陶瓷平板膜處理含油廢水影響因素的研究
技術(shù)支持
膜分離技術(shù)是以物理截留的方式將污水中一定粒徑大小的雜質(zhì)去除的技術(shù)，其工作原理為：在外界壓力的驅(qū)動下，粒徑小于膜孔徑的物質(zhì)可通過膜過濾層上的微孔到達(dá)膜的另一側(cè)，粒徑較大的物質(zhì)則倍截留下來，從而達(dá)到篩分溶液中不同粒徑組分的目的，實(shí)現(xiàn)對不同物質(zhì)的選擇透過性。
明電舍一沈陽建筑大學(xué)陶瓷平板膜處理含油廢水項目，利用陶瓷平板膜對含油廢水中的油與懸浮物有很好的處理效果，出水水質(zhì)滿足SY5329-94的A1級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
膜分離技術(shù)對含油廢水的處理效果在一定程度上會受到以下幾個因素的影響，分別為膜通量、溫度、曝氣量等。
例如，已知溫度越高，膜污染速度越慢，跨膜壓差變化較小，有利于膜通量的穩(wěn)定。通過對試驗(yàn)研究得出，50℃的水溫接近原水水樣的起始溫度，設(shè)定50℃為試驗(yàn)的較佳運(yùn)行溫度。
由于該試驗(yàn)采用全新的裝置，因此曝氣量大小對試驗(yàn)效果的影響是個未知數(shù)，因而主要研究曝氣量對陶瓷平板膜處理含油廢水效果的影響。試驗(yàn)中主要針對跨膜壓差的變化進(jìn)行研究。
以含油污水為料液進(jìn)行過濾試驗(yàn)，在不同的操作條件下，觀察跨膜壓差的變化，分析曝氣量的大小對陶瓷平板膜過濾試驗(yàn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性和過濾效果的影響，從而選取較適合試驗(yàn)裝置運(yùn)行的曝氣量。
1 試驗(yàn)材料及方法
1.1 原水水質(zhì)
文中試驗(yàn)所使用的原水為沈陽采油廠某聯(lián)合站油田回注水處理系統(tǒng)中的除油罐后出水，經(jīng)長期測定，所取原水水質(zhì)如下表所示：
水質(zhì)指標(biāo) | 原水 | A1級注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) |
含油量（mg/L） | 10～20 | ＜5 |
SS（mg/L） | 20～30 | ＜1 |
pH值 | 7.2～8.0 | - |
溫度（℃） | 48～50 | - |
1.2 試驗(yàn)裝置及流程
文中試驗(yàn)以陶瓷平板膜為過濾組件與電解氣浮裝置相結(jié)合，作為試驗(yàn)裝置的核心部分。根據(jù)課題的研究目的及內(nèi)容，在參考了陶瓷平板膜的產(chǎn)品說明書和電解氣浮技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)后，設(shè)計制造了電解氣浮結(jié)合陶瓷平板膜處理油田回注水的試驗(yàn)裝置。
試驗(yàn)原水存放于原水水箱中。曝氣泵啟動，原水循環(huán)蠕動泵的抽吸作用進(jìn)入到反應(yīng)槽中，在曝氣泵的作用下，與陶瓷平板膜膜片形成錯流，從而減緩膜片的表面污染情況，陶瓷平板膜上連接著1臺抽吸泵，在抽吸泵的抽吸壓力下，原水通過陶瓷膜片過濾進(jìn)入到出水水箱中，懸浮物、部分油等雜質(zhì)被陶瓷膜片過濾后，截留在反應(yīng)水槽中。反應(yīng)水槽中設(shè)有溢流槽，當(dāng)反應(yīng)槽中水位達(dá)到溢流槽時，就會溢流到排水水箱中。同時當(dāng)電解氣浮裝置運(yùn)行時，氣浮產(chǎn)生的浮渣物質(zhì)可以刮到溢流槽中。試驗(yàn)裝置的運(yùn)行時間設(shè)置為每抽吸11min，反沖洗1min。反沖洗的水源來自于出水水箱，由反沖洗泵將水抽出，對陶瓷膜片進(jìn)行反清洗。在反應(yīng)水槽和出水水箱上設(shè)有取樣口和放空閥，用來定時監(jiān)測反應(yīng)水槽中濃縮液和出水水箱中的水質(zhì)情況及排空裝置。
