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【摘要】简要介绍了污水处理的现状和螺旋管分离器的基本工作原理。通过对分离器的实验研究，研究了流量和回转半径等对分离效率和分流比参数的影响。本文工作为进一步研究螺旋管分离器的分离特性提供了一定的理论基础和借鉴，为设计出高效的含油污水处理装置提供了有益的参考。
【关键词】螺旋管分离器；油水分离；实验研究
1 引言
含油废水是一种典型的有机废水，量大面广且对环境的危害大，其中主要来自石油工业中石油和油品的加工、提炼、储存及运输；机械制造加工过程中产生的冷却润滑液、轧钢水等乳化油废水；运输工业中洗车、铁路机务段的洗油罐等排放的废水及机车废水等[1]。其主要成分包括：轻碳氢化合物、重碳氢化合物、燃油、焦油、润滑油、脂肪油、蜡油脂等。目前，我国大部分油田已经进入石油开采的中期和后期，采出原油的含水率已经达到70～80%，油水分离后产生大量的含油污水[2,3]；我国石化炼油厂每加工1t原油产生0.7～3.5t含油废水[4]，目前实际加工量每年1.6亿吨左右，根据计算产出含油废水每年高达1.12～5.6亿t，这不仅造成了水资源的污染、油资源的浪费，油类污染物对环境生态和人体健康的危害也已引起人们极大的关注。因此，如何开发出适合我国油田实际情况、高效经济的油田含油污水处理技术，达到节能、降耗、保护环境、重复利用水资源的目的，成为油田水处理站新建和改造的重要问题。对含油废水处理技术研究工作对环境保护和降低运营成本都有重要意义。
螺旋管作为分离部件具有结构简单、紧凑、占地面积小、分离效率高等特点[5,6]。其分离原理是待处理的混合液沿着螺旋形流道流动时，在离心力的作用下，重质相水向流道外侧移动，轻质相油则向流道内侧移动，油水逐渐分离出现分层现象。可选择油相大量聚集的位置，在螺旋管内侧开孔脱油，从而实现油水分离。油水的比例、回转半径、截面尺寸、入口流量、开孔位置等因素都会对分离效果产生影响。
2 工艺流程
螺旋管分离器室内实验的工艺流程如图1所示。整个工艺系统是从实验的可行性、计量准确性、操作方便性进行设计的。油和水各自泵出，经过静态混合器充分混合，流经压力和流量计量单元后，从螺旋管分离器入口进入，水相由底流排出，流经压力和流量计量单元后排到废液池中，射流混合液直接排到废液池中。
3 实验介质与实验样机
3.1 实验介质
油相介质的模拟选用密度为880kg/m3，运动黏度为15～19 10?6m2/s（100 C测量值）。在实验中油相介质的选用型号为GL-3-85W/9的齿轮油，其密度为880kg/m3，其运动黏度为17～19 10?6m2/s（100 C测量值）。采用双柱塞计量泵注油，注油量通过调节柱塞的行程得以控制使一定量的油与水混合，控制混合液的含油浓度。
3.2 实验样机
螺旋管选用的是1寸的铝塑复合管缠绕而成，螺距为100mm，缠绕10圈，回转半径分别为200、300、400、500mm。图2是实验样机几何模型，实验时经充分混合的油水混合物由入口流入，被分离的油相在经过出流孔时，排入罐体内由排污口排出，螺旋管内剩余的液体经底流口排出。
4 实验结果与分析
4.1 流量对分离效率的影响
由E=1-Cio/Cdo计算得到实验分离效率，其中Cio是入口含油浓度，Cdo是底流含油浓度。图3为回转半径R=500mm时流量对分离效率的影响曲线。由图可知，随着流量的增大，螺旋管分离器的分离效率先增大，在Qi=0.55m3/h分离效率达到90.8%，流量再继续增加，分离效率明显降低，说明Qi=0.55m3/h（入口速度为0.301m/s）为最佳流量。
