阅读说明：本技术 便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统 (Membrane filtration-coalescence coupling oily sewage treatment experimental system convenient for performance evaluation ) 是由 桑义敏 何燎 刘晗 韩严和 陈家庆 胡建龙 于 2019-08-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统,包括：原水槽下部设第一排空阀；原水槽的出水管上依次设驱动泵、第一压力表、第一取样阀和流量计,与聚结-过滤耦合分离器前端设置的进水管道连接；聚结-过滤耦合分离器的后端设置出水管道,经设置第五取样阀的管路与出水槽连接；聚结-过滤耦合分离器上分别设第二压力表、第二取样阀、第三取样阀和第四取样阀；出水槽下部设第二排空阀。该实验系统通过聚结材料和膜过滤过程中发生的膜孔内聚结提高油水分离效率；能评价条形聚结材料、分离膜前表面的以及分离膜内壁以及膜后表面的聚结性能；能评价分离膜本身的过滤性能；能根据研究需要和分离需要,进行功能的选取和组合。(The invention discloses a membrane filtration-coalescence coupling oily sewage treatment experiment system convenient for performance evaluation, which comprises: the lower part of the raw water tank is provided with a first emptying valve; a driving pump, a first pressure gauge, a first sampling valve and a flowmeter are sequentially arranged on a water outlet pipe of the raw water tank and are connected with a water inlet pipeline arranged at the front end of the coalescence-filtration coupling separator; the rear end of the coalescence-filtration coupling separator is provided with a water outlet pipeline which is connected with a water outlet tank through a pipeline provided with a fifth sampling valve; the coalescence-filtration coupling separator is respectively provided with a second pressure gauge, a second sampling valve, a third sampling valve and a fourth sampling valve; the lower part of the water outlet groove is provided with a second emptying valve. The experimental system improves the oil-water separation efficiency through coalescence of the coalescence material and the cohesion of the membrane pores generated in the membrane filtration process; the coalescence properties of the strip-shaped coalescence material, the front surface of the separation membrane, the inner wall of the separation membrane and the rear surface of the membrane can be evaluated; the filtration performance of the separation membrane can be evaluated; the selection and combination of functions can be carried out according to research needs and separation needs.)

便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统。

背景技术

在石油石化行业，每年产生大量的采油污水、炼油污水等含油污水。目前我国大部分油田进入开采的中后期，随着二次或三次采油技术的发展，油田采出液的含水率不断增加，因而产生大量的采油污水，需要进一步的处理，以避免环境污染、减少排放或回注于地下以回收水资源。此外，钢铁、机械加工、食品等行业也会产生大量的含油污水，为生态环境和人类健康带来危害和挑战。这种背景下，客观上迫切需要新型高效的含油污水处理技术和设备问世。含油污水处理技术的研究，多是先在实验室进行试验后，再去油田、石化等工业现场进行调试或者扩大应用试验。因此，新的处理技术和机理的出现与发展显得格外重要。

在含油污水处理实践中，聚结和膜分离是两个重要的油水分离单元。在试验过程中，发明人发现在膜分离过程中存在较为明显的油滴聚结现象，原因可能有两个：一是膜材料表面的润湿聚结作用；二是油滴通过膜孔时的挤压合并作用。这是一个崭新的研究领域，除了国外仅有的几篇文献之外，相关报道并不多见，因而该研究具有较好的创新意义。但目前并没有实施该项研究的实验设备或系统，是需要解决的问题。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统，能解决目前没有研究膜分离过程中存在较为明显的油滴聚结现象的实验设备或系统，无法很好进行膜分离油滴聚结机理研究的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统，其特征在于，包括：第一排空阀、原水槽、驱动泵、第一压力表、第一取样阀、第二压力表、第二取样阀、第三取样阀和第四取样阀、流量计、聚结-过滤耦合分离器、第五取样阀、出水槽和第二排空阀；其中，

所述原水槽下部设置所述第一排空阀；

所述原水槽的出水管上依次设置所述驱动泵、第一压力表、第一取样阀和流量计，该出水管与所述聚结-过滤耦合分离器前端设置的进水管道连接；

所述聚结-过滤耦合分离器的后端设置出水管道，该出水管道经设置第五取样阀的管路与所述出水槽连接；

所述聚结-过滤耦合分离器上分别设置第二压力表、第二取样阀、第三取样阀和第四取样阀；

所述出水槽下部设置所述第二排空阀。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统，其有益效果为：

通过设置聚结-过滤耦合分离器，并与原水槽、驱动泵、第一压力表、第一取样阀、第二压力表、第二取样阀、第三取样阀和第四取样阀、流量计、第五取样阀和出水槽有机连接，形成一种集聚结、过滤为一体的含油污水处理且便于性能评价的实验系统，能通过聚结-过滤耦合分离器内的条形聚结材料和膜过滤过程中发生的膜孔内聚结提高油水分离的效率。该实验系统能满足创新型研究内容的需要，克服现有技术装置仅有油水分离或者试验研究单一功能的不足。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统的构成示意图；

