平板陶瓷膜對于鐵路車輛段廢水處理效果的研究

俞科成， 鄭爽英

(西南交通大學, 四川成都 610031)

鐵路車輛段是車輛的停放、檢修及保養的綜合性維修基地，擔負著各工藝設備的維修、檢測、管理工作。隨著對環保問題的日益重視，依據國家相關法律法規地鐵車輛段的污水必須經過處理才能排放至就近的市政污水管網或河涌。鐵路車輛段的生產廢水中含有大量的油污，含油污水的處理是車輛段污水處理的一個要點，處理中首先需要進行油水分離[1]。陶瓷膜是以無機陶瓷材料經特殊工藝制備而形成的非對稱膜，呈管狀及多通道狀，管壁密布微孔。陶瓷膜以微濾基本原理為基礎，采用“錯流”過濾方式[2]。陶瓷膜目前的在油田的污水處理中已經得到了一定的應用，效果顯著[3]。

本文將無機陶瓷膜應用到鐵路車輛段生產廢水的油水分離處理中，通過實驗的方法研究陶瓷膜對鐵路車輛段檢修產生的生產廢水的處理效果。

1 廢水來源以及實驗裝置

本實驗所用廢水為成都鐵路局九里堤車輛段車輛檢修廢水，未混合車輛段生活污水。廢水原水水質如表1。

表1 原水水質 mg/L

實驗裝置分為水處理裝置和反沖洗裝置。

1.1 水處理裝置

1.廢水桶；2.溢流管；3.進水管；4.溢流水箱；5.溢流口；6.平板陶瓷膜；7.進水口；8.1號水泵；9.出水管；10.真空表；11.2號水泵；12.流量計圖1 水處理裝置示意

1.2 反沖洗裝置

反沖洗裝置主要部件：儲水桶、自吸泵、壓力表。反沖洗過程主要是將清洗液通過自吸泵注入平板陶瓷膜內部，水流由膜內滲出到膜外，達到反沖洗的目的。反沖洗裝置沖洗壓力設置為0.05 MPa，滿足反沖洗條件(圖2)。

1.自吸泵；2.壓力表；3.平板陶瓷膜圖2 反沖洗裝置示意

2 實驗相應指標試驗

由于實驗過程中，出水水流不穩定，水流中含有氣泡，導致流量計無法準確讀數。因此，在實驗裝置出水口接容積為1 L的量筒，通過記錄處理每1 L水所需要時間來計算實驗裝置的出水流量。

2.1 膜通量試驗

膜通量試驗的主要目的是測試平板陶瓷膜在連續運行工況下其膜通道堵塞的情況以及不同膜通量條件下膜的處理效果。

膜通量試驗中，水泵真空壓力為0.063～0.065 MPa，實驗過程中存在小范圍的波動，其影響可以忽略。試驗共抽取了10個水樣，各水樣體積為1 L，所用時間如表2。

表2 時間—膜通量

由表2數據可知，水處理裝置在運行50 min之后，膜片堵塞情況已經較為嚴重，應當進行相應的反沖洗來確保膜片的處理效果。

對于水處理裝置對于廢水的處理效果，該試驗檢測了處理后廢水的固體懸浮物SS、COD、含油量三項指標，結果如表3。

表3 膜通量試驗處理效果 mg/L

由表3數據可知，該水處理裝置，對于鐵路車輛段含油廢水的處理效果為：SS去除率為85 %左右，CDO去除率為90 %左右，含油量去除率為99.4 %；該裝置的主要目的為含油量的去除，到達處理的要求。由于該裝置對于COD沒有設置前端處理，對于COD去除效果雖然不錯，但是導致了平板陶瓷膜片過快的堵塞。

同時，試驗結果表明，在平板陶瓷膜膜通量變化的情況下，對于實驗裝置的處理效果沒有明顯影響。

(1)對原始矩陣DSM和DPM/MIM分別進行預排序，使得各集合Li中的構件聚集在一起。對于圖2所示的模型，若C2,C4和C5必須放置在同一模塊，C6和C8必須放置在同一模塊中，則一種構件序列為(C1,C3,C2,C4,C5,C6,C8,C7,C9,C10,C11)。預排序的目的是為了構造算法的搜索算子。

