旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式膜反應(yīng)器處理船舶含油污水研究

徐　曼，耿安朝

(上海海事大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，上?！?01306)

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旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式膜反應(yīng)器處理船舶含油污水研究

徐曼，耿安朝

(上海海事大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，上海201306)

某船舶污水處理廠經(jīng)簡單隔油后的船舶含油廢水，通過旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式超濾膜分離一體化設(shè)備進(jìn)行深度處理，對旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式膜技術(shù)在實(shí)際船舶含油廢水處理的應(yīng)用進(jìn)行了研究。結(jié)果表明系統(tǒng)穩(wěn)定后，當(dāng)PAC用量為300 mg/L、PAM用量為0.5 mg/L、預(yù)混凝時(shí)間為20 min時(shí)，旋轉(zhuǎn)式超濾膜分離一體化設(shè)備對含油污水的COD去除率達(dá)到91.12%。該旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式超濾膜一體化設(shè)備適合處理船舶含油廢水。

船舶含油廢水；旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式；膜分離技術(shù)

船舶洗艙水是一種常見的工業(yè)廢水，隨著港口運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，船舶洗艙水的排放量在船舶含油廢水中占據(jù)一定比例，對環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重。船舶洗艙水處理技術(shù)是防止水資源污染的一項(xiàng)重要技術(shù)[1]。

課題組采用的旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式超濾膜設(shè)備，膜組件旋轉(zhuǎn)運(yùn)行形成主動錯(cuò)流式過濾，能耗低，操作方便。本研究的主要目的是用混凝法進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過一系列高級氧化反應(yīng)后，形成旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式超濾一體化設(shè)備，同時(shí)考察該一體化設(shè)備處理船舶含油廢水的效果[2-4]。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)藥品與儀器

超濾膜：德國邁納德PES膜片，平均孔徑孔徑0.04μM，單片膜有效面積0.065 m2；旋轉(zhuǎn)式超濾膜分離一體化設(shè)備，蘇州膜海分離技術(shù)有限公司；HACH分光光度計(jì)DR900；HACH預(yù)制試劑；美國哈希。

聚合氯化鋁；聚丙烯酰胺(分析純)，天津市大茂化學(xué)試劑；雙氧水(分析純)，無錫市晶科化工有限公司；七水硫酸亞鐵(分析純)，天津市百世化工有限公司；硫酸(分析純)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉(分析純)；次氯酸鈉(化學(xué)純)，無錫市展望化工試劑有限公司。

1.2測定方法

COD：GB/T 1914。

1.3小試實(shí)驗(yàn)

到船舶污水處理廠取樣，經(jīng)檢測COD在4000 mg/L以上，水體呈黑灰色渾濁液體，有惡臭味。實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)的考察了旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式超濾一體化膜設(shè)備處理船舶含油廢水所需的最佳實(shí)驗(yàn)條件。

1.4工業(yè)化實(shí)驗(yàn)

應(yīng)用于船舶污水廠的旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式超濾膜設(shè)備主要由超濾膜池、紫外消毒裝置組成。超濾膜池內(nèi)設(shè)置旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式膜組件和驅(qū)動電機(jī)。旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式膜組件通過電機(jī)的驅(qū)動實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，為非靜態(tài)膜組件[5]。整套裝置采用PLC控制，可全自動運(yùn)行，也可調(diào)至手動擋控制[6]。

對設(shè)備和膜片注入清水，經(jīng)過半個(gè)月每天空轉(zhuǎn)1 h進(jìn)行清洗。注入船舶含油廢水現(xiàn)場調(diào)試，考察設(shè)備的運(yùn)行情況和出水水質(zhì)。

2　結(jié)果與討論

2.1混凝組合工藝除COD效果

2.1.1投加PAC對COD值的影響

為考察混凝劑PAC對COD的去除效果和最佳投加量，選取7組水樣做PAC投加量不同的混凝試驗(yàn)，快轉(zhuǎn)2 min，慢轉(zhuǎn)20 min，結(jié)果如圖1所示。

圖1　PAC投加量對COD的去除效果

由圖1可知，PAC的投加量在0～400 mg/L時(shí)，對COD的去除效率較高，繼續(xù)增加藥量，COD下降的趨勢越緩慢，根據(jù)經(jīng)濟(jì)原則，確定最佳投加量為300 mg/L。

2.1.2復(fù)投PAM對COD值的影響

在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究復(fù)投PAM對除COD效果是否有影響，選取6組水樣，PAC以300 mg/L的投加量，快轉(zhuǎn)2 min，慢轉(zhuǎn)20 min，結(jié)果如圖2所示。

圖2　復(fù)投PAM對COD的去除效果

由圖2可知PAM的投加量在0.5 mg/L的時(shí)候出現(xiàn)了拐點(diǎn)，加入PAM比不加得效果好很多，加入PAM后加速了PAC的混凝效果，形成的礬花明顯變大，礬花的沉降速度加快。PAM投加量為0.5 mg/L時(shí)，COD的去除效果最好，繼續(xù)增加投加量，COD則反彈。

2.2芬頓+紫外催化實(shí)驗(yàn)

2.2.1FeSO4·7H2O對Fenton氧化處理效果的影響

經(jīng)過預(yù)混凝實(shí)驗(yàn)后，將pH調(diào)整至3，在H2O2投加量為15mL/L，一根11 W的紫外燈管照射，反應(yīng)時(shí)間30 min的條件下，依次調(diào)節(jié)FeSO4·7H2O投加量，其結(jié)果如圖3所示。

