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膜技术在含油废水处理中的研究进展及膜组件概

  由于其占地面积小,操作纯洁、耗能低,而且膜品种众,对废水适宜性较强,斗劲适合含油废水照料,目前正在水照料方面行使通常。综述了膜技能的生长进程,领悟了分别膜质料的合用性以及也许酿成的膜污染的影响成分及留心事项。

  现行的水照料形式有许众种,蕴涵物理、化学和生物形式以及将三者或此中的两者彼此团结等。物理形式有拘押清淤、吸附、重淀等,闭键去除污水中的无机颗粒和杂质;生物形式最古板的是活性污泥法,20世纪初被斟酌学者出现污泥中的微生物菌群对污水的净化起着要害性效率,其后,衍生了众种生物照料工艺:氧化沟法、A-A-O法、生物接触氧化法、氧化塘、人工湿地等好氧照料和IC、UASB、EGSB等厌氧生物反响器。化学形式闭键靠向水中投加絮凝剂、助凝剂等助助水中的悬浮物重淀。正在生物、化学和物理这些形式中,膜照料是一种新型的技能形式,它分别于生物膜,是行使分别的膜组件和膜质料的功能拣选照料分别品种的污水。跟着我邦工业生长的连接先进,石油开采和帆海运输等也正在日益强大,随之带来的是含油废水产量填充。油罐车、汽船漏油等变乱也时有爆发[1]。因而,怎么高效照料含油废水是当务之急[2]。因为石油中含有多量的难降解物质,水的可生化性很差,尽量生物法的运转本钱相对物理和化学形式较低,然而,微生物很难对此中的有机物实行降解,使得最终出水的各项目标不达标,工艺的照料效益很差。其次,废水一朝被石油污染,广泛属于突发变乱,用生物照料的形式会使得体系的挫折负荷很大,对微生物的品种和数目酿成很大影响。石油采出水是另一种含油废水照料的情景,这种照料广泛央求照料后的污水悬浮物含量极低,而膜技能按孔径和照料服从可分为微滤膜、超滤膜、反渗出膜和电渗析膜等。遵照构成因素能够分为无机膜和有机膜。因为实践工程中的水量很大,普通都是用分别的膜组合变成膜组件实行照料。遵循膜的罗列办法和体例的分别能够将膜组件分为众种。比方:板框式膜组件、中空纤维式膜组件、卷式膜组件和毛细管式膜组件。此中,卷式膜组件行使最为通常。膜组件的填装密度每立方米可从数百至上万个,实践照料经过中能够遵循实践的照料量、进水水质和照料后的圭臬央求合理拣选膜组件[3]。正在水照料行业,膜涣散技能有着潜正在的行使前景。

  正在石油开采经过中,常会碰到地层致密的情景,地层渗出率较低且央求水中悬浮物很低(小于1mg/L),而且对粒径统制央求很高(小于1μm)。为了包管水质,80年代初阶海外就多量运用一种折叠式微孔滤膜滤芯。正在我邦各大油田,比方华北油田、大庆油田、乐成油田等也对相像滤芯实行了试验并获得行使[2]。然而,这种滤芯需求按期实行更调照料,阻挡油的才能较差,该当对污水提进步行预照料操作。合座经过较为繁琐,填充了照料本钱,而且容易酿成膜污染。因而,这种滤芯目前依然基础被镌汰。

  无机陶瓷微滤膜也常被用于含油废水照料。向废水中投加药剂过程混凝重淀后,用无机陶瓷微滤膜照料,最终含油量能够降至10mg/L以下[3]。滤膜的材质为α-铝矾土,孔径0.2~0.8μm,厚度0.3~0.5mm。我邦很众学者探究了影响无机陶瓷微滤膜功能的成分:温度、压力、废水特征、膜孔径和流速等[4,5]。无论是无机膜依然有机膜,运用一段年华后都需求实行膜洗刷。膜质料的干净水准也是影响照料效益的紧要成分。针对膜洗刷,相闭学者斟酌了脉冲和预照料工艺,正在必定水准上延迟了膜的运用寿命。2005年,美邦墨西哥一采油现场采用微滤膜照料含油废水,最终含油量小于1mg/L[6]。

