油水分離膜性能比較

李瑩 胡協(xié)勝

一、油水分離處理方法及排放指標(biāo)

含油水體的來源很廣，主要來源于石油開采加工、石油化工、冶金、機(jī)械工業(yè)、紡織、食品加工工業(yè)及海上運(yùn)輸業(yè)等，主要成分包括：輕碳?xì)浠衔铩⒅靥細(xì)浠衔铩⑷加汀⒔褂汀櫥汀⒅居汀⑾炗椭⒃眍惖取１姸嗟暮蛷U水源導(dǎo)致了污水的種類和性質(zhì)非常繁雜。早在20世紀(jì)80年代，含油廢水所引起的環(huán)境污染的嚴(yán)重性就受到了人們的高度關(guān)注。在這種情況下，與此相關(guān)聯(lián)的各種處理技術(shù)也得到發(fā)展。

二、油水分離膜和油水分離試驗(yàn)

（一）油水分離膜

含有廢水中的油的存在形態(tài)：浮油，油的粒徑大于150um；分散油，油的粒徑在20～150um之間；乳化油，油的粒徑小于20um；溶解油，油的粒徑小于幾微米。膜分離技術(shù)主要用于分離穩(wěn)定的乳化油。

常用于油水分離的微濾膜和超濾膜的分離機(jī)理一般以篩分原理為主，油粒的分離主要取決于膜孔徑的大小。目前常見的油水分離膜按材質(zhì)分類，主要有有機(jī)膜和陶瓷膜。

（二）油水分離試驗(yàn)

為比較陶瓷膜和凈源PTFE膜在油水分離試驗(yàn)中的性能，浙江綠韻環(huán)保科技有限公司取某公司的含油廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.原水水質(zhì)

本試驗(yàn)用的原水水質(zhì)如下：

礦物油：≤50mg/1；COD：80-200mg/1；SS20-160mg/1；pH6-9

2.試驗(yàn)工藝

PTFE膜系統(tǒng)和陶瓷膜系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示：

3.試驗(yàn)裝置主要配置

凈源芳綸支撐型PTFE中空纖維膜與陶瓷膜試驗(yàn)裝置及主要設(shè)備參數(shù)如下：

PTFE實(shí)驗(yàn)裝置說明：

1，設(shè)計(jì)處理規(guī)模：10m3/h；

2.膜裝置，膜型式為簾式膜，膜面積為370m2，膜孔徑為20-30nm；

3，運(yùn)行方式為：抽吸；間歇產(chǎn)水，間歇曝氣，自帶曝氣裝置，全自動(dòng)運(yùn)行；

4，設(shè)計(jì)通量為30L/m2*h；

陶瓷膜實(shí)驗(yàn)裝置說明：

1，設(shè)計(jì)處理規(guī)模：10m3/h；

2，膜裝置：膜型式為管式膜，膜面積為167m2，膜孔徑為2-50nm；

3，運(yùn)行方式為：循環(huán)泵不斷循環(huán)，連續(xù)運(yùn)行；

4，設(shè)計(jì)通量為60L/m2*h；

4.膜系統(tǒng)流程比較

陶瓷膜系統(tǒng)的流程是：將原水由進(jìn)水泵打入膜組件內(nèi)，經(jīng)膜分離后凈水流入凈水箱，濃水循環(huán)回流入原水箱內(nèi)。膜組件間歇式運(yùn)行，定時(shí)反沖洗。反沖洗時(shí)，溶氣罐從凈水箱中吸入清水，在空壓機(jī)的高壓氣體作用下，溶汽水沖刷膜組件內(nèi)表面。

簾式中空纖維PTFE膜系統(tǒng)的流程則是：PTFE膜浸沒在膜池內(nèi)，原水沒過膜架頂端50cm以上，通過泵抽吸膜組件出水。膜組件間歇式運(yùn)行，定時(shí)反洗和曝氣反洗。反沖時(shí)由反洗泵將潔凈的出水再注回膜絲進(jìn)行清洗。

兩個(gè)膜系統(tǒng)的原理相似，但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，中空纖維PTFE膜系統(tǒng)的操作要比陶瓷膜系統(tǒng)來得簡便。

