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膜技术在含油废水处理中的研究进展及膜组件概

来源:admin日期:2020/05/01

  卷式膜组件又称螺旋式膜组件。这种膜组件的膜面积大,污水的湍流情状好。构成图如图6所示,图7为滤层示图谋。

  图2为管式膜和陶瓷超滤膜组件,图3是本质工程使用时的陶瓷膜装备。从图2中可能看出,管式陶瓷膜中有很众密闭的微孔,正在压力效用下,污水从膜管内或膜的外侧活动。依据膜的拣选透过性这一性能,小分子物质可能通过,而极少粒径较大的分子及其他杂质被拦截。以是,膜的孔径巨细是影响膜处分结果的要紧成分之一。ceramic membrane是陶瓷膜的英文名,值得预防的是,“CT”膜并不是陶瓷膜的别称,更不行说是专业称号;只口角专业人士对陶瓷膜简称的一种舛误外达。陶瓷膜又被称作无机陶瓷膜,由于这种膜组件的维持体是由分歧比例的氧化钛、氧化锆、氧化铝和氧化硅等无机陶瓷原料构成。通过外面涂膜和煅烧制成。依据膜的特征,这种膜组件的精度可能抵达超滤、微滤和纳滤级别。

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  看待含盐量较低的废水,通过平淡的微滤、超滤膜处分后,即可餍足处分央求;而当废水中含盐量较高时,必要举行更苛肃的处分[10]。常例处分高盐量废水的办法有:电渗析、离子互换、反渗入处分[11]。电渗析膜孔径比微孔滤膜和超滤膜更小,这类膜能透过离子然则不行透过颗粒较大的胶体粒子。电渗析器是诈骗电渗析膜处分污水的一种装配。电渗析法和离子互换法有着殊途同归之妙。2018年,郭宏山发领略一种轮回冷却水的办法,正在现有的处分办法后扩张了纤维过滤和反渗入RO装配。目前这种办法仍旧正在各地举行使用。榆林上河发电厂的排污水固然含盐量和氯离子含量较低,然则因为硅含量较高仍旧容易结垢;该厂使用了后续扩张反渗入的办法将水举行软化,有用消浸完毕垢含量。经检测,水质硬度、碱度等酿成结垢的总盐因素含量明显裁减。我邦华北油田安排院的出水也曾显露过高含盐量等题目,通过电渗析法处分和现场举行脱盐试验,最终结果抵达了农灌模范。

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  看待含油废水的处分,往往必要较高的预处分,这也是本质使用进程中的滞碍之一。另外,本质工程使用进程中,还存正在着滤膜必要按期冲洗,膜通量较低等题目,这些题目会影响出水水质,以至使得出水水质恶化,悬浮物含量扩张,对咱们的处分极其晦气。另外,还应增强坐褥商、企业和探究所的接洽,合伙办理极少手艺困难,这些都是改日探究和兴盛的中心。

  正在石油开采进程中,常会碰到地层致密的情状,地层渗入率较低且央求水中悬浮物很低(小于1mg/L),而且对粒径驾御央求很高(小于1μm)。为了包管水质,80年代滥觞外洋就洪量利用一种折叠式微孔滤膜滤芯。正在我邦各大油田,比如华北油田、大庆油田、得胜油田等也对肖似滤芯举行了试验并取得使用[2]。然则,这种滤芯必要按期举行调换处分,屈服油的才力较差,应当对污水提进步行预处分操作。全体进程较为繁琐,扩张了处分本钱,而且容易酿成膜污染。以是,这种滤芯目前仍旧基础被镌汰。