  超滤膜是除微滤膜以外的另一种常用滤膜,由各类高分子质料组成,膜孔径小于0.01μm。因为其孔径比微滤膜孔径小,照料的出水效益会因为微滤膜,出水所含悬浮物浓度也会明白小于微滤膜。1995年,石油大学王静荣老师行使微滤膜照料石油开采废水,并对操作工艺和膜的洗刷题目实行了深远物色[7]。2008年,许成老师正在邦度生态斟酌中央运用分别质料构成的超滤膜体系实行含油废水照料[8]。筛选出了照料效益最优的膜组件,最终照料后的水中所含悬浮物远远小于圭臬央求的含量。正在照料体系前,废水含油量为500~6000mg/L,过程一次浓缩照料,污水含油量可降至1%~3%,渗出液中的含油量也正在100mg/L以下,能够有用拦截99%的油分。看待膜洗刷的题目,实践注解,采用外貌活性剂和异戊醇行为搀杂液用作洗刷剂,先后实行负压抽洗和反压冲洗,能够使超滤膜获得有用洗刷。洗刷后的膜通量最终可光复90%[9]。

  看待含盐量较低的废水,过程平常的微滤、超滤膜照料后,即可知足照料央求;而当废水中含盐量较高时,需求实行更厉肃的照料[10]。常例照料高盐量废水的形式有:电渗析、离子互换、反渗出照料[11]。电渗析膜孔径比微孔滤膜和超滤膜更小,这类膜能透过离子然而不行透过颗粒较大的胶体粒子。电渗析器是行使电渗析膜照料污水的一种装备。电渗析法和离子互换法有着殊途同归之妙。2018年,郭宏山创造白一种轮回冷却水的形式,正在现有的照料形式后填充了纤维过滤和反渗出RO装备。目前这种形式依然正在各地实行行使。榆林上河发电厂的排污水固然含盐量和氯离子含量较低,然而因为硅含量较高仍然容易结垢;该厂行使了后续填充反渗出的形式将水实行软化,有用消重收场垢含量。经检测,水质硬度、碱度等酿成结垢的总盐因素含量明显裁减。我邦华北油田安排院的出水也曾显现过高含盐量等题目,过程电渗析法照料和现场实行脱盐试验,最终结果抵达了农灌圭臬。

  膜组件由是一种由膜、撑持膜的撑持体、间隔物和容纳这些组件的容器组合成的一个单位。遵照分别的组合办法能够分为:管式膜组件、中空纤维式膜组件、板框式膜组件、卷式膜组件。工业运用时,遵照膜组件的特征、废水的特征和照料央求实行拣选。

  管式膜组件的简图睹图1所示。这种膜组件组织纯洁,安设和拆卸利便。具有压力吃亏小、污水透过量大、易洗刷等便宜。然而,从图中能够看出,合座组件的比外貌积小。由于斗劲容易洗刷,以是适合照料粘度较大流体的超滤和微滤。

  图2为管式膜和陶瓷超滤膜组件,图3是实践工程行使时的陶瓷膜兴办。从图2中能够看出,管式陶瓷膜中有很众密闭的微孔,正在压力效率下,污水从膜管内或膜的外侧活动。遵循膜的拣选透过性这一成效,小分子物质能够通过,而少许粒径较大的分子及其他杂质被拦截。因而,膜的孔径巨细是影响膜照料服从的紧要成分之一。ceramic membrane是陶瓷膜的英文名,值得留心的是,“CT”膜并不是陶瓷膜的别称,更不行说是专业称谓;只口角专业人士对陶瓷膜简称的一种舛误外达。陶瓷膜又被称作无机陶瓷膜,由于这种膜组件的撑持体是由分别比例的氧化钛、氧化锆、氧化铝和氧化硅等无机陶瓷质料构成。过程外貌涂膜和煅烧制成。遵循膜的特征,这种膜组件的精度能够抵达超滤、微滤和纳滤级别。

