乳化油废水的微滤

乳化油废水的微滤摘要：用亲水性聚偏二氟乙烯（PVDF）膜处理乳化油废水。

得到最大的水通量和被截流率时（阻止油滴通过膜）的最佳操作条件。

对浓度和pH值对通量和截留的影响进行了测定。

增加浓度造成的通量下降，是由于在膜表面形成了一层厚油膜。

但是增加浓度增强了截流作用。

pH值的影响是复杂的。

通过增加进料的酸度，截流作用减小。

关键词：膜，微滤，乳化油简介金属加工废水的处理涉及大量的行业和机加工车间。

冷却润滑油用于润滑和冷却各个部分。

这些油础于很容易在水中乳化的矿物油。

它们包含表面活性剂，辅助表面活性剂和各种添加剂，如防泡剂，杀菌剂等。

切削油中矿物油的浓度从1%到10％（体积）。

有必要周期性的续加的切削油和去除所用的流体。

因为这些废水含油量高，政府对其处理施加严格的规定。

处理通常包括一个将油相从水中分离的过程。

现阶段的处理方法是铝热法，铝热法需要消耗很高的热量，基于乳化液的化学不稳定性进行的物理化学处理，或者用微滤膜。

后续处理呈现出不可替代的优势，它不需要化学试剂，滤水不含油，微滤设备紧凑，并可以实现完全自动化。

在越来越多的成功处理含油废水的案例中使用了膜微滤（MF）[1-24]。

koltuniewicz等人[4]研究膜分离乳化油时用了三种类型的微滤膜。

他们在不同的压力下同时进行死端过滤和错流过滤，接下来在不同的错流速度下进行。

koltuniewicz和Field[14]研究在错流过滤时什么因素影响去除乳化油中油的进程。

他们使用了四个有机膜和无机膜来证明过流速度的影响和跨膜压对膜通量的影响。

Ueyama等人[15]研究了使用孔径为0.67微米的微孔聚氯乙烯(PTFE)平片膜处理乳化油的结果。

一批实验为了研究的变量参数，包括乳化液中油的含量，乳化液的搅拌速度和乳液相中的表面活性剂。

Cumming 等人[16]使用了带孔径为2，5，8和10μm的核孔过滤器的搅拌器，进行乳化油的微滤。

这些过滤器是由核辐射其次是化学腐蚀和从一边贯穿到过滤器另一边的气孔制造的。

在这项研究中，油滴的截流和渗透的粒径分布由跨膜压力变化从300至400千帕而定。

此外，他们还提出了一个估计截流的数学模型。

Tirmizi 等人[17]使用中空纤维膜防止油/水乳化液乳化。

他们的研究中用了疏水性和亲水性的膜。

孔隙大小为0.02 - -0.2μm的疏水性膜还进行了油质乳液和水/油/固态混合物破乳效果的实验。

Anderson 和Saw[18]使用低浓度(0.18 v / v %)乳液的棉子油水和不饱和酯微滤膜，用表面活性剂改性膜表面的性能。

康鸿等人[19]研究了含油废水的错流过滤，用带外加旋流作用的表面过滤。

这项研究，研究了流体流入量（水力工况，流体影响系统的方式）和截留率的影响。

Muller等人[22]研究了含油污水微滤过程出现的污垢类型。

根据这项研究，膜形成是主要机理。

换言之，油滴留在膜的表面，形成一个油膜。

该层油膜阻碍了水的通过。

Park等人[23]研究防止在微滤膜上形成油膜的影响因素。

Ohya等人，用乳化油研究了多孔玻璃管膜平均孔径大小对错流过滤性能的影响。

根据这个研究，过滤机制随膜孔径大小不同而变化。

微滤试验系统已经在海上石油平台和陆上设施进行了测试[25-28]。

实验结果表明，膜处理可能被成功的应用到这个领域。

膜工艺处理废水具有明显的优势，包括剩余污泥少，过滤效率好，有废水可以完全回用的可能性。

还有占地面积小，基建投资省，操作简单，当考虑到这些优势，膜技术比传统工艺更有竞争力。

在这个实验中，研究了用膜工艺将乳化油从水中去除，已经获得了膜通量和截流率的最适操作条件。

结论是浓度和pH对膜通量和截流率有影响。

了解了用微滤膜处理乳化油废水的膜污染原理。

材料和方法：微滤实验使用的错流式序批浓缩系统。

装置原理图如图1所示。

在所有实验中使用一种Millipore公司用聚偏二氟乙烯膜（PVDF）制造的GVWP商业膜。

平均细孔径为0.22μm（据制造商的膜说明书报导）的膜是具有高孔隙率（约65％）的多孔介质。

膜孔防止体积大的物体通过膜，同时高孔隙率允许水渗透过膜。

孔隙尺寸和孔隙率这两种参数体现了膜的性能。

膜组件（盛装和容纳该膜的一个容器）由有机玻璃构成。

该膜组件是横截面面积为0.99平方厘米的矩形。

膜安装在膜组件中，比19平方厘米的有效面积小。

将铝板打出3毫米的孔，用来支持膜。

用离心泵（Lowara的模型30M712）来循环和提供工作压力。

微滤实验在27◦C下进行。

图1.微滤系统原理图。

实验使用了两种含油废水。

第一种（类型A）是将Behran公司生产的乳化油扩散在水中形成的。

第二种（类型B）是从Kachiran公司收集的乳化油废水（厄尔布尔士工业城，加兹温，伊朗）。

此废水的主要特点为：pH= 8.8和油浓度为5％（重量）。

水通量和截留率是评估膜的关键指标。

水通量体现了渗透效率和产率。

用截流量来测量用膜法处理乳化油废水的效率。

截流量显示了被膜去除的油。

这两个指标显示了膜的除油能力。

通过用Mettler PJ4000电子天平来称量滤液，来衡量通量。

截留量用下式计算：截留量（％）=（1 - Cp /Cf）×100 （1）Cp指的是滤液中的油浓度Cf指的是原水中的油浓度结果与讨论：水动力参数对水通量和截流率的影响。

