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油水分離處理中常用的是油水分離器。油水分離器又稱油水分離器，其主要原理是采用油水比重不同的方法，通過過濾、沉淀、浮動(dòng)等方法集成油水分離。
一、氣浮分離
氣浮法是通過在水中形成微小的氣泡，將絮狀物浮到液面來凈化水的方法。條件是附著在油滴上的氣泡形成油氣顆粒。
因?yàn)闅馀莸某霈F(xiàn)增加了水和顆粒之間的密度差，顆粒直徑大于原油滴，用顆粒之間的密度代替油密度可以顯著提高上升速度。也就是說，當(dāng)一個(gè)氣泡(或多個(gè)氣泡)附著在一個(gè)油滴上時(shí)，可以增加垂直上升速度，從而去除直徑比50μm小得多的油滴。
二、重力分離。
由于油、氣、水的相對密度不同，成分必須是油和水的混合物。在一定的壓力和溫度下，當(dāng)系統(tǒng)平衡時(shí)，會(huì)形成一定比例的油、氣、水相。當(dāng)相對較輕的成分處于層流狀態(tài)時(shí)，重組液滴按照斯托克斯公式的運(yùn)動(dòng)規(guī)律沉降，重力沉降分離設(shè)備按照這個(gè)基本原理設(shè)計(jì)。
按照斯托克斯公式，沉降速度與油中水分半徑的平方成正比，與油的密度差成正比，與油的粘度成反比。通過增加水分密度，擴(kuò)大油的密度差，降低油的粘度，可以提高沉降分離速度，提高分離效率。
經(jīng)過進(jìn)一步探索，Hazen于1904年根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了淺池理論，即在重力沉降過程中，分散而不是天鵝絨顆粒的沉降效果以顆粒的沉降速度和池面積為函數(shù)來衡量，與池深和沉降時(shí)間無關(guān)，即提高沉降池的處理能力有兩種方式:一種是擴(kuò)大沉降面積，另一種是提高沉降速度。提高水分沉降速度的措施可以通過斯托克斯公式得出，擴(kuò)大沉降面積的措施是在容器中設(shè)置多層水平隔板。

根據(jù)這一理論，美國殼牌公司于1950年開發(fā)了第一個(gè)成功的平行板捕集器，可以去除水中最小60μm的油滴。20世紀(jì)70年代，F(xiàn)ram公司開發(fā)了V型板分離器，20世紀(jì)80年代，CE-NATCO公司開發(fā)了板式聚合器，這是一種錯(cuò)流組合波紋板。經(jīng)過不斷改進(jìn)，該設(shè)備已應(yīng)用于油氣分離、油水分離和含油污水凈化。
在深入研究油水分離機(jī)理的基礎(chǔ)上，根據(jù)相應(yīng)的理論開發(fā)了高效蒸發(fā)設(shè)備，根據(jù)分離過程大致分為預(yù)分離室、沉降分離室、油室和水室三部分。預(yù)分離室一般配備碟形轉(zhuǎn)向器和均質(zhì)布液板，其原理是多次改變油水乳化液的運(yùn)行方向和流速，加強(qiáng)機(jī)械斷奶，進(jìn)一步加快油水分離速度。

活性水洗可以大大降低乳液界面膜的強(qiáng)度。由于乳液與誰層之間的剪切和摩擦，界面膜破裂，促進(jìn)液滴聚集，增加粒徑，加速油水分離。沉降分離室主要起到進(jìn)一步分離凈化的作用，油水分離器是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
三、粗粒子蒸發(fā)乳化水
利用油水對固體物質(zhì)的親和力，常用親水疏油固體物質(zhì)制成各種蒸發(fā)裝置。用于油水分離的固體物質(zhì)必須具有良好的潤濕性。滿足這個(gè)要求的材料有陶瓷、木屑、纖維材料、核桃殼等。
例如，大港油田的陶粒蒸發(fā)器使用陶粒作為填充劑。油水混合物流經(jīng)陶粒層時(shí)，流速和方向不斷變化，水滴碰撞和聚合的概率增加，小液滴迅速聚合沉降。
四、離心分離
利用油水密度的差異，高速旋轉(zhuǎn)的油水混合液產(chǎn)生不同的離心力，使油與水分離。離心設(shè)備可以達(dá)到非常高的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生數(shù)百倍的重力加速離心力。離心設(shè)備可以完全分離油水，只需要短的停留時(shí)間和小的設(shè)備體積。離心設(shè)備有運(yùn)動(dòng)部件，日常維護(hù)困難。目前只適用于實(shí)驗(yàn)室分析設(shè)備和需要減少占地面積的地方。
利用離心分離原理工作的主要設(shè)備室的水力旋流器，作為連續(xù)相得液體和分散相得固體粒子、液滴、氣泡進(jìn)行物理分離的設(shè)備使用。分散相和連續(xù)相之間的密度差越大，兩相就越容易分離。與重力場的情況相似，在兩相間的密度差一定的條件下，分散相得粒子的直徑越大，重力場達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，兩相間的反向運(yùn)轉(zhuǎn)速度差越大，越容易分離。

五、電氣脫離
電蒸發(fā)作為油水處理的最終手段，廣泛應(yīng)用于油田和煉油廠。其原理是將乳液放置在高壓交流DC電場。由于電場對水滴的影響，削弱了乳液的口罩強(qiáng)度，促進(jìn)了水滴的碰撞和合并，最終聚集成粒徑大的水滴，從原油中分離出來。
因?yàn)橛秒娬舭l(fā)處理含水量高的原油乳液，會(huì)產(chǎn)生電擊穿，不能建立極間必要的電場強(qiáng)度，所以電脫法不能單獨(dú)使用，只能作為其它處理方法的后續(xù)工藝。