  陶瓷膜具有安闲性好、耐高温、耐酸碱特征;容易洗刷、而且和其它膜雷同,占地面积小等特性。用于过滤的陶瓷膜组件是“三明治”式的组合办法:援助层、中央层和膜层,孔径顺次减小,呈非对称性漫衍。援助层闭键用于填充膜的板滞强度;中央层又称为过渡层,用于防御创制膜层时颗粒向撑持层的渗出,减小对众孔撑持层的影响。膜层用于最终对污水的涣散、净化。无机陶瓷膜组件通常行使于制药、化工、食物加工、石油行业的照料。正在必定水准上,能够取代古板的蒸发、精馏。过滤、离心等技能。裁减出产经过的本钱付出,而且能够起到环保的效率。然而,恰是因为撑持构件是由众种无机因素构成;具有很大的脆性,正在出产、组合以及加工这种膜组件时,较为艰苦。

  20世纪40年代,海外学者初阶对无机陶瓷膜实行斟酌,80年代,海外工业行业依然初阶风靡;因为海外市集的垄断,我邦正在20世纪80年代才初阶引入这种膜质料,起步较晚。然而过程十众年的生长,中邦的无机膜质料技能依然生长到邦际水准,一经正在2002年正在中邦召开第七届邦际无机膜大会,这也闪现了我邦对无机膜的斟酌和出产水准依然抵达寰宇领先水准。

  前面提到的管式膜组件比外貌积小,撑持质料脆性大。与之对应的是板式膜组件,如图4所示。

  从图4中能够看出,和管式膜组件比拟,平板式膜组件的比外貌积大许众,创制拼装也较为纯洁。平板式膜组件由滤膜、导流板和导流布构成。平板膜组件又被称为板框式膜组件,很众相仿的板框式膜组件又能够构成板框式膜器。蒋维钧等人安排了一种梳式膜框的板式膜组件[13]。与古板的JPV组件比拟,很大水准上简化了膜组织。膜框的厚度小,能够减小全面板框组件的体积,普及单元体积膜组件中膜的面积。进而能够擢升膜组件的照料服从。

  平板膜还时时用于好氧反响器中,构成MBR(Membrane Bio-Reactor)又称膜生物反响器。这是一种将膜技能和生物照料技能相团结的一种新型水照料形式,由膜组件和生物反响器组成。广泛所说的膜—生物反响器涵盖三种分别种别:①曝气膜—生物反响器②萃取膜—生物反响器③固液涣散型膜—生物反响器。曝气膜—生物反响器(AMBR)管事示妄图睹图5所示。这一工艺普及了氧的传质速度和接触年华,对反响器实行合理统制和运转,既能够避免古板曝气办法受曝气气泡巨细的影响,又能减小平常曝气兴办所需的能源打发[14]。萃取膜—生物反响器由英邦粹者Livingston开垦,有些工业废水具有极强的酸碱性和毒性,不宜与生物照料反响器中的微生物直接接触,这时就需求用萃取膜将废水和活性污泥隔绝。运转经过中,废水正在膜内活动而活性污泥搀杂液正在膜外活动,二者不直接接触。废水中的大分子物质被膜拘押,有机污染物能够拣选性的透过萃取膜被活性污泥中的微生物降解[15]。反响器中的养分物质和微生物的糊口前提没有直接的相闭,照料效益安闲。固液涣散型膜—生物反响器是一种能够代替古板二重池的一种工艺形式。二重池的闭键效率是行使重力的效率将活性污泥和水实行涣散,污泥的重降功能很大水准上裁夺了二重池的照料服从。活性污泥的重降功能依赖于曝气池的运转情景,但一方面探索优秀的重降功能的同时,还需求商酌反响器的容积负荷和污泥负荷,二者往往彼此限制,变成冲突的相闭。除此除外,古板的二重池需求按期排出结余污泥,运转经过中统制欠好,容易爆发污泥膨胀景象,需求专业职员实行统制。活性污泥的重降功能较差时,会使出水悬浮物含量快速上升,乃至也许显现出水悬浮物不达标的情景[16~18]。

