旋轉錯流式膜反應器處理船舶含油污水研究

徐　曼，耿安朝

(上海海事大學海洋科學與工程學院，上海　201306)

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旋轉錯流式膜反應器處理船舶含油污水研究

徐曼，耿安朝

(上海海事大學海洋科學與工程學院，上海201306)

某船舶污水處理廠經簡單隔油后的船舶含油廢水，通過旋轉錯流式超濾膜分離一體化設備進行深度處理，對旋轉錯流式膜技術在實際船舶含油廢水處理的應用進行了研究。結果表明系統穩定后，當PAC用量為300 mg/L、PAM用量為0.5 mg/L、預混凝時間為20 min時，旋轉式超濾膜分離一體化設備對含油污水的COD去除率達到91.12%。該旋轉錯流式超濾膜一體化設備適合處理船舶含油廢水。

船舶含油廢水；旋轉錯流式；膜分離技術

船舶洗艙水是一種常見的工業廢水，隨著港口運輸業的發展，船舶洗艙水的排放量在船舶含油廢水中占據一定比例，對環境的污染日趨嚴重。船舶洗艙水處理技術是防止水資源污染的一項重要技術[1]。

課題組采用的旋轉錯流式超濾膜設備，膜組件旋轉運行形成主動錯流式過濾，能耗低，操作方便。本研究的主要目的是用混凝法進行預處理，經過一系列高級氧化反應后，形成旋轉錯流式超濾一體化設備，同時考察該一體化設備處理船舶含油廢水的效果[2-4]。

1　實　驗

1.1實驗藥品與儀器

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；旋轉式超濾膜分離一體化設備，蘇州膜海分離技術有限公司；HACH分光光度計DR900；HACH預制試劑；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)，國藥集團化學試劑有限公司；氫氧化鈉(分析純)；次氯酸鈉(化學純)，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小試實驗

到船舶污水處理廠取樣，經檢測COD在4000 mg/L以上，水體呈黑灰色渾濁液體，有惡臭味。實驗中系統的考察了旋轉錯流式超濾一體化膜設備處理船舶含油廢水所需的最佳實驗條件。

1.4工業化實驗

應用于船舶污水廠的旋轉錯流式超濾膜設備主要由超濾膜池、紫外消毒裝置組成。超濾膜池內設置旋轉錯流式膜組件和驅動電機。旋轉錯流式膜組件通過電機的驅動實現旋轉，為非靜態膜組件[5]。整套裝置采用PLC控制，可全自動運行，也可調至手動擋控制[6]。

對設備和膜片注入清水，經過半個月每天空轉1 h進行清洗。注入船舶含油廢水現場調試，考察設備的運行情況和出水水質。

2　結果與討論

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，快轉2 min，慢轉20 min，結果如圖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，對COD的去除效率較高，繼續增加藥量，COD下降的趨勢越緩慢，根據經濟原則，確定最佳投加量為300 mg/L。

2.1.2復投PAM對COD值的影響

在上述實驗的基礎上，研究復投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2 min，慢轉20 min，結果如圖2所示。

圖2　復投PAM對COD的去除效果

由圖2可知PAM的投加量在0.5 mg/L的時候出現了拐點，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，COD的去除效果最好，繼續增加投加量，COD則反彈。

2.2芬頓+紫外催化實驗

2.2.1FeSO4·7H2O對Fenton氧化處理效果的影響

經過預混凝實驗后，將pH調整至3，在H2O2投加量為15mL/L，一根11 W的紫外燈管照射，反應時間30 min的條件下，依次調節FeSO4·7H2O投加量，其結果如圖3所示。

圖3　FeSO4?7H2O投加量除COD的效果

由圖3可以看出，在Fenton試劑的反應過程中，Fe2+作為催化劑是催化產生·OH的必要條件，H2O2與Fe2+的摩爾比值為3:1時，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，反應時間30 min的條件下，依次調節H2O2的投加量，其結果如圖4所示。

圖4　H2O2投加量對COD濃度的影響

實驗中出現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兩個實驗，根據水樣達標排放標準和經濟環保原則，選取H2O2的投加量為12.5mL/L，FeSO4·7H2O的投加量為10 g/L。

2.3NaClO實驗

Fenton氧化實驗后，通過觀察加NaClO溶液反應后去除COD的效果[7]，結果如圖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，COD的濃度不降反升，投加量增多后，COD的濃度下降。從經濟角度來看，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80.74%[8]。

表1　最佳實驗條件

注：H2SO4質量分數為98%；H2O2質量分數為30%。

2.4超濾實驗

船舶含油廢水經預處理后，采用超濾膜進行無壓過濾，測得COD為367mg/L，膜截留作用對COD的去除率為46.11%，為總去除率的10.38%，COD去除率可達91.12%。

2.5工業化實驗

工業化實驗過程中，廢水經過前期工廠處理后，水質各項指標明顯下降，對經過旋轉錯流式膜反應器處理后的船舶含油廢水處理項目進行取樣檢測，結果見表2。

旋轉錯流式膜反應器處理系統經初期半個月的調試之后穩定運行，對廢水的處理效果良好。出水達到DB 31/445-2009 《污水排入城鎮下水道水質標準》。

經過旋轉錯流式膜反應設備處理后的出水水質澄清透明，無難聞氣味。最終出水水樣經過24 h沉淀后，有輕微泛黃。

表2　檢測數據

注：排放標準DB 31/445-2009 《污水排入城鎮下水道水質標準》。

3　結　論

小試和中試實驗結果均表明，旋轉錯流式超濾膜分離一體化設備在處理船舶含油廢水時，出水水質能達到地方排放標準，處理效果好，操作簡單方便，設備占地面積小，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,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].海洋環境科學,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].江西理工大學學報,2014,35(3):18-22.

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

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

[6]M Padaki,R S Murali,M S Abdullah,et al.Membrane technology enhancement in oil-water separation.A review[J].Desalination,2015,357(13):197-207.

[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-聚合氯化鋁預處理高濃度乳化液廢水[J].生態環境學報,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，研究方向為交通工程環境管理。

耿安朝，教授。

X52

A

1001-9677(2016)011-0106-03