油水分離膜性能比較

李瑩 胡協勝

一、油水分離處理方法及排放指標

含油水體的來源很廣，主要來源于石油開采加工、石油化工、冶金、機械工業、紡織、食品加工工業及海上運輸業等，主要成分包括：輕碳氫化合物、重碳氫化合物、燃油、焦油、潤滑油、脂肪油、蠟油脂、皂類等。眾多的含油廢水源導致了污水的種類和性質非常繁雜。早在20世紀80年代，含油廢水所引起的環境污染的嚴重性就受到了人們的高度關注。在這種情況下，與此相關聯的各種處理技術也得到發展。

二、油水分離膜和油水分離試驗

（一）油水分離膜

含有廢水中的油的存在形態：浮油，油的粒徑大于150um；分散油，油的粒徑在20～150um之間；乳化油，油的粒徑小于20um；溶解油，油的粒徑小于幾微米。膜分離技術主要用于分離穩定的乳化油。

常用于油水分離的微濾膜和超濾膜的分離機理一般以篩分原理為主，油粒的分離主要取決于膜孔徑的大小。目前常見的油水分離膜按材質分類，主要有有機膜和陶瓷膜。

（二）油水分離試驗

為比較陶瓷膜和凈源PTFE膜在油水分離試驗中的性能，浙江綠韻環保科技有限公司取某公司的含油廢水進行實驗。

1.原水水質

本試驗用的原水水質如下：

礦物油：≤50mg/1；COD：80-200mg/1；SS20-160mg/1；pH6-9

2.試驗工藝

PTFE膜系統和陶瓷膜系統的工藝流程如圖1所示：

3.試驗裝置主要配置

凈源芳綸支撐型PTFE中空纖維膜與陶瓷膜試驗裝置及主要設備參數如下：

PTFE實驗裝置說明：

1，設計處理規模：10m3/h；

2.膜裝置，膜型式為簾式膜，膜面積為370m2，膜孔徑為20-30nm；

3，運行方式為：抽吸；間歇產水，間歇曝氣，自帶曝氣裝置，全自動運行；

4，設計通量為30L/m2*h；

陶瓷膜實驗裝置說明：

1，設計處理規模：10m3/h；

2，膜裝置：膜型式為管式膜，膜面積為167m2，膜孔徑為2-50nm；

3，運行方式為：循環泵不斷循環，連續運行；

4，設計通量為60L/m2*h；

4.膜系統流程比較

陶瓷膜系統的流程是：將原水由進水泵打入膜組件內，經膜分離后凈水流入凈水箱，濃水循環回流入原水箱內。膜組件間歇式運行，定時反沖洗。反沖洗時，溶氣罐從凈水箱中吸入清水，在空壓機的高壓氣體作用下，溶汽水沖刷膜組件內表面。

簾式中空纖維PTFE膜系統的流程則是：PTFE膜浸沒在膜池內，原水沒過膜架頂端50cm以上，通過泵抽吸膜組件出水。膜組件間歇式運行，定時反洗和曝氣反洗。反沖時由反洗泵將潔凈的出水再注回膜絲進行清洗。

兩個膜系統的原理相似，但是在實際運行過程中，中空纖維PTFE膜系統的操作要比陶瓷膜系統來得簡便。

5.通量衰減問題

中試試驗發現，陶瓷膜的通量跟過程的反沖洗時間間隔關系很大。若過程無反沖，陶瓷膜經過6～7h的運行之后，出水通量即下降至初始通量的10%左右。可能原因是陶瓷膜在運行初期，表面粗糙，孔隙率高，因此吸附性強，膜表面、膜孔內很快就附著了原水中大量懸浮顆粒、膠體粒子、溶質分子等，使部分膜孔堵塞，膜表面形成沉積層，增大了膜分離阻力，從而使膜通量急劇下降。之后，由于濃差極化的影響，沉積層逐漸增厚壓實，膜通量不斷下降。試驗通過設置不同的反沖洗周期間隔，考察發現，反沖洗周期為20、30min或更長時，膜通量衰減極快，根本無法適用于實際工程應用。通常情況下，每5. l0min即需要進行反沖洗。

在試驗中，雖然每次反沖洗后膜通量會有所回升，但是總的衰減趨勢不會改變。而且反沖洗的間隔時間越長，通量衰減越厲害。最終能夠穩定的通量值約為60LMH，膜壓5～8bar。

PTFE膜系統的運行，執行實際工程經驗參數，通量保持30LMH，膜壓1～2bar。

6.化學清洗比較

陶瓷膜的化學清洗藥劑種類通常選用HC1、NaOH、NaC10以及LuNO3，藥劑濃度比較高，通常HC1的濃度為5～8%，NaOH的濃度為3～5%，NaC1O的濃度為0.3～0.5%，HNO3的濃度為1～3%。通常情況，應根據實際進行酸洗、堿洗、氧化劑清洗的組合，可對陶瓷膜通量恢復有比較好的效果。試驗發現，使用HNO3進行清洗的效果最好，HNO3既是強酸，又是強氧化劑，可以同時去除無機污染物和有機污染物。但由于HNO3腐蝕性強，特別容易造成裝置的各連接部位生銹等現象，并不適合長期使用。

PTFE膜的化學清洗種類以檸檬酸、NaOH和NaC1O為主，檸檬酸的濃度為0.5～2%，NaOH的濃度為0.01～0.2%，NaC1O的濃度為0.1～0.2%。

7.數據分析

（1） PTFE膜裝置的去油率

用紅外光度法來測試水中的油份含量，試驗的具體數據如表1所示：

從表1可以看出，含油廢水中進水含油量波動范圍較小：在40～50mg/L，出水含油量在5～15mg幾之間，含油量去除率70%～90%，去除效果明顯。

（2）陶瓷膜裝置進水含油量與產水含油量

由于是平行實驗，裝置的進水含油量都是一樣的，具體數據如表2所示：

由試驗得到的數據，該陶瓷膜對含油量去除率在40%～70%，去除效果相對PTFE中空膜略低。

8.小結

（1）通過試驗比較證明，用膜來進行含油廢水的深度處理是可行的。

（2）通過各項出水數據的比較，PTFE膜的通量、含油量去除以及單位產水量的藥耗，明顯優于陶瓷膜的表現，尤其是膜的出水通量穩定性方面。

（3）廢水中的油含量越高，膜的除油效率越高。

（4）同等條件下，水通量陶瓷膜比PTFE簾式膜高一倍左右；需求膜面積少，但陶瓷膜單價高，整體建設費用是PTFE膜的三倍左右。

（5）占地面積陶瓷膜略高，運行成本偏貴，是PTFE簾式膜的5-8倍：

說明：1.噸水造價僅計算膜部分，其他設備費用建設暫未計算，但陶瓷膜因為大流速沖刷膜表面，故所選泵遠遠大于PTFE膜，其他配套配件成本均大于PTFE膜；

2.運行成本僅計算循環泵（陶瓷膜）跟自吸泵（PTFE膜）的運行成本，其他藥劑泵，反洗泵，清洗泵等未計算；

3.以上所列數據，僅供參考，實際工程，以實際為主。