組合纖維破乳技術耦合旋流－聚結工藝處理電脫鹽污水的研究

關鍵詞：電脫鹽污水；組合纖維（CFC）；流量

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0012-07

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.003

Research on the Combinationof Combined Fibers Coalescer Demulsification Technology and Cyclone Coalescence Process for the Treatment ofElectricDesalination Wastewater

ZHANGYiwen'，GUO Qichen2，LI Zhihao，ZENGBo2 （1.Shanghai Misu Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Shanghai 2O11O1，China; 2.Sinopec Jinling Company，Nanjing 210033，China;

3.SchoolofMechanicalandowerEngineering，EastChinaUnversityofSienceandTechnologyhanghaiOo37，Cina）

Abstract：With theincreasing trendof global crudeoil deteriorationand theimprovementof domesticenvironmental protection requirements，traditional electricdesalination wastewater treatment methods cannot meet the requirementsof demulsification.Thispaper applies thecharacteristicsofCombinedFibers Coalescer （CFC）tothe wastewater treatment industry，andcombinescycloneseparationechnologyarticleaggregationtechnology，andCFCdemulsificationtechology totreatelectricdesalinationwastewaterinathree-stagedevice.Afterdetermining whethertheratedflow treatmentffect is qualified，a long-term testing experiment with a flow rate of was conducted. Through running data，it can be concludedthatthetertiaryequipmentcanadapttotheenvironmental characteristicsof highoilcontentand impurities in electricdesalination wastewater;this processcanreduce theaverageoilcontentfrom15136mg/Lto43.3mg/Land the average Suspended Substance （SS） content from 1 3 4 5 . 8 m g / L to 4 1 . 8 m g / L ，with average separation eficiencies of 99.67 % （2 and 9 6 . 6 4 % ，respectively.Inaddition，thedevice has good backwashing effct，canbe put into use foralong time，and the efect is stable.Thethree-stageoilremoval processand equipment with composite fiberdemulsification technologyas the corehavebroad development prospects andareanewdirection for solving the problemof electric desalination wastewater treatment.

Keywords： electric desalination wastewater; Combined Fibers Coalescer （CFC）; flow rate

脫鹽裝置因能夠去除原油中的無機鹽和水，是煉油廠不可或缺的裝置之一[1-2]。其主要方法是在電脫鹽罐中加入一定量的水與破乳劑，在一定溫度下使鹽溶于水中，并在電場的作用下使油水分離，達到原油脫水脫鹽的目的；同時，原油所帶雜質沉降到底部，隨水相排出[3-4]。隨著國內原油劣質化、重質化趨勢日益嚴重，原油的鹽、硫及金屬等占比逐年上升，電脫鹽裝置作為原油加工的第一道預處理工序，其高含懸、高乳化的生產污水若不能得到有效治理，勢必會對下游污水處理系統造成嚴重沖擊[5-6。隨著環保要求的日益嚴格，電脫鹽污水的綠色高效處理成為石化領域的關鍵節點[7-8]

傳統的隔油池、儲油罐等重力沉降技術在懸浮物（SuspendedSubstance，SS）粒徑小、乳化嚴重、污水與水密度相近時處理效果差。水力旋流器的抗沖擊性差，除油效果不穩定，無法滿足在含油量持續波動的情況下出口油含量持續穩定，且旋流器內部的離心力會對污油二次乳化造成后續處理困難[10-11]。聚結分離濾芯、膜分離等聚結過濾技術電脫鹽污水雜質多，黏度高，比重大，導致聚結濾芯易堵塞，嚴重時出現聚結芯穿孔，失去聚結效果，無法保證長期穩定的效果[12-13]。絮凝、氣浮等技術則不適用于含油波動大的場合，且存在投資大、需加藥等缺點[14-15]。

