名称：一种电场耦合导电颗粒床层的水包油乳状液破乳方法
专利号：202110664080.0
专利权人：重庆工商大学 任博平
技术领域
本专利属于油水电破乳分离领域，是针对提高水包油乳状液电场破乳效果和油水分离效率的方法。
背景技术
随着石油开采、石化、冶金、化工、机械加工、制药和船舶运输等行业的不断发展，大量的乳化含油废水（也即水包油型乳状液）产生并被排放到环境中。这些乳化含油废水不仅严重污染生态环境，而且造成了大量油类物质和清洁水资源的浪费。随着化石能源和清洁水资源的不断减少，对乳化含油废水进行破乳分离，回收油类和水资源变得更加迫切和重要。
目前，关于水包油乳液的破乳方法中，常规的重力法、离心法、破乳剂法、膜过滤法以及气浮法等，由于破乳效率较低、能耗高、带入新的污染物、容易形成二次污染、膜污染等问题而受到了一定的限制。因此，开发并研究高效、低能耗和绿色的水包油乳液破乳方法是含油废水处理领域的突破口和方向之一。近年来，电场破乳法因其无药剂添加、破乳只耗费电能、设备简单且占地面积小、操作方便等优点在水包油乳液的破乳中备受关注和重视。
电场破乳通过驱动水包油乳液中油滴发生运动，并产生相互接触碰撞并发生聚结，分散油滴形成连续油相，最终导致水包油乳液破乳分离。但在破乳过程中，往往由于电极之间的距离较大使得形成的电场对油滴的聚结作用较弱，油滴相互接触、聚并的效率不高。因此，为提高电场对水包油乳液的破乳效果，需加快油滴的接触碰撞并增强电场对油滴的聚结作用。
综合以上分析，如何通过电场来加速油滴的运动和接触，促使水包油乳液中油滴发生快速高效聚结，从而来提高水包油乳液的破乳效果和油水分离效率，在含油废水处理、油类资源和清洁水资源的回收等方面具有重要的意义和价值。
发明内容
本发明的目的在于：为提高电场对水包油乳液的破乳效果和油水分离效率，提出了一种电场耦合导电颗粒床层的水包油乳状液破乳方法，该方法通过导电颗粒床层对油滴产生捕获、碰撞、挤压、吸附、过滤的作用，从而增强油滴间的相互运动和接触碰撞。同时，在导电颗粒床层空隙中形成的非均匀分布的电场对通过其中的油滴产生电泳、震荡、极化的作用，以上导电颗粒床层和电场的作用相互耦合使水包油乳液中油滴发生快速高效的接触、聚结、合并形成连续油相，从而大大提高了水包油乳状液的破乳效果和油水分离效率。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电场耦合导电颗粒床层的水包油乳状液破乳方法，将导电颗粒填充于水包油乳状液电破乳分离器中形成固定床层，通过与电源输出端相连接，使床层整体带电。电破乳分离器内导电颗粒床层中固定若干柱状电极，柱状电极与床层之间绝缘，柱状电极与电源输出的另一端相连接。导电颗粒床层与柱状电极共同在电破乳分离器内形成非均匀分布的电场。水包油乳液通过乳液进口进入电破乳器中，乳液流经颗粒床层的过程中，在电场和导电颗粒床层的共同作用下，油滴聚结、乳液发生破乳。破乳分离后的连续油相通过电破乳器上部的油相出口排出并收集，剩余清液通过水相出口进行收集。
进一步，所述的导电颗粒材料为金属导体不锈钢、铁、铝、铜、钛、合金和非金属导体石墨、硅、炭黑中的一种或多种，其中两种颗粒添加的质量比例为1:9~9:1，其中金属导体和非金属导体添加的质量比例为1:7~9:1。
进一步，所述的导电颗粒形状为球体、立方体、多面体以及不规则形状的颗粒及粉末中的一种或多种，其中规则形状颗粒与不规则形状颗粒添加的质量比例为1:8~8:1。
进一步，所述的导电颗粒为实心、空心颗粒中的一种或两种，实心颗粒与空心颗粒添加的质量比例为1:9~9:1。
