膜分离法在含油废水处理中的应用

2009年第5期 内蒙古石油4~x-． 23 膜分离法在含油废水处理中的应用 赵丽霞 (乌海职业技术学院，内蒙古 乌海 O16000) 摘 要：含油废水对生态环境造成严重污染。膜分离作为一种能耗低、设备简单、操作方便和分离性 能好的技术，在含油废水处理中显示出广阔的应用前景。本文主要介绍了含油废水的特征及其处理方 法，分析 了微滤、超滤和反渗透等膜分离技术的特点及它们在含油废水中的应用。 关键词：含油废水；微滤；超滤；反渗透 含油废水面广量大，在石油开采、石油炼制、石 油化工、油品贮运、油轮事故、轮船航运、车辆清洗、 机械制造、食品加工等过程中均会产生含油污水。随 着工业化的迅速发展，油品的使用量越来越大，但由 于各种技术的限制和管理落后等原因，大量油品进 入水体。因其表层的油膜会阻碍氧气溶入水中，从 而致使水中缺氧、生物死亡、发出恶臭，严重污染环 境。 1 含油废水的特征 含油废水中的油一般以三种状态存在于水中： 1．1 可浮油：油品粒径较大，一般大于15 um ，易 于浮于水面而能撇除，它是废水中含油量的主要部 分，一般占废水中含油量的(65～70)9／5。可浮油常 采用捞撇等手段在隔油池中去除。 1．2 溶解油：它是小于乳化油粒径的油份，多数为 溶解的烃类物质油，在水中的溶解度甚小，一般约为 (5～15)mg／l，多采用生化法去除。 1．3 乳化油：含油废水在输送过程中被叶轮机械切 割，或压力突然降低或存在表面活性剂，油在水中呈 乳 化状态，形成乳化油，油品粒径小于 15 um ，体系 较稳定，不易上浮于水面，一般采用浮选、过滤、絮凝 等方法去除。 前两种比较好处理，而乳化油含有界面活性剂 和起同样作用的有机物，油分以微米数量级大小的 粒子存在，分离难度颇大。 2 含油废水的处理方法 含油废水处理技术按其作用原理和去除对象一 般可分为物理化学法(主要有气浮法、膜分离法、吸 附法、粗粒化法等)、化学法(主要有化学絮凝法、化 学氧化法、电化学法等)和生物处理法(主要有活性 污泥和生物滤池法)等。 目前处理含油污水基本沿用老三套：即由 机械分离、凝聚沉淀和活性污泥处理。这种处理方法 一 般占地面积大、能耗和物耗费用高，水也不能回 用，从环境保护和节省能源的角度考虑，要求有新 的方法对含油废水进行处理。膜分离法处理废水技 术也就应运而生。 3 膜分离法处理含油废水 作为一种新型的分离技术，膜分离技术既能对 废水进行有效的净化，又能回收一些有用物质，同 时具有节能、无相变、设备简单、操作方便等特点， 因此在废水处理中得到了广泛的应用，并显示了广 阔的发展前景。膜法进行油水分离的特征是： ①纯粹的物理分离，不需要加人沉淀剂。 ②不产生含油污泥，浓缩液焚烧处理。 ③虽然废水中油分浓度变化幅度大，但透过流 量和水质基本不变，便于操作。 ④膜法一般只需压力循环废水，设备费用和运 转费用低，特别适合于高浓度含油废水的处理。 在含油废水处理中应用的膜分离过程主要有微 滤(MF)、超滤(uF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。它 们的分离过程及其传质机理见表1。 表1 几种主要的膜分离过程 2．1 微滤 微滤技术是 目前所有膜技术中应用最广泛的一 种膜分离技术。其过滤原理和普通过滤相似，属于筛 网过滤，即在静压差作用下，小于膜孔的粒子则被截 留到膜面上，使大小不同的组分得以分离。微滤主要 用于过滤0．1～1O m大小的颗粒、细菌、胶体。微滤 收稿日期 ：2008—10一l2 作者简介：赵丽霞，女，现任乌海职业技术学院化学系教师(助教)。 24 内蒙古石油化工 2009年第5期 法处理含油废水时，主要滤掉废水中大颗粒物质及 固体悬浮物。微滤具有操作压力低(< 0．2 MPa)， 对水质的适用性强、占地面积小的优点 。但微滤膜用 于含油废水的处理还处于工业试验阶段，这主要是 因为： ①初期投资成本高。 ②膜的再生清洗工作困难。 ⑧在减少清洗次数的情况下，如何长时间维持 膜通量的稳定性 。 大贳研究表明，微滤方法处理含油废水工业应 用是有很大发展前景的，但关键在不断研究解决以 上三个方面的问题。 