李慧子，李慧卓，王良武

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

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高乳化油污水分離試驗

李慧子，李慧卓，王良武

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

摘要：通過改變透析膜孔徑和原液溫度，分析兩者對高乳化油分離的影響規(guī)律，找出對試驗效果最好的透析膜以及透析膜工作溫度的臨界值。當透析膜孔徑為0.45 μm時，處理量最大；當溫度為60 ℃，透析膜透水量最大，含油量最小，此時是高乳化油分離的最好時期。

關鍵詞：高乳化油污水；分離；廢水處理方法

隨著艦船裝備發(fā)展需要，基于蒸汽動力的機械運動部件產(chǎn)生的油污水呈現(xiàn)出高乳化的趨勢，特別是經(jīng)蒸汽高溫、高壓作用的機械運動部件產(chǎn)生的潤滑油污水更具有高溫、高含油及高乳化程度等特征。相比傳統(tǒng)艦船艙底油污水，具有污染危害大、分離難度高等特點，不僅會危害海洋環(huán)境，也會對艦船自身行動的隱蔽性造成影響(排放的乳化液/塊會暴露艦船信息，對艦船帶來潛在危害)。為提高艦船油污水、特別是高乳化程度油污水處理的技術水平和相關設備的配套能力，有必要對高乳化油處理技術開展深入研究。為此，建立可行的高乳化油污水處理技術方案，以期解決基于蒸汽動力機械運動部件產(chǎn)生的高乳化油處理問題，并通過試驗來驗證技術方案的可行性。通過進一步分析影響高乳化油污水實際處理效能的要素，優(yōu)化技術方案，為將技術方案轉(zhuǎn)化為適用于艦船的高乳化油污水處理設備以及裝備上艦提供技術支撐。

1高乳化油污水分離的方法

含油廢水處理方法較多，各有優(yōu)缺點，但因含油廢水成分比較復雜，油分含量及其水中存在形式不同，且多數(shù)情況下常與其他廢水相混合。因此在實際處理過程中，應根據(jù)具體的水質(zhì)情況確定相應的處理工藝，各類處理工藝使用范圍及優(yōu)缺點見表1[1]。

由表1可見，吸附、過濾和膜隔離等方法[2]均易引起堵塞，現(xiàn)場操作難度大；空氣浮選、吸附及凝聚等方法需加投大量藥劑；而活性污泥、生物濾池和超聲波法又造價太高，只適于少量含油水的處理；因此，過濾、吸附、生物濾池等方法在低溫水處理上均不太適用。對于煉油、焦化、鋼鐵等行業(yè)的含油水，因其處理量大且含油濃度較高等原因，一般都采用重力分離→浮選→生化處理等多級處理工藝，這種流程應用了30多年，優(yōu)點是為同行技術人員和操作工人熟悉，缺點是投資較大、占地多、操作彈性小、油資源難于回收、容易造成二次污染。

目前，在我國研制的各類船舶上所采用的油污水處理裝置大多采用重力分離加膜隔離的技術對乳化油進行深化處理，國外許多艙底水處理設備亦是以膜隔離作為核心處理系統(tǒng)，例如美國海軍開發(fā)的橫流薄膜處理系統(tǒng)，德國DVZ-SERVICES公司開發(fā)的PCM系列裝置。結(jié)合艦船實際使用空間、時間限制，并考慮到傳統(tǒng)膜分離技術在乳化油污水、特別是高乳化油污水處理方面存在易堵塞、難清洗等缺陷，本文擬以新型親水透析膜為核心開展乳化油污水的分離試驗。

2高乳化油污水分離技術原理

本次高乳化油污水分離技術試驗采用親水材料制成的透析膜制成的透析裝置來分離乳化油。當乳化油污水計入透析裝置以一定的壓力使油包水液分子基團通過透析膜使得分子集團所承受壓力升高，當壓力超過其表面張力時，其表面的油膜就會破裂而形成更加細小的油滴，同時水分子被釋放出來，達到破乳目的。需要說明的是，親水型透析膜在油水分離過程中是讓液體通過而不是攔截，從而可以盡可能減少傳統(tǒng)透析膜過濾油污水時依靠攔截進行過濾而形成的油污堵塞，進而增加透析膜使用壽命和反沖洗頻率。

表1　乳化油污水主要處理方法比較

透析裝置，由下封頭座、透析裝置本體與上封頭連接成整體，其特征是透析膜與花盤螺紋連接成整體，通過耐油橡膠墊片與上封頭緊密連接，上封頭設有2個電極，通過長短2個電極控制透析裝置本體內(nèi)水和輕微浮油的排放，見圖1。

透析裝置本體內(nèi)設有泄壓出油口，當水和乳化油被透析裝置分離，大量乳化油聚集在透析裝置之外，可以排出。下封頭底部設有放泄口，當透析裝置需更換或清洗時，可以通過底部放泄旋塞將透析裝置本體內(nèi)液體排盡。

