中文摘要：

旋流-静态微泡浮选柱应用在油田采出污水处理上体现出较大潜力，它将聚结与浮选分离过程结合起来，通过浮选柱内置旋流器的旋流聚结、管流段的管流聚结、柱分离段的层流聚结等多元聚结强化除油过程，分离效果能够满足矿场油田生产中采出污水处理的要求。本研究从流场分析入手，通过测量油滴粒径和流场速度，计算粒径质量分离效率，分析不同流场速度和工况条件对各种聚结作用效果的影响，明确层流聚结、旋流聚结以及管流聚结过程的除油效果，获得各种聚结作用能有效处理的油滴粒径范围；模拟柱分离段、内置旋流器与管流段的速度场和油相浓度场分布，阐明层流、旋流及管流聚结机制，建立层流聚结、旋流聚结以及管流聚结过程控制模型，揭示基于浮选柱的多元聚结强化除油机理。本课题的研究为充分发挥旋流-静态微泡浮选柱的多元聚结强化除油作用，浮选柱聚结除油结构优化设计和工业应用提供理论指导。

结论摘要：

研究了层流聚结机理，建立层流聚结模型。描述了基于微泡浮选的层流聚结过程，层流聚结主要是基于油滴在浮选柱气浮段重力场中受力不同，上浮的油滴和下降的油滴产生180o碰撞聚结行为；分析了工况条件对层流聚结效果的影响规律，查明了层流聚结过程能有效处理的是油滴粒径大于9.25μm的分散油滴；建立了油滴粒径聚结比（δ）与充气速率（qg）、温度（τ）、给料速度（ql）以及粘度（μ）之间关系的数学模型。研究了旋流聚结机理，建立了旋流聚结模型。描述了旋流器内油滴旋流聚结过程，旋流聚结主要是基于准自由涡内轴向速度差、径向速度差和切向速度差引起的90o碰撞而产生聚结现象；分析了工况条件对旋流聚结结效果的影响规律，查明了旋流聚结过程能有效处理的是油滴粒径大于14.27μm的分散油滴；建立了油滴粒径聚结比（δ）与操作参数充气速率（qg）、给料速度（ql）、温度（τ）、循环压力（p）以及粘度（μ）的数学模型。研究了管流聚结机理，建立了管流聚结模型。描述了基于微泡浮选的管流聚结过程，管流聚结过程主要是基于管流段中同向而行的两油滴因粒径差，运动过程中产生速度差，从而使速度不同的油滴间产生0o碰撞聚结；分析了工况条件对管流聚结效果的影响规律，查明了管流聚结过程能有效处理粒径大于8.48 μm的分散油滴；建立了油滴粒径聚结比（δ）与充气速率（qg）、循环压力（P）、粘度（μ）、管段长度（L）、管段直径（D）以及含油浓度（C）之间关系的数学模型。测试、模拟了浮选柱速度场和浓度场分布，研究了浮选柱气浮分离动力学。采用PIV粒子成像测速仪、LDV激光测速仪测试了旋流速度场分布规律和管流聚结段管流速度场分布规律。利用流体力学软件Fluent，对旋流聚结段和管流聚结段的速度场进行了模拟，获得了相应速度场分布图。利用流体力学软件Fluent，选用Eulerian模型来模拟液–液两相流场以及标准的k - ε模型，对基于微泡浮选的多元聚结过程前后油相浓度场和油滴粒径分布进行数值模拟，获得了旋流聚结段、管流聚结段和层流聚结段的浓度场分布情况以及油滴粒径分布云图。研究了浮选柱气浮分离过程动力学，建立了分离动力学常数与循环压力、气体表观速率和气泡平均直径之间的数学模关系式。