本发明属于油类污水处理技术领域，针对高乳化、高含悬的含油污水，提供一种基于电场协同介质聚结的o/w乳状液破乳除油装置和方法，尤其适用于油气开采、石油化工、煤化工等行业生产中会产生的高乳化含油污水的深度净化处理。
背景技术：
在石油开采、石油化工、煤化工、钢铁冶金等行业生产中会产生大量的高乳化含油污水，属于典型的o/w乳状液(油滴粒径0.1～10μm)，乳状液中的油滴微小且多伴有表面活性物、悬浮物等杂质，破乳除油困难，是含油污水处理中的重点和难点。例如，目前国内油田普遍采用化学驱强化采油技术和酸化、压裂等增产措施，使采出液中o/w乳状液的比重持续增高，导致传统采出水除油技术的处理效果显著下降，o/w乳状液的深度除油已成为限制国内油田深度挖掘产能面临的瓶颈性难题之一。
当前处理o/w乳状液普遍依赖投加破乳剂的化学方法进行破乳，并配合斜板、旋流、气浮等传统设备进行分离，存在药耗高、占地大、污油回收性差、产生油泥二次污染等问题，且随水质变化药剂更换频繁、普适性差。物理法破乳因具有普适性强、污油回收性好、无二次污染的优点，逐渐得到研究者的重视，目前主要分为两类：一类是通过施加电、超声、微波、热、离心等外能量场进行破乳，主要存在装置复杂、效率低、能耗高等问题，难以大规模应用；另一类是利用聚结介质的结构及表面润湿性进行破乳，装置简单、能耗低，但存在分离深度不足的问题。现有技术都存在各自的缺点和不足，难以满足绿色高效的o/w乳状液处理需求，迫切需要设法强化分离，在此背景下，发展外能量场(本发明中为电场)与介质聚结协同强化的物理法破乳除油新技术，对实现化学药剂近零消耗，提升含油污水处理与资源化水平具有重要意义。
长期以来，虽然电破乳技术在油包水型(w/o)乳状液的破乳脱水领域(如原油的电脱水、电脱盐)已得到广泛的研究与应用，但与此不同，由于水相具有导电性、易电解，电能在水溶液中容易耗散，若在o/w乳状液中施加如w/o乳状液原油脱水体系的几kv/cm的高强度电场，将导致击穿、爆沸，因此传统上认为用电场来分离o/w乳状液难以实现。目前在o/w乳状液处理中，与施加电场有关的应用皆为电化学处理技术，如电絮凝法常以金属铝或铁作为可溶性阳极，阳极电解后产生大量氢氧化物絮凝剂，阴极产生稳定的气泡，通过絮凝与气浮的结合处理含油污水，但普遍存在电极耗量大、产泥量大等问题。而直到近些年来，直接施加电场对o/w乳状液破乳除油方面才开始起步研究，虽然相关研究很少，但可得出如下共性结论：一方面，在适宜的电场条件作用下，o/w乳状液中的油滴具有复杂的电流体动力学(ehd)运动响应特性，说明施加电场是强化及调控微小油滴迁移、聚集的一种可行方法；另一方面，油滴只有经ehd运动聚集浓缩后在电极附近才能发生破乳，迁移距离长、破乳缓慢，导致单独电场破乳的除油效果较差。
介质聚结除油技术利用介质的润湿性表面为油滴聚结提供场所，油滴在流动过程中被介质捕获并聚结长大，实现分离，此类技术在含油污水预处理中发挥着重要作用，但难以适用于高乳化含油污水的深度处理，主要原因是受水流体粘性绕流的制约，微小油滴(特别<3μm油滴)与介质表面难以发生碰撞。
技术实现要素：
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种基于电场协同介质聚结的o/w乳状液破乳除油装置和方法，以克服当前普遍依赖投加化学药剂破乳的处理方法的不足。鉴于工业含油污水的成分复杂，本发明设计了具有不同分离功能的配套模块(旋流模块、第一介质聚结模块、多介质过滤模块及其组合装置)，进行分质、分级处理及整体协同配合，配套模块的作用为除去容易分离的气泡和分散油、较低分离难度的3～10μm的乳化油、部分难分离的1～3μm的乳化油、以及脱除悬浮物，保障电-介协同强化破乳模块或装置的进水水质为低含油、超低含悬，减轻处理负荷，以充分发挥电-介协同强化破乳模块集中针对0.1～3μm微小乳化油的强化破乳分离功效，从而达到深度处理的目的。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于电场协同介质聚结的o/w乳状液破乳除油装置，包括罐体，所述罐体内按照处理顺序依次设有电-介协同强化破乳模块、第二介质聚结模块；所述电-介协同强化破乳模块包括电极组件及介质，所述电极组件包括多个电极，所述介质填充在所述电极之间，所述电极外接有电源系统。