為試驗對乳化油污水的有效分離，經(jīng)透析裝置破乳分離的乳化油進入聚凝器，將細小油粒聚結(jié)長大浮出水面實現(xiàn)達標排放分離。

圖1　透析裝置結(jié)構示意

3試驗

圖2　高乳化油污水快速分離試驗臺架原理示意

如圖2所示，高乳化污水分離試驗過程設置有制備實驗用乳化油污水的化油調(diào)制裝置(含加熱器、溫度計、攪拌泵等)及船用重油、柴油、液壓油、潤滑油等原材料，分離乳化油試驗用的乳化油污水分離樣機(含各類孔徑透析膜)，開展乳化油污水分離效果測試的乳化油檢測儀、15 mg/L油分檢測儀1等。

經(jīng)調(diào)制的乳化油污水試驗樣品通過經(jīng)過乳化油檢測儀[3]確定為試驗所需濃度后，由柱塞泵將乳化油泵入乳化油污水分離樣機，乳化油經(jīng)過膜后，分離出來的乳化油上浮至裝置頂部，檢測電極控制電磁閥的開關，保證乳化油排放至廢油接收柜。透過膜的達標水中有部分被水流沖過乳化油處理樣機，在樣機后方設置聚凝器，以攔截浮油。

3.1透析膜孔徑對高乳化油污水分離的影響

根據(jù)以往分別將0.1、0.2和0.45 μm的改性不對稱膜裝入樣機，使原液10 000 mg/L的乳化油污水進入樣機，觀察出水的油濃度≤100 mg/L，選擇處理量更大的膜。見圖3。

圖3　不同孔徑的膜在不同溫度下對達標水含油量的影響

由圖3可見，在相同溫度情況下，0.45 μm的透析膜處理量是最大的，故選擇0.45 μm透析膜[4-5]進行下一步的實驗。

3.2溫度對高乳化油污水分離的影響

選取0.45 μm透析膜，對乳化油原液進行溫度改變，將原液溫度從25～80 ℃，每隔10 ℃做一組試驗，記錄出水水質(zhì)和處理量的變化；在出水油濃度≤100 mg/L的情況下，選擇處理量最大的那組溫度。

由表2可見，隨著溫度的升高初期透析膜透水率隨著工作溫度的升高而緩慢上升，含油量在減少，這是由于隨著工作溫度的上升，降低了液體粘度，提高了液體的傳質(zhì)效率。但隨著溫度繼續(xù)上升，濃差極化現(xiàn)象開始出現(xiàn)，凝膠層阻力的產(chǎn)生開始阻礙透析膜的透水率，透析膜的透水性逐漸減小，含油量又在升高，本試驗可做破壞性試驗檢測出透析膜工作溫度的臨界值。

表2　不同溫度時所對應的達標排放水的含油量變化

4結(jié)論

對高乳化油分離技術進行試驗研究，根據(jù)以往的設計經(jīng)驗，改變透析膜孔徑和溫度研究其對高乳化油分離的影響規(guī)律，找出了試驗效果最好的透析膜以及透析膜工作溫度的臨界值，得出的結(jié)論是：當透析膜孔徑為0.45 μm時，處理量是最大的；當溫度為60 ℃，透析膜透水量最大，含油量最小，此時是高乳化油分離的最好時期。

參考文獻

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[2] 于婷，孫志娟.電催化法處理乳化油污水工藝及機理探討[J].化學工程與裝備，2011(1)：184-187.

[3] 承雪航.含乳化油冷軋廢水處理的試驗研究[D].上海：上海交通大學環(huán)境科學與工程學院，2009：3-10.

[4] 王蘭娟，張才菁.含乳化油污水的超濾膜分離模型[J]. 石油大學學報(自然科學版)，1998(3)：79-81.

[5] 劉喜元.船舶污水處理系統(tǒng)的技術方案[J].中國艦船研究,2006,1(5/6):54-56.

Experimental Study on Sewage Separation Technology of the High Emulsified Oil

LI Hui-zi, LI Hui-zhuo, WANG Liang-wu

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Abstract:Experiments have been carried out to study the high emulsified oil sewage separation technology. The influence of dialysis membrane bore and liquid temperature upon the sewage separation for high emulsified oil is analyzed, so as to find out the best dialysis membrane bore and critical temperature. When dialysis membrane bore is 0.45μm, the handling capacity reaches maximum; when the temperature is 60℃, the water volume of dialysis membrane is the most with minimal oil contents, this moment is the best time of high emulsified oil sewage separation.

Key words:high emulsified oil sewage; separation; waste water disposal method

中圖分類號：U664.9

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2016)02-0082-04

第一作者簡介：李慧子(1985-)，女，碩士，工程師E-mail:piter102@163.com

基金項目：國家部委基金資助項目

收稿日期：2016-01-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.02.022

修回日期：2016-01-21

研究方向:船舶保障系統(tǒng)