r3105t农用柴油机含油污泥的处理及参数优化设计

1、r3105t农用柴油机含油污泥的处理及参数优化设计贾贤补，周利坤(武警工程大学，西安710086)摘9:结合国内外含油污泥处理的先进方法探索了潍柴华丰动力有限公司型号为r3105t农用柴油机中残 留含油污泥的资源化回收工艺条件。首先分析了含油污泥的基本特性以及油泥样本成分和基本特征参数；其 次，深入探讨并完善了新型的油泥回收处理方法；再次在超声波辐射油泥的实验中采用对比实验法对破乳效果 进行了对比研究，以直观测和实验分析的方式探索了含油污泥在超声波辐射后的破乳效果。结果表明：在温 度60花采用超声波，声强lw/cm2,时间为4-5min的条件下采用超声波处理含油污泥效果最佳。最后用离心法 分离

2、了固体和液体，获得其最佳工况条件为3 000r/min,用时12min,并采用耦合膜截留的方式将剩余的含油污 水彻底分离，达到了水清、油纯。关竇词：含油污泥；超声波；辖合膜；破乳中图分类号：x74；te992.3文獄标识码：a文章编号：1003-188x(2012)03-0225-040引言农用柴油机定期清洗后产生的含油污泥是由不 同含量的油、水以及固体物组成，是高浓度的污染物, 对环境具有很大的危害性。如果处理不当，不仅造成 能源浪费,还会严重污染环境。然而，因柴油的特殊 性质，原油含油污泥的处理方法不能处理成品油罐的 含油污泥，这些含油污泥如不加以妥善处理，既造成 资源损失，每年还需支付巨

3、额的排污费。作为新型的 含油污泥的处理手段，研究本着不添加其他化学试 剂、无二次污染的原则，从快速、大量的处理油泥角度 选择处理工艺，优化配置参数。1油泥样本特性分析1.1油泥样本特性样本油泥采自潍柴华丰动力有限公司型号为 r3105t农用柴油机中残留含油污泥，油泥样本呈粘 稠状黑褐色,油品为乳化状态,加水后未见分层，内有 铁屑等杂质颗粒。由紫外分光测油法测得油含量为33.51%,由蒸 憎法测得其中水含量为12. 82%，由烘干法测得固体含量为51.3%,由于此含油污泥中油含量较多，需要收稿日期：2011-09-09墓金項目：中国人民武装警察部队资助项目(wyj2(h029)作者筒介：贾贤补(

4、1985-),男山东济宇人碩士研究生,(e-mai) jiaxianbu 163. com。通讯作奢：周利坤(1970)，男，西安人副教授，硕士生导师(e mail) zhoulikun89 sohu. como进行回收处理。含油污泥的外观如图1所示。fig. 1 chancteritics erf oil aludge1.2实验试剂及器材所需试剂为蒸憎水，石油醴,无水硫酸铜。所用 仪器为宁波新芝生物科技股份有限公司生产的jy92-n型超声波发声器，上海浦东物理光学仪器厂生产的 80-2型离心机，金诺td2102型实验用电子天平和紫 外分光测油仪，烧杯、试管、锥形瓶、冷凝管、橡皮管及 台架若干

5、。2工艺确定及其机理分析2.1工艺确定含油污泥经长时间放置其固体表面油已陈化成 膜，很难把油直接洗涤下来,需先经过表面预处理，再 通过离心使固液分离。经分离处理后的乳化油通过 双层膜处理设备,用超滤截留膜和反渗透膜进行油水 的最后一步分离。通过紫外分光光度法测定其残留 油的含量,从含量的多少可以看出油品的回收效果。 处理含油污泥的工艺流程图如图2所示。图2含油污泥处理工艺流程图fig. 2 procem flow chart of oil sludge treatment2.2含油污泥分离的机理分析2.2.1超声波破乳超声波是由一系列疏密相间的纵波构成的，当足 够强度的超声波在液体中传播时就会