  陶瓷膜具有安谧性好、耐高温、耐酸碱特征;容易冲洗、而且和其它膜一律,占地面积小等特征。用于过滤的陶瓷膜组件是“三明治”式的组合体例:支撑层、中心层和膜层,孔径次第减小,呈非对称性漫衍。支撑层合键用于扩张膜的呆板强度;中心层又称为过渡层,用于避免创设膜层时颗粒向维持层的渗入,减小对众孔维持层的影响。膜层用于最终对污水的涣散、净化。无机陶瓷膜组件平凡使用于制药、化工、食物加工、石油行业的处分。正在肯定水准上,可能取代古板的蒸发、精馏。过滤、离心等手艺。裁减坐褥进程的本钱开支,而且可能起到环保的效用。然则,恰是因为维持构件是由众种无机因素构成;具有很大的脆性,正在坐褥、组合以及加工这种膜组件时,较为困穷。

  超滤膜是除微滤膜以外的另一种常用滤膜,由各式高分子原料组成,膜孔径小于0.01μm。因为其孔径比微滤膜孔径小,处分的出水结果会因为微滤膜,出水所含悬浮物浓度也会显著小于微滤膜。1995年,石油大学王静荣讲授诈骗微滤膜处分石油开采废水,并对操作工艺和膜的冲洗题目举行了深切查究[7]。2008年,许成讲授正在邦度生态探究核心利用分歧原料构成的超滤膜体例举行含油废水处分[8]。筛选出了处分结果最优的膜组件,最终处分后的水中所含悬浮物远远小于模范央求的含量。正在处分体例前,废水含油量为500~6000mg/L,通过一次浓缩处分,污水含油量可降至1%~3%,渗入液中的含油量也正在100mg/L以下,可能有用拦截99%的油分。看待膜冲洗的题目,试验解释,采用外面活性剂和异戊醇行动搀杂液用作冲洗剂,先后举行负压抽洗和反压冲洗,可能使超滤膜取得有用冲洗。冲洗后的膜通量最终可还原90%[9]。

  因为中空纤维式膜组件的填装密度很大,运转一段光阴后,必要对膜组件举行冲洗时的难度较大,酿成的膜污染也较高。然则,装备价值比平板式和卷式膜组件低。杨大春[23]等人用水力学办法对中空纤维式膜组件举行优化,提出了正在本质经济条款同意的情状下,应当尽量减小膜的长度。中空纤维式膜组件正在试验室中如图9所示。

  20世纪40年代,外洋学者滥觞对无机陶瓷膜举行探究,80年代,外洋工业行业仍旧滥觞风行;因为外洋商场的垄断,我邦正在20世纪80年代才滥觞引入这种膜原料,起步较晚。然则通过十众年的兴盛,中邦的无机膜原料手艺仍旧兴盛到邦际程度,也曾正在2002年正在中邦召开第七届邦际无机膜大会,这也闪现了我邦对无机膜的探究和坐褥程度仍旧抵达天下领先程度。

  管式膜组件的简图睹图1所示。这种膜组件组织浅易,装配和拆卸容易。具有压力亏损小、污水透过量大、易冲洗等利益。然则,从图中可能看出,全体组件的比外面积小。由于对比容易冲洗,是以适合处分粘度较大流体的超滤和微滤。

  从图4中可能看出,和管式膜组件比拟,平板式膜组件的比外面积大良众,创设拼装也较为浅易。平板式膜组件由滤膜、导流板和导流布构成。平板膜组件又被称为板框式膜组件,很众无别的板框式膜组件又可能构成板框式膜器。蒋维钧等人安排了一种梳式膜框的板式膜组件[13]。与古板的JPV组件比拟,很大水准上简化了膜组织。膜框的厚度小,可能减小统统板框组件的体积,提升单元体积膜组件中膜的面积。进而可能擢升膜组件的处分结果。

  王俊川[21]发领略一种新型的螺旋卷式膜组件。这种新型的螺旋卷式膜组件的合键上风是将导流格网安排成菱形,使得格网的通道变宽,可能有用扩张水流的速率。水流阻力减小,消浸运转能耗;管和管之间还安排了卡箍相连合,便于装配,撙节了膜组件装配的人力和光阴。王宗亮[22]等人诈骗流体力学的策画办法对反渗入螺旋式膜组件的隔板网丝举行优化。诈骗数学模子体例的探究了隔板网丝的直径d和隔室的高度H 之比的转折对膜组件内部传质速度的影响。结果浮现,正在肯定周围内d/H值扩张,可能优化膜组件的处分结果,并能使水的活动性扩张。然则当d/H 大于0.4时,再继续加大隔板网丝的直径d,出水的目标去除率无显著擢升结果。以是,正在本质操作进程中,琢磨正在能量亏损的周围内妥善提升隔板网丝的直径对处分污水有利。