4.2 回转半径对分离效率的影响
图4为流量Qi=0.55m3/h时，回转半径对分离效率的影响曲线。由图可知，随着回转半径的增加，螺旋管分离器的分离效率增大，回转半径R=200mm时，分离效率也可达到77%左右。小回转半径分离效果不好的原因是，回转半径越小，一方面使得离心力增加，促进油水分离；另一方面，流速的增大加剧了对油相的剪切，使得大量油滴破碎，油滴粒径减小，导致分离效率下降。
实验是在底流阀门完全打开的状态下进行的，回转半径和流量的变化都会对分流比产生影响，分流比越大，说明底流流出的液体越多，由射流孔流出的液体就越少，对于本实验而言，在保证分离效率的前提下，分离比越大越好。图5是不同回转半径的螺旋管在流量从0.5m3/h增加到0.9m3/h的分离比的变化图。从图可看出随着流量的增加，不同回转半径螺旋管的分离比都随着增加；在流量相同的点，回转半径的尺寸增加，分流比也增大。本实验分离效果最好的螺旋管（R=500mm）分流范围是在72%～82%之间，这说明排出孔的孔径尺寸设计是比较合理的。
5 结 论
实验结果表明，将螺旋管分离器用于油水分离是完全可行的。
流量大小和螺旋管直径大小都会对分离效率影响显著，合理的增加回转半径分离效率随之增加，在达到最佳流量前分离效率随流量的增加而增加，而后随着流量的增加分离效率逐渐减小。
另外，随着流量的增加，不同回转半径螺旋管的分离比都随着增加。
【参考文献】
[1]沈齐英. 含油废水处理概况[J]. 北京石油化工学院学报，2006, 14(3): 34.
[2]王临红，赵振兴，韩桂华等. 含油污水除油净水技术研究与发展[J]. 工业水处理，2005, 25(2): 5-8.
[3陈进富．油田采出水处理技术与进展[J]. 环境工程，2000, 18(1): 18-20.
[4]陈国华．水体污染治理[M]. 北京化学工业出版社，2002.
责任编辑：张子佳
【关键词】螺旋管分离器；油水分离；实验研究
1 引言
含油废水是一种典型的有机废水，量大面广且对环境的危害大，其中主要来自石油工业中石油和油品的加工、提炼、储存及运输；机械制造加工过程中产生的冷却润滑液、轧钢水等乳化油废水；运输工业中洗车、铁路机务段的洗油罐等排放的废水及机车废水等[1]。其主要成分包括：轻碳氢化合物、重碳氢化合物、燃油、焦油、润滑油、脂肪油、蜡油脂等。目前，我国大部分油田已经进入石油开采的中期和后期，采出原油的含水率已经达到70～80%，油水分离后产生大量的含油污水[2,3]；我国石化炼油厂每加工1t原油产生0.7～3.5t含油废水[4]，目前实际加工量每年1.6亿吨左右，根据计算产出含油废水每年高达1.12～5.6亿t，这不仅造成了水资源的污染、油资源的浪费，油类污染物对环境生态和人体健康的危害也已引起人们极大的关注。因此，如何开发出适合我国油田实际情况、高效经济的油田含油污水处理技术，达到节能、降耗、保护环境、重复利用水资源的目的，成为油田水处理站新建和改造的重要问题。对含油废水处理技术研究工作对环境保护和降低运营成本都有重要意义。
螺旋管作为分离部件具有结构简单、紧凑、占地面积小、分离效率高等特点[5,6]。其分离原理是待处理的混合液沿着螺旋形流道流动时，在离心力的作用下，重质相水向流道外侧移动，轻质相油则向流道内侧移动，油水逐渐分离出现分层现象。可选择油相大量聚集的位置，在螺旋管内侧开孔脱油，从而实现油水分离。油水的比例、回转半径、截面尺寸、入口流量、开孔位置等因素都会对分离效果产生影响。