6、发生空化现象。 含油污泥的超声脱油主要应用超声的两种作用:1）声空化作用。声空化可以产生强大的射流和 高温高压,可以降低污油与无机固体间的粘附应力, 而射流产生强大的摩擦减小油层厚度。同时,声空化 也可以永久性地降低污油粘度,从而降低油与无机固 体的粘附应力。2）机械振动作用。液体介质受超声辐照后高速 振动，形成强大的湍流，三相之间的界面形成高速摩 擦，把油和泥分离。同时，振动也使分离后的污油颗 粒互相碰撞，由于碰撞的速度高，污油颗粒能迅速的 克服界面张力而凝聚。2.2.2离心分离污泥从空心转轴的分配孔进入离心机，依靠转筒 高速旋转产生的离心力分离固体。螺旋输送器与转 筒的旋转方向相同，但转速

7、稍慢。两者之间的速差, 可将脱水污泥送出离心机，分离液则从另一端排出, 离心脱水可以连续进行。2.2.3超滤（uf）截留一反渗透（r0）超滤膜主要用于截留大分子物质,其截留相对分 子质量一般在300 -500之间，超滤单独使用不能彻 底地去除废水中的油类物质，尤其是小分子物质。因 此，我们选择反渗透膜与超滤膜进行耦合图3与 图4分别为超滤与反渗透分离原理示意图。图4反渗透分离原理示意图fig. 4 separation principle diagram of reverse osmosis3工艺参数优化设计3.1超声波工艺条件的优化3.1.1温度对超声破乳的影响乳状液温度升高，首先影响界面膜

8、的稳定性与机械强度，使有些固体顆粒脱离界面，降低乳状液稳定 性;其次加剧液滴间的碰撞，有利于水珠的聚结沉降。所以，油泥在一定温度下才有较好的脱水效果。如图 5和图6所示,超声波声强为lw/cm?时，温度对超声 波处理含油污泥黏度及脱油率的影响。图5温度对含油污泥黏度的形响fig. 5 effect of temperature on the oil sludge viscosity母28图6温度对超声波处理含油污泥的影响fig. 6 effect of temperature on oil sludge with ultrasonic艺*«显由图6可知，温度是污油破乳除油程中十分重要

9、 的影响因素，升高温度可使除油率迅速提高，而且处 理温度超过60*比较适宜；温度再度升高时，不但破 乳速度减慢，而且易使含油污泥中的油分挥发污染环 境。由图5可知,温度对污油黏度的影响也可以进行 解释，即温度高，污油黏度低，水粒子沉降的阻力小, 容易沉降。3.1.2声强对油泥破乳的影响可控参数,声强度决定水粒子受力的大小。图7为在超声波油泥破乳实验中，声强是一个很重要的 声强对含油污泥破乳效果的影响，由图7中可以看出 最佳声强为lw/cir?,声强增大,声场对水滴的作用力 增大，在驻波场中表现为位移力增大，使水滴碰撞聚 并的几率增加，聚并速度加快。在超声场中使水滴从 静止状态发生聚并此时的声强

10、称为下临界声强。随 着声强的增大，水滴运动加速，产生位移效应。在这 一过程中小水滴不断凝聚、碰撞、合并、与油分离。但 是当声强超过某一数值（上临界声强）时，聚并的大水 滴会被重新分散，产生新的乳化,造成脱水效果下降。超声波破乳脱水时声强必须控制在上临界声强和下 临界声强之间。图7声强对含油污泥破乳的影响fig. 7 influence of sound intensity on oil sludge broken breast3.1.3超声破乳时间的影响由以上超声辐照温度、超声声强的对含油污泥破 乳处理的分组实验可以看出时间在4 5min时，可 获得较好的处理效果。此外，笔者进行了验证实验,

11、用以上所得的最佳条件:声强1 w/cm2,温度6o3c ,时 间4 5min,处理含油污泥，效果如图8所示。3.2离心机工况确定经超声波处理后的含油污泥达到最佳破乳状态 后,送至离心机中进行离心处理，需要对其工况设定 进行分析。图9为离心机工况对残油率的影响，可以 直观的看出离心机转速为3 000r/min的情况下处理图8超声处理后分层效果图fig. 8 ultrasonic treatment delaminate effect chart12min效果最佳。图9离心机工况对残油率的形响fig. 9 influence of centrifuge condition on the resid