圖3　FeSO4?7H2O投加量除COD的效果

由圖3可以看出，在Fenton試劑的反應(yīng)過程中，F(xiàn)e2+作為催化劑是催化產(chǎn)生·OH的必要條件，H2O2與Fe2+的摩爾比值為3:1時(shí)，去除效果較好。

2.2.2H2O2投加量對Fenton氧化處理效果的影響

將pH調(diào)整至3，在FeSO4·7H2O投加量為15 g/L，一根11 W的紫外燈管照射，反應(yīng)時(shí)間30 min的條件下，依次調(diào)節(jié)H2O2的投加量，其結(jié)果如圖4所示。

圖4　H2O2投加量對COD濃度的影響

實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)COD值先升后降，H2O2與Fe2+的摩爾比值為3:1左右處理效果較好。

通過Fenton兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)水樣達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)環(huán)保原則，選取H2O2的投加量為12.5mL/L，F(xiàn)eSO4·7H2O的投加量為10 g/L。

2.3NaClO實(shí)驗(yàn)

Fenton氧化實(shí)驗(yàn)后，通過觀察加NaClO溶液反應(yīng)后去除COD的效果[7]，結(jié)果如圖5所示。

圖5　NaClO溶液濃度對COD濃度的影響

由圖5可知，加入NaClO溶液的上清液，水樣中的顏色會變透明，而且NaClO溶液投加量越多，上清液越清澈透亮，加入少量NaClO溶液時(shí)，COD的濃度不降反升，投加量增多后，COD的濃度下降。從經(jīng)濟(jì)角度來看，NaClO溶液的投加量為2.0%濃度。

整理圖1～圖5，得到表1，COD去除率可達(dá)80.74%[8]。

表1　最佳實(shí)驗(yàn)條件

注：H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%；H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。

2.4超濾實(shí)驗(yàn)

船舶含油廢水經(jīng)預(yù)處理后，采用超濾膜進(jìn)行無壓過濾，測得COD為367mg/L，膜截留作用對COD的去除率為46.11%，為總?cè)コ实?0.38%，COD去除率可達(dá)91.12%。

2.5工業(yè)化實(shí)驗(yàn)

工業(yè)化實(shí)驗(yàn)過程中，廢水經(jīng)過前期工廠處理后，水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)明顯下降，對經(jīng)過旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式膜反應(yīng)器處理后的船舶含油廢水處理項(xiàng)目進(jìn)行取樣檢測，結(jié)果見表2。

旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式膜反應(yīng)器處理系統(tǒng)經(jīng)初期半個(gè)月的調(diào)試之后穩(wěn)定運(yùn)行，對廢水的處理效果良好。出水達(dá)到DB 31/445-2009 《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。

經(jīng)過旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式膜反應(yīng)設(shè)備處理后的出水水質(zhì)澄清透明，無難聞氣味。最終出水水樣經(jīng)過24 h沉淀后，有輕微泛黃。

表2　檢測數(shù)據(jù)

注：排放標(biāo)準(zhǔn)DB 31/445-2009 《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。

3　結(jié)　論

小試和中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式超濾膜分離一體化設(shè)備在處理船舶含油廢水時(shí)，出水水質(zhì)能達(dá)到地方排放標(biāo)準(zhǔn)，處理效果好，操作簡單方便，設(shè)備占地面積小，膜組件清洗頻率低，適宜在同類廢水工程中推廣應(yīng)用。

[1]丁慧.絮凝一超濾組合工藝處理油田污水研究[J].油田化學(xué),2013,30(2):272-279.

[2]麥均生,汪曉軍,李立.混凝-臭氧-曝氣生物濾池處理港口洗艙廢水的中試研究[J].海洋環(huán)境科學(xué),2009,28(3):297-300.

[3]龍冬清,景正棟,何田妹.隔油-破乳-Fenton 氧化-混凝工藝處理高濃度乳化液廢水[J].江西理工大學(xué)學(xué)報(bào),2014,35(3):18-22.

[4]耿安朝,王銳,廖德祥,等.主動錯(cuò)流式膜分離設(shè)備的研制[J].水處理技術(shù),2013,39(10):122-127

[5]潘振江,高學(xué)理,祝威,等.聚醚砜超濾膜處理油田采出水試驗(yàn)研究[J].膜科學(xué)與技術(shù),2011,31(2):95-99.

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[7]張勝利,劉丹,曹臣.次氯酸鈉氧化脫除廢水中氨氮的研究[J].工業(yè)用水與廢水,2009,40(3):23-26.

[8]王漢道,馮振杰,趙娜.Fenton 法-聚合氯化鋁預(yù)處理高濃度乳化液廢水[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2014,23(8):1327-1331.

Ship’s Oily Wastewater Treatment by the Technology of Active Cross-flow Ultration Membrane Separation

XU Man,GENG An-chao

(College of Science and Engineering,Shanghai Maritime University,Shanghai 201306,China)

After simple oil-water separation,ship’s oily wastewater was treated with active cross-flow ultration membrane separation integration equipment,and the application of cross-flow membrane technology in the treatment of oily wastewater from ships was studied.The results showed that when the system was stable,the dosage of PAC was 300 mg/L,PAM dosage was 0.5 mg/L,the preconditioned time was 20 min.The COD removal rate of equipment of the oily wastewater was 91.12%.The cross-flow ultrafiltration membrane integrated equipment is suitable for the treatment of oily wastewater from ships.

ship’s oily wastewater; active cross-flow; ultration membrane separation technique

徐曼(1992-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榻煌üこ汰h(huán)境管理。

耿安朝，教授。

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1001-9677(2016)011-0106-03