陶瓷膜用于有機(jī)硅廢水除油純化研究
行業(yè)動(dòng)態(tài)
陶瓷膜具有良好的耐酸堿、腐蝕性及機(jī)械穩(wěn)定性等特點(diǎn)，其良好的親水疏油性導(dǎo)致該技術(shù)日益成為含油廢水處理中有效的分離技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于石油化工等各種領(lǐng)域。
有機(jī)硅廢水具有COD波動(dòng)大、水質(zhì)不穩(wěn)定的特點(diǎn)，同時(shí)其含油的特性需要進(jìn)行投加大量破乳劑并沉降分離。因出液含油量大且不穩(wěn)定導(dǎo)致廢水處理生化系統(tǒng)難以運(yùn)行，故而廢水中油類的去除成為有機(jī)硅廢水處理工藝中極為關(guān)鍵的一環(huán)，影響著后續(xù)生化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實(shí)際的有機(jī)硅廢水過(guò)濾體系較為復(fù)雜，相關(guān)報(bào)道較少。
以浙江某公司的有機(jī)硅廢水為過(guò)濾對(duì)象，采用陶瓷膜及設(shè)備進(jìn)行純化除雜，收到了很好的效果。
1 試驗(yàn)部分
1.1 試驗(yàn)原料
浙江某公司有機(jī)硅廢水具體指標(biāo)為pH10～11，COD為2100～7300mg/L，油含量為120～11500mg/L，溫度為20～30℃，氯離子為10700～15600mg/L。
1.2 試驗(yàn)設(shè)備
主要采用內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)破乳并沉降槽沉降后的有機(jī)硅混合廢水經(jīng)供料泵進(jìn)入內(nèi)循環(huán)回路中，再通過(guò)循環(huán)泵，以高速流動(dòng)的方式在陶瓷膜組件內(nèi)部不斷的循環(huán)、濃縮，清液從滲透?jìng)?cè)出來(lái)，一小部分濃縮液回到緩沖罐，與來(lái)料混合后繼續(xù)參與循環(huán)，當(dāng)循環(huán)回路中的濃縮液達(dá)到一定濃度時(shí)，即陶瓷膜的清液通量低于設(shè)計(jì)值時(shí)，停止分離操作，關(guān)閉清液出料閥，進(jìn)入清洗程序。
試驗(yàn)用陶瓷膜的平均孔徑為50nm，膜管有效長(zhǎng)度為1016mm，支撐體和過(guò)渡層材質(zhì)為氧化鋁，分離層材質(zhì)為氧化鋯。
1.3 檢測(cè)方法
采用HACH測(cè)定儀測(cè)定廢水COD的含量，采用氯離子測(cè)定儀測(cè)定廢水氯離子含量，采用紫外分光光度法測(cè)定廢水油含量。
2 結(jié)果與分析
滲透通量是評(píng)價(jià)膜分離效率的關(guān)鍵指標(biāo)，而操作條件變化對(duì)滲透通量影響很大；試驗(yàn)考察了跨膜壓差、膜面流速、濃縮倍數(shù)對(duì)滲透通量的影響。
2.1 跨膜壓差的影響
膜面流速為3m/s，不同跨膜壓差下進(jìn)行的50mm陶瓷膜過(guò)濾試驗(yàn)。隨著跨膜壓差的增加，膜通量增大，但并非線性關(guān)系，且膜通量都隨著過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸遞減并趨于穩(wěn)定。在低跨膜壓差（0.05MPa）下，膜通量十分穩(wěn)定；而在跨膜壓差0.15、0.2MPa時(shí)連續(xù)進(jìn)料初期，膜通量迅速衰減，體現(xiàn)了濃差極化作用和膜芯表面凝膠層等污染過(guò)程，在100～120min逐漸趨于穩(wěn)定。因?yàn)樵诟呖缒翰钕?，隨著過(guò)濾時(shí)間的增加，膜表面不斷地沉積截留物，膜表面沉淀的溶質(zhì)濃度越來(lái)越高，濃差極化加重，膜通量不斷下降。此時(shí)濃差極化是影響膜通量的主要因素，操作壓力增加，膜通量增加，但同時(shí)也加重了濃差極化。增大壓力，凝膠層阻力增大，操作壓力的增大為阻力的增大所抵消，此時(shí)膜透過(guò)量增加甚微，保持一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。因此膜的操作壓力是有一定范圍的。
對(duì)滲透液取樣分析檢測(cè)如下：
檢測(cè)項(xiàng)目 | COD（mg/L） | 油含量（mg/L） |
原液 | 1108 | 607.0 |
0.05MPa滲透液 | 900 | 21.7 |
0.10MPa滲透液 | 889 | 24.6 |
