【正文】 困難，因?yàn)樗鞯臄_動(dòng)極易使油滴回游而來不及上浮分離就被水流夾帶而走。電浮分離法使把含油污水引進(jìn)裝有電極的艙柜中，利用電解產(chǎn)生的氣泡在上浮過程中附著油滴而加以分離，從而實(shí)現(xiàn)油水分離的方法，實(shí)際上是一種物理化學(xué)分離方法。因此，傳統(tǒng)的油污水分離裝置單純的對(duì)浮油和分散油的分離已經(jīng)不能滿足新的防污染規(guī)則，必須對(duì)原有油污水分離裝置進(jìn)行改進(jìn)，提高其分離乳化油的能力，使分離后的水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。一般一艘船平均艙底水每天產(chǎn)生量大約是船舶總噸的0. 02%～ 0. 05% , 即每年平均為該船總噸位的 10% 左右，而污水中含油量可高達(dá)50 000 mg／L。但卻并不能除去污水中的乳化油。船舶機(jī)艙艙底水來自機(jī)艙內(nèi)冷卻系統(tǒng)中海水、淡水的泄漏；燃油、滑油系統(tǒng)中燃油、滑油的泄漏；蒸汽供熱系統(tǒng)中凝水泄漏；各種泵軸密封處的泄漏，有關(guān)機(jī)械設(shè)備的泄放水和洗滌水等[1]。保密□，在本學(xué)位論文屬于不保密□。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。針對(duì)膜組件的污染問題，本文在超濾的基本傳質(zhì)理論基礎(chǔ)上，依據(jù)流體力學(xué)知識(shí)導(dǎo)出了滲透壓、濾餅層阻力公式，推出關(guān)于膜通量模型方程，并利用 Matlab 控制系統(tǒng)仿真模塊對(duì)膜通量模型進(jìn)行仿真研究，驗(yàn)證了模型的正確性。如果繼續(xù)使用原有的油污水分離裝置，仍會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成危害。船舶艙底含油污水處理技術(shù)研究摘 要船舶船艙底水處理裝置是船舶的重要防污染設(shè)備之一。針對(duì)船舶艙底水中乳化油難以分離的問題，本文通過對(duì)膜分離超濾技術(shù)的深入研究，設(shè)計(jì)出新型油污水分離裝置，不僅可以提高其分離乳化油的能力，而且可以實(shí)現(xiàn)裝置的全自動(dòng)化運(yùn)行，從根本上克服了船舶艙底水中乳化油對(duì)海洋環(huán)境造成的危害。最后通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，研制了新型的船舶艙底含油污水分離裝置并進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究，最終通過中國(guó)船級(jí)社型式認(rèn)可試驗(yàn)，進(jìn)一步發(fā)展了船舶含油污水處理技術(shù)。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”）學(xué)位論文作者簽名：崔建偉年解密后適用本授權(quán)書。艙底水中的油一般呈三種物理狀態(tài), 即浮上油, 分散油和乳化油[2]。乳化油在污水中呈乳濁狀，細(xì)小的油珠外邊包著一層水化膜且具有一定量的負(fù)電荷，水中含有一定量的表面活性劑，使乳化物呈穩(wěn)定狀態(tài)。含大量乳化油的艙底水如果不經(jīng)分離直接排放進(jìn)入大海，可能造成海洋環(huán)境的污染，進(jìn)而影響人類的生存環(huán)境[2]。目前在1上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論國(guó)內(nèi)，船舶艙底含油污水處理技術(shù)仍處于初始發(fā)展階段，具有很高的研究意義和實(shí)用價(jià)值。 重力分離法在重力作用下，單體油粒在靜水中的上浮主要由于油和水的密度差造成的。用重力分離法能否在較短時(shí)間內(nèi)將油水分離，取決于油粒上浮速度，而影響上浮速度的主要因素是油粒直徑及油、水密度。 m 就很難分離。 過濾分離法過濾分離法是讓油污水通過多孔性介質(zhì)濾料層，而油污水中的油粒及其其它懸浮物被截留，去除油份的水通過濾層排出。