CN108046375B - 一种错流过滤油水分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种错流过滤油水分离装置，包括过滤通道，其顶部盖设有盖体，底部连通有集油槽，内部交错设置有多个与过滤通道等高设计的滤筒，滤筒的底部连通所述集油槽内部，过滤通道的底部与集油槽之间在未设置滤筒的位置处设置均设置有滤网，该滤网具有只过油不过水性能。过滤通道沿过滤的流通方向分为宽部、收敛部和窄部，靠近进口的一端形成为宽部，靠近出口的一端形成为窄部，宽部和窄部之间为收敛部，集油槽以及盖体对应宽部、收敛部和窄部的形状成型。本发明可以实现油水混合物中油类物质在选择性过滤材料吸附作用及重力作用下快速进入集油槽中，不需外力作用完成油水分，并且本发明适用范围大，结构简单，分离效率高，具有广泛的应用前景。

Description

一种错流过滤油水分离装置

技术领域

本发明属于机械工程、表面工程、流体力学与环境工程技术领域，具体涉及一种错流过滤油水分离装置。

背景技术

含油废水随意排放会造成油类物质进入水体进而造成水质恶化、大气污染、农作物减产、生态环境恶化等恶果。目前，含油废水的处理已经成为一个亟待解决的问题，油水分离技术作为解决含油污水的重要手段受到世界性广泛关注。如石油开采提炼过程、油品运输及存储均会生成含油污水，而石油开采或油船泄漏会加剧含油废水的产生。因此，从环境保护等方面出发，油水分离都具有重要意义。

根据油类物质与水在物理及化学性质方面的不同，人们提出了重力法、气浮法、离心法、化学沉降及微生物等分离方法。其中化学法及微生物降解等方法虽然能够实现含油废水中油类物质的去除，但油品难以回收、成本高、容易造成二次污染，因此在实际使用中受到限制。重力法油水分离技术是基于油类物质与水在密度上的差异通过自动沉降来实现油水分离的，重力式沉降分离设备即根据这一自然沉降的原理进行设计。气浮法其基本原理与重力法相似，主要是在重力沉降的基础上，利用油水混合物中微小气泡与油类物质黏附实现油水分层，该方法较自然重力沉降效率高并且能够处理部分乳化状的油水混合物，是目前正在深入研究并不断推广的一种较为实用油水分离的水处理方法。重力法和气浮法都是基于油和水在物理特性上的差异，以重力及浮力作为驱动力实现油水分离，然而作为驱动力的重力及浮力在一般条件下是无法改变的，因此很难通过增加驱动力来提高重力法和气浮法的油水分离效率。离心法正是基于重力法和气浮法在驱动力方面的局限性，基于油类物质与水密度上的差异，将高速旋转状态下的离心力作为驱动力来实现油水分离。由于离心设备转速可调并且可以达到非常高的转速,甚至可以产生高达几百倍重力效果的离心力作为油水分离的驱动力,因此离心式的油水分离设备可以高效彻底地将油水混合物实现分层。利用离心法原理设计的油水分离设备被称为旋流器，但由于该方法需产生离心力作为驱动力而需要高速相对运转的运动部件,故此涉及到运动部件的磨损及相关日常维护,因此成本较高。重力法、气浮法及油水分离方法均是基于油水混合物中油类物质与水在密度上存在的差异在驱动力作用下实现物理式的油水分离，具有操作简单处理量大等特点，一般在石油炼油、焦化、钢铁等行业使用。但具有投资及占地较多、操作弹性小等不足之处。相对于上述油水分离方法，膜分离方法就有结构紧凑、操作简单、能耗低及通用性强等优点，因此在油水分离领域内具有良好的应用前景。低污染、低能耗、高效的油水分离膜必然成为油水分离领域内主要发展方向。具有特殊润湿性能的过滤膜根据其表面的物理化学特性可在油水分离中得到应用。其中亲水疏油过滤膜可实现只过水不过油，而具有疏水亲油特性的过滤膜可实现只过油不过水，并且一般油水分离方法均是从油水混合物中单一的提取出部分油类物质或水分而不是实现油水的完全分离。

发明内容

本发明针对现有油水分离方法的不足以及现有设备在使用方面的局限性，基于疏水亲油过滤薄膜材料及界面力学优化设计，提出一种错流过滤油水分离装置，其基于界面力学与流体力学的物理式分离，具有分离效果显著、操作方便、成本低廉、易于工程化、不带来二次污染等特点，有望用于石油开采、运输过程中泄漏以及各行各业所产生的含油污水处理问题。