0.15MPa滲透液 | 1061 | 31.9 |
0.20MPa滲透液 | 1096 | 39.3 |
由上表可知，本實(shí)驗(yàn)選擇合適的操作壓力應(yīng)控制在0.10MPa左右為宜。
2.2 膜面流速的影響
在跨膜壓差0.1MPa，不同膜面流速下進(jìn)行的50nm陶瓷膜過(guò)濾試驗(yàn)。不同膜面流速下，膜通量都隨著過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸遞減并趨于穩(wěn)定。在考察的范圍下，隨著膜面流速的增加，膜穩(wěn)定通量有些許上升。在相對(duì)低的膜面流速（2m/s）下，膜通量衰減迅速；而在3～4m/s膜面流速下，膜通量衰減后迅速趨于穩(wěn)定。其原因?yàn)槟っ媪魉僭黾?，流體對(duì)膜面剪切力增加，雜質(zhì)不易停留于膜表面而被錯(cuò)流料液帶走，膜污染減輕，故而較快達(dá)到穩(wěn)定。如果此時(shí)進(jìn)一步提高膜面流速，將會(huì)顯著地增大能耗。鑒于此，較適宜的膜面流速為3m/s。
2.3 濃縮倍數(shù)的影響
在膜面流速3m/s，跨膜壓差0.1MPa條件下進(jìn)行50nm陶瓷膜過(guò)濾試驗(yàn)。隨著濃縮倍數(shù)的增加，滲透通量的變化呈現(xiàn)先緩慢下降后急速衰減的趨勢(shì)。在相同的溫度下濃縮倍數(shù)越高，通量越小，則通量降得越快。其原因?yàn)闈饪s倍數(shù)增加導(dǎo)致膜面污染物濃度增加，進(jìn)而導(dǎo)致膜面阻力增大，膜通量下降?？傮w上，膜通量的變化趨勢(shì)基本相同，表明膜運(yùn)行比較穩(wěn)定。
對(duì)批次一滲透液取樣分析檢測(cè)，結(jié)果如下：
檢測(cè)項(xiàng)目 | COD（mg/L） | 油含量（mg/L） |
原液 | 3233 | 441.00 |
10倍 | 2377 | 3.47 |
20倍 | 2398 | 7.87 |
30倍 | 2516 | 11.01 |
40倍 | 2793 | 14.47 |
50倍 | 2843 | 18.86 |
60倍 | 3034 | 37.66 |
70倍 | 3056 | 67.39 |
80倍 | 3132 | 88.12 |
結(jié)合上表的分析結(jié)果及設(shè)備投資問(wèn)題，本試驗(yàn)選擇合適的濃縮倍數(shù)應(yīng)控制在50倍左右為宜。
2.4 陶瓷膜管清洗
堿洗+酸洗可大幅度恢復(fù)陶瓷膜通量。堿洗時(shí)，高溫堿與有機(jī)硅廢水中的有機(jī)物、硅粉等進(jìn)行快速有效的反應(yīng)，并控制設(shè)備進(jìn)行高流速運(yùn)行，使?jié)獠顦O化形成的動(dòng)態(tài)膜上的凝膠等得以脫落，使陶瓷膜得以再生。而酸洗時(shí)，酸與有機(jī)硅廢水中鹽垢等進(jìn)行快速反應(yīng)，使陶瓷膜得以再生。清洗過(guò)程中，操作方式的影響并不明顯。
2.5 陶瓷膜純化除雜效果
陶瓷膜過(guò)濾有機(jī)硅廢水后，清液油去除率可達(dá)99%以上，可保證后續(xù)生化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且濃縮倍數(shù)較高，可達(dá)50倍的水平。
3 小結(jié)
以平均孔徑為50nm的陶瓷膜脫除有機(jī)硅廢水中的油類，可得到較高的膜通量和清液品質(zhì)。本研究得出如下結(jié)論。
（1）用陶瓷膜進(jìn)行有機(jī)硅廢水除油純化是可行的。采用50nm的陶瓷膜進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，膜通量都隨著過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸遞減并趨于穩(wěn)定。較適宜的跨膜壓差為0.1MPa，較適宜膜面流速為3m/s，較適宜濃縮倍數(shù)為50倍，清液的油去除率達(dá)到99%以上，平均膜通量在340L/(㎡·h)左右。
（2）在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著跨膜壓差、膜面流速、濃縮倍數(shù)變化，油去除效果比較穩(wěn)定，清液品質(zhì)的穩(wěn)定保證了后續(xù)生化處理的穩(wěn)定性。
（3）由于陶瓷膜在化工行業(yè)具有有機(jī)膜無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，必將成為化工行業(yè)不可替代的分離純化技術(shù)和手段。