2 工艺流程
螺旋管分离器室内实验的工艺流程如图1所示。整个工艺系统是从实验的可行性、计量准确性、操作方便性进行设计的。油和水各自泵出，经过静态混合器充分混合，流经压力和流量计量单元后，从螺旋管分离器入口进入，水相由底流排出，流经压力和流量计量单元后排到废液池中，射流混合液直接排到废液池中。
3 实验介质与实验样机
3.1 实验介质
油相介质的模拟选用密度为880kg/m3，运动黏度为15～19 10?6m2/s（100 C测量值）。在实验中油相介质的选用型号为GL-3-85W/9的齿轮油，其密度为880kg/m3，其运动黏度为17～19 10?6m2/s（100 C测量值）。采用双柱塞计量泵注油，注油量通过调节柱塞的行程得以控制使一定量的油与水混合，控制混合液的含油浓度。
3.2 实验样机
螺旋管选用的是1寸的铝塑复合管缠绕而成，螺距为100mm，缠绕10圈，回转半径分别为200、300、400、500mm。图2是实验样机几何模型，实验时经充分混合的油水混合物由入口流入，被分离的油相在经过出流孔时，排入罐体内由排污口排出，螺旋管内剩余的液体经底流口排出。
4 实验结果与分析
4.1 流量对分离效率的影响
由E=1-Cio/Cdo计算得到实验分离效率，其中Cio是入口含油浓度，Cdo是底流含油浓度。图3为回转半径R=500mm时流量对分离效率的影响曲线。由图可知，随着流量的增大，螺旋管分离器的分离效率先增大，在Qi=0.55m3/h分离效率达到90.8%，流量再继续增加，分离效率明显降低，说明Qi=0.55m3/h（入口速度为0.301m/s）为最佳流量。
4.2 回转半径对分离效率的影响
图4为流量Qi=0.55m3/h时，回转半径对分离效率的影响曲线。由图可知，随着回转半径的增加，螺旋管分离器的分离效率增大，回转半径R=200mm时，分离效率也可达到77%左右。小回转半径分离效果不好的原因是，回转半径越小，一方面使得离心力增加，促进油水分离；另一方面，流速的增大加剧了对油相的剪切，使得大量油滴破碎，油滴粒径减小，导致分离效率下降。
实验是在底流阀门完全打开的状态下进行的，回转半径和流量的变化都会对分流比产生影响，分流比越大，说明底流流出的液体越多，由射流孔流出的液体就越少，对于本实验而言，在保证分离效率的前提下，分离比越大越好。图5是不同回转半径的螺旋管在流量从0.5m3/h增加到0.9m3/h的分离比的变化图。从图可看出随着流量的增加，不同回转半径螺旋管的分离比都随着增加；在流量相同的点，回转半径的尺寸增加，分流比也增大。本实验分离效果最好的螺旋管（R=500mm）分流范围是在72%～82%之间，这说明排出孔的孔径尺寸设计是比较合理的。
5 结 论
实验结果表明，将螺旋管分离器用于油水分离是完全可行的。
流量大小和螺旋管直径大小都会对分离效率影响显著，合理的增加回转半径分离效率随之增加，在达到最佳流量前分离效率随流量的增加而增加，而后随着流量的增加分离效率逐渐减小。
另外，随着流量的增加，不同回转半径螺旋管的分离比都随着增加。
【参考文献】
[1]沈齐英. 含油废水处理概况[J]. 北京石油化工学院学报，2006, 14(3): 34.
[2]王临红，赵振兴，韩桂华等. 含油污水除油净水技术研究与发展[J]. 工业水处理，2005, 25(2): 5-8.
[3陈进富．油田采出水处理技术与进展[J]. 环境工程，2000, 18(1): 18-20.
[4]陈国华．水体污染治理[M]. 北京化学工业出版社，2002.
责任编辑：张子佳