平板陶瓷膜对于铁路车辆段废水处理效果的研究

俞科成， 郑爽英

(西南交通大学, 四川成都 610031)

铁路车辆段是车辆的停放、检修及保养的综合性维修基地，担负着各工艺设备的维修、检测、管理工作。随着对环保问题的日益重视，依据国家相关法律法规地铁车辆段的污水必须经过处理才能排放至就近的市政污水管网或河涌。铁路车辆段的生产废水中含有大量的油污，含油污水的处理是车辆段污水处理的一个要点，处理中首先需要进行油水分离[1]。陶瓷膜是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜，呈管状及多通道状，管壁密布微孔。陶瓷膜以微滤基本原理为基础，采用“错流”过滤方式[2]。陶瓷膜目前的在油田的污水处理中已经得到了一定的应用，效果显著[3]。

本文将无机陶瓷膜应用到铁路车辆段生产废水的油水分离处理中，通过实验的方法研究陶瓷膜对铁路车辆段检修产生的生产废水的处理效果。

1 废水来源以及实验装置

本实验所用废水为成都铁路局九里堤车辆段车辆检修废水，未混合车辆段生活污水。废水原水水质如表1。

表1 原水水质 mg/L

实验装置分为水处理装置和反冲洗装置。

1.1 水处理装置

1.废水桶；2.溢流管；3.进水管；4.溢流水箱；5.溢流口；6.平板陶瓷膜；7.进水口；8.1号水泵；9.出水管；10.真空表；11.2号水泵；12.流量计图1 水处理装置示意

1.2 反冲洗装置

反冲洗装置主要部件：储水桶、自吸泵、压力表。反冲洗过程主要是将清洗液通过自吸泵注入平板陶瓷膜内部，水流由膜内渗出到膜外，达到反冲洗的目的。反冲洗装置冲洗压力设置为0.05 MPa，满足反冲洗条件(图2)。

1.自吸泵；2.压力表；3.平板陶瓷膜图2 反冲洗装置示意

2 实验相应指标试验

由于实验过程中，出水水流不稳定，水流中含有气泡，导致流量计无法准确读数。因此，在实验装置出水口接容积为1 L的量筒，通过记录处理每1 L水所需要时间来计算实验装置的出水流量。

2.1 膜通量试验

膜通量试验的主要目的是测试平板陶瓷膜在连续运行工况下其膜通道堵塞的情况以及不同膜通量条件下膜的处理效果。

膜通量试验中，水泵真空压力为0.063～0.065 MPa，实验过程中存在小范围的波动，其影响可以忽略。试验共抽取了10个水样，各水样体积为1 L，所用时间如表2。

表2 时间—膜通量

由表2数据可知，水处理装置在运行50 min之后，膜片堵塞情况已经较为严重，应当进行相应的反冲洗来确保膜片的处理效果。

对于水处理装置对于废水的处理效果，该试验检测了处理后废水的固体悬浮物SS、COD、含油量三项指标，结果如表3。

表3 膜通量试验处理效果 mg/L

由表3数据可知，该水处理装置，对于铁路车辆段含油废水的处理效果为：SS去除率为85 %左右，CDO去除率为90 %左右，含油量去除率为99.4 %；该装置的主要目的为含油量的去除，到达处理的要求。由于该装置对于COD没有设置前端处理，对于COD去除效果虽然不错，但是导致了平板陶瓷膜片过快的堵塞。

同时，试验结果表明，在平板陶瓷膜膜通量变化的情况下，对于实验装置的处理效果没有明显影响。

(1)对原始矩阵DSM和DPM/MIM分别进行预排序，使得各集合Li中的构件聚集在一起。对于图2所示的模型，若C2,C4和C5必须放置在同一模块，C6和C8必须放置在同一模块中，则一种构件序列为(C1,C3,C2,C4,C5,C6,C8,C7,C9,C10,C11)。预排序的目的是为了构造算法的搜索算子。

2.2 反冲洗试验

反冲洗实验的目的是测试膜片在反冲洗之后的处理效果。反冲洗所用液体为低浓度草酸溶液，以自吸泵注入平板陶瓷膜内部，压力为0.05 MPa，反冲洗过程中膜表面有均匀水流渗出，到达反冲洗要求。在反冲洗后，继续进行水处理试验，到膜片堵塞到一定程度后再次进行反冲洗，反复三次，以测试平板陶瓷膜在进行多次反冲洗后膜片的处理效果。

反冲洗后，膜片的膜通量变化见表4。

表4 反冲洗—膜通量

反冲洗后膜片的处理效果见表5。

表5 反冲洗试验处理效果 mg/L

由表4数据可知，反冲洗后，平板陶瓷膜的膜通量有所降低，但是影响不明显，其中存在反冲洗不能完全彻底的原因。由表5数据可知，反冲洗之后，平板陶瓷膜片对于废水的处理效果没有明显变化。

2.3 压力影响试验

压力试验的目的是测试水处理装置在不同压力工况下膜通量的变化；同时研究不同压力工况下，水处理装置对废水的处理效果。

试验装置通过改变管路气闭性的原理来调节其工作的真空压力，试验进行四组，当工作压力小于0.05 MPa时，装置出水量很小，不能达到处理所需条件，因此，在此记录前三组数据。

压力试验中，膜片的膜通量变化见表6。

表6 压力—膜通量

反冲洗后膜片的处理效果见表7。

表7 压力试验处理效果 mg/L

由表6数据可知，水处理装置在不同压力工况下运行，压力越大，其膜通量越大。由于水泵自身性能的限制，自吸泵在较好气闭环境下压力也难以超过0.08 MPa，因此建议在实际工程中，装置可依水泵最大真空压力运行，以达到较大的膜通量。

由表7数据可知，在不同压力工况下，平板陶瓷膜的处理效果没有明显的变化。

2.4 温度影响试验

温度影响试验的目的是测试水处理装置在不同温度工况下膜通量的变化；同时研究不同温度工况下，水处理装置对废水的处理效果。

在原有除处理装置的基础上加装加热设备与温度计，加热设备对废水桶与溢流水箱内的废水进行加热。试验当天室温为8 ℃，试验进行了四组试验，模拟不同环境下的温度工况，试验温度为8 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃。实验结果见表8。

表8 温度—膜通量

反冲洗后膜片的处理效果见表9。

表9 温度实验处理效果

由表8、表9可知，水处理装置对于废水的处理效果不受温度的影响。平板陶瓷膜可以适应在实际工程中温度变化所造成的影响。

3 结论

结合以上四组试验得出以下结论：

(1)平板陶瓷膜对于铁路车辆段含油废水有较好的处理效果，对于固体悬浮物有较好的去除率达到85 %，对于COD去除率达到90 %，对于油的去除率达到99 %。

(2)膜片对于COD具有较好的处理效果，但在实际应用中应在前端对废水进行相应的处理，降低废水COD含量，减小其堵塞的情况。

(3)膜片反冲洗后能达到试验刚开始的处理效果，具有较长的使用寿命。

(4)膜片的膜通量受到处理过程中真空压力的影响，压力越大，膜通量越大；装置应当做好密封处理，达到水泵所能提供的最大真空压力，从而增大膜通量，提高装置的处理效率。

(5)温度对于该平板陶瓷膜对于废水的处理效果没有直接的影响，膜片在各个季节都能正常使用。