（模式识别与智能系统专业论文）无机陶瓷膜法处理机械加工厂含油废水的实验研究.pdf

e x p e r i m e n t a ls t u d yo fi n o r g a n i cc e r a m i cm e m b r a n e t r e a t m e n to f m e c h a n i c a lp r o c e s s i n gf a c t o r yo i l yw a s t e w a t e r b y l i m e n g b e ( h e b e ia r c h i t e c t u r ee n g i n e e r i n gi n s t i t u t e ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g m u n i c i p a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rw a n gy i n g m 吼2 0 1 1 却一1 翥，。 一 一， l乩t， 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：杏梦 日期：劲年6 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同 时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 9 9 9 0 a ，出水水质达到排放标准。本文还对污染后的无机陶瓷膜的清洗工艺 进行了研究，提出了用强碱和混合清洗方法对污染后的无机陶瓷膜进行清洗的方法：采 用浓度为1 0 和2 0 n a o h 清洗液进行清洗1 2 0r a i n ，清洗效果较好，纯水通量的恢 复可达到9 8 以上；采用浓度为1 0 的n a o h 和浓度为1 0 的h n 0 3 进行混合清洗液进 行清洗，清洗时间为1 2 0m i n ，纯水通量的恢复可高达到1 0 0 ，清洗效果较好。 关键词：无机陶瓷膜；膜通量；操作压力；膜面流速；乳化油；清洗工艺 无机陶瓷膜法处理机械加工厂含油废水的实验研究 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s , t h eh a r m i n go fo i l yw a s t e w a t e rt oe n v i r o n m e n ta n i m a l s ，p l a n t s ，a n d e v e nh u m a nl i f eh e a l t hi sm o r ea n dm o r eb i g t h eo i l yw a s t o w a t e ro fm e c h a n i c a lp r o c e s s i n g f a c t o r ya sa8 0 u r c co fo i l yw a s t e w a t e r , c o n t a n sm e c h a n i c a li m p u r i t i e s , m e t a ld a s t i c ，f o a t i n g o i l ，d i s p e r s i n go i l ，e m u l s i f i e do i l ，a n dd i s s o l v eo i l ，i fd i r e c to m i s s i o n s ，o i l yw a s t e w a t e rc a n c , a 1 1 s os e r i o u s l yw a t e ra n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n i nt h i sp a p e r , u s i n gt h em e t h o do f i n o r g a n i cc e r a m i cm e m b r a n ef a c i n go i l yw a s t e w a t e r t r e a t m e n to fm a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n gf a c t o r yc o n d u c te x p e r i m e n tr e s e a r c h ) p u tf o r w a r d o i ls e p a r a t i o nt a n k + p a p e rt a p ef i l t e r i n g + i n o r g a n i co c r a r n i