  膜组件由是一种由膜、维持膜的维持体、间隔物和容纳这些组件的容器组合成的一个单位。根据分歧的组合体例可能分为:管式膜组件、中空纤维式膜组件、板框式膜组件、卷式膜组件。工业利用时,根据膜组件的特征、废水的特征和处分央求举行拣选。

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  膜手艺正在目前水处分范畴起着不行取代的效用,也是一种分歧于古板污水处分工艺的新思绪。与古板的生物处分办法比拟,其具有操作简捷、占地面积小、合用于众种工业废水处分、能耗低等上风。将膜手艺与其他水处分办法相贯串,可能有用地使处分后的水质抵达相合行业模范[12]。无论正在给水处分仍旧工业、糊口废水处分进程,均可使用。

  无机陶瓷微滤膜也常被用于含油废水处分。向废水中投加药剂通过混凝浸淀后,用无机陶瓷微滤膜处分,最终含油量可能降至10mg/L以下[3]。滤膜的材质为α-铝矾土,孔径0.2~0.8μm,厚度0.3~0.5mm。我邦很众学者探究了影响无机陶瓷微滤膜功能的成分:温度、压力、废水特征、膜孔径和流速等[4,5]。无论是无机膜仍旧有机膜,利用一段光阴后都必要举行膜冲洗。膜原料的明净水准也是影响处分结果的要紧成分。针对膜冲洗,相合学者探究了脉冲和预处分工艺,正在肯定水准上拉长了膜的利用寿命。2005年,美邦墨西哥一采油现场采用微滤膜处分含油废水,最终含油量小于1mg/L[6]。

  现行的水处分办法有良众种,囊括物理、化学和生物办法以及将三者或个中的两者互相贯串等。物理办法有扣留清淤、吸附、浸淀等,合键去除污水中的无机颗粒和杂质;生物办法最古板的是活性污泥法,20世纪初被探究学者浮现污泥中的微生物菌群对污水的净化起着合节性效用,其后,衍生了众种生物处分工艺:氧化沟法、A-A-O法、生物接触氧化法、氧化塘、人工湿地等好氧处分和IC、UASB、EGSB等厌氧生物响应器。化学办法合键靠向水中投加絮凝剂、助凝剂等助助水中的悬浮物浸淀。正在生物、化学和物理这些办法中,膜处分是一种新型的手艺办法,它分歧于生物膜,是诈骗分歧的膜组件和膜原料的功能拣选处分分歧品种的污水。跟着我邦工业兴盛的一直提高,石油开采和帆海运输等也正在日益巨大,随之带来的是含油废水产量扩张。油罐车、汽船漏油等事故也时有产生[1]。以是,若何高效处分含油废水是当务之急[2]。因为石油中含有洪量的难降解物质,水的可生化性很差,只管生物法的运转本钱相对物理和化学办法较低,然则,微生物很难对个中的有机物举行降解,使得最终出水的各项目标不达标,工艺的处分结果很差。其次,废水一朝被石油污染,往往属于突发事故,用生物处分的办法会使得体例的袭击负荷很大,对微生物的品种和数目酿成很大影响。石油采出水是另一种含油废水处分的情状,这种处分往往央求处分后的污水悬浮物含量极低,而膜手艺按孔径和处分结果可分为微滤膜、超滤膜、反渗入膜和电渗析膜等。根据构成因素可能分为无机膜和有机膜。因为本质工程中的水量很大,平常都是用分歧的膜组合酿成膜组件举行处分。依据膜的陈设体例和形态的分歧可能将膜组件分为众种。比如:板框式膜组件、中空纤维式膜组件、卷式膜组件和毛细管式膜组件。个中,卷式膜组件使用最为平凡。膜组件的填装密度每立方米可从数百至上万个,本质处分进程中可能依据本质的处分量、进水水质和处分后的模范央求合理拣选膜组件[3]。正在水处分行业,膜涣散手艺有着潜正在的使用前景。