进一步，所述的导电颗粒为表面无改性和表面进行了亲油性、疏水性及其组合改性的颗粒中的一种或多种，其中无改性颗粒和改性颗粒添加的质量比为1:8~9:1。
进一步，所述的柱状电极材料为金属导体不锈钢、铁、铝、铜、钛、合金和非金属导体石墨、硅、炭黑，电极横截面形状为圆形、长方形、正方形和多边形，电极为实心和空心柱状电极。
进一步，所述的电破乳器结构为立式和卧式两种；所述的电破乳器横截面形状为圆形、正方形、长方形以及多边形。
进一步，所述的导电颗粒床层与柱状电极共同在电破乳分离器内形成的非均匀电场为直流、交流、脉冲以及交变电场，电场的波形为正余弦波、方波、三角波、锯齿波。
进一步，所述的水包油乳液为任何油相物质在水相及水溶液中分散形成的水包油体系，体系中油相浓度为10ppm~105ppm，油滴粒径范围为0.1μm ~500μm。
本发明的有益效果包括如下几方面：
1) 在水包油乳液油滴接触碰撞方面，通过导电颗粒填充在电破乳分离器中形成固定床层，水包油乳液在流经床层空隙的过程中，颗粒床层能够有效地捕获、拦截、吸附油滴，对油滴产生有效的挤压、过滤和收集作用，进而强化油滴间的运动接触、碰撞以及聚并效果。
2) 柱状电极和导电颗粒在床层间隙中形成非均匀分布的电场，由于床层间隙较小，形成的电场的场强较大，油滴在电场中受到的电场力增大，电场对油滴的极化、震荡、电泳效应也极大的增强，油滴更容易发生有效聚结、合并。
3) 本发明通过将电场与导电颗粒床层进行结合，有效地耦合了电场的极化、震荡、电泳效应和颗粒床层的捕获、拦截、碰撞、挤压、吸附、过滤作用，并共同作用于水包油乳液的破乳，大大提高了油滴的接触、聚并效果及油水分离效率。
4) 本发明方法工艺简单，易于操作实现，破乳过程中绿色无污染，投资成本低、适应范围较广，优势十分明显，能够快速、高效的实现水包油乳液的破乳分离以及油相的回收，具有较高的应用推广价值和实践意义。
图面说明
附图1为本发明的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图所示，本实施例一种电场耦合导电颗粒床层的水包油乳状液破乳方法，包括以下步骤：
1) 将导电颗粒填充于水包油乳状液电破乳分离器中形成固定床层，通过与电源输出端相连接，使床层整体带电。电破乳器内导电颗粒床层中固定若干柱状电极，柱状电极与床层之间绝缘，柱状电极与电源输出的另一端相连接。导电颗粒床层与柱状电极共同在电破乳分离器内形成非均匀分布的电场。水包油乳液通过乳液进口进入电破乳器中，乳液流经颗粒床层的过程中，在电场和导电颗粒床层的共同作用下，油滴聚结、乳液发生破乳。破乳分离后的连续油相通过电破乳器上部的油相出口排出并收集，剩余清液通过水相出口进行收集。
2) 上述步骤1)中，导电颗粒材料为金属导体不锈钢、铁、铝、铜、钛、合金和非金属导体石墨、硅、炭黑中的一种或多种，其中两种颗粒添加的质量比例为1:9~9:1，其中金属导体和非金属导体添加的质量比例为1:7~9:1；导电颗粒形状为球体、立方体、多面体以及不规则形状的颗粒及粉末中的一种或多种，其中规则形状颗粒与不规则形状颗粒添加的质量比例为1:8~8:1；导电颗粒为实心、空心颗粒中的一种或两种，实心颗粒与空心颗粒添加的质量比例为1:9~9:1；导电颗粒为表面无改性和表面进行了亲油性、疏水性及其组合改性的颗粒中的一种或多种，其中无改性颗粒和改性颗粒添加的质量比为1:8~9:1。
3) 上述步骤1)中，柱状电极材料为金属导体不锈钢、铁、铝、铜、钛、合金和非金属导体石墨、硅、炭黑，电极横截面形状为圆形、长方形、正方形和多边形，电极为实心和空心柱状电极。
