磁流体油水分离技术现状及研究进展

磁流体油水分离技术现状及研究进展

磁流体是将一些具有铁磁性的超细微粒用表面活性物质进行包裹，然后在载体中充分分散而形成的具有稳定性的胶体溶液。这种胶体溶液巧妙地将磁性固体与流变液体结合起来，利用外加电磁场实现一系列的特有物性，是胶体科学与相关学科进行研究的活跃领域。

磁流体技术用于油水分离是近年来兴起的，可以有效地被用来进行含有乳化液的油水分离。随着工业的发展，更多石油的开采，目前国内大多数油田都逐渐进入高含水期，有的油井含水率高达99%，高含水率的出现直接导致现有集输系统无法有效生产，设备无法实现预期处理目标，因此油水分离技术越来越发挥其重要作用。但是传统的电场分离技术存在着一些缺陷：电场油水分离器极易发生电极放电，从而无法实现稳定的电场，最终不能实现油水深度分离。因此，进行超导磁流体油水分离技术研究有利于解决油田高含水引发的一系列生产问题，对保证油田稳定生产和环境保护具有重要意义。总体来说尽管磁流体用于油水分离技术在我国刚刚起步，但是由于磁流体的独特性能，以及当前油田高含水率的现状，使得该技术越来越受到国内学者的重视。本文就磁流体应用于油水分离方面的发展状况，结合相关领域的技术研究现状及最新进展作简要概述。

1 磁流体净化油污水研究

1991年4月，康鸿业、王允军等人进行了磁流体净化油污水的研究，他们主要研究了磁粉性能与表面活性剂对除油效果的影响，并探讨了除油机理，结果表明，应用磁流体净化含油污水，可使水中含油量从几百ppm降到几十ppm。实验装置原理如图1所示。

图1 磁流体除油装置示意图

2 磁流体在外加磁场中应用于油水分离的研究

1999年，李海英等人进行了磁流体在外加磁场中应用于油水分离的研究，他们利用化学共沉淀法制备的煤油基四氧化三铁磁流体(油酸为表面活性剂)，对乳化的模拟含油污水进行净化处理。探讨了磁场、搅拌对磁流体除油效果的影响，提出了磁场作用下磁流体可能的除油模式。实验装置如图2所示。

1-滴液漏斗,2-电磁铁,3-Y型管,4-导气管,5-磁流体

实验围绕磁流体的制备、模拟含油污水的净化及污水中含油量的测定进行。之后还对除油效果、除油模式进行了探讨，最终得出结论：不同条件下，磁流体对含油污水的除油效果差距明显。在有磁场和搅拌条件下，具有非常好的除油效果，除油率达到91.3%。磁流体之所以能除油在于破坏污水中油珠上的表面活性剂层，使油珠裸露在污水中，进而被磁流体所吸附，在磁场作用下，使其停留在磁场区从而与水分离。

3 磁性材料和改型磁性材料的除油机理分析

2008年陈毅忠等人对磁技术处理含油废水的研究进展进行了调查。他们在磁技术除油力学原理的基础上，分析了磁性材料和改型磁性材料的除油机理，介绍了磁技术在处理油田废水、机械加工废水、轧钢废水和餐饮废水等方面的应用，指明了磁技术处理含油废水的发展方向。他们发现在含油废水处理中很少有单独应用磁技术的研究，更多的是与其他处理技术并用来提高整个工艺流程的处理效果。改进磁性材料能增强含油废水的磁处理效果。此外，他们还对磁技术油水分离的研究方向提出了针对性的意见。

4 表面改性磁种-磁滤技术处理含油废水研究

2008年2月，王利平、胡原君等人发表了表面改性磁种-磁滤技术处理含油废水的研究，他们将表面改性后的磁粉、磁性颗粒分别作为磁种和磁滤材料，以出水含油量、除油率为试验指标，采用磁种-磁滤技术处理江苏油田废水。试验结果表明，经改性后的四氧化三铁磁种粒度小、比表面积大，与油滴的吸附亲和力增强，且包覆在四氧化三铁表面的偶联剂能阻止四氧化三铁微粒聚结，减缓沉降速度，从而提高除油效果。当进水含油量为140.3 mg/L，磁种投加量300 mg/L、搅拌强度250 r/min、搅拌时间20min、磁滤速度25 m/h、磁感应强度0.0839 T时，出水含油量降为19.8 mg/L，除油率达85.9%。

5 电场、磁场协同的污水除油机理研究

2014年边江等人在传统磁流体油水分离的基础上，提出了电场、磁场协同的污水处理方法。依据电磁分离原理建立了电磁场油水分离物理模型和实验装置，进行油水分离特性模拟研究和实验研究，分析磁场强度、流速、电流、含油率、油滴粒径等关键因素对油水分离过程的影响，结果表明：其他条件不变时，分离效果随磁场强度或电流密度的增大而增强；分离效果随入口速度而增大，随油水混合流在电磁场中的分离作用时间的较少而减弱；分离效果随油滴粒径的增大，随分散油相受到的浮力的增大而增强。搭建了电磁场油水分离动态实验装置，如图3所示，通过开展电场、磁场协同的污水处理实验，结果表明，处理流量和处理时间不变时，存在一个临界电磁力数值，当大于这个临界值时，电磁力才会有效促进油水分离过程。

图3 电磁场油水分离动态实验装置

6 结论

随着我国磁流体油水分离技术日趋成熟，最新的研究成果在海上漏油回收和污水处理等方面的应用越来越广泛。但现行技术仍然存在很多缺陷，需要技术改进，具体体现在以下几个方面：

(1)成本合理化—在寻求高效率的同时，努力降低分离成本。目前的油水分离技术虽然大部分都达到了预期的效果，但多数技术仍存在高成本低收益的缺陷，这一缺陷有赖于技术的进步和优化才能解决。我们可以从以下几方面进一步突破：寻找经济廉价的磁性材料，寻求可轻易获得高磁场的方法；研究磁粉与表面活性剂最佳的搭配方式，最佳的比例状态；研发集高效、经济和简单易用等特点于一体的磁处理装置；寻找一个能达到较高收益且分离成本较低的最优点等。

(2)技术复合化—多项技术综合应用，达到分离最佳效果。多模式复合法是在油水分离的各个阶段可同时采用两种或两种以上方法共同完成分离任务的先进技术，如用生物膜法与磁流体法共同实现油水分离。在油水分离的应用中，原油种类多种多样，分离效果又极易受电磁场强度与方向、搅拌方式、介质温度、磁流体烃基种类、磁流体制备工艺等因素影响，为提高油水分离效率，减少资源浪费，发展复合化油水分离技术势在必行。