分别研究了两种废水中，跨膜压和过滤速度对膜通量的影响。

跨膜压对两种废水膜通量的影响效果见图二。

这些结果表明,增加跨膜压会提高膜通量。

这是预期的结果。

然而废水B的通量要比废水A的高，这种差异可能是由于油滴的变形。

废水(B)在冷却过程中已经加热了很长时间。

加热乳化油增加了单个分子在污水中的动能,造成分子间的相互碰撞更频繁。

分子碰撞剧烈有利于打破油和水的现状。

这种现象导致油滴融合,形成大的油滴。

膜表面含有大油滴的油层与小号的油滴相比产生更高的孔隙度(废水(A))。

图2：跨膜压力对废水（A）和（B）的通量影响（过流速度= 1米/秒，T=27°C 和C =5％）。

图3表示废水（A）中跨膜压对油截流的影响。

结果表明，压力越高，截流能力越低。

这可能是由于高压力作用下，少量油滴通过膜。

换言之，外加压力克服了阻止油滴过膜的毛细管压力。

图3：跨膜压力对废水（A）和（B）的截流量影响（过流速度=1米/秒，T = 27◦C 和C =5％）。

图4表示过流速度对水通量的影响。

该图显示，增加过流速度，增加的膜通量。

这种现象的原因是，膜表面的剪切力增加了。

增加剪切力，导致膜表明流体对流增强并且在膜表面少形成油层。

这两种现象导致了较高的通量。

然而，在过滤（B）废水时，过流速度并不那么重要。

图4。

过流速度对废水（A）和（B）的通量的影响（跨膜压= 1 bar时，T=27°C 和C =5％）。

图5表示过流速度对油截留率的影响。

根据这个结果，增加过流速度，截留率降低。

这是由于从膜表面除去了油层。

该油层作为一个动态的膜或阻挡油通过膜的通道。

图5。

过流速度对废水（A）和（B）截流量的影响（跨膜压= 1 bar，T=27°C和C =5％）。

上述实验得出了最佳的操作条件。

图2至5表示，获得最佳的通量和截留率的最佳条件是1bar的跨膜压和1米/秒的过流速度。

时间对膜通量和截留量的影响。

在之前测出的最佳操作条件下，时间对废水（B）的通量和截留率的影响分别由图6和图7所示。

图6表示12小时内通量变化。

图中显示通量在最初锐减后，就几乎保持不变。

这证实最佳操作条件选择正确。

最佳操作条件是指，短时间内不结垢，并有较好的通量和截留率。

图6中稳定的通量表示在相当长的时间（12小时）内没有形成污垢。

图6。

时间对通量的影响（跨膜压= 1bar，过流速度=1米/秒，T=27°C）。

图7。

时间对截留率的影响（跨膜压= 1bar，过流速度1米/秒，T=27°C）。

原水水质对膜通量和截留率的影响浓度实验：浓度实验在最佳实验条件下用GVWP膜和废水（A）进行。

废水浓度对通量和油截留率的影响分别示于图8和图9。