5.通量衰減問題

中試試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，陶瓷膜的通量跟過程的反沖洗時(shí)間間隔關(guān)系很大。若過程無反沖，陶瓷膜經(jīng)過6～7h的運(yùn)行之后，出水通量即下降至初始通量的10%左右。可能原因是陶瓷膜在運(yùn)行初期，表面粗糙，孔隙率高，因此吸附性強(qiáng)，膜表面、膜孔內(nèi)很快就附著了原水中大量懸浮顆粒、膠體粒子、溶質(zhì)分子等，使部分膜孔堵塞，膜表面形成沉積層，增大了膜分離阻力，從而使膜通量急劇下降。之后，由于濃差極化的影響，沉積層逐漸增厚壓實(shí)，膜通量不斷下降。試驗(yàn)通過設(shè)置不同的反沖洗周期間隔，考察發(fā)現(xiàn)，反沖洗周期為20、30min或更長時(shí)，膜通量衰減極快，根本無法適用于實(shí)際工程應(yīng)用。通常情況下，每5. l0min即需要進(jìn)行反沖洗。

在試驗(yàn)中，雖然每次反沖洗后膜通量會(huì)有所回升，但是總的衰減趨勢不會(huì)改變。而且反沖洗的間隔時(shí)間越長，通量衰減越厲害。最終能夠穩(wěn)定的通量值約為60LMH，膜壓5～8bar。

PTFE膜系統(tǒng)的運(yùn)行，執(zhí)行實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，通量保持30LMH，膜壓1～2bar。

6.化學(xué)清洗比較

陶瓷膜的化學(xué)清洗藥劑種類通常選用HC1、NaOH、NaC10以及LuNO3，藥劑濃度比較高，通常HC1的濃度為5～8%，NaOH的濃度為3～5%，NaC1O的濃度為0.3～0.5%，HNO3的濃度為1～3%。通常情況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際進(jìn)行酸洗、堿洗、氧化劑清洗的組合，可對陶瓷膜通量恢復(fù)有比較好的效果。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用HNO3進(jìn)行清洗的效果最好，HNO3既是強(qiáng)酸，又是強(qiáng)氧化劑，可以同時(shí)去除無機(jī)污染物和有機(jī)污染物。但由于HNO3腐蝕性強(qiáng)，特別容易造成裝置的各連接部位生銹等現(xiàn)象，并不適合長期使用。

PTFE膜的化學(xué)清洗種類以檸檬酸、NaOH和NaC1O為主，檸檬酸的濃度為0.5～2%，NaOH的濃度為0.01～0.2%，NaC1O的濃度為0.1～0.2%。

7.數(shù)據(jù)分析

（1） PTFE膜裝置的去油率

用紅外光度法來測試水中的油份含量，試驗(yàn)的具體數(shù)據(jù)如表1所示：

從表1可以看出，含油廢水中進(jìn)水含油量波動(dòng)范圍較小：在40～50mg/L，出水含油量在5～15mg幾之間，含油量去除率70%～90%，去除效果明顯。

（2）陶瓷膜裝置進(jìn)水含油量與產(chǎn)水含油量

由于是平行實(shí)驗(yàn)，裝置的進(jìn)水含油量都是一樣的，具體數(shù)據(jù)如表2所示：

由試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，該陶瓷膜對含油量去除率在40%～70%，去除效果相對PTFE中空膜略低。

8.小結(jié)

（1）通過試驗(yàn)比較證明，用膜來進(jìn)行含油廢水的深度處理是可行的。

（2）通過各項(xiàng)出水?dāng)?shù)據(jù)的比較，PTFE膜的通量、含油量去除以及單位產(chǎn)水量的藥耗，明顯優(yōu)于陶瓷膜的表現(xiàn)，尤其是膜的出水通量穩(wěn)定性方面。

（3）廢水中的油含量越高，膜的除油效率越高。

（4）同等條件下，水通量陶瓷膜比PTFE簾式膜高一倍左右；需求膜面積少，但陶瓷膜單價(jià)高，整體建設(shè)費(fèi)用是PTFE膜的三倍左右。

（5）占地面積陶瓷膜略高，運(yùn)行成本偏貴，是PTFE簾式膜的5-8倍：

說明：1.噸水造價(jià)僅計(jì)算膜部分，其他設(shè)備費(fèi)用建設(shè)暫未計(jì)算，但陶瓷膜因?yàn)榇罅魉贈(zèng)_刷膜表面，故所選泵遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PTFE膜，其他配套配件成本均大于PTFE膜；

2.運(yùn)行成本僅計(jì)算循環(huán)泵（陶瓷膜）跟自吸泵（PTFE膜）的運(yùn)行成本，其他藥劑泵，反洗泵，清洗泵等未計(jì)算；

3.以上所列數(shù)據(jù)，僅供參考，實(shí)際工程，以實(shí)際為主。