電解氣浮裝置放置在反應(yīng)水槽底部，當(dāng)反應(yīng)槽中含油濃度過高達(dá)到氣浮處理要求時，開啟電解氣浮裝置，從而降低反應(yīng)水槽中濃縮液的懸浮物雜質(zhì)和含油濃度。
1.3 陶瓷平板膜工作原理
在陶瓷平板膜的內(nèi)部設(shè)有集水豎管，在膜兩端設(shè)有集水橫管。一端的集水橫管口與抽吸泵相連，在泵的抽吸作用下，原水從膜兩側(cè)的表面進(jìn)入，與此同時原水中的尺寸較大的固體懸浮物、油等雜質(zhì)被截留在膜片表面，從而實(shí)現(xiàn)了對污染物的去除。處理水從集水豎管匯合到集水橫管中，從而被泵抽出。
1.4 水質(zhì)分析方法
油含量測定：采用紫外分光光度法；懸浮物含量測定：采用抽濾-烘干稱量法。
2 結(jié)果與討論
2.1 曝氣量對處理效果的影響
在運(yùn)行條件為處理水量25ml/min，反沖洗水量40ml/min，水溫50℃的情況下，隨著曝氣量的不同，裝置在3天（45h）的運(yùn)行過程中的跨膜壓差的變化有明顯不同。
這是由于曝氣對陶瓷平板膜表面產(chǎn)生沖刷作用，使得膜表面的油和懸浮物聚集度得到下降。同時曝氣還有氣浮的作用，可以使得濃度液中的部分濃油懸浮在液體表面，得到有效去除。
曝氣量為0.5L/min跨膜壓差變化較為明顯，在30h左右，跨膜壓差上升至0.035，此時膜片已經(jīng)無法正常工作。曝氣量為2.0ml/min條件下，跨膜壓差在45h升至0.025左右，變化較為緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他三種曝氣量。由此選定2.0ml/min為較佳曝氣量。
2.2 隔板位置對跨膜壓差的影響
文中試驗(yàn)設(shè)計5個平行的卡槽，膜片放置在中間卡槽處，在膜片兩端卡槽處放置2塊擋板。通過調(diào)整擋板的位置，可以調(diào)節(jié)曝氣的有效面積，達(dá)到對膜片沖刷的較大化，選擇較佳膜片位置有利于延長膜片的使用周期。1號隔板位置40h時，跨膜壓差上升至0.035左右，反沖洗跨膜壓差升至0.013，曲線上升較為迅速。2號隔板位置，45h時跨膜壓差升至0.020，反沖洗跨膜壓差升至0.008。不放置隔板，45h跨膜壓差升至0.026，反沖洗跨膜壓差升至0.009，較1號隔板位置上升較為緩慢。因此，選用2號隔板位置為實(shí)驗(yàn)的較佳隔板位置。
2.3 膜通量確定
膜通量是指單位時間內(nèi)通過單位膜面積的流體量，是影響陶瓷平板膜過濾效果的因素之一。膜通量越大，跨膜壓差變化越大。文中主要目的是研究電解氣浮是否能夠有效地降低反應(yīng)水槽內(nèi)含油廢水濃度，使陶瓷平板膜裝置能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行。為使處理的含油廢水濃度能夠迅速提升，同時研究電解氣浮能否使裝置在較高膜通量下穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)陶瓷平板膜生產(chǎn)廠家的要求，該試驗(yàn)將膜通量設(shè)定為22.5L/（㎡·h）（處理水量～25ml/min）。
3 結(jié)論
利用陶瓷平板膜處理采油廢水，出水中SS及含油量均小于1mg/L，出水水質(zhì)優(yōu)于油田回注水水質(zhì)A1級標(biāo)準(zhǔn)。利用陶瓷平板膜處理含油廢水的較佳條件為：曝氣量為20mVmin，膜通量為5L/（㎡·h），運(yùn)行溫度為50℃，隔板位置為2號隔板位置。利用陶瓷平板膜處理含油廢水可以有效長期運(yùn)行，出水可用于低滲透層的回注，有著良好的發(fā)展前景。
