無機膜處理機加工含油廢冷卻液研究

1、         06-03-08 10:46:00     作者：吳楨1 金江2 陳悅    編輯：studa9ngns摘要：利用陶瓷微濾膜可以進行油水分離的特點，采用錯位過濾的工作方式處理機械加工廢冷卻液，研究了處理效果、膜通量衰減、單種清洗劑的清洗效果，得出了較為有效的綜合清洗方式。  關鍵詞：無機膜 含油廢液 清洗  從20世紀80年代以來，以單一元素的氧化物微孔膜為主的無機分離

2、膜迅速發(fā)展，陶瓷微濾膜即是其中之一。陶瓷微濾膜是以Al2O3多孔陶瓷為支撐體的氧化鋁膜，與有機膜相比，它有耐高溫(800 )、耐高壓(1 MPa)、耐腐蝕、抗微生物侵蝕等優(yōu)點，因此已應用于石油開采(油田注入水的處理)、食品飲料、制藥、生物工程、污水處理1及飲用水凈化2等領域。陶瓷微濾膜對液體中所含機械雜質的分離主要依據(jù)篩分理論，可以進行油水分離是因為陶瓷微濾膜是一種極性膜，具有親水疏油的特性，水與膜的界面能小于油與膜的界面能，所以在相同的壓力下，水比油容易通過膜孔而實現(xiàn)分離。陶瓷微濾膜的工作方式有兩種3：死端過濾，又叫單向流過濾；錯流過濾，又叫交叉流過濾(見圖1)。在錯流過濾中，水流沿膜面方向

3、流動，可以帶走部分在膜面上沉積的物質，保證一定的過濾通量，所以在很多情況下陶瓷微濾膜都采用錯流過濾方式。膜的污染分為兩個部分，一是液體中的膠體物質及大分子物質會與無機離子發(fā)生相互作用，在膜面上沉積形成一層凝膠層，又稱濾餅層；二是一些無機鹽等固體懸浮物會進入膜孔，引起膜孔堵塞。要使膜再生就要對其進行清洗，膜清洗的方法分成物理方法和化學方法，物理方法包括增大膜面湍流程度，氣體或液體反沖，機械擦洗等；化學方法包括酸堿清洗，表面活性劑清洗，螯合劑清洗，氧化劑清洗和酶清洗。1試驗內容和方法機械加工廠的廢冷卻液中含有金屬細粉和礦物油等，其中礦物油呈乳化油狀態(tài)存在，油水兩相體系穩(wěn)定，不易分離，成為含油廢水處

4、理的難點。國內通常采用的處理工藝有破乳+氣浮+生化處理等，工藝流程長，投資較高，美國西屋電器公司曾試用超濾法處理此類乳化液。1.1試驗裝置試驗裝置為一套閉路循環(huán)裝置(見圖2)。膜組件中裝了一根7通道陶瓷微濾膜管，材質為-Al2O3多孔陶瓷，有效長度為340 mm，管外徑為21 mm，通道內徑為4 mm，膜孔徑為0.4m，有效膜面積為0.03m2。1.2試驗方法用上述裝置對廢冷卻液進行循環(huán)過濾，測定濾出液的體積；待膜通量達到較穩(wěn)定的值時進行化學清洗方法的研究。膜通量測定方法：用量筒收集10 mL或100 mL濾出液的時間轉化為單位時間內通過單位膜面積的濾出液體積。試驗參數(shù)：室溫，循環(huán)過濾壓力為0

5、.06 MPa，膜面流速為0.85 m/s。膜的化學清洗是把儲料罐內配置好的清洗液，在0.02 MPa的壓力下(膜面流速為1.54 m/s)循環(huán)清洗一定時間后，用自來水沖洗干凈。再用廢液循環(huán)過濾，待膜通量穩(wěn)定后，進行下一種清洗劑的試驗。    清洗后膜通量的衰減情況用清洗后廢液循環(huán)過濾時膜通量隨時間的變化情況來衡量。1.3清洗劑的選擇選取以下幾類清洗劑：無機強酸(硝酸)主要使污染物中的一部分不溶性物質變成可溶性物質；有機酸(檸檬酸)主要是清除無機鹽的沉積(鐵鹽)；螯合劑(EDTA)主要與污染物中的無機離子絡合，減少膜面和孔內沉積或吸附的無機鹽類；表面活性劑(SDS