為應對當前電脫鹽污水乳化嚴重、腐蝕性強的問題，基于其電脫鹽污水處理工藝流程、污水性質和除油要求，采用以組合纖維（CombinedFibersCoalescer，CFC）破乳技術為核心，旋流芯管快速軸向旋流分離技術（Fluid Axial Separation Technology，FAST） + 介質顆粒聚結技術（MediumParticleEnrichment，MPE）為輔助的三級污水除油模式，并于某石化公司進行試驗。該試驗考察了流量對裝置的除油除懸影響，探究了裝置的除油除懸規律，總結了MPE分離器的反洗維護情況。

1試驗方法

1.1電脫鹽污水性質

經分析，該公司電脫鹽廢水油含量為 5 0 0 ～

，該廢水油含量高、波動范圍大且乳化嚴重。此外，電脫鹽廢水含有大量SS，其成分包括泥沙、殘留的破乳劑、無機鹽和有機物等。該廢水中的SS含量約為 1 0 0 0 m g / L 。由于油滴乳化嚴重及固體顆粒對油滴的吸附作用，傳統重力沉降設備和旋流設備對該污水的處理效果低下。

1.2試驗裝置及原理

三級裝置結構及原理如圖1所示。FAST分離器內置軸流式分離器，能夠進行高效除油。待處理電脫鹽污水自底部進入旋流腔，在螺旋葉片的帶動下進行旋流運動并產生離心力。受離心力的影響，密度相對較小，質量相對較輕的浮油向中心聚集形成油芯并從上方集油管排出，外圍水相在頂部堆積后從側方水相出口排出。

MPE內部含有多種不同親疏水顆粒堆積而成的床層，兼顧除油與脫固兩種功能。除油原理在于聚結：當待處理污水自上而下進入床層時，污水中的油滴會與親油顆粒發生碰撞并黏附包裹在上面，后面的油滴與被包裹的顆粒相碰撞并與上面的油滴發生聚結而逐漸變大，顆粒上吸附的油滴達到一定大小，因重力影響和流體曳力的拖拽而脫離親油顆粒。碰撞、黏附、聚并、融合、長大脫離的過程就是其聚結除油的原理[1]。顆粒床層中較小的顆粒間隙會阻礙污水中 SS的流通并隔離在床層之上，達到去除SS的目的。

CFC由親油疏水纖維和親水疏油纖維編織而成，具有極強的破乳能力。其破乳能力來源于其特殊的X型結構。在經過親油纖維與親水纖維的交叉節點時，油水互包液滴會因極性受力差異而發生破乳分離。破乳后的油滴浸潤纖維與上一個油滴形成油橋并吸引游離液滴附著結合成大油滴，隨后受污水流動拖拽離開纖維，實現床層凈化并進行下一循環。為提高編織結構的穩定性，促進聚結液滴的遷移和懸浮顆粒的通過，設計了 Ω 編織結構。通過將油濕纖維與疏油纖維組合成單纖維束并編織成 Ω 型，多纖維束編織成單纖維層，最后層層交錯堆疊形成纖維床。 Ω 型編織結構使纖維模塊的間隙超過 ，能使尺寸小于 1 0 0 μ m 的懸浮顆粒通過，有效降低了纖維模塊間隙堵塞的可能性，并提高了內部組件的耐腐蝕性和適應性能。油滴在流動過程中能夠在波紋板表面聚集形成油膜，油膜脫離后形成大油滴并使油水快速分層。

1.3試驗過程

為檢測電脫鹽污水處理效果，在前期探究其額定范圍內的除油除懸效果，在確定最佳流量后進行長期試驗，探究裝置的除油效率及穩定性。設備中水相連續外排，油相定期排放。為保持設備的穩定運行，每次取樣約 4 0 m L ，用 5 0 m L 取樣瓶，每次取樣不超過1 m i n 。取樣后留存并編號，在試驗結束后一并拿到實驗室檢測。使用紫外測油儀（wilksInfraCal2TOG/TPHAnalyzer）測量生產水中的總石油烴含量，使用馬爾文激光衍射粒度分析儀（Mastersizer3000）測量SS的粒徑分布。