  中空纤维超滤膜是超滤膜的一种,正在极少情状下,常例的过滤装备不行餍足所需的央求,通常诈骗超滤膜处分。超滤膜是最早开垦的一种高分子滤膜之一,是一种动态的处分进程。中空纤维超滤膜是超滤膜的一种,正在中邦被平凡使用于矿泉水的坐褥、反渗入装备的预处分、海水净化等,还可能有用去除水中的细菌和胶体杂质[24]。其职责道理图如图10所示。

  由于其占地面积小,操作浅易、耗能低,而且膜品种众,对废水顺应性较强,对比适合含油废水处分,目前正在水处分方面使用平凡。综述了膜手艺的兴盛过程,解析了分歧膜原料的合用性以及可以酿成的膜污染的影响成分及预防事项。

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  前面提到的管式膜组件比外面积小,维持原料脆性大。与之对应的是板式膜组件,如图4所示。

  卷式膜元件平常是用板式膜卷制而成。从图6可能看出,卷式膜组件的组成对比纷乱。对坐褥安装时的央求较高,平居冲洗也对比困穷[19]。精度同板框式和管式膜组件一律,可能抵达微滤、超滤和反渗入。卷式膜的耐高温、耐酸碱功能不光和板式膜的功能相干,还受平板膜片、格网、胶水等辅助构件的性子相干[20]。

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  平板膜还通常用于好氧响应器中,构成MBR(Membrane Bio-Reactor)又称膜生物响应器。这是一种将膜手艺和生物处分手艺相贯串的一种新型水处分办法,由膜组件和生物响应器组成。往往所说的膜—生物响应器涵盖三种分歧种别:①曝气膜—生物响应器②萃取膜—生物响应器③固液涣散型膜—生物响应器。曝气膜—生物响应器(AMBR)职责示图谋睹图5所示。这一工艺提升了氧的传质速度和接触光阴,对响应器举行合理驾御和运转,既可能避免古板曝气体例受曝气气泡巨细的影响,又能减小平淡曝气装备所需的能源消磨[14]。萃取膜—生物响应器由英邦粹者Livingston开垦,有些工业废水具有极强的酸碱性和毒性,不宜与生物处分响应器中的微生物直接接触,这时就必要用萃取膜将废水和活性污泥分开。运转进程中,废水正在膜内活动而活性污泥搀杂液正在膜外活动,二者不直接接触。废水中的大分子物质被膜扣留,有机污染物可能拣选性的透过萃取膜被活性污泥中的微生物降解[15]。响应器中的养分物质和微生物的活命条款没有直接的相干,处分结果安谧。固液涣散型膜—生物响应器是一种可能代替古板二浸池的一种工艺办法。二浸池的合键效用是诈骗重力的效用将活性污泥和水举行涣散,污泥的浸降功能很大水准上断定了二浸池的处分结果。活性污泥的浸降功能依赖于曝气池的运转情状,但一方面找寻优秀的浸降功能的同时,还必要琢磨响应器的容积负荷和污泥负荷,二者往往互相限制,酿成抵触的相干。除此以外,古板的二浸池必要按期排出残余污泥,运转进程中驾御欠好,容易产生污泥膨胀局面,必要专业职员举行驾御。活性污泥的浸降功能较差时,会使出水悬浮物含量快速上升,以至可以显露出水悬浮物不达标的情状[16~18]。

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  中空纤维式膜组件与其他类型的膜组件比拟,最越过的特征是单元体积内装填的膜面积最大,可能高达30000m2/m3。由中空纤维和膜外壳两个局部构成,根据进水体例的分歧又可能将其分为内压式和外压式(图8)。

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