图2为本发明实施例提供的实验系统中的聚结-过滤耦合分离器的构成示意图；

图3为图2中聚结-过滤耦合分离器的A-A处的第一多孔板的剖面示意图；

图4为图2中聚结-过滤耦合分离器的B-B处的第二多孔板的剖面示意图；

图5为本发明实施例提供的实验系统进行污水处理中分离膜来水与出水内油滴粒径数量分布图；

图中各标记对应的部件名称为：1-第一排空阀；2-原水槽；3-驱动泵；4-第一取样阀；5-第一压力表；6-流量计；7-聚结-过滤耦合分离器；8-前法兰盖；9-第一多孔板1；10-条形聚结材料；11-第二压力表；12-第二取样阀；13-第三取样阀；14-第四取样阀；15-分离膜；16-第二多孔板；17-后法兰盖；18-第五取样阀；19-出水槽；20-第二排空阀；21-进水管道；22-出水管道；23-前分离膜。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，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，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本发明实施例提供一种便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统，包括：第一排空阀、原水槽、驱动泵、第一压力表、第一取样阀、第二压力表、第二取样阀、第三取样阀和第四取样阀、流量计、聚结-过滤耦合分离器、第五取样阀、出水槽和第二排空阀；其中，

所述原水槽下部设置所述第一排空阀；

所述原水槽的出水管上依次设置所述驱动泵、第一压力表、第一取样阀和流量计，该出水管与所述聚结-过滤耦合分离器前端设置的进水管道连接；

所述聚结-过滤耦合分离器的后端设置出水管道，该出水管道经设置第五取样阀的管路与所述出水槽连接；

所述聚结-过滤耦合分离器上分别设置第二压力表、第二取样阀、第三取样阀和第四取样阀；

所述出水槽下部设置所述第二排空阀。

如图2所示，上述实验系统中，聚结-过滤耦合分离器包括：

固定支架、透明筒体、前法兰盖、后法兰盖、第一多孔板、第二多孔板和条形聚结组件；其中，

所述透明筒体横置在所述固定支架上；

所述透明筒体的前端开口上固定安装前法兰盖，所述前法兰盖的中间部位设置进水口，该进水口外部连接进水管道，该透明筒体的后端开口上固定安装后法兰盖，所述后法兰盖的中间部位设置出水口，该出水口外部连接出水管道；

该透明筒体内从前至后依次设置第一多孔板、条形聚结材料、分离膜和第二多孔板。

上述实验系统中，第一多孔板经所述透明筒体内壁前端设置的多个支撑体固定在所述透明筒体内前端，所述第一多孔板与所述前法兰盖之间保持间隔；优选的，第一多孔板与所述前法兰盖之间的间距为0.11m；这样便于进水布水；

所述条形聚结材料一端固定在所述第一多孔板上，另一端为自由端；

所述分离膜贴设在所述第二多孔板上；

所述第二多孔板经所述透明筒体内壁后端设置的多个支撑体固定在所述透明筒体内后端，所述第二多孔板与所述后法兰盖之间保持间隔；优选的，所述第二多孔板与所述后法兰盖之间的间距为0.08m；这样便于出水；

所述第二压力表安装在所述透明筒体中段的管壁上；

所述第二取样阀设置在所述条形聚结材料和所述分离膜之间的所述透明筒体外部；优选的，条形聚结材料是一种由条形聚结软体材料组成的软性结构体；

所述第三取样阀和第四取样阀分别设置在贴紧所述分离膜前端处的所述透明筒体外部，所述第三取样阀与第四取样阀分别安装于所述透明筒体的上下端位置。

所述第三取样阀与第四取样阀的安装位置距离所述分离膜5mm。便于对分离膜前的水进行取样，使用中，可将第三取样阀与第四取样阀取得的水样均匀混合后，作为分离膜前的水样，用于后续分析和研究。