om e m b r a n ea sp r o c e s s a f t e r p r o c e s s i n go fs e p a r a t i o nt a n ka n dp a p e rt a p ef i l t e r i n g ，t h eo i l yw a s t e w a t e ro fm e c h 删 p r o c e s s i n gp r o c e s sa c h i e v ei n o r g a n i cc e r a m i cm e m b r a n er e q u i r e m e n t so fi n c o m i n gl i q u i d i n s p e c t st h eo p e r a t i n gp a r a m e t e r s ：t h ei n f l u e n c eo fm e m b r a n ef l u xw i io p e r a t i n gp r e s s u r e , m e m b r a n es u r f a c ev e l o c i t y , t e m p e r a t u r ea n df i l t e r i n gt i m e ；c h o o s et h ep r o p e ro p e r a t i o n p a r m n e t e r s ：o p e r a t i n gp r e s s u r ef o r0 3 6m p a , m e m b r a n es u r f a c ev e l o c i t yf o r4 6 6m s ， t e m p e r a t u r ef o r6 0 ；a n di nt h eo p e r a t i o np a r a m e t e r s ，l i q u i dm a t e r i a l so fu n d e rc o n t i n u o u s r u n n i n g8h k e e p i n gt h es t a b i l i t yo fm e m b r a n ef l u xi n8 0l m h ，l i q u i dm a t e r i a l s r e a c h e df i v et i m e sm o r ec o n c e n t r a t e dm u l t i p l e s ；e f f l u e n t ：c o di sl e s st h a nl0 0m g l , c o d r e m o v a le f f i c i e n c yi sm o l et h a n9 9 1 ；o i lc o n t e n ti sl e s st h a nlom 叽p e t r o l e u mr e m o v a li s m o r et h a n9 9 9 ，e f f l u e n ta c h i e v eo m i s s i o n ss t a n d a r d s i nt h i sp a p e r , r e s e a r c h i n gt h e c l e a n i n gp r o o e s so ft h ei n o r g a n i cc e r a m i cm e m b r a n ep o l l u t i o n , p u tf o r w a r dt h ec l e a n i n g m e t h o do f u s i n ga l k a l ia n dm i x e dt h ec l e a n i n gm e t h o df o rt h ep o l l u t i o no fi n o r g a n i cc e r a m i c m e m b r a n e ：a d o p t i n gc o n c e n t r a t i o nf o r1 o a n d2 0 0 on a o hc l e a n i n g12 0 m i n , c l e a n i n g e f f e c ti sg o o d , t h er e c o v e r yo f p u r ew a t e rf l u xi sm o r et h a n9 8 ；a d o p t i n gc o n c e n t r a t i o nf o r 1 0 n a o ha n dc o n c e n t r a t i o nf o r1 o f o rh n 0 3m i x e df o rc l e a n i n g c l e a