這些濾料的特點(diǎn)是濾料的化學(xué)穩(wěn)定性好，不易溶于水，一般不與污染物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生有害或有毒的新污染物，同時(shí)還具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。用粒狀介質(zhì)組成的濾料層，理想的狀態(tài)應(yīng)是各層粒徑沿水流方向逐漸減小。任何一種濾料對(duì)污染物的過濾能力都有一定的限度，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，過濾效果會(huì)越來越差，在濾料達(dá)到飽和以后，必須進(jìn)行反沖洗，使濾料重新具有良好的過濾性能。聚結(jié)分離法特別是用在油污水的深度處理上是很有價(jià)值的，這一方法最初是被人們用來從油中除去微量的水，后大量的被應(yīng)用在水中除油。這樣材料表面幾乎全被油粒包住，再流來的油粒更容易潤(rùn)濕附著在上面，因而附著的油粒不斷聚結(jié)擴(kuò)大并形成油膜。因此無論是親油材料或疏油材料，只要油粒直徑合適，都會(huì)有比較好的粗?；Ч?。吸附是一種可逆過程，被吸附的粒子由于熱運(yùn)動(dòng)，會(huì)擺脫固體表面粒子的引力從表面脫落下來重新回到污水中，這種現(xiàn)象稱為脫附。因此，吸附材料達(dá)到飽和之前就應(yīng)更換，而吸附材料的更換和處理都比較困難，并且需要大量的吸附材料，所以吸附分離法主要用于含油量很少的細(xì)分離。傳統(tǒng)船舶艙底水分離裝置都是在國(guó)際海事組織于 1992 年通過的 MEPC60.(33)決議的要求下設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，運(yùn)行的。IMO 要求從 2005年 1 月 1 日以后建造的船只都應(yīng)執(zhí)行該決議。 m ）特點(diǎn)重力分離法浮油及分散油50效果穩(wěn)定，運(yùn)行費(fèi)用低，占地面積大聚結(jié)法分散油、乳化油10設(shè)備小，操作簡(jiǎn)單；易堵；效果差過濾法分散油、乳化油10水質(zhì)好，投資少，濾床要反復(fù)沖洗吸附法溶解油5水質(zhì)好，占地少，投資高，吸附劑再生難超濾分離法分散油、乳化油5水質(zhì)好，設(shè)備簡(jiǎn)單，膜清洗困難超聲波法分散油、乳化油10效果好，價(jià)格高，難于大規(guī)模處理上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論美國(guó)海軍開發(fā)的一系列橫流薄膜處理系統(tǒng)以及德國(guó)DVZSERVICES 公司于2004所示：艙底重力油污水分膜分離系統(tǒng)油分檢測(cè)儀達(dá)標(biāo)離系統(tǒng)圖11 膜法處理油污水分離流程The method of membrane to deal with bilge water上述處理流程的核心是膜分離系統(tǒng)，使用的膜具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在膜的工作面上有一層極薄的致密分離層，下部是結(jié)構(gòu)疏松的指狀支撐層。[5]二、吸附分離系統(tǒng)為滿足新決議的要求，英國(guó)RWO 公司和LASCAI 公司開發(fā)了用于后續(xù)處理的吸附式油污水處理系統(tǒng)，見的吸附劑是活性炭，但活性炭對(duì)油的吸附容量一般只有30~80mg/填充劑（一種鎂或鐵的鹽類、氧化物，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~80%）與交聯(lián)聚合劑（可用聚乙烯、聚丙烯，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%~20%）組成的，對(duì)油的吸附容量一般只有600~880mg/g，但這種吸油劑的吸油接觸時(shí)間一般較長(zhǎng)，需要2~8 小時(shí)，吸附式成本較高，回收困難，在通常情況下不宜提倡。而基于目前膜技術(shù)的發(fā)展以及經(jīng)試驗(yàn)證明的良好的分離效果，“重力預(yù)處理+精密過濾+膜分離技術(shù)”工藝已成為極具發(fā)展前景的油污水處理技術(shù)。