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随着原油劣质化的趋势日益明显以及含油污水排放标准的日趋严格,炼化污水达标处理的难度大大增加。基于气浮与旋流单元组合技术的气旋浮设备以其高处理能力、高分离效率、低运行成本等优势已在国内外海上平台采油污水处理领域得到广泛应用,但迄今尚未应用于炼化污水处理领域。与此同时,国内目前有关气旋浮技术的研究仍处于工程样机的试验阶段,尚未实现工业化装置的国产化,对诸如微气泡特性、主体设备设计及优化等问题缺乏深入研究。论文首先对国内外代表性气旋浮装置的工作原理及工程应用最新进展进行了阐述。其次,针对不同结构形式的微气泡发生器进行了除油性能对比试验,证明了内腔走水-外腔进气的BIPTMBG-I型微气泡发生器的除油效果较好;对BIPTMBG-I型微气泡发生器在三种不同孔隙度微孔管下产生的气泡粒径进行了在线测试。基于BIPTCFU-III-4型试验样机进行的现场试验结果表明,未加药工况下两级连续运行的平均除油率达到74.1%;加药工况下的平均除油率达到87.3%。在此基础上,完成了BIPTCFU-III-20型气旋浮工程样机及BIPTMBG-III-20型微气泡发生器的设计并进行了现场试验。结果表明,在入口含油浓度小于480mg/L时,在未加药工况下,两级串联稳定运行的平均除油率为77.54%,加药工况下的分离效率达到90%;在入口含油浓度大于1300mg/L时,在未加药工况下,两级串联稳定运行时的平均分离效率为79.24%,加药工况下的分离效率高达95.9%,证明了该装置对水质剧烈波动的适应性较好,操作弹性较大。最后,以BIPTCFU-III-4型样机为对象,首次在国内外采用BP神经网络结合CFD数值模拟手段进行了气旋浮主体设备关键结构参数的优化研究,其优化参数组合相比于试验样机分离效率提高了10%左右。上述研究工作不仅填补了气旋浮技术在国内外炼化污水处理领域的应用空白,而且从一定程度上完善了紧凑型气旋浮设备的设计理论体系,有助于加快实现炼化污水处理技术的高效化、密闭化以及气旋浮装置的国产化进程。