預處理＋無機陶瓷膜工藝處理乳化液廢水的實驗研究
行業(yè)動態(tài)
近幾年來，由于乳化液具有一定的潤滑、冷卻、清洗和防銹等性質，已成為生產中使用較廣泛的一種切削液。在機械制造、加工和清洗過程中，受細菌、微生物、高溫、機械雜質等的污染產生大量的乳化廢液。廢乳化液的成分包括乳化油、表面活性劑、懸浮物、機械雜質等。其中主要是對乳化油的處理，國內外的處理方法有：酸化法、鹽析法、絮凝法、氣浮法、混合法、微生物法，但各種處理方法都有其局限性。近幾十年發(fā)展起來的膜法處理含油廢水，一般可不經過破乳過程，直接實現油水分離。膜分離法是利用乳化油油珠直徑和水分子直徑的不同而進行截留分離的。無極陶瓷膜作為一種新型、高效的分離介質，它具有化學穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐高溫、耐有機溶劑；錯流過濾，不會形成濾餅；再生能力強、不與微生物發(fā)生作用；適用高溫性、高黏性、高含固量等組分分離。
1 廢水來源及水質
本實驗所用的料液是取用某機械廠加工、零件清洗、機器和地面沖洗水等組成的乳化廢水，廢水濃度比使用的乳化液濃度低很多。其中石油類：3400～6500mg/L，CODcr：5200～10300mg/L，顏色：灰黑色，pH為7.1～8.3。
2 實驗設備及方法
2.1 實驗設備
實驗所用無機陶瓷膜性能指標：支撐體結構為19通道多孔氧化鋁陶瓷芯；膜管外徑30mm，通道內徑4mm，管長500mm，膜孔徑0.05μm，膜材質為氧化鋁、氧化鋯，pH適用范圍為0～14。
2.2 實驗工藝流程與實驗方法
為了降低無機陶瓷膜的污染，延長膜的實驗壽命，膜前預處理相當重要。首先把廢液經過隔油池去除浮油和大的機械雜質并且把料液加熱至所需溫度，pH控制在6～7，再經過5μm的紙帶過濾去除剩余的浮油和小粒徑的碎屑、粉末，以減小膜的污染。經預處理后，人工取一定量的料液加入原料罐中，通過循環(huán)泵進行料液循環(huán)，用截止閥來調節(jié)陶瓷膜的工作壓力和膜面流速；過濾后的料液溫度會升高，使用循環(huán)罐外的冷凝管控制溫度。
3 結果與討論
3.1 壓力對膜通量的影響
膜通量是在膜分離過程中單位時間內通過單位膜面積的濾過液體積來表示。膜通量的計算公式為：J=V/A。
式中：J——膜通量，L/(㎡·h)；
V——流量，L/s；
A——膜有效面積，㎡。
膜面流速4.66m/s、溫度50℃，改變泵的出口工作壓力分別為0.12、0.18、0.24、0.30、0.42、0.48MPa，測量并計算出膜通量的大小?？梢杂^察到在不同壓力下各條曲線的變化關系，在0.24～0.36MPa之間膜通量隨著壓力的增大而增加較快；當壓力增加到0.48MPa時，膜通量增加甚微。因此壓力應控制在0.36MPa為宜。
在膜分離過程中，溶質被截留而在膜表面附近積累，使得膜表面的局部濃度高于主體濃度，這種濃度積累會導致溶質向原料液主體的反向擴散流動，這種現象稱為濃差極化現象。
陶瓷膜剛剛開始過濾時，膜通量隨著壓力的增大而迅速增大，這是由于在此刻膜表面還沒有濃差極化和被污染，透過液的阻力就等于膜阻力，膜的操作壓力是影響膜通量的主要影響因素，隨著壓力的增加膜通量成直線增加。隨著膜表面不斷沉積截留物，膜表面的溶質濃度越來越高，濃差極化加重，膜通量不斷下降。此時濃差極化是影響膜通量的主要因素，壓力增加膜通量增加，但同時也加重了濃差極化。壓力繼續(xù)增加，濃差極化促使了凝膠層的形成，凝膠層阻力起決定作用。增大壓力，凝膠層阻力增大，壓力的增大為阻力的增大所抵消，此時膜透過量增加甚微。