其中，在电-介协同强化破乳模块内将电场强制微小油滴迁移运动的电流体动力学(ehd)作用、介质聚结作用两种功能作用进行耦合，作用机理为：一方面，电场对油滴的迁移作用，可使油滴脱离粘性绕流的水流体流线而与介质表面发生碰撞，克服微小油滴与介质表面间碰撞效率低的问题；另一方面，处于电场中的聚结介质可为油滴聚结提供广泛的介质位点，介质的拦截、润湿聚结作用可减小油滴迁移距离并诱导快速聚结，克服油滴迁移距离长及难以快速聚结的问题。
本发明进一步设置为，所述罐体的顶部设有排油排气口；按照处理顺序，所述电-介协同强化破乳模块之前的所述罐体上设有含油污水进口，所述第二介质聚结模块之后的所述罐体上设有出水口。
本发明进一步设置为，所述罐体为立式，所述排油排气口和所述电-介协同强化破乳模块之间依次设有旋流模块和多介质过滤模块，所述旋流模块外接所述含油污水进口，所述旋流模块和所述多介质过滤模块之间的所述罐体上固定有止沸挡板；所述电-介协同强化破乳模块下方的所述罐体上设有排油口；所述多介质过滤模块和所述电-介协同强化破乳模块之间的的所述罐体上设有反冲洗水及气进口。
进一步地，在排油排气口处设有还有反洗防跑料部件。
其中，第二介质聚结模块为较低填充密度、较高空隙率的第一介质聚结模块，作用为加速较大油滴的捕获分离、防止夹带，以缩减设备空间，第二介质聚结模块的形状可为圆筒形、长方体形等，第二介质聚结模块空隙率0.8～0.95、厚度0.05～0.8m、高度0.3～1.5m，平均截面流速为0.005～0.1m/s，第二介质聚结模块下端距离罐体下切线距离0.3～1.5m。第二介质聚结模块亦可以用具有强化重力沉降功能的部件替代。
其中，电源系统为电-介协同强化破乳模块提供电力，可产生直流、交流、脉冲等多种可调电压波形，输出电压0～1000v、频率0～10000hz、占空比0.1～0.9，配有示波器显示输出的电学参数。
其中，多介质过滤模块的滤料可以为不同材质、尺寸、密度等特性的2～4种介质床层的组合，介质形状可为但不限于球状、束状、不规则颗粒状等。例如，上层包括但不限于聚氯乙烯、聚四氟乙烯等有机高分子颗粒材料，或纤维束、纤维球等软填料，介质尺寸0.2～2mm、介质密度1.1～2.2g/cm3、床层厚度0.2～1m，以油滴聚结分离及悬浮物过滤的功能作用为主；中间层包括但不限于核桃壳、石英砂、金刚砂、沸石等无机颗粒材料的单层或组合层，介质尺寸0.5～3mm、介质密度1.25～3.5g/cm3、床层厚度0.5～2m，以悬浮物深层过滤拦截的功能作用为主；下层包括但不限于鹅卵石、石榴石、磁铁矿等重质较大尺寸颗粒，介质尺寸4～8mm、介质密度2.6～5.2g/cm3、床层厚度0.2～0.5m，以支撑作用为主；正常操作流量下滤料层的横截面平均流速0.003～0.1m/s。正常操作流量具体是指正常操作的横截面平均流速对应的处理流量。
其中，旋流模块的结构型式采用多根柱状(圆柱状、柱锥状等)，中心柱与外围三根旁柱之间通过支管相连通，中心柱的柱径为35mm、旁柱径为25mm，中心柱内导流螺旋叶片倾斜角40°。进料从中心柱的底部进入，通过支管进入旁柱。旋流模块内产生旋流场，实现油水分离。旋流场的产生可通过切向进口结构或倾斜角10～80°的导流螺旋叶片，旋流模块内的流体切向速度5～20m/s、离心加速度100～1000倍重力加速度、停留时间<3s、压降<0.2mpa。旋流模块亦可采用旋流器组，或具有类似脱气、除油功能的以旋转离心力为分离原理的其他部件替代。
本发明提供利用上述装置进行o/w乳状液破乳除油的方法，针对含大量分散态油滴，油滴粒径>10μm，以及悬浮物的含油污水的除油、除悬处理：
待处理污水由含油污水进口进入装置后，首先进入旋流模块，在旋流模块内利用旋转离心力的原理对分散态油滴进行快速脱除，对粒径>15μm的分散态油滴的脱除效率＞95％，旋流模块出水中的油含量<500mg/l，并对粒径>1μm的气泡进行快速脱除。