2．2 超 超滤又称为超过滤，其分离原理一般认为是筛 分过程(如图1)。当液体混合物在一定压力下流经膜 表面时，小分子溶质透过膜(称为超滤液)，而大分子 物质则破哉留，使原液中大分子浓度逐渐提高(称为 浓缩液)，从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的 目的。超滤可用于去除废水巾分子量大于 500的大 分子物质和微粒。 2 I、 ， 一 ⋯ ⋯ ⋯ ～ ⋯ ⋯ — — j ～ 。 。 ’ -． ’ ：一 -l ： ’ ． ‘ =： ． { ⋯ ． 一 。 一 r ⋯ j ／ ～ ’ ⋯ 。1 r一 7 ⋯ 一 ⋯ ⋯ ／ 0 f／ ＼√ 图 1 超滤分离过程不意图 超滤膜也属于压力驱动膜，其孑L径范围为0．05 ～ 1 nm．用于分离可溶性聚合物、生物分子、分散体 和胶体。凶大溶质渗透压很低，操作的压力较低， 一 般为0．07～0．7 MPa。此外，因超滤膜表皮中的 孔大于反渗透膜中的孔，超滤的通量比反渗透膜的 通量大一1、数量级。超滤膜分离与膜的孑L径、溶质一 膜的卡廿互作用和大分子的形状和粒径有关。为获得 最大分离效果，待分离的溶质分子至少要比溶剂的 分子大 1 0倍。 迢滤过程是一种无相变的，非破坏性的分离过 程。经趟滤膜处理后的含油废水浓缩液中油的质量 分数高达50 9／6。浓缩液可以通过离心分离法进一步 分离。收 的油不能回用，但是可以通过焚烧以减少 污染。超滤膜对含油废水的处理效果与含油废水的 性质相关。 咀超滤膜也有相当的不足之处，这主要表现在： 小分子物质能够透过膜，所以1~COD和BOD 的去除率不高。 ②界面活性成分透过会把油分带到透过液。 ③膜的污染和清洗还有待研究。 2．3 反渗透 反渗透是在浓液的一边JJil上比自然渗透压更高 的压力，扭转自然渗透方向，把浓液中的溶剂压到半 透膜的另一边的稀溶液中，用于从溶液中清除溶解 的溶质的一种分离法。反渗透膜的孔径< 1 nm ，水 分子能自由的通过这些孔，但溶解的离子和有机溶 质不能。这些溶质或是被膜表面截留或是被水相的 比膜表面更强的吸附作用吸引。由于膜、溶质和溶剂 I司的相互作用，水分子选择性吸附于溶剂一膜的界 面使分离得以实现。 与超滤相比，反渗透可用以分离分子大小大致 相同的溶剂和溶质，对于COD和BOD的去除率也 大为提高。但反渗透所需的工作压力高，一般大于2． 8MPa。反渗透膜很容易被污染，导致废水处理效果 和膜通量下降。因此进入反渗透装置的废水一般都 要经过预处理，达到一定的指标以后才可进入。 3 结语与展望 膜分离法处理含油污水具有操作简单、分离效 果良好、化学添加剂用量少、无相变、能耗低等优点， 但膜分离自身有一些缺点：如热稳定性差、不耐腐 蚀、膜易被污染等。我们应该认识到，单一的膜分离 技术并不能很好地解决含油废水的处理问题，要把 多种膜分离技术同传统的气浮、盐析、混凝和粗粒化 等方法结合在一起，在不断解决膜污染、膜清洗、膜 通量及降低膜分离处理成本的前提下，开发新的工 艺、新型膜组件和新型膜，只有这样才能更好的处理 含油废水。 [参考文献] h3 唐受ri7，戴友芝．水处理工程师[M]．北京：化 学工业出版社 ，2002． E2] 谢磊。胡剪有，仲海涛．含油废水处理技术进展 [J]．工业水处理，2003，23(7)． E3] 徐德志，相波，邵建颖等．膜技术在工业废水处 理中的应用研究进展EJ]．工业水处理，2006， 26(4)． [4] 陈兰，张贵才，刘敏．油田含油污水处理中膜技 术的研究与应用．精细石油化工进展，2006，7 (2)． r5] 张鸿郭，周少奇，杨志泉等．含油废水处理研 究．环境技术，2004，(1)． E6-1 李爱阳，蔡玲．膜分离技术处理含油废水研究 进展．化 工时刊，2007，21(6)． E7] 蔺爱国，刘培勇等．膜分离技术在油田含油污 水处理中的应用研究进展．工业水处理，2006， 26(1)． f8] 戴军，袁惠新，俞建峰．膜技术在含油废水处理 中的应用．膜科学与技术，第2002，22(1)．