6、)主要清除有機污染物；強氧化劑(次氯酸鈉)和強堿(氫氧化鈉)主要清除油脂和蛋白、藻類等物質的污染。2結果與討論2.1陶瓷微濾膜的過濾效果經(jīng)陶瓷微濾膜反復循環(huán)過濾后，儲料罐中的廢冷卻液越來越濃縮，均是不能通過濾膜的油類和固體雜質，而通過濾膜的濾出液卻十分澄清透明，肉眼看不到有任何乳化油或懸浮物的存在，經(jīng)對濾出液中石油類含量進行檢測，最高不超過0.5 mg/L，過濾前后水樣的CODCr含量如表1所示。冷卻液是以表面活性劑為基本原料，加入一定的抗磨劑、防腐劑、抑菌劑等組成，所以新鮮原液CODCr值很高，一般在3×104 mg/L左右，因此，從CODCr值推測，過濾對冷卻液的有效組分影響不大

7、，這種濾出液是否可以直接回用于磨床加工冷卻，或者補充一些成分后再用于磨床加工冷卻，這需要在磨床上進行試驗，如果獲得成功，這對于我國機械行業(yè)使用的廢冷卻液的處理和回用將開辟一條新的路子，將帶來十分可觀的經(jīng)濟效益和良好的環(huán)境效益。表1過濾前后水樣的CODCr值水樣過濾前濾出液CODCr(mg/L)3442228 750在試驗中，最后得到的濃縮液的體積可達到原廢冷卻液體積的1/50，可直接拌入煤中焚燒處理。2.2  膜通量與循環(huán)時間的關系試驗開始，用新膜對廢冷卻液進行過濾處理，膜通量與循環(huán)時間的關系見圖3。從圖3可以看出，在循環(huán)開始后10 min內膜通量急劇下降，20 min后膜通量基本穩(wěn)

8、定，繼續(xù)循環(huán)11 h后膜通量仍維持不變，直至廢水被濃縮到原來的1/50，膜通量仍未有明顯變化。同時由于是閉路循環(huán)過濾，廢水中乳化油與懸浮固體的濃度在不斷地增加。由此可見，膜的污染開始時非常迅速，然后逐漸達到平衡。也就是說，膜表面沉積形成的濾餅層的厚度隨循環(huán)時間的增長而增加，污染物不斷沉積到膜上，同時又不斷被錯流而過的液體沖走，當兩個過程逐漸達到平衡時，濾餅層厚度基本保持不變，過濾阻力維持不變，膜通量達到穩(wěn)定，即廢水中乳化油與懸浮固體的濃度對膜通量沒有明顯的影響。由于循環(huán)過濾初期的膜通量衰減很快，而達到穩(wěn)定后能維持很長的時間，因而在設計膜組件所需的膜管數(shù)量時，應根據(jù)達到穩(wěn)定后的膜通量進行計算。而

9、且，在膜通量達到穩(wěn)定后，增大過濾壓力或切向流速能有效地提高膜通量3。2.3膜污染后的清洗表2不同清洗劑的清洗效果清洗劑清洗前膜通量L/(m2·h)清洗后膜通量L/(m2·h)無機堿類，0.5moL/L NaOH30.350.9氧化劑類，3% NaClO36.3322.6有機酸類，0.1 mol/L 檸檬酸17.6251.1螯合劑類，0.1 mol/L EDTA23.7129.7無機酸類，0.3moL/L HNO330.544.5清洗時間的影響(見圖3)。從圖3可以看出，并非清洗時間越長，膜通量的恢復越好。清洗時間與膜通量的關系可分為三種：a.隨清洗時間增加膜通量持續(xù)上升，如圖4a的0.3 mol/L硝酸等。b.隨清洗時間增加膜通量先上升后趨于平緩，如圖4a的0.2 mol/L硝酸等。c.隨清洗時間增加膜通量先上升再下降，如圖4b的0.1 mol/L的EDTA溶液等。表3綜合清洗劑的清洗效果清洗方式清洗