参见图3，上述的第一多孔板的外径与所述透明筒体的内径相匹配，该第一多孔板上均匀布置14个直径为5mm的通孔；

参见图4，上述的第二多孔板的外径与所述透明筒体的内径相匹配，该第二多孔板上均匀布置不少于20个通孔。优选的，第二多孔板的各通孔的直径均小于等于5mm。

上述实验系统中，透明筒体内的前、后法兰盖之间的有效长度为1.0m，该透明筒体的内径为50mm。

本发明的实验系统，是一种聚结、过滤为一体的含油污水处理与性能评价试验平台，通过条形聚结材料和膜过滤过程中发生的膜孔内聚结提高油水分离的效率。该实验系统除了高效进行油水分离之外，还具有其他多项性能评价功能：①评价制成条形聚结材料的条形聚结材料的聚结性能；②评价分离膜前表面的聚结性能；③评价分离膜本身的过滤性能；④分离膜内壁以及膜后表面的聚结性能。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种便于性能评价的膜滤-聚结耦合的含油污水处理实验系统，该系统使用时，含油污水放于原水槽2中，原水槽2左侧下端安装有第一排空阀1，原水槽2中的含油污水经驱动泵3打入到进水管中，依次流经安装于进水管上的阀门、第一取样器4、第一压力表5和流量计6，读出流量值，之后经过与聚结-过滤耦合分离器7的前法兰盖8中心处进水口相连的进水管道21进入聚结-过滤耦合分离器7，进入聚结-过滤耦合分离器7的含油污水，首先经过第一多孔板9，再沿分离器的透明筒体轴向方向经过悬挂于第一多孔板9上的条形聚结材料10，然后依次流经分离膜15以及分离膜15后起支撑作用的第二多孔板16，最后经后法兰盖17中心出水口和出水管道流出该聚结-过滤耦合分离器。

上述实验系统中，聚结-过滤耦合分离器7的透明筒体的有效长度(前后法兰盖之间)为1.0m，内直径为50mm。为便于观察试验现象，该透明筒体的材质采用有机玻璃或其他透明材料；该透明筒体的进水口第一多孔板9之间留有0.11m的空间，起到均匀布水的作用；前后法兰盖能方便的在透明筒体上拆卸，前、后设置的第一、第二多孔板以及条形聚结材料10、分离膜15都可以根据研究需要进行更换。两个多孔板均由固定在分离器的透明筒体内壁上的3或5个条形支撑体支撑，使得前面的条形聚结材料10随水流摆动而不流失，使后面的分离膜15在水流作用下贴紧第二多孔板16，第二多孔板16与分离器的后法兰盖的距离为0.08m。

上述聚结-过滤耦合分离器7中，第一多孔板9的外直径为50mm，该第一多孔板9上均匀布置14个直径为5mm的圆通孔，以便于绑入研究所需的条形聚结材料10；第二多孔板16的外直径也为50mm，其面板上的小圆孔数≥20个(越多越好)，或者采用其他可以用作膜材料支撑体的多孔材料代替。

第二多孔板16的前表面上放置不同过滤特性、不同层数的试验用分离膜15，紧贴分离膜15前表面(距离为5mm)，在分离器的透明筒体外壁上安装第三取样阀13；第三取样阀13是体现分离膜15前表面处的水样特性，由于分离膜15的较大表面使得单个的取样不具有代表性，因此，在第三取样阀13垂直方向上的下端同样位置也安装第四取样阀14，第三取样阀13和第四取样阀14的样品均匀混合后作为该处取样阀的样品。在聚结-过滤耦合分离器7的透明筒体中段管壁上安装第二压力表5，用来测出此处压力，在条形聚结材料10后、分离膜15之前的透明筒体管壁上安装一个阀门，作为第二取样阀12。

上述聚结-过滤耦合分离器还包括：前分离膜23，贴紧设置在所述第一多孔板的进水面上。能方便控制进入的含油污水的粒径大小。

经聚结-过滤耦合分离器7处理后的含油污水，经出水管上的第五取样阀18后，流入出水槽19中，在出水槽19右侧下端安置有第二排空阀20。

基于本发明的上述结构和流程，实现既定功能目标的实施途径即工作原理如下：

本发明的实验系统，从结构上包括聚结和膜滤两个单元；从功能上包括含油污水的高效油水分离以及过滤、聚结特性的分类评价。

首先，依据本发明，通过条形聚结材料的聚结作用，以及分离膜的过滤作用、前后表面聚结作用等协同耦合作用，可以实现含油污水的高效油水分离，这是本发明的首要功能目标。

此外，过滤、聚结特性的评价包含多个功能目标。对比第一取样阀4与第二取样阀12的两个水样，可以评价条形聚结材料的聚结性能：在含油污水通过绑有聚结材料的多孔板后，与聚结材料充分接触，污水中油滴粒径普遍增大，存在油滴聚结现象。对比第二取样阀12(聚结前水样)和第三取样阀13和第四取样阀14水样(二者混合为聚结后水样)，可以评价分离膜15前表面的表面聚结性能。相比第三取样阀13和第四取样阀14的水样，第五取样阀18处的水样中含油量降低并且油滴粒径明显减小，揭示了分离膜15本身的过滤作用。将第五取样阀18水样中的油滴粒径分布与分离膜孔径及其分布对比，可以明显发现有一定数量的油滴粒径显著大于膜孔径，这是由于分离膜内壁以及膜后表面的聚结性能所致，使含油污水在膜分离过程中存在较为明显的油滴聚结现象。因此，综合分析第三取样阀13(包含第四取样阀14的取样)的水样和第五取样阀18的水样及膜孔径，可以评价分离膜内和膜后表面的聚结性能。