n i n gt i m e12 0 r a i n , t h er e c o v e r yo fp u r ew a t e rf l u xc 锄b eh i g h10 0 ，c l e a n i n ge f f e c ti sb e t t e r k e y w o r d s ：i n o r g a n i cc a 枷cm e m b r a n e ；m e m b r a n ef l u x ；o p e r a t i n gp r e s s u r e ；t h em e m b r a n e s u r f a c ev e l o c i t y ；e m u l s i f i e df u e l ；c l e a n i n g p r o c e s s 硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第l 章绪论 据报道中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球 水资源的6 ，但人均只有2 2 0 0 立方米，仅为世界平均水平的1 4 、美国的1 5 ，在世 界上名列1 2 1 位，是全球1 3 个人均水资源最贫乏的国家之一。到2 0 世纪末，全国6 0 0 多座城市中，已有4 0 0 多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达1 1 0 个， 全国城市缺水总量为6 0 亿立方米。 据专家监测，随着现代工业和农业生产的迅速发展，以及现代社会高科技的研发、 诞生和使用，使自然界中水体、环境受到严重的污染，并且污染程度情况每年都在增加。 污染物中油类污染物质对水体产生的污染甚为严重。 如果含油废水不经处理直接排入水体，水体中含油量达到0 0 1m g l 时，鱼肉就因 为带有特殊气味而不能被人类食用；含油量在有所增加，就会在水面上形成一层油膜， 使空气与水隔离开来，使水体得不到养分的补充，导致水体缺氧：鱼鳃如果被油膜堵塞， 可致使鱼类因缺氧而不能呼吸死亡；近几十年来，由于油类的污染已经有多种海生生 物灭绝，海洋生物减少了4 0 ；人类食用被污染动物、植物等产品时，带毒的物质也随 之而进入人体，人类身体健康受到威胁，严重的甚至造成生命危险【l l 。含油污染物对植 物也有影响，阻碍植物进行光合作用；用含油废水给植物浇水，会使植物根部呈现黑色， 引起植物死亡；含油废水排入海洋后，形成的危害是显而易见，不仅使海洋生物的生长 造成影响，使海洋自净能力的能力达不到效果，而且影响海洋及周边的环境【2 l ；含油废 水对环境造成的危害也越来越大，严重威胁到动植物、甚至人类的生命健康。 含油废水的形成，根源不尽相同，主要包括两大类：一类是来自油田采油废水、石 油化工和炼油厂的生产废水；另一类是来自各种机械加工工厂的生产过程【州。无机陶 瓷膜技术是近些年发展起来的新型的膜分离技术，具有化学稳定性好，低能耗、耐强酸、 耐强碱、耐高温，机械强度大，抗微生物侵蚀，使用寿命长，易清洗，再生能力强，孔 径分布窄，不易老化等特点；膜分离技术在工业含油废水处理领域的使用越来越明显的 表现出其分离技术的优势；无机陶瓷膜技术特别适用于含有废水的处理【。因此，近 些年来无机陶瓷膜分离技术在含油废水处理中的研究应用越来越受到重视，并且得到成 功的应用；在很大程度上取代和改善目前能源、资源利用不合理的现状【1 抛1 1 。本文主要 是针对机械加工过程中产生的含油废水进行实验研究。 无机陶瓷膜法处理机械加工厂含油废水的实验研究 1 2 机械加工厂含油废水的来源及性质 1 2 1 机械加工厂含油废水的来源 机械加工过程中使用的润滑机油；冷却和传动用的乳化油；清洗零件产生的含油废 水，设备滴漏引起的含油废水；机加工车间冲洗容器、设备、地面等排出的废水，是机 械加工含油废水的主要来源瞄j 。在机械加工过程中，使用切( 磨) 削液可以明显增大切 削效率，增加工件的精密度、减小工件表面粗糙度、减少刀具的锈蚀、延长刀具使用寿 命、达到最佳的经济效果，减少刀具与工件、刀具与切屑之间的磨擦，及时带走切削区 内因材料变形而产生的热量。由于乳化液具有一定的润滑作用、冷却作用、清洗作用、 防锈作用和有利于工人的卫生安全等特点，近几年来，乳化液已成为生产中使用最广泛 的一种切削液【2 3 1 。机械加工和清洗过程中，乳化液受细菌、微生物、高温、机械杂 质等的污染产生大量的乳化废液。最终乳化液失效作为乳化废液排放，乳化液的主要 成分是表面活性剂，表面活性剂与在水中高度分散的机械油结合，形成了性质稳定的乳 化油，处理难度大，处理不当，会造成严重的污染 2 4 - 2 5 。 