图8表明，随着油的浓度的增加，膜通量降低。

这是因为高浓度时在膜表面形成较厚的油层。

当油的浓度增加，油截留量液增加（图9）。

这种现象可以用较厚的滤饼层来说明。

图8。

原水浓度对通量的影响（跨膜压= 1bar，过流速度1米/秒，T=27°C）。

图9所示。

原水浓度对截留率的影响（跨膜压= 1bar，过流速度=1米/秒，T=27°C）。

pH实验pH实验，用原水（A）在最佳操作条件下，在一个较宽的范围（4〜9）内进行。

分别用硫酸和NaOH，来减少或增加pH值。

pH值对水通量和油截流量的影响是复杂的。

这些影响分别示于图10和11中。

通量变化趋势是一个典型的方式。

等电点附近乳化液释放电荷，并产生较大的颗粒，这些颗粒在膜表面上沉积导致通量降低。

在离等电点远的pH值，粒子分散在容器内。

图11表明，pH 值的降低导致截留量降低。

pH=4时截留率低可能是由于乳化油的酸腐蚀作用。

酸腐蚀去除了由表面活性剂产生的障碍物。

油滴可以变形，通过毛孔。

图10。

废水的pH值对通量的影响（跨膜压= 1bar，过流速度= 1米/秒，T=27°C）。

图11。

废水的pH值对截留量的影响（跨膜压= 1bar,过流速度=1米/秒，T=27°C）。

微滤机理：微滤机理可以用阻塞规律研究[29]，毛孔阻塞机理中指数t和v应该呈线性关系。

对于油状(凝胶)沉积物t / v与v应该呈线性关系，内部孔隙堵塞t / v与t应该是线性的。

对乳化油废水的微滤,exp(t)和v是完全非线性。

函数T / V中渗透量随时间变化的图（图12，13）表明，他们几乎是线性的。

为了进一步调查在GVWP膜孔中内部沉积的乳化油，应用了另一种技术。

该方法基于清洗剂通过膜[30]。

膜被污染，然后不用清洗剂过膜的通道清洁膜。

这项技术部分地去除膜表面的除污剂外部沉积物。

清洁过程紧随除污剂低压下的过膜通道（SDS 0.1％）。

如果在膜表面，有一些含沉积物的污染材料，清洁剂可能去除一部分沉积物。

在这种情况下，清洗剂的通过能提高通量。

结果表明（图14），阻力减少和清洁剂通过膜之后的通量恢复情况，都没有改善。

这表明使用GVWP膜微滤乳化油废水时，没有太大的内部沉积物。

这些数据表明，污垢沉积在膜表面。

这是我们所预期的，油滴的大尺寸（平均直径=140um[31]）和膜孔径相比。

这证实了微滤乳化油的主要机理是混凝颗粒（凝胶）的形成。

微滤期间，大油滴在膜表面沉积，小油滴通过膜，而不在膜孔径中形成大的沉积物。

清洗溶解和去除留在膜表面上的大尺寸油滴。

图12。

使用GVWP膜微滤5％的乳化油的机理的测定（T / V与t）。

图13。

使用GVWP膜微滤5％的乳化油的机理的测定（T / V与v）。