本发明提供一种错流过滤油水分离装置，包括过滤通道，所述过滤通道的顶部盖设有盖体，所述过滤通道的底部连通有集油槽，所述过滤通道的内部交错设置有多个与过滤通道等高设计的滤筒，滤筒的底部连通所述集油槽内部，过滤通道的底部与集油槽之间在未设置滤筒的位置处均设置有滤网。

优选地，所述过滤通道沿过滤的流通方向分为宽部、收敛部和窄部，其中靠近进口的一端形成为宽部，靠近出口的一端形成为窄部，宽部和窄部之间为收敛部，所述集油槽以及盖体对应宽部、收敛部和窄部的形状成型。

优选地，所述宽部、收敛部和窄部中均交错设置有滤筒，其中处于宽部的滤筒直径较处于窄部的滤筒直径大，处于收敛部的滤筒直径沿宽度由宽部的滤筒直径向窄部的滤筒直径逐渐缩小。

优选地，所述滤筒均匀交错排布。

优选地，所述滤筒和滤网均采用利用疏水化表面改性处理的只过油不过水的过滤材料。

优选地，所述滤筒和滤网所采用过滤材料的微孔孔径范围为5-300μm。

本发明具有的优点在于：

本发明根据流体动力学界面力学的要求，利用疏水化表面改性处理的微孔孔径范围为5-300μm的过滤材料，实现只吸油不吸水，并使过滤材料形成为与通道等高度交错排的布滤筒结构，可使油水混合物与过滤材料接触面积增加，并且使得油水混合物中油类物质充分与过滤材料接触，无论是对重油(密度大于水)还是对浮油(密度小于水)甚至混合状态的油水混合物均能够实现油类物质与过滤材料充分接触，提高分离效率。

本发明具有操作简单、成本低廉、环境友好等显著特点，有着良好的工程应用前景。本发明可用于分离石油石化行业油水混合物、机械加工行业切削液及含油废水、皮革制药等行业的油水混合物。

过滤组件整体结构包括集油槽结构设计如图2所示，一方面增加过流面积，另一方面在过流界面处构建了固液气三相接触界面，使得油类物质在润湿力以及重力作用下迅速通过过滤材料进入集油槽完成油水分离；通道长度的合理化设计、缩口形式的结构设计可使油水混合物中油类物质在流经通过过程中有足够的时间来实现油水分离，并且更加狭窄的微通道使得混合物中油类物质能够更彻底的与过滤材料接触。并且由于之前大部分油类物质已通过过滤材料进入储油槽，流经缩口处的油水混合物总量减少故此缩口处的设计不会造成整体处理效率的降低。

附图说明

图1和图2为错流过滤油水分离原理示意图；

图3为滤筒交错分布结构示意图；

图中：1-过滤通道；2-集油槽；3-盖体；4-滤筒；5-滤网；6-油液出口；7-油水混合物；8-油相；9-流动方向。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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。

本发明提供一种错流过滤油水分离装置，如图1至图3所示，其包括过滤通道1，所述过滤通道1具有处于前后两侧的壳体，其形成过滤通道的主体结构，过滤通道1的底部设置有集油槽2，用于收集过滤过程中所产生的油相8，过滤通道1的顶部盖设有盖体3，且过滤通道1的左右两端分别形成有进口和出口，所述过滤通道1沿整体的长度方向(过滤的流通方向)分为宽部、收敛部和窄部三个部分，三者一体成型，当需要快速分离时，需要宽部设计的略长一些，当需要保证分离质量时，需要窄部设计的长一些。其中靠近进口的一端形成为宽部，靠近出口的一端形成为窄部，宽部和窄部之间为收敛部，过滤通道1于宽部的宽度较窄部的宽度宽，宽度通过减缩部形成逐渐缩小。所述集油槽2以及盖体3对应宽部、收敛部和窄部的形状成型。所述过滤通道1内于集油槽2和盖体3之间竖直设置有与过滤通道1等高设计的多个滤筒4，实现滤筒4与过流界面等高设计，可以使过流通道内不同高度处的油类物质都能与只过油不过水的过滤材料接触，所述滤筒4间隔交错分布，该结构的设计一方面增加过流界面的面积，另外在过流界面处构建油-水-气三相界面(滤筒在高度方向上具有气相界面)，可以实现油水混合物7经入口进入后，在运动方向9的运动下，油类物质经交错设置的滤筒4的选择性过滤材料吸附作用以及重力作用下快速进入集油槽2中，不需外力作用完成油水分离。其中收敛部的缩口形式结构设计以及密集交错的滤筒分布方式可使该处微通道宽度减小，使得油水混合物7中油类物质更容易与疏水亲油过滤材料接触，可提高油水分离效果。

