多布点，小范围使用超滤法处理工业废水中的乳化油

孙春林
（河南省电力勘测设计院）

　　工业废水中往往含有一定量的油，虽与总量相比，其量甚小，但若这些极少量的油在水中不断循环，很容易使其粘结在用水设备表面，产生“累积效应”。常言说“冰冻三尺，非一日之寒”。天长日久，积少成多，从量变最终引起质变。使得用水设备由于油膜的污染或隔热作用，效率降低，能耗增加，易堵设备，甚至可造成设备报费。因此，油的积累最终将导致增加运行、维修费用或更新设备费用。
　　从目前较为普通的工业废水处理实例和多年的设计经验来看，有如下两项原则可以遵循：
　　（1）生产废水按其不同性质、种类和浓度进行分流排放，分别送入相应的处理构筑物中处理(或先进行预处理)，以避免高浓度、小流量的污水，特别是含油污水与低浓度、大流量的工业废水混合。这样可为提高废水处理的合理性，降低运行费用、采用先进的处理技术和设备，实现深度处理等方面创造条件。
　　（2）对于间断排出的生产废水，通过容量调节池(有些也可以起到中和水质的作用)使之集中出现的短时大水量分散成小量连续处理，有利于降低工程投资，便于生产管理和降低运行成本。比如设置含油废水调节池，疏缓而连续的处理含油水，可大大减少超滤装置的容量。
　　大多数工业生产流程中冷却水量均占总用水量的绝大部分，含油废水只是在个别车间中短时间内产生。若使这少量的油混入大量的冷却排污水中，需要将这些油从水中分离出来的话，则须建立能够处理全部排污水量的油水分离装置。这即增加了处理构筑物的占地、工程量和投资；又加大了处理设备的规模和运行费用。好比是"十个碗中只有一个油碗，但因为泡在了一个盆里，使得洗一个油碗的工作量增加到了洗十个碗的工作量"。事倍功半，得不偿失。所以上述两条原则对处理含油废水具有普遍的意义。
污油按其在废水中存在的方式可分为三类，即浮油、乳化油和溶解油。
　　这三类成份的油在水中所占的比例不是均等的，对其进行处理的难易程度也不尽相同。一般浮油占总含油量的三分之一，使用常规的处理手段如隔油池、气浮浮选等方法，极易将其从废水中分离；而溶解油的含量甚微，通常不会构成对工业冷却水的危害。因此，本文暂不对这两类油的处理方法再作赘述。乳化油占油类成份的绝大部分，而且乳化油在处理过程中的技术难度较大。下面就针对乳化油的处理问题，进行初步的研究、探讨。
　　乳化油与水的混合较均匀，粘度较高，一旦混于工业冷却水中，需要用水带出的热量不易因水的蒸发而与空气交换。敷着在设备上也极大的影响其热量的传导，降低工质的冷却效率；若作为冲洗或喷洒水，也会有长期的“累积效应”，严重的还会使系统在短时间内报废。如果随着废水排放，要么因为不达标而污染农业，鱼业；要么放至废弃灰、渣堆放场，即堵塞灰、渣场的排渗系统，使得用大量的工程投资建造的排渗系统几天之内被堵死(已有可证明其危害的工程实例发生)。此外还会大大的减缓冲灰、渣废水的蒸发速度，大量的含油废水滞留在灰、渣库中，对本应透水的大坝因堵塞不透水后产生巨大的侧压力，而威胁到大坝的安全，同时对下游的村落、良田不但形成灭顶之灾，也有因水质不佳产生长其危害的可能。
　　对乳化油投加破乳剂进行破乳具有一定的表面效果。但一是要增加一笔较大的药剂开支，不经济；二是这也没有从根本上自水中分离出有害的含油物质。从环境保护和可持续发展的角度来看问题的话，加破乳剂不是一种完善的治本方法，只能治表。
目前，对废水中的乳化油进行超滤，离心分离回收处理，是一项较先进的新技术。为乳化油处理提供了一条新途径。对老厂改造也具有一定的参考价值。
　　超滤法的优点是破乳简单，不需要任何化学药剂，可回收质量较高的废油进行再利用，无含油废渣排出，管理方便。
国外在60年代末，就开始将超滤装置用于工业系统。70年代我国也开始进行研究。但无论国外或国内，用于废水处理工程的超滤装置仍然不很普遍，可能与该装置的设备费用相对地昂贵，技术比较复杂有一定的关系。但它的低压、常温、无相态变化，可全自动控制的优越性已被社会所公认。
