预处理_无机陶瓷膜工艺处理乳化液废水的实验研究
预处理+无机陶瓷膜工艺处理乳化液废水的实验研究
王
瑛1，李
梦1，焦光联2
（1.兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州730050；2.甘肃省膜科学技术研究院，甘肃兰州730030）
［摘要］实验采用预处理+无机陶瓷膜工艺对机械加工厂产生的乳化液废水进行处理。主要研究影响膜通量的几个操作条件：操作压力、膜面流速、温度对膜通量的影响情况，并确定了膜的合理操作条件；在此合理的操作条件下研究了膜通量、含油量、COD 随时间的变化情况。结果表明，操作压力为0.36MPa ，膜面流速为4.66m/s ，温度为60℃时，膜设备处理乳化液废水，连续运行长达8h 以上，并且保持膜通量稳定在80L/（m 2·h ）。此工艺对乳化液废水中油的去除率≥99.9％，COD 的去除率≥99.1％。
［关键词］无机陶瓷膜；乳化液废水；操作压力；膜面流速［中图分类号］X703.1
［文献标识码］B
［文章编号］1005-829X （2011）06-0066-04
Experimental study on the treatment of emulsified wastewater by
pretreatment +inorganic ceramic membrane process
Wang Ying 1，Li Meng 1，Jiao Guanglian 2
（1.College of Civil Engineering ，Lanzhou University of Technology ，Lanzhou 730050，China ；
2.Gansu Academy of Membrane Science and Technology ，Lanzhou 730030，China ）
Abstract ：Pretreatment +inorganic ceramic membrane process has been used for treating emulsion wastewater.Several operating conditions having effects on the membrane flue ，such as operating pressure 、membrane surface velocity and temperature ，are studied ，and their optimum operating conditions are determined.Under such optimum operating conditions ，the changing situation of membrane flux ，oil content and COD with time is studied.The results indicate that when the operating pressure is 0.36MPa ，membrane surface velocity is 4.66m/s ，and temperature is 60℃，theequipment used for treating the emulsified wastewater runs for more than 8h continuously ，and the mem -brane flux keeps at 80L/（m 2·h ）stably.By this process ，the removal rate of oil from emulsified wastewater is ≥99.9%，and COD removal rate ≥99.1%.
Key words ：inorganic ceramic membrane ；emulsion wastewater ；operating pressure ；membrane surface velocity
近几年来，由于乳化液具有一定的润滑、冷却、清洗和防锈等性质，已成为生产中使用最广泛的一种切削液。在机械制造、加工和清洗过程中，受细菌、微生物、高温、机械杂质等的污染产生大量的乳化废液。废乳化液的成分包括乳化油、表面活性剂、悬浮物、机械杂质等。其中主要是对乳化油的处理，国内外的处理方法有：酸化法、盐析法、絮凝法、气浮法、混合法、微生物法，但各种处理方法都有其局限性〔1-5〕。近几十年发展起来的膜法处理含油废水，一般可不经过破乳过程，直接实现油水分离〔6-7〕。膜分离法是利用乳化油油珠直径和水分子直径的不同而进行截留分离的〔8〕
