李慧子，李慧卓，王良武

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)



高乳化油污水分离试验

李慧子，李慧卓，王良武

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

摘要：通过改变透析膜孔径和原液温度，分析两者对高乳化油分离的影响规律，找出对试验效果最好的透析膜以及透析膜工作温度的临界值。当透析膜孔径为0.45 μm时，处理量最大；当温度为60 ℃，透析膜透水量最大，含油量最小，此时是高乳化油分离的最好时期。

关键词：高乳化油污水；分离；废水处理方法

随着舰船装备发展需要，基于蒸汽动力的机械运动部件产生的油污水呈现出高乳化的趋势，特别是经蒸汽高温、高压作用的机械运动部件产生的润滑油污水更具有高温、高含油及高乳化程度等特征。相比传统舰船舱底油污水，具有污染危害大、分离难度高等特点，不仅会危害海洋环境，也会对舰船自身行动的隐蔽性造成影响(排放的乳化液/块会暴露舰船信息，对舰船带来潜在危害)。为提高舰船油污水、特别是高乳化程度油污水处理的技术水平和相关设备的配套能力，有必要对高乳化油处理技术开展深入研究。为此，建立可行的高乳化油污水处理技术方案，以期解决基于蒸汽动力机械运动部件产生的高乳化油处理问题，并通过试验来验证技术方案的可行性。通过进一步分析影响高乳化油污水实际处理效能的要素，优化技术方案，为将技术方案转化为适用于舰船的高乳化油污水处理设备以及装备上舰提供技术支撑。

1高乳化油污水分离的方法

含油废水处理方法较多，各有优缺点，但因含油废水成分比较复杂，油分含量及其水中存在形式不同，且多数情况下常与其他废水相混合。因此在实际处理过程中，应根据具体的水质情况确定相应的处理工艺，各类处理工艺使用范围及优缺点见表1[1]。

由表1可见，吸附、过滤和膜隔离等方法[2]均易引起堵塞，现场操作难度大；空气浮选、吸附及凝聚等方法需加投大量药剂；而活性污泥、生物滤池和超声波法又造价太高，只适于少量含油水的处理；因此，过滤、吸附、生物滤池等方法在低温水处理上均不太适用。对于炼油、焦化、钢铁等行业的含油水，因其处理量大且含油浓度较高等原因，一般都采用重力分离→浮选→生化处理等多级处理工艺，这种流程应用了30多年，优点是为同行技术人员和操作工人熟悉，缺点是投资较大、占地多、操作弹性小、油资源难于回收、容易造成二次污染。

目前，在我国研制的各类船舶上所采用的油污水处理装置大多采用重力分离加膜隔离的技术对乳化油进行深化处理，国外许多舱底水处理设备亦是以膜隔离作为核心处理系统，例如美国海军开发的横流薄膜处理系统，德国DVZ-SERVICES公司开发的PCM系列装置。结合舰船实际使用空间、时间限制，并考虑到传统膜分离技术在乳化油污水、特别是高乳化油污水处理方面存在易堵塞、难清洗等缺陷，本文拟以新型亲水透析膜为核心开展乳化油污水的分离试验。

2高乳化油污水分离技术原理

本次高乳化油污水分离技术试验采用亲水材料制成的透析膜制成的透析装置来分离乳化油。当乳化油污水计入透析装置以一定的压力使油包水液分子基团通过透析膜使得分子集团所承受压力升高，当压力超过其表面张力时，其表面的油膜就会破裂而形成更加细小的油滴，同时水分子被释放出来，达到破乳目的。需要说明的是，亲水型透析膜在油水分离过程中是让液体通过而不是拦截，从而可以尽可能减少传统透析膜过滤油污水时依靠拦截进行过滤而形成的油污堵塞，进而增加透析膜使用寿命和反冲洗频率。

表1　乳化油污水主要处理方法比较

透析装置，由下封头座、透析装置本体与上封头连接成整体，其特征是透析膜与花盘螺纹连接成整体，通过耐油橡胶垫片与上封头紧密连接，上封头设有2个电极，通过长短2个电极控制透析装置本体内水和轻微浮油的排放，见图1。

透析装置本体内设有泄压出油口，当水和乳化油被透析装置分离，大量乳化油聚集在透析装置之外，可以排出。下封头底部设有放泄口，当透析装置需更换或清洗时，可以通过底部放泄旋塞将透析装置本体内液体排尽。