旋流模块的出水进入多介质过滤模块，在多介质过滤模块内利用多介质滤料对油滴的聚结作用、对悬浮物的深层过滤拦截作用，实现粒径>2μm悬浮物的完全脱除，对粒径0.2～2μm悬浮物的脱除效率＞90％，对粒径>3μm乳化油滴的脱除效率＞50％；多介质过滤模块出水中的油含量<100mg/l、出水中的悬浮物含量<5～10mg/l；
多介质过滤模块的出水进入电-介协同强化破乳模块，电-介协同强化破乳模块实现粒径>3μm乳化油滴的完全脱除，对粒径0.1～3μm乳化油滴的脱除效率＞90％，出水中油含量<5～25mg/l。
电-介协同强化破乳模块的出水进入第二介质聚结模块，第二介质聚结模块的作用为加速较大油滴的捕获分离、防止夹带，以缩减设备空间。
本发明进一步设置为，多介质过滤模块增加反洗再生功能，间断性排出介质床层内积累的悬浮物，以维持持久的过滤性能；具体的，对所述多介质过滤模块进行反洗再生操作，依次进行水反冲洗、气水联合反冲洗、稳床三个步骤：水反冲洗步骤的水流量为正常操作流量的1～3倍、时间10～60min；气水联合反冲洗步骤的水流量、气流量分别为正常操作流量的1～3倍和1～6倍、时间20～60min；稳床步骤的水流量为正常操作流量的0.5～2倍、时间20～40min。
其中，稳床步骤的具体操作是：停止反洗气，仅注入反洗水，反洗水对滤料层进行稳床，恢复滤料层的正常工作状态。
判断需进行反洗再生操作的指标可为但不限于连续运行时间>24h、出水悬浮物含量>5～10mg/l、多介质床层压降>0.1～0.2mpa等。水反冲洗步骤和气水联合反冲洗步骤可共用反冲洗水及气进口，当进行气水联合反冲洗时，可在反冲洗水及气进口前进行水、气的预混合。
若反洗再生后装置出水悬浮物含量不达标，或每间隔1～3个月，可进行耦合微纳气泡水的深度反洗，操作方法为在上述气水联合反冲洗步骤的同时注入正常操作流量的0.5～1.5倍的微纳气泡水。
本发明进一步设置为，所述罐体为立式，所述排油排气口和所述电-介协同强化破乳模块之间依次设有旋流模块和第一介质聚结模块，所述旋流模块外接所述含油污水进口；所述第一介质聚结模块下方的所述罐体上和所述电-介协同强化破乳模块下方的所述罐体上均设有排油口。
本发明提供利用上述装置进行o/w乳状液破乳除油的方法，针对含大量分散态油滴但忽略悬浮物的含油污水的除油处理；待处理污水依次流经旋流模块、第一介质聚结模块、电-介协同强化破乳模块、第二介质聚结模块；所述第一介质聚结模块为由亲/疏油组合纤维编织形成的填充致密度较高的纤维床，利用致密介质的聚结、拦截作用对油滴进行捕获与聚结分离；第一介质聚结模块对粒径1～3μm乳化油滴的脱除效率＞80％，出水中油含量<30～50mg/l。
本发明进一步设置为，所述罐体为卧式，所述含油污水进口和所述电-介协同强化破乳模块之间依次设有旋流模块、第二介质聚结模块和第一介质聚结模块，所述旋流模块外接所述含油污水进口，所述排油排气口和所述电-介协同强化破乳模块之间设有第二介质聚结模块。
进一步地，所述罐体上设有多个排油排气口。
本发明进一步设置为，所述罐体为立式或卧式；按照处理顺序，所述电-介协同强化破乳模块之前的所述罐体内设有布水盘，所述布水盘连通所述含油污水进口。
本发明提供利用上述装置进行o/w乳状液破乳除油的方法，针对已经除油预处理后的高乳化含油污水的深度除油处理，待处理污水依次流经电-介协同强化破乳模块、第二介质聚结模块；所述除油预处理主要指已经对分散态油滴、粒径>3μm乳化油滴以及悬浮物进行了脱除后的污水。
本发明进一步设置为，所述罐体为卧式，所述电-介协同强化破乳模块有两个，所述布水盘有两给分别位于所述电-介协同强化破乳模块的下方，所述含油污水进口位于所述罐体的底部。
本发明进一步设置为，所述电极的形状为平板状、圆筒状、柱棒状或圆环板，所述介质为规整介质或散堆介质；所述电-介协同强化破乳模块内的水流方向为平流式或竖流式。
