旋转错流式膜反应器处理船舶含油污水研究

徐　曼，耿安朝

(上海海事大学海洋科学与工程学院，上海　201306)



旋转错流式膜反应器处理船舶含油污水研究

徐曼，耿安朝

(上海海事大学海洋科学与工程学院，上海201306)

某船舶污水处理厂经简单隔油后的船舶含油废水，通过旋转错流式超滤膜分离一体化设备进行深度处理，对旋转错流式膜技术在实际船舶含油废水处理的应用进行了研究。结果表明系统稳定后，当PAC用量为300 mg/L、PAM用量为0.5 mg/L、预混凝时间为20 min时，旋转式超滤膜分离一体化设备对含油污水的COD去除率达到91.12%。该旋转错流式超滤膜一体化设备适合处理船舶含油废水。

船舶含油废水；旋转错流式；膜分离技术

船舶洗舱水是一种常见的工业废水，随着港口运输业的发展，船舶洗舱水的排放量在船舶含油废水中占据一定比例，对环境的污染日趋严重。船舶洗舱水处理技术是防止水资源污染的一项重要技术[1]。

课题组采用的旋转错流式超滤膜设备，膜组件旋转运行形成主动错流式过滤，能耗低，操作方便。本研究的主要目的是用混凝法进行预处理，经过一系列高级氧化反应后，形成旋转错流式超滤一体化设备，同时考察该一体化设备处理船舶含油废水的效果[2-4]。

1　实　验

1.1实验药品与仪器

超滤膜：德国迈纳德PES膜片，平均孔径孔径0.04μM，单片膜有效面积0.065 m2；旋转式超滤膜分离一体化设备，苏州膜海分离技术有限公司；HACH分光光度计DR900；HACH预制试剂；美国哈希。

聚合氯化铝；聚丙烯酰胺(分析纯)，天津市大茂化学试剂；双氧水(分析纯)，无锡市晶科化工有限公司；七水硫酸亚铁(分析纯)，天津市百世化工有限公司；硫酸(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钠(分析纯)；次氯酸钠(化学纯)，无锡市展望化工试剂有限公司。

1.2测定方法

COD：GB/T 1914。

1.3小试实验

到船舶污水处理厂取样，经检测COD在4000 mg/L以上，水体呈黑灰色浑浊液体，有恶臭味。实验中系统的考察了旋转错流式超滤一体化膜设备处理船舶含油废水所需的最佳实验条件。

1.4工业化实验

应用于船舶污水厂的旋转错流式超滤膜设备主要由超滤膜池、紫外消毒装置组成。超滤膜池内设置旋转错流式膜组件和驱动电机。旋转错流式膜组件通过电机的驱动实现旋转，为非静态膜组件[5]。整套装置采用PLC控制，可全自动运行，也可调至手动挡控制[6]。

对设备和膜片注入清水，经过半个月每天空转1 h进行清洗。注入船舶含油废水现场调试，考察设备的运行情况和出水水质。

2　结果与讨论

2.1混凝组合工艺除COD效果

2.1.1投加PAC对COD值的影响

为考察混凝剂PAC对COD的去除效果和最佳投加量，选取7组水样做PAC投加量不同的混凝试验，快转2 min，慢转20 min，结果如图1所示。

图1　PAC投加量对COD的去除效果

由图1可知，PAC的投加量在0～400 mg/L时，对COD的去除效率较高，继续增加药量，COD下降的趋势越缓慢，根据经济原则，确定最佳投加量为300 mg/L。

2.1.2复投PAM对COD值的影响

在上述实验的基础上，研究复投PAM对除COD效果是否有影响，选取6组水样，PAC以300 mg/L的投加量，快转2 min，慢转20 min，结果如图2所示。

图2　复投PAM对COD的去除效果

由图2可知PAM的投加量在0.5 mg/L的时候出现了拐点，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，形成的矾花明显变大，矾花的沉降速度加快。PAM投加量为0.5 mg/L时，COD的去除效果最好，继续增加投加量，COD则反弹。