为试验对乳化油污水的有效分离，经透析装置破乳分离的乳化油进入聚凝器，将细小油粒聚结长大浮出水面实现达标排放分离。

图1　透析装置结构示意

3试验

图2　高乳化油污水快速分离试验台架原理示意

如图2所示，高乳化污水分离试验过程设置有制备实验用乳化油污水的化油调制装置(含加热器、温度计、搅拌泵等)及船用重油、柴油、液压油、润滑油等原材料，分离乳化油试验用的乳化油污水分离样机(含各类孔径透析膜)，开展乳化油污水分离效果测试的乳化油检测仪、15 mg/L油分检测仪1等。

经调制的乳化油污水试验样品通过经过乳化油检测仪[3]确定为试验所需浓度后，由柱塞泵将乳化油泵入乳化油污水分离样机，乳化油经过膜后，分离出来的乳化油上浮至装置顶部，检测电极控制电磁阀的开关，保证乳化油排放至废油接收柜。透过膜的达标水中有部分被水流冲过乳化油处理样机，在样机后方设置聚凝器，以拦截浮油。

3.1透析膜孔径对高乳化油污水分离的影响

根据以往分别将0.1、0.2和0.45 μm的改性不对称膜装入样机，使原液10 000 mg/L的乳化油污水进入样机，观察出水的油浓度≤100 mg/L，选择处理量更大的膜。见图3。

图3　不同孔径的膜在不同温度下对达标水含油量的影响

由图3可见，在相同温度情况下，0.45 μm的透析膜处理量是最大的，故选择0.45 μm透析膜[4-5]进行下一步的实验。

3.2温度对高乳化油污水分离的影响

选取0.45 μm透析膜，对乳化油原液进行温度改变，将原液温度从25～80 ℃，每隔10 ℃做一组试验，记录出水水质和处理量的变化；在出水油浓度≤100 mg/L的情况下，选择处理量最大的那组温度。

由表2可见，随着温度的升高初期透析膜透水率随着工作温度的升高而缓慢上升，含油量在减少，这是由于随着工作温度的上升，降低了液体粘度，提高了液体的传质效率。但随着温度继续上升，浓差极化现象开始出现，凝胶层阻力的产生开始阻碍透析膜的透水率，透析膜的透水性逐渐减小，含油量又在升高，本试验可做破坏性试验检测出透析膜工作温度的临界值。

表2　不同温度时所对应的达标排放水的含油量变化

4结论

对高乳化油分离技术进行试验研究，根据以往的设计经验，改变透析膜孔径和温度研究其对高乳化油分离的影响规律，找出了试验效果最好的透析膜以及透析膜工作温度的临界值，得出的结论是：当透析膜孔径为0.45 μm时，处理量是最大的；当温度为60 ℃，透析膜透水量最大，含油量最小，此时是高乳化油分离的最好时期。

参考文献

[1] 商连.絮凝剂处理含乳化油废水试验研究[D].西安：长安大学，2005.

[2] 于婷，孙志娟.电催化法处理乳化油污水工艺及机理探讨[J].化学工程与装备，2011(1)：184-187.

[3] 承雪航.含乳化油冷轧废水处理的试验研究[D].上海：上海交通大学环境科学与工程学院，2009：3-10.

[4] 王兰娟，张才菁.含乳化油污水的超滤膜分离模型[J]. 石油大学学报(自然科学版)，1998(3)：79-81.

[5] 刘喜元.船舶污水处理系统的技术方案[J].中国舰船研究,2006,1(5/6):54-56.

Experimental Study on Sewage Separation Technology of the High Emulsified Oil

LI Hui-zi, LI Hui-zhuo, WANG Liang-wu

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Abstract:Experiments have been carried out to study the high emulsified oil sewage separation technology. The influence of dialysis membrane bore and liquid temperature upon the sewage separation for high emulsified oil is analyzed, so as to find out the best dialysis membrane bore and critical temperature. When dialysis membrane bore is 0.45μm, the handling capacity reaches maximum; when the temperature is 60℃, the water volume of dialysis membrane is the most with minimal oil contents, this moment is the best time of high emulsified oil sewage separation.

Key words:high emulsified oil sewage; separation; waste water disposal method

中图分类号：U664.9

文献标志码：A

文章编号：1671-7953(2016)02-0082-04

第一作者简介：李慧子(1985-)，女，硕士，工程师E-mail:piter102@163.com

基金项目：国家部委基金资助项目

收稿日期：2016-01-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.02.022

修回日期：2016-01-21

研究方向:船舶保障系统