陶瓷膜技術(shù)處理含油廢水的應(yīng)用研究

易佑寧 彭文博

摘? 要? 使用陶瓷膜管對某軋鋼廠含油廢水進行處理，經(jīng)過試驗確定了錯流過濾操作的參數(shù)如下：壓力0.1 MPa，流速15 m/s，滲透率可以穩(wěn)定在130 L/h.m2，出水水質(zhì)可以滿足排放要求。采用1.6%的NaOH清洗15 min，再使用2%的HNO3進行15 min清洗，清水測試，膜滲透率可以恢復(fù)至初始值的90%，達到工業(yè)化應(yīng)用的要求。

關(guān)鍵詞? 陶瓷膜;含油廢水;錯流過濾;滲透率

0? 引? 言

含油廢水的化學(xué)耗氧量（COD）高，對環(huán)境危害大，污染后難以治理，這就要求對含油廢水處理后進行排放。含油廢水的處理技術(shù)和分離的難易程度取決于油在水中的存在形式以及油類回收和處理后水的回用要求，油在水中的存在形式分為浮油（粒徑大于150 μm）、分散油（粒徑20-50 μm）、乳化油（粒徑小于20 μm）。傳統(tǒng)含油廢水處理方法有：物理法、物理化學(xué)法、化學(xué)法、生物化學(xué)法等，其中膜分離法主要用來分離乳化油，在含油廢水處理工藝中有如下優(yōu)點：（1）不需添加化學(xué)試劑即可處理乳化油的廢水;（2）適用范圍廣，既能分離懸浮油、分散油、乳化油，又可以回收濃縮后的油類，處理過的回用水油含量低;（3）分離效率高，工藝過程簡單，設(shè)備占地面積小，陶瓷膜管強度高、耐腐蝕（便于化學(xué)清洗）、耐高溫、使用壽命長。因此，陶瓷膜在石油化工、石油開采、機械加工、紡織和食品行業(yè)應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。

1? 陶瓷膜技術(shù)簡介

現(xiàn)有陶瓷膜從材質(zhì)上可以分為A1203、Si02、Zr02、Ti02膜，目前孔徑為4～5 000 nm的多孔A1203膜、Zr02膜均已商品化，其構(gòu)型有管狀及多通道狀、板狀、纖維狀等。從用途上，陶瓷膜可分為微濾、超濾、納濾、氣體分離膜等，目前已在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，在含油廢水處理方面效果十分明顯。

2? 試驗內(nèi)容

2.1 試驗裝置和原材料

取某軋鋼廠含油廢水，經(jīng)砂濾后進行陶瓷膜過濾試驗。陶瓷膜試驗裝置示意圖（見圖1）。

陶瓷膜管采用江蘇省陶瓷研究所有限公司生產(chǎn)的膜管，指標(biāo)如下：膜孔徑：200 nm;單只膜管過濾面積：0.2 m2。

2.2 試驗過程

廢水原液經(jīng)過砂濾后進入水箱，經(jīng)泵加壓打入管道，經(jīng)過回流閥和流量計角閥調(diào)節(jié)過濾壓力和流速，流經(jīng)膜管過濾后循環(huán)回到水箱，濾后清液由濾出水管道流出收集。

記錄測試過程中的滲透率、過濾時間、溫度、過濾時間、壓力差、過濾出水量之間的變化。

滲透率S，過濾時間t，過濾時間內(nèi)的出水量V，膜管過濾面積0.2m2，S=V/t*0.2。

過濾壓力P，膜管前壓力P1，膜管后壓力P2，P=（P1+P2）/2。

膜面流速V，流量計讀數(shù)q，管道面積m，V=q/m。

過濾一段時間之后，陶瓷膜滲透率逐漸下降，下降到一定值后需要進行清洗。清洗采用兩步：（1）物理反沖洗，每過濾二十分鐘進行反沖洗十秒;（2）過濾四個小時后滲透率下降到一定值后，采用化學(xué)清洗30 min，采用1.6%的NaOH清洗15 min，再用2%的HNO3清洗15 min。

