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隨著世界能源的日益短缺、廢水污染負(fù)荷加重及廢水中污染物種類的日趨復(fù)雜化等問(wèn)題，同時(shí)人們環(huán)保意識(shí)和要求的不斷提高，迫切要求開(kāi)發(fā)高效的環(huán)境治理新設(shè)備;據(jù)專家分析2009～2010年國(guó)家環(huán)保投資將占同期國(guó)民生產(chǎn)總值的1.7%，市場(chǎng)對(duì)環(huán)保機(jī)械的需求量約為3200億人民幣;而水力旋流器具有分離效率高、裝置緊湊、操作簡(jiǎn)單、維修方便、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論對(duì)于環(huán)境保護(hù)，還是對(duì)于降低運(yùn)營(yíng)成本而言都有重要意義，目前已經(jīng)在環(huán)保工程的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的工業(yè)化應(yīng)用。
1、水力旋流器的分離原理
旋流除沙器的基本工作原理是基于離心沉降作用。當(dāng)待分離的兩相混合液以一定的壓力進(jìn)入旋流器后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(外旋流)，由于輕相和重相存在密度差，所受的離心力、向心浮力和流體曳力大小不同，受離心沉降作用，大部分重相被甩向器壁，沿壁面重力下沉由底流口排出，而大部分輕相沿中心管做上升旋轉(zhuǎn)流動(dòng)(內(nèi)旋流)由溢流口排出，從而達(dá)到分離的目的。人流口圖1水力旋流器工作示意圖
2水力旋流器在各行業(yè)環(huán)保工程應(yīng)用
2.1在油氣田開(kāi)采中的應(yīng)用我國(guó)大部分油田已進(jìn)入開(kāi)發(fā)的中后期，采出液平均含水量已超過(guò)80%。含水量的上升使開(kāi)采成本越來(lái)越高。同時(shí)產(chǎn)出液中含有高的達(dá)到6%泥沙，一方面導(dǎo)致管閥設(shè)備磨損;另一方面沉積在水罐或油罐中導(dǎo)致有效容積減少。因此，產(chǎn)出液中水和泥沙的高效分離是亟待解決的問(wèn)題。而油氣田作業(yè)污水的處理方法是大部分采用不利于可持續(xù)發(fā)展直接外排方式;有些采用難以達(dá)到環(huán)保要求的簡(jiǎn)單沉降處理或用罐車(chē)回收集中處理。水力旋流器能夠提高系統(tǒng)能量利用率、減少投資、節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。目前已廣泛的應(yīng)用于油氣田污水處理設(shè)備當(dāng)中。尤其在海洋石油平臺(tái)上，由于其面積或空間有限，旋流分離器應(yīng)用顯示出了其獨(dú)特的優(yōu)越性。1985年，英國(guó)北海和澳大利亞巴氏海峽相繼安裝一批永久性的去油型旋流器。自此，旋流分離器作為一種高效節(jié)能的新技術(shù)進(jìn)入含油污水處理的工業(yè)應(yīng)用階段。
2.2在煉油廢水處理中的應(yīng)用目前石化煉油廠含油廢水的處理仍多采用“老三套”的三級(jí)處理方案。雖然該技術(shù)簡(jiǎn)單實(shí)用，但能耗高、油水分離時(shí)間長(zhǎng)、占地面積大，會(huì)產(chǎn)生難于處置的浮渣，對(duì)大氣環(huán)境造成二次污染。1994年左右，撫順石化公司一廠和大連理工大學(xué)合作成功開(kāi)發(fā)的XYF-5型油水分離水力旋流器，處理后的出水含油量可降至15mg/L以下，達(dá)到了生化處理水質(zhì)要求，可代替浮選法，從而達(dá)到既無(wú)浮渣又簡(jiǎn)化處理流程的目的[2]。中國(guó)石化長(zhǎng)嶺分公司延遲焦化裝置利用旋流除油技術(shù)將含油污水分離，分出的污油進(jìn)裝置回?zé)�，處理后的水作為切焦和冷焦水用。該系統(tǒng)不但節(jié)約了新鮮水用量，節(jié)省了污水處理費(fèi)，回收了污油，而且減輕了長(zhǎng)嶺分公司污水處理場(chǎng)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了裝置含油污水零排放的目標(biāo)口]。中國(guó)石油大學(xué)(華東)與九江石油化工總廠開(kāi)發(fā)了適用于催化裂化、常減壓蒸餾、電脫鹽等含油廢水的水力旋流器。由此可以看出水力旋流器進(jìn)行油水分離在煉油廢水處理中存在著技術(shù)上的可行性、經(jīng)濟(jì)上的必要性和工程應(yīng)用上的廣闊前景。
