o s α$	-2D	-2.31D
姚式		$L = V D V 0 c o s α - D s i n α c o s α$	-D	-1.73D
理想分离	下向矩形	$L = V D V 0 c o s α - D s i n α c o s α$	-D	-1.73D
	下向四边	$L = V D V 0 c o s α - D s i n α ⋅ c o s α$	-2D	-2.31D
	上向矩形	$L = V D V 0 c o s α + D s i n α c o s α$	+D	+1.73D
	上向四边	$L = V D V 0 c o s α + D s i n α ⋅ c o s α$	+2D	+2.31D
	侧向	$L = V D V 0 c o s α$	0	0

表3 空心锥台组主要结构参数

Table 3 Main structural parameters of hollow cone abutment group

设计参数	数值	设计参数	数值
空心锥台的倾角/（°）	60	空心锥台的个数或层数	6
空心锥台的外径/mm	240	空心锥台组总高/mm	420
空心锥台的内径/mm	220	浅层沉降流道高度/mm	40

表4 PBM模型主要设置参数

Table 4 The model parameters employed in the PBM

因素	生长因子（Kv）	液滴粒径分段数量	液滴体积等比系数	液滴粒径最小值/μm	液滴粒径最大值/μm
设置值	0.523 598 8	8	3	1	128

图2 浅层沉降强化立式气浮罐的模型网格拓扑图

Fig.2 Network topology diagram of the model of vertical floatation enhanced by shallow sedimentation

图3 网格独立性验证结果

Fig. 3 Results of grid independence verification

图4 空心锥台组内速度场分布特性

Fig.4 Distribution characteristics of velocity field in hollow cone abutment structure

图5 空心锥台组内油相分布特性

Fig.5 Distribution characteristics of oil phase in hollow cone abutment structure

图6 浅层沉降流道层高对油水分离特性的影响

Fig. 6 Effect of the layer height of the shallow sedimentation on oil-water separation characteristics

表5 正交实验结果

Table 5 Orthogonal experiment result analysis list

实验序号	实验因素与水平				实验结果
实验序号	流量/（m³·h^-1）	注气比/%	管道背压/MPa	分流比/%	入口油质量浓度/（mg·L^-1）	出口油质量浓度/（mg·L^-1）	除油效率/%
1	0.5	4	0.05	1	454	95.21	79.01
2	0.5	6	0.1	3	526	128.32	75.61
3	0.5	8	0.15	5	553	139.5	74.77
4	0.5	10	0.2	8	542	167.59	69.08
5	1	4	0.1	5	352	120.91	65.65
6	1	6	0.05	8	362	74.58	79.4
7	1	8	0.2	1	410.45	163.92	60.06
8	1	10	0.15	3	599.45	147.38	75.41
9	1.5	4	0.15	8	384.18	119.54	68.88
10	1.5	6	0.2	5	402.13	158.63	60.55
11	1.5	8	0.05	3	346	98.52	71.53
12	1.5	10	0.1	1	372.15	116.01	68.83
13	2	4	0.2	3	453.83	158.44	65.09
14	2	6	0.15	1	504.94	152.04	69.89
15	2	8	0.1	8	431.27	146.26	66.09
16	2	10	0.05	5	387.32	135.48	65.02
$K$ ₁	0.686	0.697	0.717	0.694
$K$ ₂	0.701	0.714	0.690	0.719
$K$ ₃	0.674	0.681	0.722	0.665
$K$ ₄	0.665	0.696	0.637	0.709
R	0.081	0.033	0.100	0.054

表5 正交实验结果

Table 5 Orthogonal experiment result analysis list

实验序号	实验因素与水平				实验结果
实验序号	流量/（m³·h^-1）	注气比/%	管道背压/MPa	分流比/%	入口油质量浓度/（mg·L^-1）	出口油质量浓度/（mg·L^-1）	除油效率/%
1	0.5	4	0.05	1	454	95.21	79.01
2	0.5	6	0.1	3	526	128.32	75.61
3	0.5	8	0.15	5	553	139.5	74.77
4	0.5	10	0.2	8	542	167.59	69.08
5	1	4	0.1	5	352	120.91	65.65
6	1	6	0.05	8	362	74.58	79.4
7	1	8	0.2	1	410.45	163.92	60.06
8	1	10	0.15	3	599.45	147.38	75.41
9	1.5	4	0.15	8	384.18	119.54	68.88
10	1.5	6	0.2	5	402.13	158.63	60.55
11	1.5	8	0.05	3	346	98.52	71.53
12	1.5	10	0.1	1	372.15	116.01	68.83
13	2	4	0.2	3	453.83	158.44	65.09
14	2	6	0.15	1	504.94	152.04	69.89
15	2	8	0.1	8	431.27	146.26	66.09
16	2	10	0.05	5	387.32	135.48	65.02
$K$ ₁	0.686	0.697	0.717	0.694
$K$ ₂	0.701	0.714	0.690	0.719
$K$ ₃	0.674	0.681	0.722	0.665
$K$ ₄	0.665	0.696	0.637	0.709
R	0.081	0.033	0.100	0.054

图7 流量变化对浅层沉降强化立式气浮装置油水分离效率的影响

Fig. 7 Effect of flowrate on oil-water separation efficiency of vertical flotation device

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