2 結果與討論

2.1 處理量的影響

流量是電脫鹽污水處理中的重要因素之一。為了深入研究設備對電脫鹽污水的最佳處理效果，以30、60、90、120、150、180、 的不同流量為基準，并根據三級設備在進出口處的含油量和SS含量來尋找適合工業生產的最佳流量范圍。不同流量的處理效果如圖2所示。

如圖2（a）所示，入口油含量波動范圍大，平均入口含油量為 1 3 7 9 4 m g / L ，FAST、MPE出口含油量基本保持在 1 2 0 0 m g / L 左右和 1 5 0 m g / L 左右，CFC出口油含量穩定在 5 0 m g / L 以下。設備除油效果穩定，總體除油率維持在 9 9 % 左右并隨流量增大呈下降趨勢，FAST與MPE除油效率穩定。當流量為 時，CFC出口含油量達到最低而后增大。

經分析，隨著流量的增加，流速逐漸增大，油滴因旋流分離器產生較高的離心力而形成乳化現象，增加后續除油的難度。流量的增加使得小油滴在未被顆粒捕捉牽引的情況下被較高流速的流體拖動至下一個環節，導致波浪板無法有效分層，同時CFC的破乳效果也因未能及時捕捉液滴而減弱，最終導致除油能力下降。

圖2（c）展示了不同流量下的SS去除效果。入□SS含量平均為 1 3 4 5 . 5 m g / L ，最高為 最低為 ，經FAST、MPE、CFC三級除懸后，出口SS含量穩定在 5 0 m g / L 以下。如圖2（d）所示，設備除懸效率維持在 9 9 % 左右，第二級設備即MPE除懸效率最高，整體設備除懸效果穩定。另外，由圖2（d）可知，FAST與CFC除懸效果波動較大，經分析，流量在 時整體設備的除懸效果最好。

經分析，FAST對SS無明顯去除效果，其除懸能力主要由浮油將大顆粒雜質帶走而體現。裝置主要去除效果由MPE分離器決定。當SS經過床層時，顆粒床層較小的顆粒間隙能夠捕捉并吸附雜質，在此過程中，雜質會堵塞床層造成污水流動困難，導致進出口壓差增大。當流速過高時，被捕捉在顆粒床層與纖維床層的雜質會因較高的流體沖擊力而脫離床層并損傷床層結構，進一步降低后續SS處理效果。

綜上可得，在額定流量下，裝置除油除懸效果穩定。為了獲得較好的處理性能，考慮到工業生產的經濟需求，試驗處理量選取 。

2.2運行效果檢測

在得到設備運行的最佳范圍后，對設備進行長達12d的運行試驗，流量穩定在 ，并每天檢測各級進出口的物質含量并分析。在運行試驗期間，待處理電脫鹽污水污染物含量波動巨大，取樣表觀特征呈不透明黑色，液體中含有大量浮油且具有黏性，取樣時大量浮油會黏附在壁面上。

2.2.1 除油效果

從圖3可以看出，人口含油量高且波動大，整體含油量為 4 0 0 0 ～ 3 0 0 0 0 m g / L ，平均含油量為 FAST分離器的除油率在 9 0 % 左右并根據入口油含量波動，出口油含量基本保持在 9 0 0 ～ 1 5 0 0 m g / L ，除油效果穩定；MPE分離器的除油率穩定，基本保持在 9 0 % ，出口油含量維持在 以下；CFC破乳效果明顯，出口油含量低于 5 0 m g / L 。經分析，初始油含量高且浮油量波動大，進而導致FAST除油率波動較大，并且較高的旋流離心力加劇污油乳化，對后續除油造成一定影響；經一級脫油處理后，MPE入口油含量較為穩定，進而導致二級裝置整體的除油率和出口油含量的穩定；電脫鹽污水經FAST與MPE兩級處理后，CFC人口基本剩余難以被處理的乳化油，在裝置內部的CFC的極性力破乳后，出口油含量小于 5 0 m g / L ，整體樣品呈透明狀。