2.2芬顿+紫外催化实验

2.2.1FeSO4·7H2O对Fenton氧化处理效果的影响

经过预混凝实验后，将pH调整至3，在H2O2投加量为15mL/L，一根11 W的紫外灯管照射，反应时间30 min的条件下，依次调节FeSO4·7H2O投加量，其结果如图3所示。

图3　FeSO4?7H2O投加量除COD的效果

由图3可以看出，在Fenton试剂的反应过程中，Fe2+作为催化剂是催化产生·OH的必要条件，H2O2与Fe2+的摩尔比值为3:1时，去除效果较好。

2.2.2H2O2投加量对Fenton氧化处理效果的影响

将pH调整至3，在FeSO4·7H2O投加量为15 g/L，一根11 W的紫外灯管照射，反应时间30 min的条件下，依次调节H2O2的投加量，其结果如图4所示。

图4　H2O2投加量对COD浓度的影响

实验中出现COD值先升后降，H2O2与Fe2+的摩尔比值为3:1左右处理效果较好。

通过Fenton两个实验，根据水样达标排放标准和经济环保原则，选取H2O2的投加量为12.5mL/L，FeSO4·7H2O的投加量为10 g/L。

2.3NaClO实验

Fenton氧化实验后，通过观察加NaClO溶液反应后去除COD的效果[7]，结果如图5所示。

图5　NaClO溶液浓度对COD浓度的影响

由图5可知，加入NaClO溶液的上清液，水样中的颜色会变透明，而且NaClO溶液投加量越多，上清液越清澈透亮，加入少量NaClO溶液时，COD的浓度不降反升，投加量增多后，COD的浓度下降。从经济角度来看，NaClO溶液的投加量为2.0%浓度。

整理图1～图5，得到表1，COD去除率可达80.74%[8]。

表1　最佳实验条件

注：H2SO4质量分数为98%；H2O2质量分数为30%。

2.4超滤实验

船舶含油废水经预处理后，采用超滤膜进行无压过滤，测得COD为367mg/L，膜截留作用对COD的去除率为46.11%，为总去除率的10.38%，COD去除率可达91.12%。

2.5工业化实验

工业化实验过程中，废水经过前期工厂处理后，水质各项指标明显下降，对经过旋转错流式膜反应器处理后的船舶含油废水处理项目进行取样检测，结果见表2。

旋转错流式膜反应器处理系统经初期半个月的调试之后稳定运行，对废水的处理效果良好。出水达到DB 31/445-2009 《污水排入城镇下水道水质标准》。

经过旋转错流式膜反应设备处理后的出水水质澄清透明，无难闻气味。最终出水水样经过24 h沉淀后，有轻微泛黄。

表2　检测数据

注：排放标准DB 31/445-2009 《污水排入城镇下水道水质标准》。

3　结　论

小试和中试实验结果均表明，旋转错流式超滤膜分离一体化设备在处理船舶含油废水时，出水水质能达到地方排放标准，处理效果好，操作简单方便，设备占地面积小，膜组件清洗频率低，适宜在同类废水工程中推广应用。

[1]丁慧.絮凝一超滤组合工艺处理油田污水研究[J].油田化学,2013,30(2):272-279.

[2]麦均生,汪晓军,李立.混凝-臭氧-曝气生物滤池处理港口洗舱废水的中试研究[J].海洋环境科学,2009,28(3):297-300.

[3]龙冬清,景正栋,何田妹.隔油-破乳-Fenton 氧化-混凝工艺处理高浓度乳化液废水[J].江西理工大学学报,2014,35(3):18-22.

[4]耿安朝,王锐,廖德祥,等.主动错流式膜分离设备的研制[J].水处理技术,2013,39(10):122-127

[5]潘振江,高学理,祝威,等.聚醚砜超滤膜处理油田采出水试验研究[J].膜科学与技术,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]张胜利,刘丹,曹臣.次氯酸钠氧化脱除废水中氨氮的研究[J].工业用水与废水,2009,40(3):23-26.

[8]王汉道,冯振杰,赵娜.Fenton 法-聚合氯化铝预处理高浓度乳化液废水[J].生态环境学报,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，硕士研究生，研究方向为交通工程环境管理。

耿安朝，教授。

X52

A

1001-9677(2016)011-0106-03