具体的，电-介协同强化破乳模块中电极组件的电极板间距2～20cm、电极板厚度＞2mm，电极板选用惰性电极、不溶出，可为但不限于钛、石墨等材料，可适当涂覆薄的防腐、绝缘涂层，但不能完全绝缘，需控制有适当的电流以为油滴的电流体动力学运动提供动力，电流密度的大小与电压、电解质含量、电导率等因素有关，可控制为1～500a/m2，不宜发生过度电解，电极板间的电场型式需保持为非均匀电场，且电场梯度较大为宜，以为油滴运动提供较大的介电泳力，电压输出值3～1000v，在电流、电解情况允许的条件下，电压输出类型的优选顺序依次为直流、双向脉冲、单相脉冲、交流，当电压输出类型为脉冲或交流时，输出频率以10～100hz为宜，不应超过10000hz，高频率时油滴运动将受到抑制。
具体的，电-介协同强化破乳模块中的填充介质一般选用非导电材料亦可掺混部分弱导电材料，以亲油性的聚四氟乙烯、聚丙烯等高分子材料为宜，也可为玻璃、陶瓷、石英砂等疏油性无机材料，形状可为颗粒形、纤维束形或规整介质等，介质床层厚度0.2～1.5m，当为规整介质填充时床层空隙率0.4～0.95、体积比表面积3000～18000m2/m3，当为散堆介质填充时颗粒尺寸0.2～3mm、纤维直径10～300μm、床层空隙率0.4～0.8。介质层横截面的水流平均流速0.001～0.1m/s。
本发明的方法可适应于高乳化、高含悬的含油污水的深度处理，对乳化油滴、悬浮物的分离精度分别为0.1μm、0.2μm，针对油含量不高于50000mg/l、悬浮物含量不高于500mg/l的含油污水进料，并且与当前依赖投加化学药剂破乳的o/w乳状液处理方法相比，本方法为物理法破乳，可至少削减80％甚至取消化学药剂的用量，污油可回收利用。
本发明的各装置的排油排气口、排油口的排液方式可为界位控制间断排放式、也可为连续排放式，当为连续排放式时排放的富油相的流量为所在装置进料处理量的0.2％～5％。
本发明具有以下有益效果：适应于高乳化、高含悬的含油污水的深度净化处理，对乳化油滴、悬浮物的分离精度分别为0.1μm、0.2μm，且抗物料波动性强，针对油含量不高于50000mg/l、悬浮物含量不高于500mg/l的含油污水进料，处理后的净化水中的油含量可低至<5～25mg/l，悬浮物含量可低至<5～10mg/l。与当前普遍依赖投加化学药剂进行破乳并配合斜板、旋流、气浮等传统设备进行分离的处理方法相比，本发明的装置结构紧凑、占地小，且本发明的方法为物理法破乳，可至少削减80％甚至取消化学药剂的用量，污油资源可回收利用，对实现化学药剂近零消耗，提升含油污水处理与资源化水平具有重要意义。
附图说明
图1-1到图1-7分别为电-介协同强化破乳模块的结构型式分类，依次为：平板电极-规整介质填充-平流式、平板电极-规整介质填充-竖流式、圆筒电极-规整介质填充、柱棒电极-规整介质填充、圆环板电极-规整介质填充-平流式、圆环板电极-规整介质填充-竖流式、平板电极-散堆介质填充-竖流式；
图2-1为实施例2的结构示意图；图2-2为多介质过滤模块的反冲洗膨化状态；
图3为实施例3的结构示意图；
图4为实施例4的结构示意图；
图5和图6为实施例5的结构示意图；
图7为实施例6的结构示意图。
其中，1-1旋流模块、1-2多介质过滤模块、1-3电-介协同强化破乳模块、1-4第二介质聚结模块、1-5电源系统、1-6含油污水进口、1-7出水口、1-8排油口、1-9排油排气口、1-10反冲洗水及气进口、1-11止沸挡板、1-12滤水帽及支撑板、1-13反洗防跑料部件、1-14压力表、1-15压差计、1-16界位计。
2-1旋流模块、2-2第一介质聚结模块、2-3电-介协同强化破乳模块、2-4第二介质聚结模块、2-5电源系统、2-6含油污水进口、2-7出水口、2-8排油口、2-9排油排气口、2-10压力表、2-11压差计、2-12界位计。
3-1电-介协同强化破乳模块、3-2第二介质聚结模块、3-3电源系统、3-4布水盘、3-5含油污水进口、3-6出水口、3-7排油口、3-8排油排气口、3-9压力表、3-10压差计、3-11界位计、3-12电极、3-13介质。
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。
实施例1
本发明提供一种基于电场协同介质聚结的o/w乳状液破乳除油装置，包括罐体，罐体内按照处理顺序依次设有电-介协同强化破乳模块、第二介质聚结模块。电-介协同强化破乳模块包括电极组件及介质，电极组件包括多个电极，介质填充在电极之间，电极外接有电源系统。罐体的顶部设有排油排气口；按照处理顺序，电-介协同强化破乳模块之前的罐体上设有含油污水进口，第二介质聚结模块之后的罐体上设有出水口。
