油水分离膜性能比较

李莹 胡协胜

一、油水分离处理方法及排放指标

含油水体的来源很广，主要来源于石油开采加工、石油化工、冶金、机械工业、纺织、食品加工工业及海上运输业等，主要成分包括：轻碳氢化合物、重碳氢化合物、燃油、焦油、润滑油、脂肪油、蜡油脂、皂类等。众多的含油废水源导致了污水的种类和性质非常繁杂。早在20世纪80年代，含油废水所引起的环境污染的严重性就受到了人们的高度关注。在这种情况下，与此相关联的各种处理技术也得到发展。

二、油水分离膜和油水分离试验

（一）油水分离膜

含有废水中的油的存在形态：浮油，油的粒径大于150um；分散油，油的粒径在20～150um之间；乳化油，油的粒径小于20um；溶解油，油的粒径小于几微米。膜分离技术主要用于分离稳定的乳化油。

常用于油水分离的微滤膜和超滤膜的分离机理一般以筛分原理为主，油粒的分离主要取决于膜孔径的大小。目前常见的油水分离膜按材质分类，主要有有机膜和陶瓷膜。

（二）油水分离试验

为比较陶瓷膜和净源PTFE膜在油水分离试验中的性能，浙江绿韵环保科技有限公司取某公司的含油废水进行实验。

1.原水水质

本试验用的原水水质如下：

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

2.试验工艺

PTFE膜系统和陶瓷膜系统的工艺流程如图1所示：

3.试验装置主要配置

净源芳纶支撑型PTFE中空纤维膜与陶瓷膜试验装置及主要设备参数如下：

PTFE实验装置说明：

1，设计处理规模：10m3/h；

2.膜装置，膜型式为帘式膜，膜面积为370m2，膜孔径为20-30nm；

3，运行方式为：抽吸；间歇产水，间歇曝气，自带曝气装置，全自动运行；

4，设计通量为30L/m2*h；

陶瓷膜实验装置说明：

1，设计处理规模：10m3/h；

2，膜装置：膜型式为管式膜，膜面积为167m2，膜孔径为2-50nm；

3，运行方式为：循环泵不断循环，连续运行；

4，设计通量为60L/m2*h；

4.膜系统流程比较

陶瓷膜系统的流程是：将原水由进水泵打入膜组件内，经膜分离后净水流入净水箱，浓水循环回流入原水箱内。膜组件间歇式运行，定时反冲洗。反冲洗时，溶气罐从净水箱中吸入清水，在空压机的高压气体作用下，溶汽水冲刷膜组件内表面。

帘式中空纤维PTFE膜系统的流程则是：PTFE膜浸没在膜池内，原水没过膜架顶端50cm以上，通过泵抽吸膜组件出水。膜组件间歇式运行，定时反洗和曝气反洗。反冲时由反洗泵将洁净的出水再注回膜丝进行清洗。

两个膜系统的原理相似，但是在实际运行过程中，中空纤维PTFE膜系统的操作要比陶瓷膜系统来得简便。

5.通量衰减问题

中试试验发现，陶瓷膜的通量跟过程的反冲洗时间间隔关系很大。若过程无反冲，陶瓷膜经过6～7h的运行之后，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运行初期，表面粗糙，孔隙率高，因此吸附性强，膜表面、膜孔内很快就附着了原水中大量悬浮颗粒、胶体粒子、溶质分子等，使部分膜孔堵塞，膜表面形成沉积层，增大了膜分离阻力，從而使膜通量急剧下降。之后，由于浓差极化的影响，沉积层逐渐增厚压实，膜通量不断下降。试验通过设置不同的反冲洗周期间隔，考察发现，反冲洗周期为20、30min或更长时，膜通量衰减极快，根本无法适用于实际工程应用。通常情况下，每5. l0min即需要进行反冲洗。

在试验中，虽然每次反冲洗后膜通量会有所回升，但是总的衰减趋势不会改变。而且反冲洗的间隔时间越长，通量衰减越厉害。最终能够稳定的通量值约为60LMH，膜压5～8bar。

PTFE膜系统的运行，执行实际工程经验参数，通量保持30LMH，膜压1～2bar。

6.化学清洗比较

陶瓷膜的化学清洗药剂种类通常选用HC1、NaOH、NaC10以及LuNO3，药剂浓度比较高，通常HC1的浓度为5～8%，NaOH的浓度为3～5%，NaC1O的浓度为0.3～0.5%，HNO3的浓度为1～3%。通常情况，应根据实际进行酸洗、碱洗、氧化剂清洗的组合，可对陶瓷膜通量恢复有比较好的效果。试验发现，使用HNO3进行清洗的效果最好，HNO3既是强酸，又是强氧化剂，可以同时去除无机污染物和有机污染物。但由于HNO3腐蚀性强，特别容易造成装置的各连接部位生锈等现象，并不适合长期使用。

PTFE膜的化学清洗种类以柠檬酸、NaOH和NaC1O为主，柠檬酸的浓度为0.5～2%，NaOH的浓度为0.01～0.2%，NaC1O的浓度为0.1～0.2%。

7.数据分析

（1） PTFE膜装置的去油率

用红外光度法来测试水中的油份含量，试验的具体数据如表1所示：

从表1可以看出，含油废水中进水含油量波动范围较小：在40～50mg/L，出水含油量在5～15mg几之间，含油量去除率70%～90%，去除效果明显。

（2）陶瓷膜装置进水含油量与产水含油量

由于是平行实验，装置的进水含油量都是一样的，具体数据如表2所示：

由试验得到的数据，该陶瓷膜对含油量去除率在40%～70%，去除效果相对PTFE中空膜略低。

8.小结

（1）通过试验比较证明，用膜来进行含油废水的深度处理是可行的。

（2）通过各项出水数据的比较，PTFE膜的通量、含油量去除以及单位产水量的药耗，明显优于陶瓷膜的表现，尤其是膜的出水通量稳定性方面。

（3）废水中的油含量越高，膜的除油效率越高。

（4）同等条件下，水通量陶瓷膜比PTFE帘式膜高一倍左右；需求膜面积少，但陶瓷膜单价高，整体建设费用是PTFE膜的三倍左右。

（5）占地面积陶瓷膜略高，运行成本偏贵，是PTFE帘式膜的5-8倍：

说明：1.吨水造价仅计算膜部分，其他设备费用建设暂未计算，但陶瓷膜因为大流速冲刷膜表面，故所选泵远远大于PTFE膜，其他配套配件成本均大于PTFE膜；

2.运行成本仅计算循环泵（陶瓷膜）跟自吸泵（PTFE膜）的运行成本，其他药剂泵，反洗泵，清洗泵等未计算；

3.以上所列数据，仅供参考，实际工程，以实际为主。