1 2 2 机械加工厂含油废水的性质 机械加工厂含油废水中油的存在形式：浮油、分散油、乳化油和溶解油4 种 2 4 - 2 6 ： ( 1 ) 浮油在水中分散颗粒较大，油粒径一般大于1 0 0t u n ，静置后能较快上浮，以连 续相的油膜漂浮在水面。由于油水密度的不同静置后，大粒径的油漂浮在水的表面，利 用油水分离器等装置把浮油去除。 ( 2 ) 分散油在水中的粒径为1 0 1 0 0t t r a ，微小油珠悬浮于水中，不稳定，静止一定 时间后往往形成浮油。同样可以利用浮油的原理去除一些。 ( 3 ) 乳化油珠粒径小于1 0g m ( 一般为o 1 2 m ) ，含油废水中含有乳化剂；乳化剂 是一些表面油性物质，它在细小的油滴粒( 直径一般小于l o 峨多数为0 1 2t u n ) 表面 形成一层与水极薄的界膜，形成双电荷层，表明层电荷极性相同，因此各油滴间相互排 斥，极难接近；不会出现碰撞，形成大油滴；这种油滴悬浮在水中，就是乳化油，此油 性质稳定，不易去除。 ( 4 ) 溶解油，以分子状态或化学方式分散于水体中，形成稳定的均相体系，粒径一 般小于几微米；由于油品在水中的溶解度很小，这部分的比例很小。 1 3 国内外机械加工厂含油废水的处理方法 机械加工厂含油废水中不同形态的油有着不同的性质，油的性质在很大程度上决定 了对应的处理方法。废水中油的存在形式有浮油、分散油、乳化油和溶解油；其中乳化 2 硕士学位论文 油性质非常稳定，最难去处。国内外对含油废水的处理方法目前主要有化学法、生物化 学法、生物化学法、粗粒化法、物理法、膜分离法等。 1 3 1 化学法 化学法就是在乳化废水中投加化学试剂，通过化学作用使乳化液脱稳，进行破乳， 达到油水分离的目的。 ( 1 ) 酸化法“叫，是通过在废水中加酸调节废水的p h 值至3 , - , 4 ，使乳化液中的高 碳脂肪酸或高碳脂肪醇一类的表面活性剂与酸生成不溶于水的脂肪酸或脂肪醇等，达到 破乳的目的，然后使油渣和水分离；缺点是加酸量难以控制，刮渣机易受腐蚀，设备也 已损坏，产生的浮油渣脱水较为困难，造成二次污染，而且这种方法对于具有极佳稳定 性是乳化液更难处理， ( 2 ) 盐析法【则，是将无机盐类电解质投入乳化液废水后可以很快离解正，负离子， 正离子很快被带负电的油滴吸附，起到压缩油滴的双电层的作用，油珠变成中性，油珠 之间的吸引力使油珠聚集形成直径较大的油珠，从而达到破乳的目的；常用的无机盐类 电解质，如：钙、镁、铝等的盐类；盐析法是大部分油粒胶体失去稳定而凝聚，但仍然 会有部分胶体保持一定的稳定性，需要进一步采取措施；缺点是单纯盐析法投药量大 ( 1 5 ) ，聚析速度较慢，沉降分离时间长一般在2 4h 以上，处理设备占地面积较 大，而且对由于表面活性剂稳定的含油乳状液的处理效果不好。 ( 3 ) 絮凝法，是国内外目前比较常用的的方法，乳化油稳定性较强，首先需要将一 定比例的絮凝剂投加到废水中，在废水中生成亲油性的絮状物，吸附废水中的微小油滴， 并通过絮凝产生矾花等物理化学作用或通过药剂中和表面电荷使其凝聚，或由于加入的 高分子物质的架桥作用形成大的絮凝体，然后再用气浮或沉降的方法，达到油水分离的 目的；缺点是有时为了加强絮凝效果使用两种絮凝剂，使得絮凝剂的投加量加大，而且 排渣量大，此方法适用于处理水量较大，而含油水量较小的含油废水。 1 3 2 物理化学法 ( 1 ) 浮选法【3 刎，是依靠空气泡的表面吸附油粒或悬浮物达到分离的目的；该法主 要用来处理分散油、乳化油和细小的悬浮油固体物，对于去除废水中的乳化油有特殊功 效；浮选法主要用于去除水体中的乳化油，浮选设备常常被安放在初级除油设备后面作 为二级治理设备，影响浮选分离效率的主要因素有污水速度，进气速度及单位液体所使 用的气体体积、气泡大小及分散程度、水温、p h 值、化学物质等；通常加入混凝剂可 使浮选法的效率提高一倍；缺点是占地面积大，药剂用量大，产生浮渣。 ( 2 ) 吸附剂吸附法【3 5 1 ，该法适合于深度处理废水中的微量油，一般费用较高，但可 大大提高水体的质量。其原理是利用吸附剂的多孔性和大的比表面积，将废水中的溶解 油和其它溶解性有机物吸附在表面，从而达到油水分离。文献报道吸附剂可以分为3 类：炭质吸附剂、无机吸附剂和有机吸附剂；其中炭质吸附剂中的泥炭吸附剂可用于去 3 无机陶瓷膜法处理机械加工厂含油废水的实验研究 除乳化油和作为破乳剂；天然无机吸附剂经过燃烧的活化矾土、泥灰岩、褐煤等，即可 用作油吸附剂，在滤层中作滤料，也可以作为破乳剂，用于乳化油去除；另外，膨润土、 石膏、白灰、硅藻土等也可处理乳化油；有机吸附剂可分为天然或天然改性和人工合成 两类，一般比无机吸附剂去油能力强，二者可单独或混合使用；人工合成的有机吸附剂 只能有一种和多种单体的高分子聚合物吸附剂，主要为聚丙烯类，合成树脂已大量应用 于水处理行业。