  卷式膜组件又称螺旋式膜组件。这种膜组件的膜面积大,污水的湍流情景好。构成图如图6所示,图7为滤层示妄图。

  卷式膜元件普通是用板式膜卷制而成。从图6能够看出,卷式膜组件的组成斗劲繁复。对出产装置时的央求较高,通常洗刷也斗劲艰苦[19]。精度同板框式和管式膜组件雷同,能够抵达微滤、超滤和反渗出。卷式膜的耐高温、耐酸碱功能不只和板式膜的功能闭联,还受平板膜片、格网、胶水等辅助构件的本质闭联[20]。

  王俊川[21]创造白一种新型的螺旋卷式膜组件。这种新型的螺旋卷式膜组件的闭键上风是将导流格网安排成菱形,使得格网的通道变宽,能够有用填充水流的速率。水流阻力减小,消重运转能耗;管和管之间还安排了卡箍相相连,便于安设,节约了膜组件安设的人力和年华。王宗亮[22]等人行使流体力学的策画形式对反渗出螺旋式膜组件的隔板网丝实行优化。行使数学模子体系的斟酌了隔板网丝的直径d和隔室的高度H 之比的变革对膜组件内部传质速度的影响。结果出现,正在必定畛域内d/H值填充,能够优化膜组件的照料效益,并能使水的活动性填充。然而当d/H 大于0.4时,再一连加大隔板网丝的直径d,出水的目标去除率无明白擢升效益。因而,正在实践操作经过中,商酌正在能量吃亏的畛域内妥善普及隔板网丝的直径对照料污水有利。

  中空纤维式膜组件与其他类型的膜组件比拟,最优秀的特性是单元体积内装填的膜面积最大,能够高达30000m2/m3。由中空纤维和膜外壳两个片面构成,遵照进水办法的分别又能够将其分为内压式和外压式(图8)。

  因为中空纤维式膜组件的填装密度很大,运转一段年华后,需求对膜组件实行洗刷时的难度较大,酿成的膜污染也较高。然而,兴办价值比平板式和卷式膜组件低。杨大春[23]等人用水力学形式对中空纤维式膜组件实行优化,提出了正在实践经济前提首肯的情景下,该当尽量减小膜的长度。中空纤维式膜组件正在实践室中如图9所示。

  中空纤维超滤膜是超滤膜的一种,正在少许情景下,常例的过滤兴办不行知足所需的央求,时时行使超滤膜照料。超滤膜是最早开垦的一种高分子滤膜之一,是一种动态的照料经过。中空纤维超滤膜是超滤膜的一种,正在中邦被通常行使于矿泉水的出产、反渗出兴办的预照料、海水净化等,还能够有用去除水中的细菌和胶体杂质[24]。其管事道理图如图10所示。

  膜技能正在目前水照料范畴起着弗成取代的效率,也是一种分别于古板污水照料工艺的新思绪。与古板的生物照料形式比拟,其具有操作浅易、占地面积小、合用于众种工业废水照料、能耗低等上风。将膜技能与其他水照料形式相团结,能够有用地使照料后的水质抵达相闭行业圭臬[12]。无论正在给水照料依然工业、生涯废水照料经过,均可行使。

  看待含油废水的照料,往往需求较高的预照料,这也是实践行使经过中的困穷之一。别的,实践工程行使经过中,还存正在着滤膜需求按期洗刷,膜通量较低等题目,这些题目会影响出水水质,乃至使得出水水质恶化,悬浮物含量填充,对咱们的照料极其倒霉。别的,还应巩固出产商、企业和斟酌所的闭联,联合办理少许技能困难,这些都是将来斟酌和生长的重心。

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