浅谈有机金属膜分离工艺处理含油污水方法

沈忠良

（山东省核工业二七三地质大队，山东 烟台 265307）

在技术发展下，膜分离技术发挥了重要的作用，可在食品生产、电子工业及化学工业等领域中应用，其中包括了有机膜与无机膜，而传统的技术应用中膜容易受到温度及压力等条件的影响，这使其难以发挥出分离作用。在分离工艺中对于含油污水的处理要求比较高，为了使处理效果得到保障，需要合理应用膜分离技术。当前有机金属膜分离技术作为一种新的技术，其应用优势比较显著，为了进一步加强污水处理效果，应对该技术进行有效应用及改善，为污水处理提供良好的条件。

1 含油污水处理的重要性

在工业生产领域的快速发展下，石油化工工业中含油废水排放量增多，这对环境产生了不良的影响。一般含油废水主要来自于金属工业、纺织业、石油化工业及化学品工业、生活废水排放，在长期的作用下，生态系统会受到严重的影响，无法保证其稳定运行，对自然生态体系的整体造成了不利。由于油类物质难溶于水，在水体的表面会形成油膜，对藻类生物的光合作用产生了影响，无法保证水生动物的稳定性，对水体环境产生了污染影响，还会使水资源使用被破坏。含油废水还会污染大气，对生态环境产生威胁，对人体也造成了危害。含油废水自身具有污染性，根据我国的相关规定，其最高允许排放浓度为10mg·L-1。为了避免对生态系统产生影响，使生产企业发展能够满足环保需求，应对含油污水处理工艺进行优化，使处理的效果加强。

2 膜分离技术应用现状

膜分离技术的应用对含油污水的处理有着重要的作用，传统处理过程中可选择不同的分离技术，比如气浮、重力分离等，但是对油水乳化液处理效果不显著。膜过滤技术的应用可用于分离各种乳液，在表面活性剂稳定乳液的分离中应用有着较多的优势，分离设备简单、能耗低，可用于大规模的加工。结合膜分离技术的应用现状分析，聚偏二氟乙烯聚合物微滤膜与超滤膜在含油废水处理中有着良好的应用效果，一般多数聚合物膜有着亲油性，会造成膜污染问题，使通量降低速度加快。通过对膜抗污染性的了解可知，常见的方法是与亲水性组分共混或者表面改性。在相变中可将亲水组分与高分子载体共混，使其发挥出有效的作用。共混可使膜的渗透性及抗污染性加强，聚合物膜自身应有较强的亲水性，避免油滴在膜的表面上凝结。有机金属超滤膜能够耐受较高的石油类物质，自身的性能良好，在处理过程中有着抗污堵的作用。

3 多孔金属基体制备工艺

在金属基体制备中也能够考虑达到渗透通量及选择透过性，可制作不对称的复合膜结构，在无机膜与无机陶瓷膜中这种结构的应用比较广泛，不对称复合膜中包括了2 个部分，第一是有高孔隙率、高渗透通量、大孔径的多孔基体，第二是有一定选择透过性的膜层，多孔基体可起到支撑膜层的作用，保证制成的膜自身有充足的强度。为了使多孔基体的膜层形成满足实际需求，应将基体的性能需求明确，使其发挥有效的作用。在制备中先是在金属粉体中加入粘合剂与增塑剂获得浆料，之后进行成型、经过干燥烧结之后获得多孔基体。

3.1 膜层的制备方法

金属膜层制备中可使用有机材料或者无机材料来进行，有机材料在膜层中可用于表面修饰改性及催化膜的制作之中，不同的金属可在制备中发挥相应的作用，比如膜层用金属Ag、Au 等，可满足气体分离的条件需求，需要根据实际情况选择适合的方法来制备。也可使用TiO2、SiO2来制备，使膜层的性能达到实际要求，制作金属-陶瓷复合膜。为了使膜层制备工艺的实施效果得到保障，应合理选择工艺手段，当前主要采用溶胶及凝胶法、水热法，可根据实际需求来应用。