吸附剂多制成粒状、泡沫状或纤维状用于吸油；缺点是投资较大，吸附 剂再生困难。 ( 3 ) 磁吸附分离法，是以磁性颗粒作为载体，使油珠在此环境中产生磁化效应：将 磁性物质和含油废水中油珠相混合将油珠吸附住，利用磁分离设备把被吸附住的油珠分 离在磁场中，达到油水分离的目的；缺点：对所选磁种的要求较高，但是耗电量较高并 且此工艺还没有广泛应用得到应用 2 4 1 。 1 3 3 生物化学法 生物化学法【1 】是利用微生物的代谢作用，把废水中的有机污染物( 溶解和胶体状态) 转变成有机物或者无机物质，使污水起到净化的作用。生物化学法处理含油废水主要的 方法有活性污泥法、生物滤池法、氧化塘法等。 ( 1 ) 活性污泥法，是在反映器中放入活性污泥，给活性污泥提供较为合适的生活环 境，使其均匀的悬浮在反映器中，这样可以与废水中的有机物质、油类物质等较为充分 的接触，对其进行吸附、吸收、氧化分解、转化合成新的微生物，从而使废水中的有机 物质和油类物质去除，水质得到净化，达到油水分离的目的；缺点：此方法运行费用较 高，适用于b o d s 浓度较高的废水，b o d 5 浓度较低时，活性污泥降解油的速度减小很 多。 ( 2 ) 生物滤池法，首先选择好滤池的填层，之后把含油废水喷洒在填层上，并且给 此环境供以足够的氧气、营养元素等；过段时间填层表面上就会生成一层凝胶状的生物 膜；把含油废水从生物膜上流过，含油废水中的有机性物质被微生物氧化，是含有废水 达到净化，油水分离的目的；缺点：载体表面上附着的微生物的量比较难以控制，从而 使操作运转上具有较差的灵活性，并且载体的容积负荷有限。 ( 3 ) 氧化塘法又称生物塘法，是一种利用天然净化能力对含油废水进行处理的构筑 物的总称；其净化过程与自然水体的自净过程过程相似；通常是将土地进行适当的人工 修整，建成池塘，并设置围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来处理含油废水；主要 利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物；氧化塘废水处理系统具有能充分利用地 形、基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除废水中的有机物 和病原体、无需污泥处理，美化环境，能承受污水水量大范围的波动，其适应能力和抗 冲击和能力强，我国许多城市其污水b o d 浓度很小，低于1 0 0m g l ，是活性污泥法尤 其时候氧化沟无法正常运行，而稳定塘不仅能够有效的处理高浓度有机物水，也可以处 4 硕士学位论文 理低浓度废水；缺点是氧化塘占地面积过多，气候对稳定塘的处理效果影响较大，若设 计或运行管理不当，则会造成二次污染。 1 3 4 粗粒化法 粗粒化法是利用油、水这两种物质对聚结材料具有比较大差异的亲和力，带油的颗 粒被所选用的聚结材料掳掠，近而沉淀在聚结材料的表面和材料的微孔里产生一层油 膜，当油膜的层厚增加到某个厚度时，在含油废水流动和上浮力等的作用下油膜层脱落， 使油珠聚集合并成粒径较大的油粒；之后利用重力分离法将产生的大粒径的油珠去除， 达到油水分离的目的；此种方法最重要的是对聚结材料的选择，通常建议使用疏水亲油 性的聚结材料l 刈。 1 3 5 物理法 物理法l i j 处理含油废水的方法包括重力分离法、过滤法、离心分离法。 ( 1 ) 重力分离法，是典型的初级处理方法，是利用油和水的密度差及油和水的不相 容性，在静止或流动状态下实现油珠、悬浮物与水分离；分散在水中的油珠在浮力作用 下缓慢上浮、分层，油珠上浮速度取决于油珠颗粒的大小，油与水的密度差，流动状态 及流体的粘度；重力分离法的特点是：能接受任何浓度的含油废水，同事除去大量的污 油和悬浮固体等杂质，但处理出水往往达不到排放标注。在稳定的流速和含油量的特定一r 条件下，可作为二级处理的预处理；隔油池水面的浮油可利用集油管排出或采用撇渣机 等专用机械撇出，而小隔油池也可以进行人工撇油；重力分离技术是应用最广泛、最实 用的一种油水分离技术；2 0 世纪7 0 年代中期出现的立式斜板除油罐集立式除油罐与斜 板隔油池的优点与一体，大大提高了除油效率，可基本去除水中的浮油和分散油；缺点 是不能除去废水中的溶解油和乳化油。 ( 2 ) 过滤法是将废水通过某种滤层，利用其截留、筛分、惯性碰撞等作用，去除废 水中的悬浮物和油分等有害物质；含油废水经过隔油、气浮或混凝沉淀气浮处理后， 再用过滤法处理，可使废水中含油量降到1 0m u l 以下，一般为深度处理的预处理。 ( 3 ) 离心分离法是使装有含油废水的容器高速旋转，形成离心力场，因固体颗粒、 油珠与废水的密度不同，受到的离心力也不同，达到从废水中去除固体颗粒、油珠的方 法；常用的设备是水力旋流分离器；旋流分离器在液固分离方面的应用始于1 9 世纪4 0 年代末开始，由英国南安普顿大学m a r t i n t h e w 教授领导的多相流与机械分离研究室开 始水中除油旋流分离器的研究，发明了双锥双入口型液液旋流分离器，在试验中取得满 意效果；随后y o u n gg a b 等人设计出的与双锥形旋流器具有相同分离性能但处理量要 求高出l 倍的单锥型旋流分离器；经过几何优化设计，c o n o c o 公司提出了k 型旋流分 离器，对于直径小于1 0t t m 的油滴分离性能提高更加明显；该法常用来分离分散油，对 乳化油的去除效果不太好；而且运行费用高。 5 无机陶瓷膜法处理机械加工厂含油废水的实验研究 1 3 6 膜分离法 膜分离法又称膜过滤法是指在某种推动力作用下利用微孔膜将油珠和表面活性剂 截留，达到油水分离的目的；是一项新兴的高效分离方法，无相变、能耗低、体系干净， 近年来在废水处理领域中逐渐成为一个重要的技术手段，主要用于去除乳化油和某些溶 解油；滤膜包括微滤膜、超滤膜和反渗透膜。超滤膜法属于膜分离技术中的一种，近2 0 多年来得到迅速发展；超滤法处理废乳化液是当前广泛应用的处理方法，由于国内机械 加工厂采用的乳化液性质和特点各不相同，选用超滤法处理乳化液废水，必须根据乳化 液废水的性质，选用合适材质和孔隙率的超滤膜，在实验室的基础上合理组合工艺，以 期达到满意的处理效果；采用膜分离方法处理乳化油废水具有不需加混凝剂、不产生含 油污泥、浓缩液可焚烧处理、透过量和出水水质稳定等优越性，特别适合高浓度乳化油 废水的处理；环保，膜分离设备制作材质清洁、环保，工作现场清洁卫生，符合国家产 业政策；膜分离装置简单、操作容易、维修费用低、易于自动化，膜设备本身没有运动 的部件，工作温度又在室温附近，所以很少需要维护，可靠度很高：膜分离法也有很多 缺点，比如：耐药性、耐热性、耐溶性能力有限，故使用范围受限制；膜面易污染，要不 定时清洗；分离效果有限，须与其他处理工艺组合使用 2 4 1 。 1 4 无机陶瓷膜处理机械j j 口q - 厂含油废水的研究、应用现状 机械加工厂含油废水，若直接排放将会对环境造成严重的污染。由于含油废水具有 乳化严重、难降解等特点，采用一般的处理方法难以达到理想的处理效果。无机陶瓷膜 对于含油废水中乳化油和游离态油的处理效果很好，并且无机陶瓷膜处理含油废水具有 出水的水质好，机械强度较高，使用寿命长久，设备运行简单，使用面积小，不产生二 次污染物等特点，使得在含油废水处理中具有很好的应用前景【了7 删。 早在7 0 年代初期，由美国联碳公司自主研制开发z r 0 2 动态膜，即u c a r s 印无机陶 瓷膜；并且采用此无机陶瓷膜，孔径为o 0 2 加1 m ，用来处理机械加工厂金属零件清 洗产生的清洗废水，结果表明，处理后的透过液中的含油量达到排放标准，而被浓缩的 料液用来循环或作为燃料使用；s u p e 2 r i o r p l a n t i n g l n c 作为美国西部大型金属加工厂其中 之一，制造出一种无机陶瓷膜，并且用此膜对金属清洗液进行处理，结果表明，经无机 陶瓷膜处理后含油量从4 4 8m g l 降低到1 9m g l ，废水中乳化油的去除率高达9 6 4 。 王春梅等【4 2 】人采用孔径为o 2o m 氧化锆无机陶瓷微滤膜，对上海宝钢钢铁机加工 含油废水进行处理，通过研究膜通量随膜面流速、操作压力、温度及料液浓度等操作条 件的变化情况，选择出合适的操作条件：操作压力为o 1m p a ，膜面流速为5 0 5r r d s ， 温度为3 5 ，并且膜通量在一定时间内稳定在2 5 0l 1 1 1 。2 1 1 1 ；透过液中含油量小于 1 0m g r l ，处理水质达到排放标准。 6 硕士学位论文 针对机加工含油废水的性质，樊栓狮等【4 3 】人使用自己开发的孔径为0 1i l m 无机陶 瓷膜分离器处理对自己配置的乳化油废水进行理，对影响无机陶瓷膜膜通量的操作参数 进行了研究，膜对乳化油的截留率达到9 5 以上，实验表明无机陶瓷膜的分离效率较好， 并且对污染膜进行清洗，表明无机陶瓷膜的膜通量恢复性能比有机膜的恢复性能好很 多。 金属零件加工过程中会产生大量的金属切削液乳化废水，其中很大一部分切削液以 乳化液的形式存在于废水中，废水中乳化液很难处理；针对此特征的废水，甄宗晴等【螂 人采用膜孔径为0 1 岬三氧化二铝材质的无机陶瓷膜处理自己配置的乳化切削废水， 结果表明，膜通量在一定范围内较稳定，并且过滤时间长达1 0 小时以上。 吴桢等1 4 5 1 人采用三氧化二铝多孔无机陶瓷膜对机械加工废水进行处理，研究膜通量 随各种操作操作参数的变化规律，透过液的水质较好，采用一种清洗剂的对污染膜进行 清洗，取得了比较膜通量恢复效果较好的综合清洗方法。 