其大致的發(fā)展史為：20世紀(jì)30年代微孔過濾(Micro—filtration)；40年代滲析(Dialysis)；50年代電滲析(Electro—dialysis)；60年代反滲透(Reverse—osmosis)；70年代超濾(Ultra—filtration)；80年代氣體分離(Gas separ— ation)；90年代滲透汽化（Pervaporization)。與傳統(tǒng)處理方法相比，膜法進(jìn)行油水分離的優(yōu)點(diǎn)是：① 純粹的物理分離，不需要加入沉淀劑；② 不產(chǎn)生含油污泥，濃縮液焚燒處理；③ 雖然廢水中油分濃度變化幅度大，但透過流量和水質(zhì)基本不變，便于操作；④ 膜法一般只需壓力循環(huán)廢水，設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，特別適合于油分濃度幾千mg/L以上含油廢水的處理。這些關(guān)鍵技術(shù)的研究對(duì)提高含油污水的處理效率、保證油污染物的去除率和延長(zhǎng)膜壽9上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論命具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。簡(jiǎn)單的情況是乳化油基于油滴尺寸被膜阻止，而溶解油的被組織則是基于膜和溶質(zhì)的分子間的相互作用，膜的親水性越強(qiáng)，阻止游離油透過的能力越強(qiáng)，水通量越高。膜組件設(shè)計(jì)可以有多種形式，一般均根據(jù)兩種膜構(gòu)型—平板式和管式來設(shè)計(jì)。用UF和MF10因此，若適當(dāng)配置膜組件并合理選擇膜，將獲得好的分離效果。溫建志等采用中空纖維超濾膜對(duì)油田含油廢水進(jìn)行了處理,研究表明,總懸浮固體質(zhì)量濃度由6. 69 mg/ L下降為0. 56 mg/ L ,油質(zhì)量濃 mg/ L下降為0. 5 mg/L ,達(dá)到滿意的效果。金屬加工廢水在進(jìn)入膜過濾器前需進(jìn)行預(yù)處理,由于油水界面表面張力足以使油滴不透過已被水浸濕的膜,因而超濾膜能成功地從含油廢水中分離出油相,超濾后的滲透液中的油濃度通常低于10 mg/L ,可以排放。目前油水分離膜研究重點(diǎn)是對(duì)膜進(jìn)行表面改性,以有效減小膜污染,使膜能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作,并降低運(yùn)行費(fèi)用。但是作為船舶艙底水處理這一新的研究領(lǐng)域，超濾膜分離技術(shù)的研究目前在國(guó)內(nèi)仍處于初始發(fā)展階段，這方面的系統(tǒng)研究較少。3. 在超濾的基本傳質(zhì)理論基礎(chǔ)上，依據(jù)流體力學(xué)知識(shí)推導(dǎo)滲透壓、濾餅層阻力公式以及膜通量模型方程，通過分離乳化液的超濾膜分離實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)值分析求解模型最優(yōu)參數(shù)，利用 Matlab 控制系統(tǒng)仿真模塊建立模型，并對(duì)膜通量模型進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了模型的正確性。這個(gè)區(qū)間的三維量度中的一度和其余兩度相比要小得多。另外，液膜和氣體分離膜也在一定程度上得到了應(yīng)用。當(dāng)前的研究和實(shí)踐表明，它在油水分離領(lǐng)域也逐漸顯示出極大的發(fā)展?jié)摿Α２煌哪し蛛x過程可以有不同的分離機(jī)理和推動(dòng)力。微濾是膜分離過程中研究最早、產(chǎn)業(yè)化最早的一種膜技術(shù)。超濾膜分子量截留范圍大致為1000～300000，其分離機(jī)理被認(rèn)為是物理篩分過程。反滲透被認(rèn)為是最精密的膜法液體分離技術(shù)，它對(duì)溶解性鹽截留率很高但允許水分子透過。納濾膜早期被稱作“疏松反滲透膜”。納濾膜另一個(gè)顯著特征是它通常是荷電膜，這是納濾膜在較低壓力下仍具有較高脫鹽性能的原因。