3.2 溶胶—凝胶法的应用原理及制备方法

溶胶及凝胶工艺在制备中要求进行金属醇盐水解处理，得到无机金属氧化物，也可选择砌体的方式来获得所需的产物，可详细对该工艺应用过程进行分析。通过对溶胶—凝胶法的分类，其中包括胶体及聚合2种形式，两者的应用存在一定的差异，在制备中需根据制备要求来选择。胶体形式应用中应使金属醇盐先进行水解，之后将金属氢氧化物得到沉淀处理，并且使用酸性物质来使其发生反应，得到无机的金属氧化物溶胶物质，再经过处理后获得最终的产物。聚合形式在应用中需要对水量进行控制，并且将OH 基引入使其产生反应，可得到聚合物溶胶物质，经过处理后也可得到凝胶产物。在制备工艺中可根据其特点及要求来对过程进行控制，使用溶胶—凝胶法来制备膜液时，凝胶形成条件会影响制膜液的性能，在凝胶形成过程中需要考虑到醇及水用量、抑制剂用量等关键因素，由于金属醇盐自身的性质影响着溶解效果，需要借助其他物质来发挥助溶作用，为符合实际情况，应避免添加过多而造成水解延长的问题，使醇盐浓度得到合理控制，防止出现粒子聚集的情况造成沉淀现象。在加水量控制过程中，需要根据水和醇盐的物质量来确定，选择胶溶方法时，应保证水用量充足，而应用聚合方式需要严格控制好水的用量，可根据制备中各材料的用量公式来计算，以TiO2为例，V=200-300，聚合法V ≤4，水的用量会对制备效果产生直接的影响，应考虑到其使用要求。在胶溶方法应用中需要使用解胶剂来处理金属氢氧化物，可使沉淀分散成粒子，得到金属氧化物或水合氧化物溶胶。

4 有机金属膜对含油污水处理的试验

对有机金属膜进行现场试验，明确在含油污水处理中的使用效果，按照石油类、SS 的质量浓度分别不超过20mg/L 和50mg/L 的标准进行分析，将工艺条件明确。应用该技术可使含油污水的过滤效果加强，并且使出水稳定达到标准，可用于对二次污染及使用空间有着较高要求的含油污水处理中。

4.1 试验条件

4.1.1 试验用水

在试验中使用的含油污水来源于某企业的污水均质罐，石油类为103~317mg/L，SS 为125~780mg/L，COD为450~1700mg/L，TOC 为140~470mg/L。通过对水质情况的分析可知石油类污染物质及悬浮物质的浓度比较高，对后续生化处理系统有着一定的影响，还会使外排污水达不到实际的要求。

4.1.2 试验装置

可借助自动化装置来进行试验，使试验的效果符合实际要求，减少其他因素带来的影响，需要应用的主要有过滤用设备、供电设施及反洗装置等。使用的设备主要有袋式过滤器、电加热器、加药泵、加药箱、卷式超滤膜、超滤供水泵、反洗水泵、排泥泵、油水分离器。

4.2 处理流程

含油污水膜分离试验中先进行隔油沉淀处理，之后进行保安过滤，再进行有机金属超滤膜过滤，浓水再返回隔油池，经过过滤后进行有机金属膜反洗，使其中的污染物被去除。详细流程中先使含油污水流入到隔油池，使存在密度差的非乳化油相、污水分离，并且使固体沉淀，密度在两者之间的水排出池外。在分离后将得到的水经过泵加压进入过滤器，将粒径超出了300μm 的悬浮物过滤，使其中的不符合排放要求的物质被排除。在过滤环节中可进行分成2 部分，进水一部分在过滤处理后成为产水排出，其余部分在膜进水侧循环流动，浓水回到隔油池中再次进行过滤处理，并且对有机金属膜反洗，将污染物去除。

4.3 试验方法

4.3.1 通量选择与稳定运行

分别选择不同的膜通量，以30L/(m2·h)、40L/(m2·h)、50L/(m2·h)为试验条件，分别使其稳定运行一定时间，并且将进水及产水的压力数值明确，根据数据结果来获得跨膜压差，作为其中的参考依据，还需将石油类、SS 含量数值明确。

4.3.2 污堵物分析及清洗工艺试验

在试验中需要对膜表面累积污染物进行形貌及组分分析，对其中引起膜污堵的物质进行明确。应考虑到堵塞带来的影响，避免膜的使用效果减弱，可使用化学强反冲洗及在线清洗工艺来进行有机金属膜清洗处理。由于2种清洗方式存在着一定不同，应根据使用的要求来处理，使其符合试验的标准，对清洗的温度及周期进行明确。

4.4 分析方法

在污水中石油类污染物的浓度测定可根据水质石油类测定红外分光光度法规定来进行，对SS 测定可根据悬浮物质测定方法的要求来进行，并且使用精确度比较高的设备来对膜的表面情况进行观察分析。可利用能谱仪设备根据各组的情况进行组分分析，以保证分析的规范性，使结果更加准确可靠，为试验结果的分析提供完善的参考依据。