电极的形状为平板状、圆筒状、柱棒状或圆环板，介质为规整介质或散堆介质；电-介协同强化破乳模块内的水流方向为平流式或竖流式。
具体的，水流方向与电极平行、与电场方向垂直，以增强油滴所受垂直于流线方向的电场力，但也不限于采用网状电极等型式，下水流方向可与电极垂直或以其余角度。当为规整介质填充时可采用平流式或竖流式，当为散堆介质填充时应采用竖流式，模块的结构型式可为但不限于：平板电极3-12-规整介质填充-平流式(如图1-1)、平板电极3-12-规整介质3-13填充-竖流式(如图1-2)、圆筒电极3-12-规整介质3-13填充(如图1-3)、柱棒电极3-12-规整介质3-13填充(如图1-4)、圆环板电极3-12-规整介质3-13填充-平流式(如图1-5)、圆环板电极3-12-规整介质3-13填充-竖流式(如图1-6)、平板电极3-12-散堆介质3-13填充-竖流式(如图1-7)等，根据电-介协同强化破乳模块的结构型式的不同，可形成对应模块结构的卧式装置、立式装置(如图2-1)。
实施例2
参见图2-1，罐体为立式，排油排气口1-9和电-介协同强化破乳模块1-3之间依次设有旋流模块1-1和多介质过滤模块1-2，旋流模块1-1外接含油污水进口1-6，旋流模块1-1和多介质过滤模块1-2之间的罐体上固定有止沸挡板1-11；电-介协同强化破乳模块1-3下方的罐体上设有排油口1-8；多介质过滤模块1-2和电-介协同强化破乳模块1-3之间的的罐体上设有反冲洗水及气进口1-10。在排油排气口1-9处设有还有反洗防跑料部件1-13。
本发明提供利用上述装置进行o/w乳状液破乳除油的方法，针对含大量分散态油滴，油滴粒径>10μm，以及悬浮物的含油污水的除油、除悬处理：
待处理污水由含油污水进口1-6进入装置后，首先进入旋流模块1-1，在旋流模块1-1内利用旋转离心力的原理对分散态油滴进行快速脱除，对粒径>15μm的分散态油滴的脱除效率＞95％，旋流模块1-1出水中的油含量<500mg/l，并对粒径>1μm的气泡进行快速脱除。
旋流模块1-1的出水进入多介质过滤模块1-2，在多介质过滤模块1-2内利用多介质滤料对油滴的聚结作用、对悬浮物的深层过滤拦截作用，实现粒径>2μm悬浮物的完全脱除，对粒径0.2～2μm悬浮物的脱除效率＞90％，对粒径>3μm乳化油滴的脱除效率＞50％；多介质过滤模块1-2出水中的油含量<100mg/l、出水中的悬浮物含量<5～10mg/l；
多介质过滤模块1-2的出水进入电-介协同强化破乳模块1-3，电-介协同强化破乳模块1-3实现粒径>3μm乳化油滴的完全脱除，对粒径0.1～3μm乳化油滴的脱除效率＞90％，出水中油含量<5～25mg/l。
电-介协同强化破乳模块1-3的出水进入第二介质聚结模块1-4，第二介质聚结模块1-4的作用为加速较大油滴的捕获分离、防止夹带，以缩减设备空间。
多介质过滤模块1-2增加反洗再生功能，间断性排出介质床层内积累的悬浮物，以维持持久的过滤性能；具体的，对多介质过滤模块1-2进行反洗再生操作，依次进行水反冲洗、气水联合反冲洗、稳床三个步骤：水反冲洗步骤的水流量为正常操作流量的1～3倍、时间10～60min；气水联合反冲洗步骤的水流量、气流量分别为正常操作流量的1～3倍和1～6倍、时间20～60min；稳床步骤的水流量为正常操作流量的0.5～2倍、时间20～40min。多介质过滤模块1-2的反冲洗膨化状态参见图2-2。
其中，稳床步骤的具体操作是：停止反洗气，仅注入反洗水，反洗水经滤水帽分布后，对滤料层进行稳床，恢复滤料层的正常工作状态。
实施例3
参见图3，罐体为立式，排油排气口2-9和电-介协同强化破乳模块2-3之间依次设有旋流模块2-1和第一介质聚结模块2-2，旋流模块2-1外接含油污水进口2-6；第一介质聚结模块2-2下方的罐体上和电-介协同强化破乳模块2-3下方的罐体上均设有排油口2-8，分别作为二级排油口2-8排出第一介质聚结模块2-2和电-介协同强化破乳模块2-3分离的油。