3.2 膜面流速對膜通量的影響
工作壓力為0.30MPa、溫度為50℃時，分別在不同大小的膜面流速（1.51、3.49、4.66、5.82m/s）下，研究膜通量隨時間變化的情況。
膜面流速是指在泵的推動作用下料液平行于膜面流動的平均速度。當膜面流速較小時膜表面被迅速污染，膜通量急劇下降；膜面流速過高，膜通量反而會下降。膜通量應在4.66m/s為宜。
料液在流經膜表面的時候產生的剪切力把膜表面上滯留的顆粒、污物帶走；膜面流速太小，污物會很快沉淀在膜表面形成濃差極化，而使膜通量急劇下降；增大膜表面流速可以減輕濃差極化，增加膜通量，但若膜表面流速過大的話反而會使透過液的壓力降低，膜通量降低。因此可以有效地提高膜面流速，但膜面流速的提高也是有一定范圍的。
3.3 溫度對膜通量的影響
工作壓力為0.30MPa、膜面流速為4.66m/s時，改變溫度的大小，研究膜通量隨溫度的變化情況。通過研究得知：適宜溫度范圍為50～60℃。增加溫度使溶液黏度減小，傳質擴散系數增加，可以減小濃差極化現象，使得膜通量增加，但溫度過高隨著膜通量增大也增加了膜的污染，使膜通量反而下降。
3.4 運行時間對膜通量的影響
工作壓力為0.36MPa、膜面流速為4.66m/s、溫度為50℃時，研究膜通量大小隨運行時間的變化情況。通過研究得知：無機陶瓷膜處理乳化廢液，膜通量隨著時間的延長而不斷下降，運行2.5h之后，膜通量幾乎維持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)，即膜通量為80L/(㎡·h)。無機陶瓷膜可以在較優(yōu)的條件下運行長達8h以上。
3.5 運行時間對透過液的影響
工作壓力為0.36MPa、膜面流速為4.66m/s、溫度為60℃時，研究了陶瓷膜透過液中COD、含油量隨時間的變化情況。通過研究得知：陶瓷膜透過液中的COD隨著運行時間的延長而有所增加，但透過液中的COD都＜100mg/L。
透過液中的含油量隨著運行時間的延長有所增加，但含油量均＜10mg/L。COD、含油量符合《國家污水綜合排放標準》（GB 8979-1996）的一級標準。
3.6 廢水處理前后的水質情況
廢水經預處理+無機陶瓷膜工藝處理后的水質如下：
項目 | 石油類（mg/L） | 石油類透過率（%） | COD（mg/L） | COD去除率（%） | pH | ||||||
進料液 | 預處理后 | 透過液 | 進料液 | 預處理后 | 透過液 | 進料液 | 預處理后 | 透過液 | |||
數值 | 3400～6500 | 2750～5400 | ＜10 | ＞99.9 | 5200～10300 | 4400～8210 | ＜100 | ＞99.1 | 7.1～8.3 | 7.0～8.5 | 6～9 |
處理后的廢水由進水時的灰黑色，變成預處理后的淡乳白色，出水呈透明。
4 結論
（1）操作壓力增大膜通量也隨之增大，但如果操作壓力過大膜通量也不會再有所增加。操作壓力控制在0.36MPa作用為宜。
（2）膜面流速過小或過大都會影響膜通量的大小，膜面流速應控制在4.66m/s左右為宜。
（3）膜通量隨溫度的增加而增加過快，較佳溫度應控制在60℃。
（4）無機陶瓷膜法處理乳化液廢水，COD的去除率≥99.1%，石油類的去除率≥99.9%，運行中可以維持膜通量在80L/(㎡·h)運行8h以上，并且可使出水達標排放。
