預(yù)處理＋無(wú)機(jī)陶瓷膜工藝處理乳化液廢水的實(shí)驗(yàn)研究
行業(yè)動(dòng)態(tài)
近幾年來(lái)，由于乳化液具有一定的潤(rùn)滑、冷卻、清洗和防銹等性質(zhì)，已成為生產(chǎn)中使用較廣泛的一種切削液。在機(jī)械制造、加工和清洗過(guò)程中，受細(xì)菌、微生物、高溫、機(jī)械雜質(zhì)等的污染產(chǎn)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(jī)械雜質(zhì)等。其中主要是對(duì)乳化油的處理，國(guó)內(nèi)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(lái)的膜法處理含油廢水，一般可不經(jīng)過(guò)破乳過(guò)程，直接實(shí)現(xiàn)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(jìn)行截留分離的。無(wú)極陶瓷膜作為一種新型、高效的分離介質(zhì)，它具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐高溫、耐有機(jī)溶劑；錯(cuò)流過(guò)濾，不會(huì)形成濾餅；再生能力強(qiáng)、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(lái)源及水質(zhì)
本實(shí)驗(yàn)所用的料液是取用某機(jī)械廠加工、零件清洗、機(jī)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(lèi)：3400～6500mg/L，CODcr：5200～10300mg/L，顏色：灰黑色，pH為7.1～8.3。
2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法
2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)所用無(wú)機(jī)陶瓷膜性能指標(biāo)：支撐體結(jié)構(gòu)為19通道多孔氧化鋁陶瓷芯；膜管外徑30mm，通道內(nèi)徑4mm，管長(zhǎng)500mm，膜孔徑0.05μm，膜材質(zhì)為氧化鋁、氧化鋯，pH適用范圍為0～14。
2.2 實(shí)驗(yàn)工藝流程與實(shí)驗(yàn)方法
為了降低無(wú)機(jī)陶瓷膜的污染，延長(zhǎng)膜的實(shí)驗(yàn)壽命，膜前預(yù)處理相當(dāng)重要。首先把廢液經(jīng)過(guò)隔油池去除浮油和大的機(jī)械雜質(zhì)并且把料液加熱至所需溫度，pH控制在6～7，再經(jīng)過(guò)5μm的紙帶過(guò)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(jīng)預(yù)處理后，人工取一定量的料液加入原料罐中，通過(guò)循環(huán)泵進(jìn)行料液循環(huán)，用截止閥來(lái)調(diào)節(jié)陶瓷膜的工作壓力和膜面流速；過(guò)濾后的料液溫度會(huì)升高，使用循環(huán)罐外的冷凝管控制溫度。
3 結(jié)果與討論
3.1 壓力對(duì)膜通量的影響
膜通量是在膜分離過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位膜面積的濾過(guò)液體積來(lái)表示。膜通量的計(jì)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(cè)量并計(jì)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(guān)系，在0.24～0.36MPa之間膜通量隨著壓力的增大而增加較快；當(dāng)壓力增加到0.48MPa時(shí)，膜通量增加甚微。因此壓力應(yīng)控制在0.36MPa為宜。
在膜分離過(guò)程中，溶質(zhì)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(huì)導(dǎo)致溶質(zhì)向原料液主體的反向擴(kuò)散流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為濃差極化現(xiàn)象。
陶瓷膜剛剛開(kāi)始過(guò)濾時(shí)，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(méi)有濃差極化和被污染，透過(guò)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(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，壓力增加膜通量增加，但同時(shí)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(shí)膜透過(guò)量增加甚微。
3.2 膜面流速對(duì)膜通量的影響
工作壓力為0.30MPa、溫度為50℃時(shí)，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(shí)間變化的情況。
膜面流速是指在泵的推動(dòng)作用下料液平行于膜面流動(dòng)的平均速度。當(dāng)膜面流速較小時(shí)膜表面被迅速污染，膜通量急劇下降；膜面流速過(guò)高，膜通量反而會(huì)下降。膜通量應(yīng)在4.66m/s為宜。
料液在流經(jīng)膜表面的時(shí)候產(chǎn)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(huì)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(guò)大的話反而會(huì)使透過(guò)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(duì)膜通量的影響
工作壓力為0.30MPa、膜面流速為4.66m/s時(shí)，改變溫度的大小，研究膜通量隨溫度的變化情況。通過(guò)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(zhì)擴(kuò)散系數(shù)增加，可以減小濃差極化現(xiàn)象，使得膜通量增加，但溫度過(guò)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(yùn)行時(shí)間對(duì)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(shí)，研究膜通量大小隨運(yùn)行時(shí)間的變化情況。通過(guò)研究得知：無(wú)機(jī)陶瓷膜處理乳化廢液，膜通量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷下降，運(yùn)行2.5h之后，膜通量幾乎維持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，即膜通量為80L/(㎡·h)。無(wú)機(jī)陶瓷膜可以在較優(yōu)的條件下運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)8h以上。
3.5 運(yùn)行時(shí)間對(duì)透過(guò)液的影響
工作壓力為0.36MPa、膜面流速為4.66m/s、溫度為60℃時(shí)，研究了陶瓷膜透過(guò)液中COD、含油量隨時(shí)間的變化情況。通過(guò)研究得知：陶瓷膜透過(guò)液中的COD隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而有所增加，但透過(guò)液中的COD都＜100mg/L。
透過(guò)液中的含油量隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)有所增加，但含油量均＜10mg/L。COD、含油量符合《國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8979-1996）的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
3.6 廢水處理前后的水質(zhì)情況
廢水經(jīng)預(yù)處理+無(wú)機(jī)陶瓷膜工藝處理后的水質(zhì)如下：
項(xiàng)目 | 石油類(lèi)（mg/L） | 石油類(lèi)透過(guò)率（%） | COD（mg/L） | COD去除率（%） | pH | ||||||
進(jìn)料液 | 預(yù)處理后 | 透過(guò)液 | 進(jìn)料液 | 預(yù)處理后 | 透過(guò)液 | 進(jìn)料液 | 預(yù)處理后 | 透過(guò)液 | |||
數(shù)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(jìn)水時(shí)的灰黑色，變成預(yù)處理后的淡乳白色，出水呈透明。
4 結(jié)論
（1）操作壓力增大膜通量也隨之增大，但如果操作壓力過(guò)大膜通量也不會(huì)再有所增加。操作壓力控制在0.36MPa作用為宜。
（2）膜面流速過(guò)小或過(guò)大都會(huì)影響膜通量的大小，膜面流速應(yīng)控制在4.66m/s左右為宜。
（3）膜通量隨溫度的增加而增加過(guò)快，較佳溫度應(yīng)控制在60℃。
（4）無(wú)機(jī)陶瓷膜法處理乳化液廢水，COD的去除率≥99.1%，石油類(lèi)的去除率≥99.9%，運(yùn)行中可以維持膜通量在80L/(㎡·h)運(yùn)行8h以上，并且可使出水達(dá)標(biāo)排放。
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