100除油百分率(%)8060402000.02.04.06.08.010.012.014.0进水pH值图4-10 pH值对除油效果的影响

4.2.2.2 水温和油水两相粘度的影响

流向为上向流，滤料粒径1~3mm，滤层厚度为700mm，滤速为6.0m/h的试验条件下，改变温度，进行粗粒化试验。

100油份去除率(%)80604020005101520253035404550温度图4-11 温度对粗粒化的影响

由图4-11可见，在35℃以下，温度的升高对油的去除率略微有所改善，超过35℃，温度对粗粒化的效果并无大的影响。

这是由于在粗粒化过程中没有化学反应的发生，溶解度也没有大的变化，温度的影响最终是粘度的影响。对于含油废水，水相粘度增加，聚结性能降低；油相粘度增加30倍，聚结性能略见提高。综合来看，两相粘度差大，有利于聚结，但不很显著。

4.2.3 运行条件的影响

4.2.3.1 进水流向的影响

选用2根有机玻璃柱，装填相同的粗粒化材料，运行参数相同，其中1号柱进水流向为上向流，2号柱进水流向为下向流。连续运行3~4小时，每半个小时取一次水样，测试进出水油分含量，通过对比不同流速下的油份去除率，选择合

适的进水流向。经过长期以来实验，发现在实验室条件下粗粒化罐内的流速控制在5~10m/h时，可以达到较高的除油率，在本实验中，选定以下三种流速作为参考：6m/h、8m/h、10m/h。

6m/h时不同流向的出水含油量上向流3530252015105000.511.52运行时间(h)2.533.5出水含油量(mg/L)滤速为6m/h时上向流与下向流油份去除率比较100油份去除率（%）下向流80604020000.511.52小时数（h）2.533.5上向流油份去除率（%）下向流油份去除率（%）

图4-12 6m/h时上向流与下向流油份去除比较

8m/h时不同流向对出水油份浓度的影响上向流下向流30出水含油量(mg/L)滤速为8m/h时上向流与下向流油份去除率比较100油份去除率（%）252015105000.511.52运行时间(h)2.533.580604020000.511.52小时数（h）2.533.5上向流油份去除率（%）下向流油份去除率（%）

图4-13 8m/h时上向流与下向流油份去除比较

10m/h时不同流速对出水油份浓度的影响403530252015105000.5上向流下向流滤速为10m/h时上向流与下向流油份去除率比较100上向流油份去除率（%）下向流油份去除率（%）出水油份浓度(mg/L)油份去除率（％）80604020000.5111.52运行时间(h)2.533.51.52小时数（h）2.533.5

图4-14 10m/h时上向流与下向流油份去除比较

从图4-12、4-13、4-14可知，上向流条件下出水中的油份浓度低于下向流条件下的出水油份含量，同时从三张图中还可得，上向流时出水水质随时间的增加变化的幅度较小，而下向流则相反，波动较大。

另外，当流速为6m/h时，水流若为上向流，油份去除率先增大，在1.8h时达到93%，之后又开始下降，若为下向流，也出现和上向流类似的曲线，但去除

率低于上向流的；当滤速为8m/h时，水流若为上向流，填料在0.5h就达到成熟期，油份去除率高达85%，之后除油率稳步增加，在3h时达到93%，若为下向流，成熟期较长，在1.5h时达到90%左右，之后开始下降，除油率一直低于80%；当流速为10m/h时，水流无论为上向流还是下向流，油份去除率都成下降趋势，且下向流在开始和结束的一个小时内都低于上向流20%，而下向流在1.5h时出现较大的波动。据数据所示，上向流的油份去除率明显高于下向流。

分析出现此现象的原因，堆积式粗粒化床也可以当作过滤器来看，当选取流向为下向流时，由于原水中悬浮物含量较高，在较短的时间内，填料间的孔隙被黏附在填料颗粒表面的杂质堵塞，减小了碰撞的几率，并且发生在反应器内的除油反应中过滤作用大于粗粒化作用；当选取上向流时，适当的上升流速使填料层处于流态，这样悬浮物质不会过多黏附在填料颗粒表面，还可以保证填料之间的孔隙，形成独有的微孔通道，增加油珠碰撞的几率。因此，在设计粗粒化反应器时将采用上向流。 4.2.3.2 进水流速的影响

在上节实验中，通过实验验证上向流的除油效果更好，因此最终选定粗粒化进水流向为上向流，床深为700mm条件下，来确定粗粒化的最佳流速。则选择以下流速进行连续试验：5m/h、6m/h、8m/h、10m/h。

实验结果如下所示：

不同流速条件下出水油份浓度比较5m/h6m/h8m/h10m/h30出水油份浓度(mg/L0油份去除率（％）不同滤速下比较除油率10080604020000.511.52小时数（h）2.55m/h的油份去除率6m/h的油份去除率8m/h的油份去除率10m/h的油份去除率33.525201510500.511.522.5运行时间(h)33.5

图4-15 流速分别为5、6、8、10m/h时油份去除比较

由图4-15可知，当流速为5m/h时，出水油份浓度先减小又增大，再减小，最后又增大；其最低出水含油量大于5mg/L；当为6m/h时，油份浓度从0.5h时的8.0mg/L左右一直下降到2h时达到最低的2mg/L，之后出水中的含油量开始增加；当流速为8mg/L时，0.5h时就达到6mg/L，之后不断降低，在3h时达到

