無(wú)機(jī)陶瓷膜在含油廢水處理中的應(yīng)用

(合肥創(chuàng)想能源環(huán)境科技有限公司 安徽 合肥 230000)

一、引言

近年來(lái)，無(wú)機(jī)陶瓷膜在各行各業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，無(wú)機(jī)膜以其高效的分離性能成為更多研究者的選擇。含油廢水主要來(lái)自于乳化液廢水、油田采出水、清洗液、食品工業(yè)含油廢水和石油化工含油廢水。含油污水對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，對(duì)含油污水進(jìn)行必要的分離對(duì)于環(huán)境整治和油品回收都是有益的。因此，越來(lái)越多的無(wú)機(jī)陶瓷膜應(yīng)用在含油廢水的分離中。

二、無(wú)機(jī)陶瓷膜的介紹

無(wú)機(jī)陶瓷膜一般具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，呈管狀或多通道狀。陶瓷膜管壁密布微孔，在壓力作用下，原料液在膜管內(nèi)或膜外側(cè)流動(dòng)，小分子物質(zhì)(或液體)透過(guò)膜，大分子物質(zhì)(或固體顆粒、液體液滴)被膜截留從而達(dá)到固液分離、濃縮和純化之目的。陶瓷膜主要是由Al2O3，ZrO2，TiO2和SiO2等無(wú)機(jī)材料制備的多孔膜，其孔徑為2～50nm。

三、無(wú)機(jī)陶瓷膜處理含油廢水

膜法處理含油廢水的基本原理是利用膜的微孔對(duì)油滴的截留效應(yīng)實(shí)現(xiàn)油水分離[1]。無(wú)機(jī)膜特別是陶瓷膜具有耐高溫、耐腐蝕、擁有良好的截留能力、化學(xué)穩(wěn)定性好、易凈化、再生能力強(qiáng)、孔徑大小易控制等優(yōu)點(diǎn)，在含油廢水處理中具有很大的應(yīng)用潛力。目前無(wú)機(jī)膜處理含油廢水主要應(yīng)用領(lǐng)域是油田采出水處理，金屬清洗液、軋鋼乳化液的處理和石化、化工行業(yè)的含油廢水。

(一)處理機(jī)械制造業(yè)廢水

油水乳濁液在金屬機(jī)械加工過(guò)程中被廣泛用于工具和工件的潤(rùn)滑和冷卻，在使用過(guò)程中易混入金屬碎屑、菌體和清洗金屬表面的余水，因此使用周期非常短。此類廢水主要有金屬切削液、金屬清洗液、潤(rùn)滑液等。這類廢水的特點(diǎn)是油處于乳化狀態(tài)，油滴直徑在1μm以下，采用一般的方法難以達(dá)到理想的處理效果。有代表性的水溶性切削油的油分濃度大約為1%～50%，粒子直徑分布在1～10μm范圍內(nèi)，大部分是2～3μm，PH呈堿性。

1.金屬切削液

金屬切削油主要成分為在水中易乳化的礦物油，含表面活性劑和各種添加劑如去泡劑、滅菌劑等。切削液中的礦物油含量在1-10%(體積比)之間，油和表面活性劑的濃度很高，需要定期的處理。處理包括從水中分離油相，然后再分別處理各相。然而，超濾處理含油廢水有其局限性：滲透通量低，膜污染嚴(yán)重。M.Belkacem等用截留分子量50000Da，平均孔徑10nm的超濾膜處理切削油巨乳液，并采取了相應(yīng)措施來(lái)應(yīng)對(duì)超濾的局限性，在油中加入活性鹽CaCl2使?jié)B透通量提高。

2.機(jī)加工廢水

機(jī)械加工廠的廢冷卻液中含有金屬細(xì)粉和礦物油等，其中礦物油呈乳化油狀態(tài)，不易分離[2]。國(guó)內(nèi)通常采用的處理工藝有破乳+氣浮+生化處理等，投資較高，美國(guó)西屋公司曾試用超濾法處理此類乳化液。最近，吳楨[3]等用孔徑0.4μm的Al2O3微濾膜進(jìn)行了試驗(yàn)，室溫，循環(huán)過(guò)濾壓力為0.06MPa，膜面流速0.85m/s，濾出液中石油類含量不超過(guò)0.5mg/L，同時(shí)過(guò)濾對(duì)冷卻液的有效成分影響不大，其凈化液可考慮回用。同時(shí)作者提出了較為有效的清洗方式：先用1%次氯酸鈉和0.5mol/L氫氧化鈉混合堿液清洗10min，再用0.1mol/L檸檬酸溶液洗10min。