2.3在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用大量化石燃料燃燒后，煙氣中的大量廢氣(主要是SO：，NO=)排入大氣，形成酸雨等對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響，隨著國(guó)家對(duì)大氣污染要求的進(jìn)一步嚴(yán)格，煙氣只進(jìn)行除塵已滿足不了要求，脫硫已勢(shì)在必行。目前，煙氣脫硫(FGD)技術(shù)種類較多，其中石灰石濕法技術(shù)作為最為成熟的技術(shù)，占世界上投入運(yùn)行的FGD系統(tǒng)的85%左右，我國(guó)的大型發(fā)電機(jī)組煙氣脫硫也以石灰石濕法為主。旋流分離器作為石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中重要的設(shè)備，在年發(fā)電量將達(dá)到72億kw•h的大唐潮州三百門(mén)電廠一期工程投產(chǎn)后，驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果符合《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，根據(jù)驗(yàn)收監(jiān)測(cè)結(jié)果計(jì)算，該脫硫裝置每年可減少23046噸的S0：排放。在燃煤鍋爐的脫硫技術(shù)上，除塵率達(dá)到95%，S02的去除率到達(dá)77%H1;同時(shí)在鋼鐵工業(yè)、鋁電解行業(yè)以及電池芯棒生產(chǎn)等一些大量排放含硫煙氣的企業(yè)，旋流分離技術(shù)很好的解決了煙氣帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題口]。
2.4在化工廢水處理中的應(yīng)用’化工生產(chǎn)廢水含有大量的有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)，如果不進(jìn)行處理直接排放，將會(huì)嚴(yán)重影響環(huán)境。在純堿生產(chǎn)中，旋流器替代轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)可以使煅燒過(guò)程幾乎不返堿，并且降低了蒸汽能耗，提高了處理能力，使整個(gè)系統(tǒng)成本降低、節(jié)水節(jié)能、減少了環(huán)境污染。在磷酸污水循環(huán)利用工藝中，將收集起來(lái)的污水，首先送入旋流器進(jìn)行初分級(jí)，再將含有細(xì)粒為主的旋流器溢流液用少量絮凝劑沉降后再與含粗顆粒為主的旋流器底流液混合脫水排渣，清液回用。徹底根除污水排放造成的污染，回收污水中有效成分的同時(shí)，又節(jié)約了大量工業(yè)用水。在氧化法生產(chǎn)環(huán)己酮工藝中，能有效脫除環(huán)己烷氧化溶液中的含堿物質(zhì)[6]。在精對(duì)苯二甲酸廢水處理裝置中使用SXD型水力旋流沉淀器[7]，苯二甲酸顆粒的去除率平均達(dá)到80%左右，使廢水的達(dá)標(biāo)排放起到了重要作用。
2.5在采礦工程上的應(yīng)用礦藏資源的開(kāi)采不但破壞了周?chē)沫h(huán)境及工農(nóng)業(yè)生•298•產(chǎn)，同時(shí)排除的礦山污水造成了環(huán)境的污染。迫于環(huán)境和安全的壓力，針對(duì)傳統(tǒng)的尾礦地表堆存處理方法存在的諸多問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外不斷開(kāi)發(fā)安全、高效的尾礦處理新技術(shù)，并逐步得到了工業(yè)化應(yīng)用。水力旋流器作為一種利用離心力強(qiáng)化固液分離的設(shè)備，在尾礦高效脫水、全尾礦充填采空區(qū)、膏體尾礦地表堆存等尾礦處理技術(shù)方面(見(jiàn)圖3)表現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景，尾礦作為充填料排放至采空區(qū)或塌陷坑，解決了地下采空區(qū)和地表塌陷的處理問(wèn)題邛]。在選煤工藝中，旋流分離技術(shù)高效益地回收利用煤泥，避免環(huán)境污染，開(kāi)辟了一條切實(shí)可行的途徑，使中國(guó)煤泥綜合利用技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平嘲。圖3選礦工藝沉程