2.2.2 除懸效果

從圖4可以看出，入口的SS的含量為 9 0 0 ～ ，平均含量為 1 3 8 6 m g / L ，第一級出口SS降低不明顯，且去除率波動較大，主要因為雜質較重，在旋流器工作時隨污水靠近壁面流動而無法跟隨內部污油上升排至污油罐，只有少量雜質被浮油裹挾隨污油排出。第二級出口處SS的平均含量為 9 4 m g / L SS去除率達到 9 0 % 左右，除懸效果明顯，主要原因在于MPE分離器獨特的物理結構和材料特性，能夠吸附雜質并過濾。第三級出口處SS的平均含量為4 2 m g / L ，去除效率波動較大，主要原因在于CFC破乳時部分顆粒雜質附著在纖維上而被過濾。總體設備的平均去除率在 9 5 % 以上，其中MPE除懸效率最高，但長時間的SS處理過程會堵塞顆粒床層，為了設備能夠長時間保持較好的處理效果，需要定時反洗。

2.3 反洗

設備長時間運行會使雜質與油滴附著在顆粒床層與纖維床層，造成進出口壓差過大，影響污水的處理效果，并損害床層結構。當壓力差接近1.5個大氣壓時，要進行反洗，反洗前要先將MPE分離器的污水排空至污油罐，然后關閉污油罐閥門。然后打開反洗閥，通過“氮氣 + 水”或者“蒸汽 + 水”的方式對床層進行反向沖洗。沖洗時，床層會產生劇烈波動，部分顆粒會發生自傳使其與氣體接觸面積增大，提高了反洗效率。

裝置反洗周期如圖5所示。壓差隨實際工況呈周期性變化，在變化初期，壓力差增加緩慢，后期開始劇烈增加，整體狀態成指數型形態，而后在壓差達到1.5個大氣壓時開始進行反洗，反洗時間為 3 0 m i n 。設備運行過程中，壓差開始急劇增加的原因為SS雜質在床層積累到一定程度，堵塞了電脫鹽污水的流經通道，使其床層的孔隙變小，進一步影響后面的雜質過濾，并產生巨大壓差。本次共進行了2次反洗試驗，反洗后壓差基本維持在 0 . 0 1 M P a 。

3結論

本研究結合當前電脫鹽污水處理工藝，設計了電脫鹽污水處理裝置，并開展了分離性能測試。試驗結果顯示，當前設備的性能隨流量的增大而先增大后減小，在考慮到工業生產的經濟效應后，裝置的最佳污水處理量為 。當前設備的除油效果極佳，待處理電脫鹽污水平均含油量由 1 5 1 3 6 m g / L 降低到5 0 m g / L 以下。SS含量由 降低到 5 0 m g / L 以下。在正常運行情況下，裝置除油除懸效果穩定。

當前設備反洗周期長，反洗效果明顯。床層清潔度高，設備運行穩定，床層再生能力強。總的來說，CFC的應用能夠有效解決當今電脫鹽污水中乳化油含量較高的問題，并為處理含油污水帶來了新的研究方向。

參考文獻

1 WUS，LIUY，PANZ，etal.Treatmentofelectricdesalting wastewater by swirling flotation coupledwithmediumcoalescence[J].Journal of EnvironmentalChemical Engineering，2021（5）：106055.

2 翟若昊，申明周，王雪.塔河稠油電脫鹽工藝優化研究[J].石油化工腐蝕與防護，2023（5）：5-9.

3 李志國，侯凱鋒，嚴.當前原油電脫鹽存在的問題及對策[J].石油煉制與化工，2003（2）：16-20.

4 劉振華.原油電脫鹽設備及技術發展現狀[J].石油和化工設備，2017（7）：97-99.

5 姜子玉，陳宏，程麗華，等.劣質原油破乳劑的篩選及電脫鹽工藝優化[J].當代化工，2024（6）：1321-1327.

6張焱琴.原油劣質化對煉油常減壓裝置腐蝕影