2.2 反沖洗試驗

反沖洗實驗的目的是測試膜片在反沖洗之后的處理效果。反沖洗所用液體為低濃度草酸溶液，以自吸泵注入平板陶瓷膜內部，壓力為0.05 MPa，反沖洗過程中膜表面有均勻水流滲出，到達反沖洗要求。在反沖洗后，繼續進行水處理試驗，到膜片堵塞到一定程度后再次進行反沖洗，反復三次，以測試平板陶瓷膜在進行多次反沖洗后膜片的處理效果。

反沖洗后，膜片的膜通量變化見表4。

表4 反沖洗—膜通量

反沖洗后膜片的處理效果見表5。

表5 反沖洗試驗處理效果 mg/L

由表4數據可知，反沖洗后，平板陶瓷膜的膜通量有所降低，但是影響不明顯，其中存在反沖洗不能完全徹底的原因。由表5數據可知，反沖洗之后，平板陶瓷膜片對于廢水的處理效果沒有明顯變化。

2.3 壓力影響試驗

壓力試驗的目的是測試水處理裝置在不同壓力工況下膜通量的變化；同時研究不同壓力工況下，水處理裝置對廢水的處理效果。

試驗裝置通過改變管路氣閉性的原理來調節其工作的真空壓力，試驗進行四組，當工作壓力小于0.05 MPa時，裝置出水量很小，不能達到處理所需條件，因此，在此記錄前三組數據。

壓力試驗中，膜片的膜通量變化見表6。

表6 壓力—膜通量

反沖洗后膜片的處理效果見表7。

表7 壓力試驗處理效果 mg/L

由表6數據可知，水處理裝置在不同壓力工況下運行，壓力越大，其膜通量越大。由于水泵自身性能的限制，自吸泵在較好氣閉環境下壓力也難以超過0.08 MPa，因此建議在實際工程中，裝置可依水泵最大真空壓力運行，以達到較大的膜通量。

由表7數據可知，在不同壓力工況下，平板陶瓷膜的處理效果沒有明顯的變化。

2.4 溫度影響試驗

溫度影響試驗的目的是測試水處理裝置在不同溫度工況下膜通量的變化；同時研究不同溫度工況下，水處理裝置對廢水的處理效果。

在原有除處理裝置的基礎上加裝加熱設備與溫度計，加熱設備對廢水桶與溢流水箱內的廢水進行加熱。試驗當天室溫為8 ℃，試驗進行了四組試驗，模擬不同環境下的溫度工況，試驗溫度為8 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃。實驗結果見表8。

表8 溫度—膜通量

反沖洗后膜片的處理效果見表9。

表9 溫度實驗處理效果

由表8、表9可知，水處理裝置對于廢水的處理效果不受溫度的影響。平板陶瓷膜可以適應在實際工程中溫度變化所造成的影響。

3 結論

結合以上四組試驗得出以下結論：

(1)平板陶瓷膜對于鐵路車輛段含油廢水有較好的處理效果，對于固體懸浮物有較好的去除率達到85 %，對于COD去除率達到90 %，對于油的去除率達到99 %。

(2)膜片對于COD具有較好的處理效果，但在實際應用中應在前端對廢水進行相應的處理，降低廢水COD含量，減小其堵塞的情況。

(3)膜片反沖洗后能達到試驗剛開始的處理效果，具有較長的使用壽命。

(4)膜片的膜通量受到處理過程中真空壓力的影響，壓力越大，膜通量越大；裝置應當做好密封處理，達到水泵所能提供的最大真空壓力，從而增大膜通量，提高裝置的處理效率。

(5)溫度對于該平板陶瓷膜對于廢水的處理效果沒有直接的影響，膜片在各個季節都能正常使用。