2.6在淡水水質(zhì)凈化中的應(yīng)用我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家。水的污染降低了水資源的質(zhì)量，同時(shí)污染水排放量和毒性的增加，更加劇了水資源的緊缺。在水質(zhì)凈化領(lǐng)域，法國(guó)Veolie Water公司開(kāi)發(fā)的ACTIFLO工藝廣泛的應(yīng)用于全球大型水廠，系統(tǒng)中作為重要設(shè)備的水力旋流器實(shí)現(xiàn)了污泥水的有效分離¨。其次在農(nóng)業(yè)灌溉和地下水的除砂應(yīng)用中，通過(guò)采用水力旋流器分離水中所含泥沙，解決了管道的堵塞問(wèn)題。江蘇大學(xué)設(shè)計(jì)的暴雨徑流旋流分離器(見(jiàn)圖4)針對(duì)暴雨徑流具有流量大、沖擊性強(qiáng)、污染負(fù)荷高、所含固體顆粒物的粒徑較小等特點(diǎn)，在對(duì)鎮(zhèn)江流域的暴雨徑流污染特征的充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)和模擬分析口婦結(jié)果表明此旋流器對(duì)暴雨徑流這種具有流量大、脈動(dòng)性強(qiáng)、ss濃度高、含有大量固態(tài)氮磷污染物的污染源有很強(qiáng)的針對(duì)性。圖4暴雨徑流旋流分離器
2.7在其他行業(yè)中的應(yīng)用水力旋流器作為高效的分離設(shè)備，還被廣泛的應(yīng)用于切削加工過(guò)程中的切削液和洗車(chē)的污水除雜、航運(yùn)業(yè)中船舶機(jī)艙底水處理、建筑工業(yè)中鉆孔排污廢水的鉆屑分離、煉鋼行業(yè)回收高瓦斯泥、肉類加工廠、食用油脂加工、餐飲業(yè)處理廢水等行業(yè)中，保證生產(chǎn)質(zhì)量和充分利用寶貴的水資源的同時(shí)，也使環(huán)境得到了保護(hù)。
3、結(jié)語(yǔ)及展望
清潔生產(chǎn)作為污染預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略，是對(duì)傳統(tǒng)的末端治理手段的根本變革，是污染防治的最佳模式。水力旋流器是一項(xiàng)最有前途的環(huán)保設(shè)備;是一種符合我國(guó)國(guó)情的治理設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的雙重效益。近年來(lái)，新型水力旋流器的研制已取得了一定的成果，人們通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)水力旋流器進(jìn)行改造升級(jí)，將會(huì)被應(yīng)用于環(huán)保的各個(gè)領(lǐng)域。水力旋流器雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但與任何技術(shù)一樣，也存在不足之處，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意以下的問(wèn)題。①合理的選擇工藝。根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合與條件采用合理的工藝流程。旋流器的分離效率雖然一般可以達(dá)到90%以上，但它是依靠?jī)上嘟橘|(zhì)的密度差進(jìn)行離心分離的，也是一種不完全分離。工藝措施的不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致分離效果降低。②穩(wěn)定的工況條件。由于生產(chǎn)中工況條件的波動(dòng)對(duì)分離效率會(huì)產(chǎn)生很大影響。因此，運(yùn)行的穩(wěn)定性是水力旋流器應(yīng)用中最重要考慮的問(wèn)題。③應(yīng)與其他工藝措施相配套。經(jīng)濟(jì)合理地環(huán)保設(shè)備，應(yīng)該是幾種高效、經(jīng)濟(jì)的分離設(shè)備的合理組合，單純使用一種方法達(dá)到生產(chǎn)上的各種要求是不現(xiàn)實(shí)的。因此在工藝設(shè)計(jì)中對(duì)以上問(wèn)題應(yīng)予以考慮，選用合理的旋流器型號(hào)，才會(huì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的。
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