4) 上述步骤1)中，电破乳器结构为立式和卧式两种，电破乳器横截面形状为圆形、正方形、长方形以及多边形。
5) 上述步骤1)中，导电颗粒床层与柱状电极共同在电破乳分离器内形成的非均匀电场为直流、交流、脉冲以及交变电场，电场的波形为正余弦波、方波、三角波、锯齿波。
6) 上述步骤1)中，水包油乳液为任何油相物质在水相及水溶液中分散形成的水包油体系，体系中油相浓度为10ppm~105ppm，油滴粒径范围为0.1μm ~500μm。
本发明通过将电场与导电颗粒床层相结合，耦合电场与颗粒床层对水包油乳液的破乳效应，在提高水包油乳液中油滴接触、聚并效率的同时利用电场增强对油滴的聚结作用，从而使水包油乳液中油滴快速、高效的接触和聚结，最终大大提高水包油乳液的破乳效果和油水分离效率。本发明方法工艺简单，易于操作实现，破乳过程中绿色无污染，投资成本低、适应范围较广，优势十分明显，能够快速高效的实现水包油乳液的破乳分离以及油相的回收，具有较高的推广应用价值和实践意义。
第1实施例：
1) 将导电颗粒填充于水包油乳状液电破乳分离器中形成固定床层，通过与电源输出端相连接，使床层整体带电。电破乳器内导电颗粒床层中固定若干柱状电极，柱状电极与床层之间绝缘，柱状电极与电源输出的另一端相连接。导电颗粒床层与柱状电极共同在电破乳分离器内形成非均匀分布的电场。水包油乳液通过乳液进口进入电破乳器中，乳液流经颗粒床层的过程中，在电场和导电颗粒床层的共同作用下，油滴聚结、乳液发生破乳。破乳分离后的连续油相通过电破乳器上部的油相出口排出并收集，剩余清液通过水相出口进行收集。
2) 上述步骤1)中，导电颗粒为金属铁和铜，其中两种颗粒添加的质量比例为5:4；导电颗粒形状为球形；导电颗粒为实心和空心颗粒两种，实心颗粒与空心颗粒添加的质量比例为3:7；两种导电颗粒表面均无改性。
3) 上述步骤1)中，柱状电极材料为金属铜，电极横截面形状为圆形，电极为实心柱状电极。
4) 上述步骤1)中，电破乳器结构为立式，电破乳器横截面形状为圆形。
5) 上述步骤1)中，铁、铜导电颗粒床层与铜柱电极共同在电破乳分离器内形成的非均匀电场为脉冲电场，电场的波形为三角波。
6) 上述步骤1)中，水包油乳液为润滑油在自来水中分散形成的水包油体系，体系中油相浓度为3592ppm，油滴粒径范围为12.6μm ~93.8μm。
本实施例通过将脉冲电场与铁、铜颗粒床层相结合，耦合脉冲电场与铁、铜颗粒床层对水包油乳液的破乳效应，在提高水包油乳液中油滴接触、聚并效率的同时利用脉冲电场增强油滴的聚结效果，从而使得自来水中润滑油液滴快速、高效的接触和聚结，最终大大提高乳液的破乳效果和油水分离效率。本发明方法工艺简单，易于操作实现，破乳过程中绿色无污染，投资成本低、适应范围较广，优势十分明显，能够快速高效的实现水包油乳液的破乳分离以及油相的回收，具有较高的推广应用价值和实践意义。
第2实施例：
1) 将导电颗粒填充于水包油乳状液电破乳分离器中形成固定床层，通过与电源输出端相连接，使床层整体带电。电破乳器内导电颗粒床层中固定若干柱状电极，柱状电极与床层之间绝缘，柱状电极与电源输出的另一端相连接。导电颗粒床层与柱状电极共同在电破乳分离器内形成非均匀分布的电场。水包油乳液通过乳液进口进入电破乳器中，乳液流经颗粒床层的过程中，在电场和导电颗粒床层的共同作用下，油滴聚结、乳液发生破乳。破乳分离后的连续油相通过电破乳器上部的油相出口排出并收集，剩余清液通过水相出口进行收集。