c h e r t 等 4 6 1 人采用三氧化二铝材质的微滤膜和二氧化锆材质超滤膜对金属洗废水进 行处理；结论表明，经过无机膜处理后，废水中的油和杂质被去除，在透过液中加入一 定量的表面活性剂，即可重新利用；处理了废水，又获得了经济效益。 近些年，科学技术迅猛发展，无机陶瓷膜技术在各个领域应用中越来越显示其优势， 无机陶瓷膜的需求量也在不断增长，并且在各行各业的领域中，逐步占据了重要的地位 及发挥着巨大的作用。总之无机陶瓷膜技术保护了环境，节约了能源、资源，具有很大 的发展前景。 1 5 本课题研究目的及其主要内容 1 5 1 研究目的 近些年，含油废水对环境、动物、植物，甚至人类生命健康的危害越来越大。机械 加工厂含油废水作为含油废水的重要来源之一，其中含有机械杂质、金属碎屑、浮油、 分散油、乳化油和溶解油等污染物，如果直接排放，会对水体和环境造成严重污染。机 械加工含油废水的传统处理方法存在占地面积大，产生的污泥量大，而且产生二次污染 等缺点。 随着科学技术的发展，无机陶瓷膜作为一种新型的材料，具有化学稳定性能好，耐 强酸、耐强碱、耐高温，使用寿命长，易清洗，再生能力强等特点，在各行各业中发挥 着巨大的作用，同时在机械加工含油废水中也有相关的研究和应用。由于含油废水的成 分比较复杂，对于不同的废水水质，我们需要研究无机陶瓷膜操作参数对膜通量的影响 及污染后的清洗工艺进行。 1 5 2 研究的主要内容 7 无机陶瓷膜法处理机械加工厂含油废水的实验研究 本课题采用无机陶瓷膜法对兰州市机械加工厂产生的含油废水，如机械加工、零件 清洗、机器泄漏的油和地面冲洗水等组成的乳化废水进行实验处理。 1 无机陶瓷膜处理机械加工厂含油废水前的预处理 预处理包括隔油池和纸带过滤；此环节需要通过一定的方法去除废水中的机械杂 质、金属碎屑、聚集在废水表面的浮油，还有一部分分散在废水中的分散油；经过预处 理后，使含油废水达到无机陶瓷膜对进料液的要求，减轻无机陶瓷膜的污染，减少无机 陶瓷膜的清洗次数，增大无机陶瓷膜的清洗周期。 2 无机陶瓷膜处理机械加工厂含油废水 无机陶瓷膜处理含油废水，主要考察了操作参数：如操作压力、膜面流速、温度、 过滤时间对膜通量的影响情况： ( 1 ) 考察操作压力对膜通量的影响：通过改变操作压力的大小来研究在不同的操 作压力下膜通量的变化情况，得出膜通量随操作压力的变化规律，选择出合适的操作压 力。 ( 2 ) 考察膜面流速对膜通量的影响情况：通过改变膜面流速的大小，来研究在不同 的膜面流速下膜通量的变化情况，得出膜通量随膜面流速的变化规律，选择出合适的膜 面流速。 ( 3 ) 考察温度对膜通量的影响情况：通过使用不同温度的料液，来研究在不同的料 液在不同温度下，膜通量的变化情况，得出膜通量随料液温度的变化规律，选择出合适 的料液温度。 ( 4 ) 在一定的操作参数下，对料液进行浓缩实验，研究膜通量随着过滤时间延长的 变化情况，无机陶瓷膜的污染情况会随着过滤时间的延长而加重，但是过滤时间越长无 机陶瓷膜的浓缩倍数有可能会越高，因此我们要选择合适的过滤时间，处理的料液也能 达到一定的浓缩倍数，并且透过液达到排放的标准。 3 无机陶瓷膜处理机械加工厂含油废水污染后的清洗工艺 对污染后无机陶瓷膜的清洗工艺进行了考察，实验选用过液清洗、强酸清洗、强碱 清洗、混合清洗几种方法进行对比实验，提出了较好的清洗方法。 3 硕士学位论文 第2 章实验工艺、材料、仪器设备及方法 2 1 实验工艺流程与说明 2 1 1 实验工艺流程 本实验工艺流程为：预处理一无机陶瓷膜设备。 预处理：隔油池一纸带过滤 本实验处理的机械加工厂的含油废水先经过隔油池处理，在经过纸带过滤进行进一 步预处理之后的废水在进入无机陶瓷膜进行浓缩实验。 2 1 2 实验工艺流程说明 1 隔油池的作用是去除水中的浮油、机械加工过程中被油带走的金属碎屑及其它杂 质，以免这些大的杂质加速膜的污染和堵塞。利用油水密度的不同，浮油漂浮在水的表 面，把浮油从水中分离出来。 2 纸带过滤，从隔油池出来的废水通过纸带滤布时，细微的切屑及杂质、没有被隔 油池去除的小粒径的浮油、大粒径的分散油被吸附到纸带表面上，切屑及杂质逐渐堆积 直至纸带堵塞，将污物及脏纸带卸下，换上新的纸袋。 3 无机陶瓷膜是一种利用膜分离技术的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以 陶瓷膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细 小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的 物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。 