第一介质聚结模块2-2为由亲/疏油组合纤维编织形成的填充致密度较高的纤维床，构造选用专利‘zl201410211201.6一种适用于油水深度分离的ω型纤维编织方法’、或‘zl201410211202.0一种适用于油水分离的x型纤维编织方法’中的纤维编织方法及模块几何参数特征。第一介质聚结模块2-2内的平均截面流速0.01～0.1m/s、床层厚度0.2～1m。
本发明提供利用上述装置进行o/w乳状液破乳除油的方法，针对含大量分散态油滴但忽略悬浮物的含油污水的除油处理；待处理污水依次流经旋流模块2-1、第一介质聚结模块2-2、电-介协同强化破乳模块2-3、第二介质聚结模块2-4；第一介质聚结模块2-2为由亲/疏油组合纤维编织形成的填充致密度较高的纤维床，利用致密介质的聚结、拦截作用对油滴进行捕获与聚结分离；第一介质聚结模块2-2对粒径1～3μm乳化油滴的脱除效率＞80％，出水中油含量<30～50mg/l。
实施例4
参见图4，罐体为卧式，含油污水进口2-6和电-介协同强化破乳模块2-3之间依次设有旋流模块2-1、第二介质聚结模块2-4和第一介质聚结模块2-2，旋流模块2-1外接含油污水进口2-6，排油排气口2-9和电-介协同强化破乳模块2-3之间设有第二介质聚结模块2-4。
实施例5
参见图5或图6，罐体为立式或卧式；按照处理顺序，电-介协同强化破乳模块3-1之前的罐体内设有布水盘3-4，布水盘3-4连通含油污水进口3-5。
本发明提供利用上述装置进行o/w乳状液破乳除油的方法，针对已经除油预处理后的高乳化含油污水的深度除油处理，待处理污水依次流经电-介协同强化破乳模块3-1、第二介质聚结模块3-2；除油预处理主要指已经对分散态油滴、粒径>3μm乳化油滴以及悬浮物进行了脱除后的污水。
实施例6
参见图7，罐体为卧式，电-介协同强化破乳模块3-1有两个，布水盘3-4有两给分别位于电-介协同强化破乳模块3-1的下方，含油污水进口3-5位于罐体的底部。
实施例7
本实施例以图2-1中所示的一种立式的组合装置a在某炼油厂电脱盐污水处理中的中试试验的实施为例，进行实施例的应用背景及实施装置的阐述，具体如下：
电脱盐装置是炼油厂不可或缺的装置之一，其运行效果将在相当程度上影响炼油生产装置及污水处理装置的安全、稳定的运行。原油电脱盐的作用是脱除原油中的无机盐和水，其工艺为：将注入破乳剂和一定量水的原油加热到110～140℃，充分混合后送入电脱盐罐，在罐内高压电场和破乳剂的双重作用下w/o乳化液中的微小水滴聚集成大水滴并沉降分离，然后分别排出污水和脱后原油，达到脱水、脱盐的目的。目前国内主要采用两级和三级电脱盐工艺，如典型的两级电脱盐工艺为：采用汽提净化水等作为二级电脱盐的注水，二级电脱盐排水作为一级电脱盐的注水，一级排出的含油污水去后续含油污水处理设施。电脱盐注水量一般为原油质量的4～8％，在电脱盐完成后作为含油污水排出，污水中含有大量的分散态、乳化态的污油，为减少对后续污水处理场的冲击，一般要求外排电脱盐污水的油含量小于200mg/l。
电脱盐污水的含油状况与原油品质和电脱盐罐的工艺操作条件密切相关。近年来，随着国内外原油品质的劣化，加工高硫重质、劣质原油比重不断攀升，导致电脱罐内油水乳化严重、乳化层厚、油水界面不稳定、切水发黑，污水油含量高、合格率低。高浓度含油污水的生物降解性差，对污水处理场造成极大冲击。电脱盐污水带油严重的问题已成为国内炼油企业亟待解决的难题。
电脱盐污水难处理的原因主要有两方面：一是其乳化油含量高、且由表面活性物质稳定，微小的乳化油滴超出常规分离技术的分离精度；二是其含有悬浮颗粒物、絮状物，导致精密分离技术的堵塞、失效。具体原因如下：(1)劣质原油中富含沥青质、胶质、环烷酸、油性颗粒杂质等表面活性物质沉积在油水乳化层区域，形成稳定且量大的乳化层，并成为污水排出；(2)原油比重大、油水密度差小；(3)不同类型原油混炼期间，沥青质稳定性差，产生大量絮状物沉积在水相；(4)电脱盐反洗时含油性沉渣、浮渣；以上因素导致电脱盐污水乳化、发黑、带絮、带油严重。传统的斜板斜管、api、撇油器等重力式强化沉降技术(精度100～150μm)，旋流、离心分离技术(10～20μm)，粗粒化、板块聚结技术(10～15μm)，等分离技术受分离精度限制，无法处理高乳化、低密度差的电脱盐污水；溶气、诱导气浮技术的处理效果亦不理想，且存在加药量大、产生浮渣二次污染等问题；而滤芯、膜过滤等精密分离技术存在堵塞、结垢、稳定性等问题，无法适应该恶劣水质。