3? 試驗結(jié)果與討論

影響陶瓷膜過濾分離性能的因素主要有以下幾個方面：

（1）陶瓷膜孔徑的選擇是否合適，出水能否達到需求。

（2）料液預(yù)處理后性質(zhì)能否達到要求及過濾過程的穩(wěn)定性和出水指標(biāo)情況。

（3）過濾過程中設(shè)備調(diào)節(jié)的過濾壓力、流速等參數(shù)與清洗工藝是否合適，及設(shè)備能否穩(wěn)定運行。

3.1 過濾壓力對滲透率的影響

保持一定的過濾壓力是進行過濾分離的必要條件，壓力大小直接影響到陶瓷膜的初始滲透率和穩(wěn)定后的滲透率。在穩(wěn)定膜面流速于15m/s，通過調(diào)節(jié)不同的壓差，膜的滲透率隨時間的變化如圖2所示。

3.2 膜面流速對滲透率的影響

陶瓷管式膜進行油水分離的一個最大優(yōu)點是不易堵塞，關(guān)鍵在于進行錯流過濾時選擇合適的流速。合適的流速保證流體和膜面之間的剪切力把膜面沉積和堵塞吸附的油滴帶走，有效減少膜面沉積和堵塞的厚度，保證過濾過程中滲透率穩(wěn)定在一個合適的范圍。試驗表明，穩(wěn)定過濾壓力在0.1MPa條件下，膜面流速和滲透率的關(guān)系如圖3所示。

經(jīng)過試驗，流速過小，膜面剪切力不夠，滲透率下降較快，穩(wěn)定滲透率較小;流速過大，滲透率增加不明顯，能耗較高，經(jīng)過對比，選擇15m/s膜面流速進行過濾為首選。

3.3陶瓷膜的清洗

陶瓷膜過濾含油廢水的過程中，初始過程滲透率較高，隨著滲透過程的發(fā)生，部分油滴和水中的凝膠和固體雜質(zhì)吸附在膜表面，滲透率逐步下降，較快的液體流速也不停地帶走部分膜表面吸附的雜質(zhì)，達到一個平衡后滲透率會穩(wěn)定在一定的范圍，但是總體還是逐步下降，到一定值后需要進行停機清洗。好的清洗工藝可以使陶瓷膜滲透率恢復(fù)初始值的90%以上。

試驗采用酸堿復(fù)合清洗的辦法，采用不同濃度的NaOH、HNO3和不同的清洗時間對堵塞后的陶瓷膜管進行清洗試驗，最終選擇了1.6%的NaOH清洗15 min，再使用2%的HNO3進行15 min清洗，清水測試，膜滲透率恢復(fù)至初始值的90%，比較理想。

3.4出水水質(zhì)（見表1）

經(jīng)過檢測，出水水質(zhì)滿足排放要求。

4? 結(jié)? 論

（1）使用管式陶瓷膜錯流過濾含油廢水，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，設(shè)備使用參數(shù)控制在：壓力0.1 MPa，流速15 m/s時，滲透率可以穩(wěn)定在130 L/h.m2，出水水質(zhì)可以滿足排放要求。

（2）采用1.6%的NaOH清洗15 min，再使用2%的HNO3進行15 min清洗，清水測試，膜滲透率可以恢復(fù)至初始值的90%，達到工業(yè)化應(yīng)用的要求。

（3）由于含油廢水處理現(xiàn)場情況比較復(fù)雜，含油和雜質(zhì)的量有所波動，膜滲透率會產(chǎn)生較大波動。單一地采用陶瓷膜處理存在一定的不足，因此必須與其他水處理工藝集成使用，從而不斷提高陶瓷膜在處理含油廢水中的作用。

參 考 文 獻

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