。无机陶瓷膜作为一种新型、高效
的分离介质，它具有化学稳定性好、耐酸碱、耐高温、
耐有机溶剂；错流过滤，不会形成滤饼；再生能力强，不与微生物发生作用；适用高温性、高黏性、高含固量等组分分离。
1废水来源及水质
本实验所用的料液是取用某机械厂加工、零件
清洗、机器和地面冲洗水等组成的乳化废水，废水浓度比使用的乳化液浓度低很多。其中石油类：3400~
6500mg ／L ，COD Cr ：5200~10300mg/L ，颜色：灰黑色，pH 为7.1~8.3。
2
实验设备及方法
2.1
实验设备
实验所用无机陶瓷膜由南京九思高科技有限公
［基金项目］甘肃省自然科学基金资助项目（3ZS042-B25-005）
第31卷第6期2011年6月
工业水处理
Industrial Water Treatment
Vol．31No．6Jun.，2011
司提供。陶瓷膜性能指标：支撑体结构为19通道多孔氧化铝陶瓷芯；膜管外径D30mm，通道内径D 4.0mm，管长500mm；膜孔径0.05μm；膜材质为氧化铝、氧化锆，pH适用范围为0~14。
2.2实验工艺流程与实验方法
实验工艺流程如图1所示。
1—原料罐；2—循环泵；3—陶瓷膜；4、5—玻璃转子流量计；
6、7、8、9、10、11、12—手动球阀；13—手动截止阀；P1、P2、
P3—压力表；TI—温度表。
图1实验工艺流程
为了降低无机陶瓷膜的污染，延长膜的使用寿命，膜前预处理相当重要。首先把废液经过隔油池去除浮油和大的机械杂质并且把料液加热至所需温度，pH控制在6~7，再经过5μm的纸带过滤去除剩余的浮油和小粒径的碎屑、粉末，以减小膜的污染。经预处理后，人工取一定量的料液加入原料罐中，通过循环泵进行料液循环，用截止阀来调节陶瓷膜的工作压力和膜面流速；过滤后的料液温度会升高，使用循环罐外的冷凝管控制温度。
3结果与讨论
3.1压力对膜通量的影响
膜通量是在膜分离过程中单位时间内通过单位膜面积的滤过液体积来表示〔9〕。膜通量的计算公式为：
J=V/A（1）式中：J——
—膜通量，L/（m2·h）；
V——
—流量，L/s；
A——
—膜有效面积，m2。
膜面流速4.66m/s、温度50℃，改变泵的出口工作压力分别为0.12、0.18、0.24、0.30、0.36、0.42、0.48MPa，测量并计算出膜通量的大小，结果见图2。
根据图2的变化曲线，可以观察到在不同压力下各条曲线的变化关系，在0.24~0.36MPa之间膜通量随着压力的增大而增加较快；当压力增加到0.48MPa时，膜通量增加甚微。因此压力应控制在0.36MPa为宜。
图2膜通量随压力的变化情况
在膜分离过程中，溶质被截留而在膜表面附近积累，使得膜表面的局部浓度高于主体浓度，这种浓度积累会导致溶质向原料液主体的反向扩散流动，这种现象称为浓差极化现象〔10〕。由图2可以看到陶瓷膜刚刚开始过滤时，膜通量随着压力的增大而迅速增大，这是由于在此刻膜表面还没有浓差极化和被污染，透过液的阻力就等于膜阻力，膜的操作压力是影响膜通量的主要影响因素，随着压力的增加膜通量成直线增加。随着膜表面不断沉积截留物，膜表面的溶质浓度越来越高，浓差极化加重，膜通量不断下降。此时浓差极化是影响膜通量的主要因素，压力增加膜通量增加，但同时也加重了浓差极化。压力继续增加，浓差极化促使了凝胶层的形成，凝胶层阻力起决定作用。增大压力，凝胶层阻力增大，压力的增大为阻力的增大所抵消，此时膜透过量增加甚微。
3.2膜面流速对膜通量的影响
工作压力为0.30MPa、温度为50℃时，分别在不同大小的膜面流速（1.51、3.49、4.66、5.82m/s）下，研究膜通量随时间变化的情况。实验结果如图3。
图3膜通量随膜面流速的变化
膜面流速是指在泵的推动作用下料液平行于膜
工业水处理2011－06，31（6）王瑛，等：预处理+无机陶瓷膜工艺处理乳化液废水的实验研究
面流动的平均速度〔11〕。由图3可以看出膜面流速较小时膜表面被迅速污染，膜通量急剧下降；膜面流速过高，膜通量反而会下降。膜通量应在4.66m/s为宜。
料液在流经膜表面的时候产生的剪切力把膜表面上滞留的颗粒、污物带走；膜面流速太小，污物会很快沉淀在膜表面形成浓差极化，而使膜通量急剧下降；增大膜表面流速可以减轻浓差极化，增加膜通量，但若膜表面流速过大的话反而会使透过液的压力降低，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围的。