优选地，处于宽部的滤筒的直径均相等，处于窄部的滤筒直径也均相同，处于宽部的滤筒的直径较处于窄部的滤筒的直径大一些，所述收敛部的滤筒直径逐渐减小，可以沿着收敛部的宽度而直径逐渐缩小，或者取值为处于宽部和窄部之间的滤筒直径的区间值。所述滤筒的底部直接连通所述集油槽内部，使通过滤筒过滤后进入滤筒内部的油相直接流入集油槽进行收集。所述集油槽的上表面于未被滤筒覆盖的位置均设置有滤网，这样可以使油液混合物在未经过滤筒过滤的位置，在受重力作用时能够向下通过滤网而加以过滤，进而使油相得以过滤，而水相继续前行经出口端移动流出。

所述滤网为具有特殊润湿性能的过滤材料，其表面经疏水改性处理，实现只过油不过水的功能。所述滤筒则是通过滤网制备的，其为选择性滤筒，即实现仅可过油而不可过水。根据所需处理油水混合物中油类物质的粘度等物理特性及处理效率的需求，选择微孔孔径在5-300μm的金属滤网、滤布或滤纸等过滤材料作为基底材料，采用浸渍或喷涂的方式在过滤基材表面制备出低表面能涂层，材质如常见的特氟纶涂层和甲基树脂，喷涂时厚度在10到100微米，浸渍时浸渍溶液质量浓度为0.5到1％，酒精溶液，浸渍半小时，然后常温固化，以上制备低表面能涂层的工艺均为现有技术，本发明中不再赘述。基底材料经过浸渍或喷涂处理后即可获得具有疏水亲油特性的过滤材料，然后通过裁剪形成所需形状的滤网，以及弯曲形成所需尺径的滤筒。

油水混合物流经过滤通道时油类物质可透过滤筒或滤网而进入集油槽，如图2所示，与通道等高设计的滤筒密集交错的分布，可使油水混合物中油类物质高效的有足够时间透过过滤材料完成油水分离，缩口的结构设计减小通道宽度使油类物质能够被吸收的更为彻底，提高油水分离的质量。最终在没有外界驱动力的作用下，实现高效连续的油水分离效果。

实施例

本实施例中选择微孔孔径在30μm的不锈钢金属滤网作为基底材料，选择疏水二氧化硅和甲基MQ树脂等低表面能材料对基底材料进行表面疏水化改性处理，将疏水二氧化硅颗粒及低表面能的MQ树脂在酒精中充分分散获得质量分数为1％的酒精混合溶液。将过滤材料在混合溶液中浸泡30min，取出后在真空干燥箱内100℃条件下烘干。

过滤通道的整体长度为200mm，进口的宽度为50mm，收敛部的长度为30mm，收敛部最窄处的宽度为20mm，出口的宽度也为20mm，形成微通道的滤筒的数量为20个。组建错流过滤油水分离装置整体长度为200mm，高度为60mm，宽度为60mm。将硅油、汽油、柴油等油类物质与水按体积比为1:1经高速搅拌20min进行充分混合分别得到不同的油水混合物各1L。将各种油水混合物分别由入口注入错流过滤油水分离装置，可在30s内实现油水完全分离，并且分离效率高于99％。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (3)

1.一种错流过滤油水分离装置，其特征在于，包括过滤通道，所述过滤通道的顶部盖设有盖体，所述过滤通道的底部连通有集油槽，所述过滤通道的内部交错设置有多个与过滤通道等高设计的滤筒，滤筒的底部连通所述集油槽内部，过滤通道的底部与集油槽之间在未设置滤筒的位置处均设置有滤网；

所述过滤通道沿过滤的流通方向分为宽部、收敛部和窄部，其中靠近进口的一端形成为宽部，靠近出口的一端形成为窄部，宽部和窄部之间为收敛部，所述集油槽以及盖体对应宽部、收敛部和窄部的形状成型；

所述宽部、收敛部和窄部中均交错设置有滤筒，其中处于宽部的滤筒直径较处于窄部的滤筒直径大，处于收敛部的滤筒直径沿宽度由宽部的滤筒直径向窄部的滤筒直径逐渐缩小；

所述滤筒和滤网均采用利用疏水化表面改性处理的只过油不过水的过滤材料。

2.根据权利要求1所述的错流过滤油水分离装置，其特征在于，所述滤筒均匀交错排布。

3.根据权利要求1所述的错流过滤油水分离装置，其特征在于，所述滤筒和滤网所采用过滤材料的微孔孔径范围为5-300μm。