5 试验结果及讨论

5.1 有机金属膜分离工艺处理含油污水的可行性

应以有机金属超滤膜的使用需求为参考来进行膜的制备，考虑到其结构特点，使孔径得到合理控制。可借助微孔形式来形成相应的膜结构，并且使孔隙度符合过滤使用要求，保证膜通量的合理性。该膜分离技术应用中，油-水界面接触角为20°，有着显著的亲水疏油特点，在进行处理的过程中具备不易被污染的优势，也可满足清洗需求，为污水处理提供支持。在污水处理中污水进入分离器中后，对膜前压力进行控制，可使膜通量达到处理要求。比如使用有机金属膜分离工艺时，经过试验的结果进行分析可知一般压力为0.2MPa 时，膜通量可达到87L/（m2·h），水质数据如表所示。通过对结果的分析可知，有机金属超滤膜在膜通量、除油效果方面有着较好的作用，可满足污水预处理需求。

表1 有机金属膜分离器出水水质

5.2 有机金属膜分离工艺运行及处理效果

5.2.1 不同通量条件下有机金属膜分离工艺运行情况

在通量为30L/（m2·h）的条件下，运行压力会在时间变化下产生变化，呈现出进水压力上升的趋势，速度比较缓慢，跨膜压差也有所增加，仅在0.045MPa 上下变化。因此，在不进行化学清洗的情况下，有机金属膜分离器连续20d 稳定地运行，产水流量约为1m3/h。

在通量40L/（m2·h）条件下，运行时间增加，进水压力会呈现一定周期的上升变化趋势，跨膜压差从0.02MPa 升至约0.2MPa。在该过程中大约每隔2d 进行1 次清洗，跨膜压差降低了40%~55%，在跨膜压差升到了0.2MPa 时进行CIP 清洗，跨膜压差降低效果比较显著。因此，使用化学强化反冲洗与在线清洗的方式可使金属膜的运行更加稳定，产水流量约为1.5m3/h。在通量为50L/（m2·h）的条件下，有机金属膜分离器的运行压力随着时间的增加而呈现出一定周期的上升趋势，跨膜压差从0.03MPa 升至约0.3MPa，在该过程中每隔1~2d 进行1 次化学强化反冲洗，跨膜压差降低约10%~15%。在跨膜压差升到了0.3MPa 后进行在线清洗，跨膜压差得到了显著降低。因此，使用使用化学强化反冲洗与在线清洗的方式可使有机金属膜系统的运行效果得到保障，产水流量约为1.8m3/h。经过对结果的分析可知在通量为30、40、50L/（m2·h）的条件下，有机金属膜的平均水回收率分别为78%、72%、75%。在浓水不外排的假设下，回流到膜前重新处理，系统的水回收率不低于90%。对于错流循环的模式，在通量为40L/（m2·h）时，调整循环流量为20、25、30m3/h，测定运行中跨膜压差的变化情况，可获得不同循环流量情况下跨膜压差的升高速率。在25m3/h 降低到20m3/h 的情况下，跨膜压差的升高速率从0.018MPa/d 变大到0.036MPa/d，表面污染物累积速度变快。为了使膜表面的错流流速符合要求，保证系统的稳定性，减少能耗，应使循环流量约在25m3/h，流速为1.3m/s。

5.2.2 不同通量条件下石油类污染物的去除效果

在通量不同的情况下，进出水中石油类污染物的质量浓度会随着时间而产生变化，在30、40、50L/（m2·h）通量条件下，含油污水经过有机金属膜分离工艺处理之后石油类污染物的平均去除率可达到92.0%、92.6%和92.6%，产水石油类污染物的质量浓度为10.5、10.2、11.8mg/L，可满足气浮出水水质的需求，经过对标准的比较，符合浓度标准要求。

5.2.3 不同通量条件下悬浮物的去除效果

在通量不同的条件下，SS 随着运行时间的变化而产生变化，在30、40、50L/（m2·h）通量条件下，含油污水在有机金属膜的分离处理后其中的SS 的平均去除率为93.2%、94.3%、91.4%，产水平均SS 为17.0、18.0、19.2mg/L，经过分析符合气浮出水水质要求。因此，采用该技术进行含油污水处理可达到实际的要求，去除率可超过90%，其中石油类及SS 浓度可控制在标准范围之内，可避免二次污染问题的产生，实现处理目标。

6 结语

工业生产企业中排出的污水中含有石油等物质，在处理上对技术提出了要求，使用膜分离技术可发挥有效的作用，但是对技术应用也提出了不同的要求。为了满足含油污水处理需求，避免二次污染问题的产生，可借助有机金属膜技术来进行处理。通过对试验条件、处理流程、试验方法、分析方法的明确，对该技术的应用效果进行分析，根据有机金属膜分离工艺处理含油污水的可行性及运行、处理效果分析可知，有机金属膜分离技术可发挥出有效的作用。