12、ual oil rate3.3耦合膜过滤参数确定选择中空纤维超滤（uf）膜作为反渗透（ro）的 预处理手段，超滤系统可以有效地去除水中的悬浮 物、微生物、硅胶、有机物和铁、链、铝的沉淀胶体，作 为反渗透前处理能避免ro系统不寻常的污染，延长r0膜的寿命及降低r0系统压力。该方案采用纳米a1203改性聚偏氟乙烯（pvdf）超滤通量衰减快，需作进一步改进研究。3.3.1膜通童的影响因素的确定3.3.1.1操作压差膜过滤过程的操作压差是指渗透膜两侧的压力 差,是膜过程得以实现的推动力，其大小直接影响膜 过滤性能。一般随压差的升高（0.05-0. 15mpa）,膜通量开始上升较快，为压力控制区：当压差

13、为015 0.2mpa时，由于浓差极化的影响通量增加较缓慢;当压差大于0.2mpa时，膜通量基本保持不变,这是由 于在此压差下已形成凝胶层，过滤过程为物质传递所 控制，为传质控制区，通量与压力无关一® o 3.3.1.2操作温度操作温度也可以提高膜通量。因为温度升高，料 液粘度减小，溶质扩散系数增大，因而膜通量增大。3.3.2膜面流速及方式通常采用错流过滤的操作方式，一般认为增大流 速可提高通量，这是由于流速增大，膜表面的剪切力 增大,使膜表面沉积的油滴被带走，减小了凝胶层的 厚度，并且减小了浓差极化的影响。当流速过高时, 通量反而降低，这可能是操作压差不均匀所致，也可 能是料液在膜

14、过滤器内停留时间过短所致。另外，由 于流速增大，剪切力增大，造成油滴变形而被挤入膜 孔也可能引起通量的降低。3.3.3耦合膜形式实验所用膜组件为超滤膜与反渗透膜的耦合形 式，实验表明用加压制膜法制备的超滤膜(a4膜)，分 离含油污水时良好，分离后水样中油的脱除率可达 99.95% ,cod脱除率可达87. 95% ,分离后水样已达 到国家规定的排放水标准。r0膜几乎完全可以将相 对分子质量为150以上的有机组分截留，如图10所示。反;*透恥图io自制膜组件示意图fig. 10 homemade membrane module scheme * s sketch map4结论1) 纯粹的物理分离

15、，不需要加入任何试剂，避免 了二次污染。2) 油泥水三相分离彻底，出水符合排放标准可直 接排放。3 )超声波处理最佳条件:温度60r ,声强1 w/cm2, 时间4 5min ；离心机工况设定为转速3 000r/min,时 间12rnin；膜材选用纳米a12o3改性聚偏就乙烯 (pvdf)超滤膜与desal-3b聚瞇矶(pes)反渗透膜 进行耦合。参考文献：1 姜勇，赵朝成,赵东风含油污泥特点及处理方法j油 气田环境保护,2005,15(4):38-41.2 壬文祥，韩萍芳，吕效平油田含油污泥超声脱油的研究 j.环境匸程学报.2007(12):133-136.3 冯诺，李化茂声化学及其应用m.

16、合肥:安徽科学技术 出版社,1992.4 殷绚，叶国祥，吕效平，等.污油超声破乳脱水实验j.南 京工业大学学报：自然科版,2009,31(3) ：70-73.5 李怀玉，杨洪波，陈波，等.离心机有效处理含油污泥的问 题分析与对策j石油化工与环境保护,2006,29(4):41 -43.6 李发永，李阳初，孙亮，等.含油污水的超滤法处理j.水 处理技术,1995,21(3):145-148.7 壬玮，项海，张国亮.耦合膜过程在含油废水资源化处置 中的应用j.环境工程学报,2007(12):133-136.8 金明柏水处理系统设计实务m.北京：中国电力出版 社,2009：38-408.9 wolf

17、. use of microwave radiation in separating emulsion and dispersions of hydrocabons and water： u s. 4582629 p. 1986-04-15.10 fang cs. lai p m c. microwave healing and separation of water-in-oil emulsions j . journal of microwave power and electromagnetic energy,1995,30( 1) ：46-57.treatment and parame

18、ter optimization design ofoil sludge agricultural diesel enginejia xianbu, zhou likun(engineering college of chinese armed police force, xi'an 710086, china)abstract: combining with the domestic and foreign advanced methods of oil sludge treatment, explored the recycling process conditions of ag

19、ricultural diesel engine produced by shandong weichai huafeng power co , ltd. firstly analyzed the oil sludge's basic characteristic9 composition and basic characteristics parameters. secondly9 deeply discussed and perfected the new type of sludge recycling method. in the experiments of ultrasonic wave radiation in sludge, the method of air floatin