無機陶瓷膜在含油廢水處理中的應(yīng)用

(合肥創(chuàng)想能源環(huán)境科技有限公司 安徽 合肥 230000)

一、引言

近年來，無機陶瓷膜在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，無機膜以其高效的分離性能成為更多研究者的選擇。含油廢水主要來自于乳化液廢水、油田采出水、清洗液、食品工業(yè)含油廢水和石油化工含油廢水。含油污水對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，對含油污水進行必要的分離對于環(huán)境整治和油品回收都是有益的。因此，越來越多的無機陶瓷膜應(yīng)用在含油廢水的分離中。

二、無機陶瓷膜的介紹

無機陶瓷膜一般具有非對稱結(jié)構(gòu)，呈管狀或多通道狀。陶瓷膜管壁密布微孔，在壓力作用下，原料液在膜管內(nèi)或膜外側(cè)流動，小分子物質(zhì)(或液體)透過膜，大分子物質(zhì)(或固體顆粒、液體液滴)被膜截留從而達到固液分離、濃縮和純化之目的。陶瓷膜主要是由Al2O3，ZrO2，TiO2和SiO2等無機材料制備的多孔膜，其孔徑為2～50nm。

三、無機陶瓷膜處理含油廢水

膜法處理含油廢水的基本原理是利用膜的微孔對油滴的截留效應(yīng)實現(xiàn)油水分離[1]。無機膜特別是陶瓷膜具有耐高溫、耐腐蝕、擁有良好的截留能力、化學(xué)穩(wěn)定性好、易凈化、再生能力強、孔徑大小易控制等優(yōu)點，在含油廢水處理中具有很大的應(yīng)用潛力。目前無機膜處理含油廢水主要應(yīng)用領(lǐng)域是油田采出水處理，金屬清洗液、軋鋼乳化液的處理和石化、化工行業(yè)的含油廢水。

(一)處理機械制造業(yè)廢水

油水乳濁液在金屬機械加工過程中被廣泛用于工具和工件的潤滑和冷卻，在使用過程中易混入金屬碎屑、菌體和清洗金屬表面的余水，因此使用周期非常短。此類廢水主要有金屬切削液、金屬清洗液、潤滑液等。這類廢水的特點是油處于乳化狀態(tài)，油滴直徑在1μm以下，采用一般的方法難以達到理想的處理效果。有代表性的水溶性切削油的油分濃度大約為1%～50%，粒子直徑分布在1～10μm范圍內(nèi)，大部分是2～3μm，PH呈堿性。

1.金屬切削液

金屬切削油主要成分為在水中易乳化的礦物油，含表面活性劑和各種添加劑如去泡劑、滅菌劑等。切削液中的礦物油含量在1-10%(體積比)之間，油和表面活性劑的濃度很高，需要定期的處理。處理包括從水中分離油相，然后再分別處理各相。然而，超濾處理含油廢水有其局限性：滲透通量低，膜污染嚴(yán)重。M.Belkacem等用截留分子量50000Da，平均孔徑10nm的超濾膜處理切削油巨乳液，并采取了相應(yīng)措施來應(yīng)對超濾的局限性，在油中加入活性鹽CaCl2使?jié)B透通量提高。

2.機加工廢水

機械加工廠的廢冷卻液中含有金屬細(xì)粉和礦物油等，其中礦物油呈乳化油狀態(tài)，不易分離[2]。國內(nèi)通常采用的處理工藝有破乳+氣浮+生化處理等，投資較高，美國西屋公司曾試用超濾法處理此類乳化液。最近，吳楨[3]等用孔徑0.4μm的Al2O3微濾膜進行了試驗，室溫，循環(huán)過濾壓力為0.06MPa，膜面流速0.85m/s，濾出液中石油類含量不超過0.5mg/L，同時過濾對冷卻液的有效成分影響不大，其凈化液可考慮回用。同時作者提出了較為有效的清洗方式：先用1%次氯酸鈉和0.5mol/L氫氧化鈉混合堿液清洗10min，再用0.1mol/L檸檬酸溶液洗10min。

(二)油田采出水處理

Jeffrey Mueller等采用0.2μm、0.8μm的α-Al2O3陶瓷膜和0.1μm的表面被修飾的PAN膜處理油田采出水。原油濃度250ppm，油滴直徑1-10μm，膜壓69.4KPa，40℃，0.24m/s，錯流方式，最終通量值均穩(wěn)定在30-40kg·m-2·h-1,滲透液中碳?xì)浠衔锖啃∮?ppm。研究表明增加進料液油含量使穩(wěn)定通量降低，而錯流速度、膜壓和溫度對穩(wěn)定通量的值幾乎無影響。

(三)處理艙底廢水

艙底水含油、燃料、脂肪酸、乳化液等，直接排放對水體污染嚴(yán)重。一般方法難以達到要求。采用0.2μm陶瓷膜處理可使?jié)B透液油含量<15ppm，膜通量為50-100L·m-2·h-1。近來，A.Y.Tremblay等采用無機微濾/有機超濾膜處理了富含膠體、懸浮固體的艙底廢水，此聯(lián)合工藝的膜通量是用有機UF膜處理的3～8倍。

(四)處理油脂廢水

油脂污水主要來自植物油精煉過程中產(chǎn)生的洗滌廢水。毛油過濾除雜，加酸脫膠，然后皂化脫酸，用離心機分離出皂腳后，用水洗脫酸后的油，再經(jīng)離心機分離出洗滌水。洗滌水中成分復(fù)雜，主要含皂腳、磷脂、蛋白質(zhì)、油、色素等物質(zhì)，油含量和COD值高，直接排放造成嚴(yán)重的污染，若采用活性污泥法或其他生物化學(xué)方法處理根本達不到環(huán)保要求。孟勇等[4]運用陶瓷超濾膜處理了油脂洗滌廢水，孔徑0.05μm，溫度接近60℃，跨膜壓差0.18MPa，膜面流速為5.4m/s。結(jié)果表明，采用無機膜分離技術(shù)，不僅可回收洗滌水中有效成分，同時，使COD大大降低，分離后的滲透液(廢水)可直接進入生化池處理。

(五)處理石化行業(yè)含油廢水

采用孔徑為0.2～0.8μm的氧化鋁膜處理烷基苯廠廢水中的芳烴和石蠟油，通過加入160×10-6鹽酸和160×10-6氯化鐵作為預(yù)處理可獲得較大的通量，0.2μm膜通量較大，膜面流速為4.6m/s左右，通量穩(wěn)定在1250～1540L·m-2·h-1。對膜污染的控制采用自動反沖系統(tǒng)，用氣頂水反沖，每3～5天對膜管進行一次清洗。試驗結(jié)果表明陶瓷膜技術(shù)比傳統(tǒng)的方法具有一定的優(yōu)勢。

四、展望

綜上所述，陶瓷膜在油水分離領(lǐng)域的應(yīng)用較廣。因此，提高膜的制備技術(shù)，降低膜的應(yīng)用成本，加強無機膜處理含油廢水基礎(chǔ)研究及膜污染機理探索，建立面向油水分離體系的處理模型是今后研究的重點。可以考慮將無機膜與其他組合方式連用，或針對具體的處理體系，對無機膜表面通過物理的、化學(xué)的方法進行改性，提高膜的表面物化性能，以利于油水分離。