2) 上述步骤1)中，导电颗粒材料为金属铜；导电颗粒形状为球形和不规则形状两种，其中球形颗粒与不规则形状颗粒添加的质量比例为4:3；两种颗粒均为实心；导电颗粒为表面无改性和表面进行了亲油改性的颗粒两种，其中无改性颗粒和亲油改性颗粒添加的质量比为3:5。
3) 上述步骤1)中，柱状电极材料为非金属碳棒，电极横截面形状为圆形，电极为空心柱状电极。
4) 上述步骤1)中，电破乳器结构为立式，电破乳器横截面形状为长方形。
5) 上述步骤1)中，铜颗粒床层与碳棒电极共同在电破乳分离器内形成的非均匀电场为交流电场，电场的波形为正弦波。
6) 上述步骤1)中，水包油乳液为机油在卤水中分散形成的水包油体系，体系中油相浓度为1850ppm，油滴粒径范围为8.4μm ~120.8μm。
本实施例通过将交流电场与铜颗粒床层相结合，耦合交流电场与铜颗粒床层对水包油乳液的破乳效应，在提高水包油乳液中油滴接触、聚并效率的同时利用交流电场增强机油液滴的聚结效果，从而使得卤水-机油乳液中机油液滴快速、高效的接触和聚结，最终大大提高乳液的破乳效果和油水分离效率。本发明方法工艺简单，易于操作实现，破乳过程中绿色无污染，投资成本低、适应范围较广，优势十分明显，能够快速高效的实现水包油乳液的破乳分离以及油相的回收，具有较高的推广应用价值和实践意义。
第3实施例：
1) 将导电颗粒填充于水包油乳状液电破乳分离器中形成固定床层，通过与电源输出端相连接，使床层整体带电。电破乳器内导电颗粒床层中固定若干柱状电极，柱状电极与床层之间绝缘，柱状电极与电源输出的另一端相连接。导电颗粒床层与柱状电极共同在电破乳分离器内形成非均匀分布的电场。水包油乳液通过乳液进口进入电破乳器中，乳液流经颗粒床层的过程中，在电场和导电颗粒床层的共同作用下，油滴聚结、乳液发生破乳。破乳分离后的连续油相通过电破乳器上部的油相出口排出并收集，剩余清液通过水相出口进行收集。
2) 上述步骤1)中，导电颗粒材料为金属铁和非金属导体硅两种，其中金属导体和非金属导体添加的质量比例为5:4；导电颗粒形状为球体；导电颗粒为实心颗粒；导电颗粒为表面进行了亲油和疏水改性的两种颗粒，其中亲油性颗粒和疏水性颗粒添加的质量比为7:3。
3) 上述步骤1)中，柱状电极材料为金属铝，电极横截面形状为正方形，电极为空心柱状电极。
4) 上述步骤1)中，电破乳器结构为卧式，电破乳器横截面形状为圆形。
5) 上述步骤1)中，铁、硅颗粒床层与铝柱电极共同在电破乳分离器内形成的非均匀电场为直流电场。
6) 上述步骤1)中，水包油乳液为柴油在去离子水中分散形成的水包油体系，体系中油相浓度为2153ppm，油滴粒径范围为3.7μm 102.9μm。
本实施例通过将直流电场与铁、硅颗粒床层相结合，耦合直流电场与铁、硅颗粒床层对水包油乳液的破乳效应，在提高水包油乳液中油滴接触、聚并效率的同时利用直流电场增强油滴的聚结效果，从而使得去离子水-柴油乳液中油滴快速、高效的接触和聚结，最终大大提高乳液的破乳效果和油水分离效率。本发明方法工艺简单，易于操作实现，破乳过程中绿色无污染，投资成本低、适应范围较广，优势十分明显，能够快速高效的实现水包油乳液的破乳分离以及油相的回收，具有较高的推广应用价值和实践意义。
第4实施例：
1) 将导电颗粒填充于水包油乳状液电破乳分离器中形成固定床层，通过与电源输出端相连接，使床层整体带电。电破乳器内导电颗粒床层中固定若干柱状电极，柱状电极与床层之间绝缘，柱状电极与电源输出的另一端相连接。导电颗粒床层与柱状电极共同在电破乳分离器内形成非均匀分布的电场。水包油乳液通过乳液进口进入电破乳器中，乳液流经颗粒床层的过程中，在电场和导电颗粒床层的共同作用下，油滴聚结、乳液发生破乳。破乳分离后的连续油相通过电破乳器上部的油相出口排出并收集，剩余清液通过水相出口进行收集。