　　超过滤法与常规过滤法的不同点为：常规过滤法料液与过滤介质(如滤布)处于相对静止状态，过滤介质极易堵塞，随着过滤时间的增长，过滤速度将迅速下降至零。而超过滤装置则采用交叉流动的方式，它的滤液与过滤介质处于相对流动状态。由于滤液始终保持湍流状态，因此过滤速度趋于常数。
　　超过滤与反渗透的不同点为：过滤膜的孔径介于微过滤器与反渗透之间，它的分离作用系根据滤液中介质的分子大小而有所差异。
　　反渗透装置因为需要在被分离的溶液上增加抵抗渗透压的外加压力，所以其进料压力比超滤高得多。两种过滤装置的工作原理不甚相同。
　　渗透是渗透膜两侧的溶液依靠其浓度差所进行的溶液之间的交换现象。渗透作用的动力是渗透压。如果在浓溶液的一侧外加一与渗透压相同的压力，渗透就处于平衡状态。一旦外加压力大于渗透压，浓溶液的水就会向相反方向渗透，这就是反渗透。
　　反渗透只分离溶液中的离子及低分子物质，而超滤主要分离高分子及微粒子(特殊超滤膜除外)。因高分子的渗透压相对低分子要小得多，因此超滤装置不需要克服渗透压。因此，它的压力只要在1.5～5.0×105Pa，就可以保持正常运转。
　　现代的超滤装置，关键在于超滤膜材质及铸膜技术。它的适用范围现在已经超出了60年代时超滤技术的基本概念，国内外已研制成的特殊荷电型超滤膜，尤其是添加螯合剂的超滤膜，膜的本身可以从溶液中获取离子，使其达到电平衡，从而也能截取某些极性化合物及低分子物质。人们将更新对超滤技术及其使用范围的概念。
　　一般的超滤装置，简单地可以认为是分子级过滤器，能被超滤膜截留的粒子尺寸约在1.5毫微米以上的范围，相当于分子量1000以上。其工作上限为1～10微米。
　　处理乳化油的膜材质，比较理想的应该是荷电型磺化聚砜膜，聚编氟乙烯膜等。这些荷电型超滤膜表面带有负电荷基因，它能够适当地截留某些无机离子，具有良好的抗污染能力。国内已有不少单位研制成功。
　　影响超滤性能的因素主要是流速、压力、温度与含油浓度。
　　在压力，流速和温度等可控条件稳定的情况下，影响超滤工作最主要的是进水的含油浓度及由于膜面污染而引起的阻抗。通常乳化油中含油浓度变化不会太大，废水中可引起含油量变化的情况往往是由于其他废油--如机油，液压油等的混入，以及预处理装置的失控。因此膜的污染问题需要格外引起重视。膜的污染引起的浓差极化现象将会严重地改变膜的截留率。为此，在设计超滤装置时必须考虑及时清洗。某厂采用了带电接点的转子流量计，渗出流量过大时，有可能由于膜的破损造成短路，此时，流量计的讯号指示超滤装置停止运转；当流量太小时则说明膜的表面污染阻抗太大。此时应停止进料，施行循环清洗。清洗剂一般均采用碳酸钠，表面活性剂及磷酸盐等的混合制剂。在正常的情况下，每1～2星期清洗1次。
　　用于废水处理的超滤膜均是用直接铸膜法，使膜与支承层紧密结合，可防止由于突然停车引起的膜脱落。
　　此外，溶液的温度越高，渗透通量越大。但温度高、耗能大，且对管路强度有一定影响。因此最佳温度宜控制在50℃左右。
　　对于超过滤的种种理论与铸膜技术，近几年国内外的专论已不鲜见。作为应用工程技术人员不准备对些多加讨论。
　　我们认为乳化油处理技术中，膜分离技术不但能够使用于“破乳”，而且还可以分离表面活性剂。预计在不太长的时间里，不但能从废水中回收油分，而且还能够回收表面活性剂。
　　此外，一个完备的除油技术，还应该包括预处理和后续处理，这样才能使废水的水质达到所规定的回用标准。

参考文献

　　1同济大学气浮法净水科研小组编译·气浮法净水·中国建筑工业出版社1980.11。
　　2牛俊华·柴油罐区浮化水破乳去油研究·全国给水排水青年论文演讲会文集1990.9。
　　3孙春林·适用于电厂废水处理工程的气浮与过滤一体化设计·给水排水技术动态2000.3。