某炼油厂由于加工长庆原油、塔河原油等多种品种的混合原油，造成沥青质稳定性差，产生大量絮状物沉积在水相；且塔河原油较劣质，导致电脱罐内油水乳化严重、乳化层厚、油水界面波动大、切水发黑。该厂现有的超声波、波纹斜板隔油、水力旋流的组合技术对其电脱盐污水的分离效率很低，外排污水悬浮物含量高、油含量高且波动大，对污水处理场造成极大冲击。该厂前期也试验了几种除油技术，均未取得良好的技术效果。亟需能适应恶劣水质(含悬浮物、絮状物、沉浮渣)的乳化油高效破乳除油及除悬一体化技术，在此背景下，发明人通过设计一套处理量1～3m3/h的一种立式的组合装置a开展中试试验，取得了显著的技术效果：在进口污水中平均石油类含量(总油减溶解油)约30000mg/l、平均悬浮物含量约500mg/l的条件下，出口污水中的石油类含量<25mg/l、悬浮物含量<10mg/l，说明该技术可高效去除电脱盐污水中的重油、乳化油及悬浮颗粒物，实现电脱盐污水的达标外排。中试采用的立式的组合装置a(如图2-1所示)的结构及操作参数如下：
罐体直径为340mm，罐体切线高度为3200mm。
旋流模块的结构型式采用多根柱状，中心柱与外围三根旁柱通过支管相连，中心柱的柱径为35mm、旁柱径为25mm，中心柱内导流螺旋叶片倾斜角40°。
多介质过滤模块内的平均截面流速控制为0.003～0.01m/s，介质床层的厚度为1m，选用0.5m厚度的纤维束床层与0.5m厚度的石英砂床层的两层组合，石英砂为尺寸0.5～1mm的不规则颗粒。反冲洗判断条件设为多介质过滤模块段的压差达到0.15mpa或本段出水悬浮物含量>10mg/l，反冲洗的水、气来自厂区的公用工程，流量分别为试验装置运行处理量的1.5倍、1倍。
电-介协同强化破乳模块的平均截面流速控制为0.003～0.01m/s，电-介模块的厚度为0.5m，结构型式采用平板电极-散堆介质填充-竖流式，电极组件采用石墨电极，极板间距3cm，填充介质选用尺寸约1mm的聚四氟乙烯颗粒，电源系统控制输出频率10hz的双向脉冲，电压5～20v。
第二介质聚结模块采用圆筒形，其内筒直径80mm、外筒直径200mm、高度100mm，采用不锈钢纤维与聚丙烯纤维混合编织的纤维床结构，模块空隙率0.9。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种基于电场协同介质聚结的o/w乳状液破乳除油装置，其特征在于，包括罐体，所述罐体内按照处理顺序依次设有电-介协同强化破乳模块、第二介质聚结模块；所述电-介协同强化破乳模块包括电极组件及介质，所述电极组件包括多个电极，所述介质填充在所述电极之间，所述电极外接有电源系统。
2.根据权利要求1所述的o/w乳状液破乳除油装置，其特征在于，所述罐体的顶部设有排油排气口；按照处理顺序，所述电-介协同强化破乳模块之前的所述罐体上设有含油污水进口，所述第二介质聚结模块之后的所述罐体上设有出水口。
3.根据权利要求2所述的o/w乳状液破乳除油装置，其特征在于，所述罐体为立式，所述排油排气口和所述电-介协同强化破乳模块之间依次设有旋流模块和多介质过滤模块，所述旋流模块外接所述含油污水进口，所述旋流模块和所述多介质过滤模块之间的所述罐体上固定有止沸挡板；所述电-介协同强化破乳模块下方的所述罐体上设有排油口；所述多介质过滤模块和所述电-介协同强化破乳模块之间的的所述罐体上设有反冲洗水及气进口。
4.根据权利要求2所述的o/w乳状液破乳除油装置，其特征在于，所述罐体为立式，所述排油排气口和所述电-介协同强化破乳模块之间依次设有旋流模块和第一介质聚结模块，所述旋流模块外接所述含油污水进口；所述第一介质聚结模块下方的所述罐体上和所述电-介协同强化破乳模块下方的所述罐体上均设有排油口。