2) 上述步骤1)中，导电颗粒材料为金属钛和铝两种，其中两种颗粒添加的质量比例为3:2；导电颗粒形状为立方体和不规则形状的颗粒两种，其中规则形状颗粒与不规则形状颗粒添加的质量比例为4:7；导电颗粒为实心颗粒；导电颗粒为表面无改性和表面进行了疏水改性的颗粒两种，其中无改性颗粒和疏水改性颗粒添加的质量比为4:3。
3) 上述步骤1)中，柱状电极材料为金属铜，电极横截面形状为圆形，电极为空心柱状电极。
4) 上述步骤1)中，电破乳器结构为立式，电破乳器横截面形状为正方形。
5) 上述步骤1)中，钛、铝颗粒床层与铜柱电极共同在电破乳分离器内形成的非均匀电场为双向脉冲电场，电场的波形为锯齿波。
6) 上述步骤1)中，水包油乳液为苯在自来水中分散形成的水包油体系，体系中油相浓度为9831ppm，油滴粒径范围为26.8μm 214.3μm。
本实施例通过将双向脉冲电场与钛、铝颗粒床层相结合，耦合双向脉冲电场与钛、铝颗粒床层对水包油乳液的破乳效应，在提高水包油乳液中油滴接触、聚并效率的同时利用双向脉冲电场增强油滴的聚结效果，从而使自来水-苯乳液中苯液滴快速、高效的接触和聚结，最终大大提高乳液的破乳效果和油水分离效率。本发明方法工艺简单，易于操作实现，破乳过程中绿色无污染，投资成本低、适应范围较广，优势十分明显，能够快速高效的实现水包油乳液的破乳分离以及油相的回收，具有较高的推广应用价值和实践意义。
第5实施例：
1) 将导电颗粒填充于水包油乳状液电破乳分离器中形成固定床层，通过与电源输出端相连接，使床层整体带电。电破乳器内导电颗粒床层中固定若干柱状电极，柱状电极与床层之间绝缘，柱状电极与电源输出的另一端相连接。导电颗粒床层与柱状电极共同在电破乳分离器内形成非均匀分布的电场。水包油乳液通过乳液进口进入电破乳器中，乳液流经颗粒床层的过程中，在电场和导电颗粒床层的共同作用下，油滴聚结、乳液发生破乳。破乳分离后的连续油相通过电破乳器上部的油相出口排出并收集，剩余清液通过水相出口进行收集。
2) 上述步骤1)中，导电颗粒材料为金属铝和非金属石墨两种，其中金属导体和非金属导体添加的质量比例为7:8；导电颗粒为多面体和不规则形状的颗粒两种，其中规则形状颗粒与不规则形状颗粒添加的质量比例为5:4；导电颗粒为空心颗粒；导电颗粒为表面无改性的颗粒。
3) 上述步骤1)中，柱状电极材料为金属钛，电极横截面形状为长方形，电极为实心柱状电极。
4) 上述步骤1)中，电破乳器结构为卧式，电破乳器横截面形状为长方形。
5) 上述步骤1)中，铝、石墨颗粒床层与钛柱电极共同在电破乳分离器内形成的非均匀电场为交流电场，电场的波形为余弦波。
6) 上述步骤1)中，水包油乳液为液压油在卤水中分散形成的水包油体系，体系中油相浓度为5209ppm，油滴粒径范围为0.9μm ~75.1μm。
本实施例通过将交流电场与铝、石墨颗粒床层相结合，耦合交流电场与铝、石墨颗粒床层对水包油乳液的破乳效应，在提高水包油乳液中油滴接触、聚并效率的同时利用交流电场增强油滴的聚结效果，从而使得卤水-液压油乳液中液压油滴快速、高效的接触和聚结，最终大大提高乳液的破乳效果和油水分离效率。本发明方法工艺简单，易于操作实现，破乳过程中绿色无污染，投资成本低、适应范围较广，优势十分明显，能够快速高效的实现水包油乳液的破乳分离以及油相的回收，具有较高的推广应用价值和实践意义。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