基于本发明的上述现象和原理，本发明可以对条形聚结材料的聚结性能、分离膜本身的过滤性能、分离膜内壁以及膜表面的聚结性能做出客观、有效的评价，以满足不同研究课题的实际需要。

若想评价条形聚结材料的聚结性能，第一多孔板9和第二多孔板16前均不需安装分离膜，只需在第一多孔板9绑上聚结材料，对比聚结材料前后第一取样阀4与第二取样阀12的油滴粒径分布等理化特性，即可实现该评价目标。

为更好的评价分离膜前表面的聚结性能，要在第二多孔板16前安装前分离膜23，第一多孔板9上不需绑入聚结材料，对比第二取样阀12和第三取样阀13(包含第四取样阀14的取样)的油滴粒径分布等理化特性，即可实现该评价目标。为了实现第二取样阀12油滴粒径分布等理化特性的可控性(满足研究课题需要)，可在第一多孔板9前放置不同孔径的前分离膜23。

若想评价分离膜本身的过滤性能，只需在第二多孔板16前安装分离膜，第一多孔板9上不需绑入聚结材料，对比第三取样阀13(包含第四取样阀14的取样)和第五取样阀18的含油量以及油滴粒径分布等理化特性，即可实现该评价目标。同样，为了实现第三取样阀13(包含第四取样阀14的取样)油滴粒径分布等理化特性的可控性(满足研究课题需要)，可在第一多孔板9前放置不同孔径的前分离膜23。

若想评价分离膜孔内以及膜后表面的聚结性能，只需在第二多孔板16前安装分离膜，第一多孔板9上不需绑入聚结材料，将第五取样阀18水样中的油滴粒径分布与分离膜孔径及其分布对比，可以发现有一定数量的油滴粒径显著大于膜孔径，其粗粒化的程度即反应了分离膜孔内以及膜后表面的聚结性能。

本发明与现有技术相比具有至少具有以下优点：①通过聚结材料和膜过滤过程中发生的膜孔内聚结提高油水分离的效率；②能评价条形聚结材料的聚结性能；③能评价分离膜前表面的表面聚结性能；④评价分离膜本身的过滤性能；⑤评价分离膜内壁以及膜后表面的聚结性能；⑥能根据研究需要和分离需要，进行上述功能的选取和组合，也可以很方便地调整聚结材料种类、数量以及分离膜的种类、层数，完成创新型研究的需要。

为对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述，提供如下实施例。当然，这里所提供的实施例，仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1-膜前表面聚结性能评价：

采用本发明所述的实验系统，针对膜前表面的油滴聚结行为，设计了以下试验：在聚结反应器中放置一片分离膜片，在进水管处控制回水开关的大小，来调整操作压力的大小(0.25kpa～0.35kpa)；在第一多孔板9处更换不同孔径的前膜膜片(即前分离膜23)，以控制后膜(即设在第二多孔板16处的分离膜15)来水粒径(第二取样阀12)。运行时间1min，2min，3min，5min，分别从第三取样阀13(包含第四取样阀14的取样)取样作为后膜前表面样品，而后进行粒径测定，试验结果见表1。

表1后膜(即分离膜15)前表面聚结性能评价结果

从表1可以看出，由于后膜前表面的聚结作用，后膜前表面处的油滴粒径明显大于来水油滴粒径；而且，时间越长，聚结效果越好。

实施例2-膜后表面聚结性能评价：

采用本发明所述的实验系统，在研究后膜后表面聚结过程中，选择两层膜，前膜(即设在第一多孔板9处的前分离膜23)为1.0um孔径，而后膜(即设在第二多孔板16处的分离膜15)为2um孔径的膜材料，测量出后膜前后含油污水的油滴粒径，对油滴粒径的变化进行研究，通过粒径分布分析图总结对比出两取样阀粒径数量分布，如图5所示。

根据对比，明显的发现了油滴粒径增大现象，证明后膜后表面的聚结现象存在，中值粒径从1.0微米上升到了2.0微米。但观察后膜后数据发现，大于2微米的粒径数量有很大的比例存在，而后膜前水的粒径分布主要在1.0，超过1.5微米接近2微米的数量微乎其微，所以在后膜聚结过程中，主要聚结来源是小颗粒，在一定流速下，后膜的每个膜孔不一定都聚结为最大油滴挤压出来，因此在后膜后表面，膜内油滴挤压出后膜表面时发生二次聚结现象。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。