3.3温度对膜通量的影响
工作压力为0.30MPa、膜面流速为4.66m/s时，改变温度的大小，研究膜通量随温度的变化情况，结果见图4。
图4膜通量随温度的变化情况
由图4可以看出，适宜温度范围为50~60℃。增加温度使溶液黏度减小，传质扩散系数增加，可以减小浓差极化现象，使得膜通量增加〔9〕，但温度过高随着膜通量增大也增加了膜的污染，使膜通量反而下降。
3.4运行时间对膜通量的影响
工作压力为0.36MPa、膜面流速为4.66m/s、温度为50℃时，研究膜通量大小随运行时间的变化情况。如图5所示。
由图5可知，无机陶瓷膜处理乳化废液，膜通量随着时间的延长而不断下降，运行2.5h之后，膜通量几乎维持在一个稳定的状态，即膜通量为80 L/（m2·h）。无机陶瓷膜可以在最优的条件下运行长达8h以上。
图5膜通量随运行时间的变化情况
3.5运行时间对透过液的影响
工作压力为0.36MPa、膜面流速为4.66m/s、温度为60℃时，研究了陶瓷膜透过液中COD、含油量随时间的变化情况，如图6、图7所示。
图6运行时间对透过液中COD的影响
图7运行时间对透过液中含油量的影响
由图6可以看出，陶瓷膜透过液中的COD随着运行时间的延长而有所增加，但透过液中的COD 都＜100mg/L。
由图7可以看出，透过液中的含油量随着运行时间的延长有所增加，但含油量均＜10mg/L。COD、含油量符合《国家污水综合排放标准》（GB8978—1996）的一级标准。
3.6废水处理前后的水质情况
废水经预处理+无机陶瓷膜工艺处理后的水质如表1所示。
表1废水处理前后的水质对比
项目
石油类/（mg·L-1）石油类
去除率/%
COD/（mg·L-1）COD去
除率/%
pH
进料液预处理后透过液进料液预处理后透过液进料液预处理后透过液
数值3400~65002750~5400＜10＞99.95200~103004400~8210＜100＞99.17.1~8.37.0~8.56~9处理后的废水由进水时的灰黑色，变成预处理后的淡乳白色，最终出水呈透明。
试验研究工业水处理2011-06，31（6）
4结论
（1）操作压力增大膜通量也随之增大，但如果
操作压力过大膜通量也不会再有所增加。操作压力最好控制在0.36MPa 左右为宜。
（2）膜面流速过小或过大都会影响膜通量的大小，膜面流速应控制在4.66m/s 左右为宜。
（3）膜通量随温度的增加而增加过快，最佳温度应控制在60℃。
（4）无机陶瓷膜法处理乳化液废水，COD 的去除率≥99.1％，石油类的去除率≥99.9％，运行中可以维持膜通量在80L/（m 2·h ）运行8h 以上，并且可使出水达标排放。
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［作者简介］王瑛（1969—），1991年毕业于兰州理工大学，硕导。
电话：135********，E -mail:wangying@https://www.wendangku.net/doc/fa10676763.html, 。
［收稿日期］2011-03-21（修改稿）
（3）实验中PAC 添加量为375mg/L 时，PAC 与凹凸棒土的最优配比为4∶1；PAC 添加量为500
mg/L 时，PAC 与凹凸棒土的最优配比为6∶1，其最优
配比并非一成不变，具体规律将进一步探索。
（4）PAM 废水处理系统的最佳混凝pH 为6~
6.5。
（5）采用凹凸棒土、PAC 混凝—吸附体系处理
PAM 废水，对氨氮几乎没有降解作用。
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［作者简介］李振玉（1986—），在读硕士研究生，主要从事水污染
控制理论与技术的研究。电话：135********，E -mail ：
lzynju@https://www.wendangku.net/doc/fa10676763.html, 。联系人：孙亚兵，E -mail ：sybnju@https://www.wendangku.net/doc/fa10676763.html, 。
［收稿日期］2011-03-01（修改稿）
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