2.5mg/L；当流速为10mg/L时，出水的油份浓度从0.5h时就开始迅速增加。

同时，当流速为5m/h时，随时间的增加，除油率先减小后增大，又减小，可见波动较大，其对出水水质影响较大；当流速为6m/h时，随时间的增加，除油率先增大，在2h时达到最高，后又减小，说明在此流速下填料成熟期较短，在较短的时间内就能达到较高的除油率；当流速为8m/h时，随时间的增加，除油率稳步增加，与其它几种流速相比，可以一直保持较高的去除率，且其成熟期较短；当流速为10m/h时，随时间的增加，除油率不断减小。在开始的1h内，流速为6、8m/h时，除油率均不断升高，而当流速为5、10m/h时，除油率则在不断下降；在第2h内，5、6、8m/h都有所增加，只有10m/h的除油率由76%降到50%左右；在第3h内，除8m/h流速在升高外，其它流速条件下的除油率都在下降。当流速为5、10m/h，大部分时间内除油率都高于80%，当流速在6m/h时，仅在后一个半小时内才高于80%，而当流速为8m/h时，从填料成熟开始，除油率一直都保持在85%以上。

上升流速过大、过小都不利于油份的去除。上升流速过大，单位时间单位填料空隙能进入的油份颗粒量越大，而和已截留的油份颗粒碰撞的油份数量有限，大部分油份颗粒未能油份团吸附而随高速水流穿透填料层，影响出水水质；同时单位时间内的截留的油份量就越大，填料所承受的水力负荷就越大，填料空隙内已聚结的油份所受的冲击也越大，已截留的油份团很容易被冲散，油份随水流穿透滤层，水质变坏。当上升流速过小时，由于填料的空隙有限，而水流很慢，水中的油份很容易在填料空隙内发生碰撞，聚结成足够大的油份团，颗粒的表面能越来越小，对填料的吸附能力越来越差，很容易就达到其吸附的极限，而后水流中的油份虽经过该通道且与油份团碰撞，但越来越小的表面吸附力不足以将碰撞的油份颗粒留下而随水流流出，随着时间的延长，这种现象也将越来越明显，出水的水质会越来越差，这也可以用来解释当流速为5、6m/h时填料层的除油周期很短的原因。因此，在实际操作中，流速既不能过大也不能太小，否则都会使水流中的油份因不能充分地与其它的油份颗粒碰撞而随水流穿透填料层，影响出水水质。

除此之外，虽然流速为6、8m/h时都有较好的出水效果，6m/h时，成熟期较长，周期较短，流速有所增加，虽然不能使油珠在短时间内增大到分散油大小，

但此时已经增大了填料对油珠的吸附能力，加大了润湿聚结的效果；而当流速为8m/h时，开始有小部分杂质随水流流失，但绝大部分被截留，随着时间增长，油珠越来越大，吸附能力越来越强，尽管表观油份去除率也越来越高，但此时发挥不了疏油性填料的碰撞聚结即粗粒化的功效。

综上所述，流速为6m/h时油份去除率最高，效果最好，故流速控制在6m/h。

4.3 本章小结

(1) 从试验数据可以得出，与一般人们的经验相反，孔隙率越大即填料粒径越大，粗粒化效果越好。孔隙率过小，则水流断面小，增大水头损失，影响处理能力。由试验得出，1~3mm的填料粒径可得到较好的粗粒化效果。

(2) D2型表面疏油改性陶瓷滤料能够保持9小时稳定的高除油率，如若调整好填料的级配，消除其他影响，还可以延长周期。

(3) 将含油废水的pH值在粗粒化之前调节到10左右，可以达到较好的除油效果。但要分析原水的具体情况和出水的用途，调节pH值。

(4) 高温有利于聚结。在35℃以下，温度的升高对油的去除率略微有所改善，超过35℃，温度对粗粒化的效果并无大的影响。

(5) 流向对除油效果的影响不大，但上向流可以加大冲量，增加油滴碰撞的几率，有利于粗粒化。且在流速为6m/h时，流速的增加，增大了填料对油珠的吸附能力，加大了润湿聚结的效果，可得到较好的粗粒化效果。

第五章 内循环连续流粗粒化装置的设计与试验研究

5.1 粗粒化反应器的设计思路

针对油田废水回注水的A1标准（出水油份浓度<5mg/L，出水悬浮物浓度<1mg/L），在碰撞聚结机理和内循环连续流的基础上，提出了内循环粗粒化装置。

碰撞聚结理论建立在疏油材料基础上。无论由颗粒或纤维状粗粒化材料组成的粗粒化床，其空隙均构成相互连续的通道，犹如无数根直径很小弯曲交错的微管。当含油污水流经该床时，由于粗粒化材料是疏油的，两个或多个油珠有可能同时与管壁碰撞或互相之间碰撞，其冲量足以使它们合并成为一个较大的油珠，从而达到粗粒化的目的。当含油污水自下而上流经陶瓷滤料层时，污水中的细小分散油珠主要通过“碰撞聚结”作用，相互接触聚结成较大的油珠，浮上水面而得