(二)油田采出水處理

Jeffrey Mueller等采用0.2μm、0.8μm的α-Al2O3陶瓷膜和0.1μm的表面被修飾的PAN膜處理油田采出水。原油濃度250ppm，油滴直徑1-10μm，膜壓69.4KPa，40℃，0.24m/s，錯(cuò)流方式，最終通量值均穩(wěn)定在30-40kg·m-2·h-1,滲透液中碳?xì)浠衔锖啃∮?ppm。研究表明增加進(jìn)料液油含量使穩(wěn)定通量降低，而錯(cuò)流速度、膜壓和溫度對(duì)穩(wěn)定通量的值幾乎無(wú)影響。

(三)處理艙底廢水

艙底水含油、燃料、脂肪酸、乳化液等，直接排放對(duì)水體污染嚴(yán)重。一般方法難以達(dá)到要求。采用0.2μm陶瓷膜處理可使?jié)B透液油含量<15ppm，膜通量為50-100L·m-2·h-1。近來(lái)，A.Y.Tremblay等采用無(wú)機(jī)微濾/有機(jī)超濾膜處理了富含膠體、懸浮固體的艙底廢水，此聯(lián)合工藝的膜通量是用有機(jī)UF膜處理的3～8倍。

(四)處理油脂廢水

油脂污水主要來(lái)自植物油精煉過(guò)程中產(chǎn)生的洗滌廢水。毛油過(guò)濾除雜，加酸脫膠，然后皂化脫酸，用離心機(jī)分離出皂腳后，用水洗脫酸后的油，再經(jīng)離心機(jī)分離出洗滌水。洗滌水中成分復(fù)雜，主要含皂腳、磷脂、蛋白質(zhì)、油、色素等物質(zhì)，油含量和COD值高，直接排放造成嚴(yán)重的污染，若采用活性污泥法或其他生物化學(xué)方法處理根本達(dá)不到環(huán)保要求。孟勇等[4]運(yùn)用陶瓷超濾膜處理了油脂洗滌廢水，孔徑0.05μm，溫度接近60℃，跨膜壓差0.18MPa，膜面流速為5.4m/s。結(jié)果表明，采用無(wú)機(jī)膜分離技術(shù)，不僅可回收洗滌水中有效成分，同時(shí)，使COD大大降低，分離后的滲透液(廢水)可直接進(jìn)入生化池處理。

(五)處理石化行業(yè)含油廢水

采用孔徑為0.2～0.8μm的氧化鋁膜處理烷基苯廠廢水中的芳烴和石蠟油，通過(guò)加入160×10-6鹽酸和160×10-6氯化鐵作為預(yù)處理可獲得較大的通量，0.2μm膜通量較大，膜面流速為4.6m/s左右，通量穩(wěn)定在1250～1540L·m-2·h-1。對(duì)膜污染的控制采用自動(dòng)反沖系統(tǒng)，用氣頂水反沖，每3～5天對(duì)膜管進(jìn)行一次清洗。試驗(yàn)結(jié)果表明陶瓷膜技術(shù)比傳統(tǒng)的方法具有一定的優(yōu)勢(shì)。

四、展望

綜上所述，陶瓷膜在油水分離領(lǐng)域的應(yīng)用較廣。因此，提高膜的制備技術(shù)，降低膜的應(yīng)用成本，加強(qiáng)無(wú)機(jī)膜處理含油廢水基礎(chǔ)研究及膜污染機(jī)理探索，建立面向油水分離體系的處理模型是今后研究的重點(diǎn)?？梢钥紤]將無(wú)機(jī)膜與其他組合方式連用，或針對(duì)具體的處理體系，對(duì)無(wú)機(jī)膜表面通過(guò)物理的、化學(xué)的方法進(jìn)行改性，提高膜的表面物化性能，以利于油水分離。