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含油廢水處理之陶瓷膜法應(yīng)用

針對含油廢水具有污染物濃度高、可生化性差、成分復(fù)雜且其所含有毒有害物質(zhì)對生態(tài)系統(tǒng)、植物、土壤和水體有嚴(yán)重影響等特點(diǎn),提出運(yùn)用0.02um的多通道非對稱碳化硅陶瓷膜對采油水進(jìn)行了現(xiàn)場中試,陶瓷膜出水SS<1.0mg/L,油<10mg/L,粒徑中值<1.0um。還考察了不同條件下碳化硅陶瓷膜通量和跨膜壓差的變化,以及強(qiáng)化混凝過濾對膜通量的影響。最終達(dá)到提高煉油廢水處理效率和減小環(huán)境二次污染風(fēng)險的目的,使處理出水可成為重要的回用水資源,緩解水資源緊缺狀況。


一、前言
隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的快速發(fā)展,石油化工,金屬工業(yè),機(jī)械工業(yè),食品加工等行業(yè)也在快速發(fā)展,進(jìn)而產(chǎn)生了大量的含油廢水。據(jù)統(tǒng)計,世界上每年至少有500~1000 萬噸油類污染物通過各種途徑進(jìn)入水體,它已嚴(yán)重影響,破壞了環(huán)境,并且危害人體健康。含油廢水是一種量大面廣且危害嚴(yán)重的工業(yè)廢水,具有COD,BOD 值高,有一定的氣味和色度,易燃,易氧化分解,難溶于水的特點(diǎn)。

近年來,膜技術(shù)作為一門新型的分離、濃縮、提純、凈化技術(shù)在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,前景十分廣闊。膜材料的選擇也十分重要,常用的疏水膜有聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚乙烯等。親水膜有纖維素酯、聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺/聚醚酰亞胺、聚酯肪酰胺、聚炳烯腈等具有親水基團(tuán)的高分子聚合物,以及如Al2O3,TiO2和ZrO2等陶瓷膜等。與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比,膜分離具有設(shè)備簡單、操作方面、分離效率高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),是油田含油污水處理技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

從此可以看出,膜分離技術(shù)在含油廢水處理中的研究與應(yīng)用相當(dāng)廣泛,但此方法大多都用于有機(jī)膜,雖處理效率高,但極易被腐蝕,且不耐高溫、PH值適應(yīng)范圍窄、機(jī)械強(qiáng)度低、孔徑分布寬、滲透率低、易水解、易污染、較難清洗再生等缺點(diǎn)。以無機(jī)粒子,如Al2O3和摻雜稀土元素Ce的納米SiO2的復(fù)合粒子,對高分子材料進(jìn)行共混改性所成的混合膜,雖極大地提高膜的親水性。從而也提高膜的抗污染能力;但膜通量比無機(jī)膜低,清洗后通量恢復(fù)率也只有85%。

二、新型無機(jī)陶瓷膜的簡介
無機(jī)陶瓷膜是固態(tài)膜的一種,是以由氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯等無機(jī)材料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成具有多孔結(jié)構(gòu)的精密陶瓷過濾材料,多孔支撐層、過渡層及微孔膜層呈非對稱分布,過濾精度涵蓋微濾、超濾甚至納濾。

無機(jī)膜具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度好、抗生性能強(qiáng)、可清洗性強(qiáng)、滲透量大、使用壽命長等特點(diǎn),分離效果和清洗恢復(fù)性較好;但也存在較難清洗,難再生等缺點(diǎn)。張國勝等采用0.2 μm氧化鋯膜處理鋼鐵廠冷軋乳化液廢水,通過對膜的選擇、操作參數(shù)的考察、過程的優(yōu)化,獲得了滿意的結(jié)果,膜通量100 L/(m2˙h)時,含油質(zhì)量濃度從5000 mg/L降至1 mg/L以下,截留率大于99 %,透過液中油質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.001 %,并且該技術(shù)已實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。

陶瓷膜具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性、抗熱震性、生物相容性、耐酸堿性、機(jī)械性能和化學(xué)惰性,以及低的熱膨脹性,能夠在必須承受高溫和機(jī)械壓力的腐蝕性環(huán)境中應(yīng)用。因此,陶瓷膜除了具有無機(jī)膜的一般性能外,還具有許多一般無機(jī)膜所不具備的優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是一種無可取代各種無機(jī)膜的新型分離膜。

近年來,國內(nèi)采用陶瓷膜處理油田采出水的報道也相應(yīng)增加。張斌等利用膜孔徑為1nm的陶瓷膜處理高濃度聚醚廢水并回收大分子聚醚多元醇。在跨膜壓力為0.2MPa,溫度43℃的條件下,滲透液中COD的去除率高達(dá)96%以上。

三、無機(jī)陶瓷膜的試驗情況
本實驗采用了XX公司CFU008實驗裝置。此裝置帶有機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)記錄功能及用于工業(yè)膜過濾試驗的PLC控制系統(tǒng)。

含濃油廢水先經(jīng)過預(yù)處理,去除其中的可見油、油泥及其他顆粒污染物,使預(yù)處理后的廢水能夠達(dá)到碳化硅陶瓷膜進(jìn)料的要求。

經(jīng)預(yù)處理后的廢水進(jìn)入碳化硅陶瓷膜除油系統(tǒng)進(jìn)行過濾處理,去除廢水中的油和懸浮顆粒,以滿足后續(xù)生物法廢水處理工藝的要求。碳化硅陶瓷膜采用錯流過濾的運(yùn)行方式,廢水平行通過膜表面,小分子物質(zhì)透過膜,大分子被截留;被截留的物質(zhì)又不斷的被流體帶離膜表面,這樣膜不易被堵塞,設(shè)備的運(yùn)行時間更長,清洗更容易。

四、試驗結(jié)果與討論
本中試試驗主要研究此超濾膜對OIW及TSS的最優(yōu)處理效果。結(jié)果表明,接觸角、跨膜壓差及溫度等對過濾有很大影響。

接觸角<90°,則固體表面是親水性的,即液體較易潤濕固體,其角越小,表示潤濕性越好;若接觸角>90°,則固體表面是疏水性的,即液體不容易潤濕固體,容易在表面上移動。

跨膜壓差對膜通量及油水處理能力的影響,在跨膜壓差增加到足夠大時,由于凝膠層的逐漸形成,使得過程也隨之逐漸變得與壓力無關(guān)。過大的壓差,還會使得油滴因擠壓變形而進(jìn)入并透過膜孔,致膜的截留率降低;況且提高壓差需要耗費(fèi)很多的能量,還會使膜體壓實,膜孔增堵,也不利于反沖洗和清洗。

溫度也是影響超濾膜透水率的主要因素之一。試驗階段溫度升高,使超濾膜的透水率增加,溫度是透水率升高的主要因素。此后,隨著超濾的繼續(xù)進(jìn)行,濃差極化現(xiàn)象開始出現(xiàn),凝膠層阻力的產(chǎn)生開始阻礙透水率的進(jìn)一步升高,在溫度達(dá)到60℃之前,透水率緩慢下降,認(rèn)為在此階段,溫度和凝膜層阻力共同作用導(dǎo)致了透水率的緩慢下降。當(dāng)溫度繼續(xù)升高,同時濃差極化現(xiàn)象也越來越嚴(yán)重,凝膠層阻力發(fā)揮主要作用,所以,超濾膜的透水率迅速下降。且溫度的提高,能耗隨之提高,也會對過濾膜造成一定的損害。

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