5.根据权利要求2所述的o/w乳状液破乳除油装置，其特征在于，所述罐体为卧式，所述含油污水进口和所述电-介协同强化破乳模块之间依次设有旋流模块、第二介质聚结模块和第一介质聚结模块，所述旋流模块外接所述含油污水进口，所述排油排气口和所述电-介协同强化破乳模块之间设有第二介质聚结模块。
6.根据权利要求2所述的o/w乳状液破乳除油装置，其特征在于，所述罐体为立式或卧式；按照处理顺序，所述电-介协同强化破乳模块之前的所述罐体内设有布水盘，所述布水盘连通所述含油污水进口。
7.根据权利要求6所述的o/w乳状液破乳除油装置，其特征在于，所述罐体为卧式，所述电-介协同强化破乳模块有两个，所述布水盘有两给分别位于所述电-介协同强化破乳模块的下方，所述含油污水进口位于所述罐体的底部。
8.根据权利要求1-7任一项所述的o/w乳状液破乳除油装置，其特征在于，所述电极的形状为平板状、圆筒状、柱棒状或圆环板，所述介质为规整介质或散堆介质；所述电-介协同强化破乳模块内的水流方向为平流式或竖流式。
9.利用权利要求3所述的装置进行o/w乳状液破乳除油的方法，其特征在于，针对含大量分散态油滴，油滴粒径>10μm，以及悬浮物的含油污水的除油、除悬处理：
待处理污水由含油污水进口进入装置后，首先进入旋流模块，在旋流模块内利用旋转离心力的原理对分散态油滴进行快速脱除，对粒径>15μm的分散态油滴的脱除效率＞95％，旋流模块出水中的油含量<500mg/l，并可对粒径>1μm的气泡进行快速脱除。
旋流模块的出水进入多介质过滤模块，实现粒径>2μm悬浮物的完全脱除，对粒径0.2～2μm悬浮物的脱除效率＞90％，对粒径>3μm乳化油滴的脱除效率＞50％；多介质过滤模块出水中的油含量<100mg/l、出水中的悬浮物含量<5～10mg/l；
多介质过滤模块的出水进入电-介协同强化破乳模块，实现粒径>3μm乳化油滴的完全脱除，对粒径0.1～3μm乳化油滴的脱除效率＞90％，出水中油含量<5～25mg/l。
电-介协同强化破乳模块的出水进入第二介质聚结模块，第二介质聚结模块的作用为加速较大油滴的捕获分离、防止夹带，以缩减设备空间。
10.利用权利要求9所述的装置进行o/w乳状液破乳除油的方法，其特征在于，对所述多介质过滤模块进行反洗再生操作，依次进行水反冲洗、气水联合反冲洗、稳床三个步骤：水反冲洗步骤的水流量为正常操作流量的1～3倍、时间10～60min；气水联合反冲洗步骤的水流量、气流量分别为正常操作流量的1～3倍和1～6倍、时间20～60min；稳床步骤的水流量为正常操作流量的0.5～2倍、时间20～40min。
11.利用权利要求4所述的装置进行o/w乳状液破乳除油的方法，其特征在于，针对含大量分散态油滴但忽略悬浮物的含油污水的除油处理，待处理污水依次流经旋流模块、第一介质聚结模块、电-介协同强化破乳模块、第二介质聚结模块；所述第一介质聚结模块为由亲/疏油组合纤维编织形成的填充致密度较高的纤维床，利用致密介质的聚结、拦截作用对油滴进行捕获与聚结分离；第一介质聚结模块对粒径1～3μm乳化油滴的脱除效率＞80％，出水中油含量<30～50mg/l。
12.利用权利要求6所述的装置进行o/w乳状液破乳除油的方法，其特征在于，针对已经除油预处理后的高乳化含油污水的深度除油处理，待处理污水依次流经电-介协同强化破乳模块、第二介质聚结模块；所述除油预处理主要指已经对分散态油滴、粒径>3μm乳化油滴以及悬浮物进行了脱除后的污水。
技术总结
本发明提供一种基于电场协同介质聚结的O/W乳状液破乳除油装置和方法，该装置包括罐体，所述罐体内按照处理顺序依次设有电‑介协同强化破乳模块、第二介质聚结模块；所述电‑介协同强化破乳模块包括电极组件及介质，所述电极组件包括多个电极，所述介质填充在所述电极之间，所述电极外接有电源系统。本发明利用电场强化油滴迁移的电动作用，将电场中油滴的电流体动力学运动与介质聚结作用有机耦合，实现微小乳化油滴的深度脱除。本发明属于多物理场协同的物理法强化破乳除油技术，与当前普遍依赖投加化学药剂破乳的O/W乳状液处理方法相比，本发明的装置占地小、污油资源回收性好、不产生油泥二次污染且物理法破乳的物料普适性好。
技术开发人、权利持有人：卢浩;杨强;潘志程;刘懿谦;李裕东;武世汉;王宁;毛荣成