2 2 实验材料 本实验使用的料液是甘肃省兰州市机械加工厂提供的含油废水，此含油废水是由机 械加工、零件清洗、机器和地面冲洗水等组成，由于此废水中含有大量的地面冲洗水， 废水中的含油量较低些。废水中的油类主要以乳化油为主。机械加工厂含油废水的主要 成分，石油类：34 0 0 , - , 65 0 0m g l ，c o d 52 0 0 - - 1 03 0 0m g l ，颜色：灰黑色不透明状 态，p h ：7 1 8 3 ，含油量、c o d 等方面严重超标，不能直接排放。 2 3 实验主要测量仪器及设备 实验中用到的主要仪器：s y t 7 0 0 红外测油仪、恒温干燥箱、精密天平、紫外分光 光度计、加热棒、s e n s i o n t m 5 便携式p h 测量仪、浊度仪、温度计、三角烧瓶、烧杯、 量筒、计时器、玻璃棒等。 9 加工厂含油废水的实验研究 2 5 1 机械加工厂含油废水的预处理 携式p h 测量仪 本实验把从甘肃省兰州市机械加工厂取来的废水，首先进行实验预处理。通过实验 室自制隔油池、自制纸带过滤设备，对含油废水进行过滤处理。去除水中的浮油、机械 加工过程中被油带走的金属碎屑及其它杂质，部分分散油，从而减小后期处理过程中膜 的污染。 2 5 2 无陶瓷膜设备处理机械加工厂含油废水 无机陶瓷膜处理机械加工厂的含油废水，研究了影响无机陶瓷膜膜通量的主要参 数：操作压力、膜面流速、料液温度、过滤时间进行了研究；通过改变操作压力的大小、 膜面流速的大小、料液温度、过滤时间的长短来研究其对膜通量的变化情况，含油废水 的浓缩倍数随过滤时间的变化情况，以及在一定操作条件下透过液的出水水质的变化情 况。 2 5 3 无机陶瓷膜处理机械加工厂含油废水污染后的清洗工艺 分析无机陶瓷膜的控制方法，了解如何改善膜污染状况，提高膜的过滤性能。被污 染的无机陶瓷膜，对其进行清洗实验。实验采用物理清洗和化学清洗两种方法，并且化 学方法中的每种清洗液都选用多种不同浓度的清洗液进行对比实验，选择出最佳的清洗 液和清洗浓度。 1 0 硕士学位论文 第3 章机械加工厂含油废水的预处理 含油废水的预处理包括隔油池过滤和纸带过滤。实验室自制隔油池、自制纸带过滤 设备，对含油废水进行处理。隔油池能很好的去除水中的浮油、机械加工过程中被油带 走的金属碎屑、其它杂质，还有部分分散油，纸带过滤去除隔油池没有去除的细小的金 属碎屑、浮油和分散油，作为机械加工废水进入无机陶瓷膜前的一道工序，从而减小后 期处理对膜的污染、减少膜的清洗次数、增大了膜的清洗周期、延长了膜的过滤时问。 3 1 隔油池对机械加工厂含油废水的处理 3 1 1 隔油池装置 隔油池装置是用来分离废水中的浮油和泥沙的构筑物，隔油池是利用油类和水的密 度不同来进行油水分离的。在隔油池里，废水中的浮油密度小于水的密度，浮油漂浮在 废水的表面，就比较容易去除。隔油池有很多种类，按照其构造和除油原理的不同可以 分为平流式隔油池，斜板式隔油池，下水道式隔油池，排洪沟式隔油池，斜管式隔油池， 吸油插板式隔油池、压力差自动配撇油装置、隔油井高效隔油器等；目前，国内外普遍- ， 采用的是普通平流隔油池和斜板斜管隔油池h 7 1 。本实验采用平流式隔油池。 平流式隔油池由池体，配水槽、进、出水阀门、进、出水管刮油板和集油管等几部 分组成，平流式隔油池的构造如图3 1 所示。 8 5 4 1 一进水管2 一配水槽3 一进水阀板4 一手动刮油板 5 一集油槽6 一出水阀板7 一出水槽8 一出水管 图3 1 平流式隔油池结构示意图 无机陶瓷膜法处理机械加工厂含油废水的实验研究 3 1 2 隔油池操作方法 实验所用的隔油池是自制的隔油池，材料采用有机玻璃，玻璃钢材质我们可以很清 楚的看到废水中油的上浮，油和水的分离层，还有少许的密度大于水的物质的下沉。 对机械加工厂含油废水进行处理，把含油废水倒入配水槽通过进水管流入，打开进 水阀板使含油废水以一定流速进入隔油池池体，尽量以较小的流速流经池体；等含油废 水进入池体后，对含油废水进行一段时间的搅动，起到曝气的作用，然后把含油废水进 行静置，大约l 小时左右；粒径较大的油珠通过浮力的作用上升到废水的表面，一些带 有油珠的金属碎屑也漂浮在废水的表面，同时废水中的分散油在搅动的作用下互相碰撞 聚集成粒径较大的油珠，也通过浮力的作用上升到含油废水的表面，并且聚集在池的表 面，形成浮油。 在出水口的一侧的水面上设置集油管，当水面聚集的浮油厚度达到一定程度时，就 用手动刮油板把浮油刮入集油管中。透过玻璃钢我们可以很清楚的看到油水的分离层， 把刮油板放入废水表面的浮油层以下，用手动刮油板把浮油刮入集油管内，浮油沿着集 油管流入外面的浮油收集桶中。而密度大于废水的一些杂质沉于池底，最终进行清理的 时候把池底的沉淀污物清扫出来，不过本实验采用的料液中沉淀物较少，所以需要清洗 的次数较少。乳化油在含油废水中处于悬浮状态，不能通过上浮或者下沉的