14上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究（2） 膜的材料與結(jié)構(gòu)[22] [25]目前使用的固體分離膜大多數(shù)是高分子聚合物膜，無機(jī)材料分離膜在近年來也得到了迅速的發(fā)展。對(duì)稱膜又稱為均質(zhì)膜，是一種均勻的薄膜，膜兩側(cè)截面的結(jié)構(gòu)及形態(tài)完全相同，包括致密的無孔膜和對(duì)稱的多孔膜兩種。此外，也可在多孔支撐層上覆蓋一層不同材料的致密皮層構(gòu)成復(fù)合膜。（3）膜分離組件及運(yùn)行模式[22] [25]膜組件是將一定膜面積的膜以某種形式組裝在一起的器件，在其中實(shí)現(xiàn)混合物的分離。螺旋卷式膜組件也是采用平板膜，其結(jié)構(gòu)與螺旋板式換熱器類似。螺旋卷式膜組件結(jié)構(gòu)緊湊，裝填密度可達(dá)830～1660m2／m3。管式膜組件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、操作方便，流動(dòng)狀態(tài)好，但裝填密度較小。中空纖維膜組件裝填密度極大，且不需外加支撐材料；但膜易堵塞，清洗不容易。通向離心泵的出口應(yīng)盡量設(shè)在該箱的低位。含油污水試驗(yàn)液體根據(jù) (49)決議修訂的船舶機(jī)器處所艙室水防污染設(shè)備指南和技術(shù)條件配制，符合技術(shù)條件的各項(xiàng)要求，并同時(shí)采用油水分離器進(jìn)行機(jī)械分離，然后料液進(jìn)行超濾膜分離，使裝置的分離過程更加接近實(shí)際。圖 22 料液箱示意圖 Sketch map of the reagent box18上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究三、試驗(yàn)操作步驟：為了研究不同膜材料和不同規(guī)格膜組件對(duì)分離效果的影響因素，在試驗(yàn)的過程中，要在已設(shè)計(jì)好的試驗(yàn)裝置上，通過使用不同的膜組件并控制影響膜分離效果的一些參數(shù)（如溫度，壓力等），得到不同參數(shù)條件下不同種類的膜材料對(duì)料液的分離效果，而后在滿足透過液含油量小于15ppm的條件下，選出分離效果最佳的膜和工作參數(shù)。首先，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置中的閥門進(jìn)行操作，如圖2－3所示，使閥門1，5，8，4，6，11處于打開狀態(tài)，其它閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)試驗(yàn)液從膜組件的下部進(jìn)入，濃縮液從上部流出；打開隔膜泵，調(diào)節(jié)壓力表讀數(shù)到指定壓力 P1 ；待系統(tǒng)穩(wěn)定后，開始記錄不同時(shí)間流量計(jì)的讀數(shù)；系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間，當(dāng)滲透液流量明顯減少時(shí)，關(guān)閉隔膜泵，打開閥門1，10，6，7，4，9，關(guān)閉其他閥門，實(shí)現(xiàn)料液進(jìn)膜方向的轉(zhuǎn)換；在壓力為 P2 ， P3 的試驗(yàn)條件下，操作步驟相同。當(dāng)試驗(yàn)?zāi)そM件滲透通量下降較大時(shí)可以進(jìn)行膜組件的反沖洗。操作壓力仍然控制在 ，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行 2 小時(shí)。通過轉(zhuǎn)變所分離污水的進(jìn)口方向，反向清洗膜組件內(nèi)部濃差極化較嚴(yán)重的區(qū)域，從而使膜組件的滲透液通量有所恢復(fù)。通量降到一定程度后，必須采取一定的清洗方法對(duì)膜進(jìn)行清洗。沖洗 15 分鐘后，裝置開始運(yùn)行，膜透過液流量隨時(shí)間變化曲線如圖 2－4 所示。（3）壓力對(duì)膜透過液流量的影響圖 2－5 是改變壓力時(shí)對(duì)透過液的影響。如果繼續(xù)增加膜組件進(jìn)口液壓力，滲透液流量反而可能有所降低，這主要是因?yàn)楫?dāng)壓力較大時(shí)，膜管內(nèi)料液大量通過膜孔，致使污水中大量的污染物如乳化油顆粒堵塞在膜表面造成膜的污染，從而使透過膜的水的通量降