【正文】 低。但溫度增加值應(yīng)充分考慮膜分離裝置的正常工作溫度，以免影響膜組件的使用壽命。因此，選擇合適精度的濾器對(duì)于膜分離試驗(yàn)裝置來(lái)說(shuō)尤為重要。試驗(yàn)表明，超濾膜分離裝置完全符合艙底水分離裝置分離乳化油的相關(guān)要求。通過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)包括交換不同過(guò)濾精度的濾器，我們建議采取雙聯(lián)組合濾器，使用該雙聯(lián)組合濾器，一方面減輕膜組件分離乳化液的工作負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)膜組件的使用壽命，另一方面還可以提高分離水水質(zhì)，使分離后的水符合排放標(biāo)準(zhǔn)。 小結(jié)25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)研究本章在分析膜分離基本原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了分離乳化液的超濾膜分離試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行試驗(yàn)后，根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中所記錄下的數(shù)據(jù)分別繪制通量與時(shí)間，壓力，溫度的變化趨勢(shì)。綜上所述，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及膜組件的選擇和系統(tǒng)的優(yōu)化配置提供了有力支撐，同時(shí)為深入的理論研究和實(shí)船試驗(yàn)研究提供了很好的試驗(yàn)平臺(tái)。在膜阻力分析中，針對(duì)反向擴(kuò)散對(duì)濾餅層的影響導(dǎo)出新的方程。膜的透過(guò)通量用單位時(shí)間內(nèi)、單位面積膜上透過(guò)的溶液量來(lái)表示JV =VAt(31)式中2V———濾液體積， m3 ；A———分離膜的有效面積， m2 ；t———獲得 V 體積濾液所需的時(shí)間，s。濃差極化對(duì)超濾膜性能有很大影響，當(dāng)膜面上截留溶質(zhì)的濃度增加到一定值時(shí)，在膜面上會(huì)形成一層凝膠層，該凝膠層對(duì)料液流動(dòng)產(chǎn)生很大阻力，因而使得膜透過(guò)通量急劇下降。28J———膜透過(guò)通量， m3 / (m s) ；上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 3 章 船舶艙底含油污水處理技術(shù)仿真研究邊界條件為：x=0 時(shí) c= cm ；x＝δ ? c= cb 。引入傳質(zhì)系數(shù)K 和真實(shí)截留率，式(35)則為cmc p=JKR + (1 ? R) expJK(36)式中， cm / c p 稱為濃差極化模數(shù)，隨著通量 J 增大、截留率 R 增加以及傳質(zhì)系數(shù) K 減小，濃差極化模數(shù)增大，即膜表面的濃度 cm 增大。 ；29expRe Sdh 13上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 3 章 船舶艙底含油污水處理技術(shù)仿真研究Sc ———施密特?cái)?shù)， Sc = 227。湍流時(shí)可按照德斯來(lái)爾提出的方程進(jìn)行計(jì)算。 )J s = P(cm ? c p ) + (1 ? 243。1 ? 243。當(dāng)膜兩側(cè)濃度差較大時(shí)，可用式(312)代替式(311)。[25] 速率方程膜透過(guò)速率方程式，可以從不可逆過(guò)程熱力學(xué)現(xiàn)象論方程式推導(dǎo)如下：JV = Lp (?P ? 243。式（38）的適應(yīng)范圍為 1000 Re Sd h /L5000。D(37) 傳質(zhì)系數(shù)濃差極化層內(nèi)的傳質(zhì)系數(shù) K，受體系流體力學(xué)狀況影響較大，可以采用傳質(zhì)數(shù)并聯(lián)式計(jì)算，當(dāng)膜組件內(nèi)的流動(dòng)為層流時(shí)，可用萊維科式進(jìn)行計(jì)算。cm ? c pcb ? c p= expJ228。膜表面被截留的溶質(zhì)，會(huì)沿濃度梯度向料液方向擴(kuò)散，當(dāng)溶質(zhì)以對(duì)流方式向膜方向的傳遞量等于滲透通量與反向擴(kuò)散通量之和時(shí)，擴(kuò)散得到平衡。27JV ———透過(guò)通量， m3 / (m s) ；上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 3 章 船舶艙底含油污水處理技術(shù)仿真研究Ra = 1 ?c pcb（32）式中cb ———原液濃度， mg / L ；c p ———透過(guò)液濃度， mg / L 。并提出了預(yù)防膜污染的措施，大大延長(zhǎng)膜的使用壽命，降低了運(yùn)行、維護(hù)成本。本章在乳化液膜分離試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)膜通量模型進(jìn)行仿真計(jì)算。即隨著分離時(shí)間的增加，由于膜面凝膠極化等因素使得膜的通量下降；壓力的升高使得作為推動(dòng)力的壓差升高而使得通量上升；而溫度的升高降低了料液的黏度，從而使得膜的通量上升。較高的料液流速可以有效防止?jié)獠顦O化、提高設(shè)備處理能力。24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)研究所進(jìn)行的試驗(yàn)中，在經(jīng)膜分離后的排放水油份濃度均低于 6ppm，完全符合油污水排放規(guī)定。試驗(yàn)證明，使用雙聯(lián)組合濾器后，膜組件的使用壽命延長(zhǎng)至 200 小時(shí)以上。23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)研究圖 2－6 透過(guò)液流量隨溫度變化曲線The infection of the temperature to the Permeation quantity（5）濾器對(duì)膜透過(guò)液流量的影響本實(shí)驗(yàn)初期采用過(guò)濾精度在 100μm 左右的粗濾器，從而導(dǎo)致膜組件在一小時(shí)內(nèi)臟堵，不符合實(shí)驗(yàn)要求，由此可見，料液前處理的重要性。溫度越高，艙底含油污水的黏度越低，在膜內(nèi)流過(guò)時(shí)阻力也越小，從而可以提高膜面流速，降低濃差極化現(xiàn)象。超濾膜透過(guò)液通量與操作壓力的關(guān)系取決于膜和邊界層性質(zhì)，在膜未受污染時(shí)，濃差極化作用可以忽略，膜透過(guò)液通量與壓力成正比。其分離性能較第一次分離過(guò)程也有很大改善。本文著重對(duì)雙向流和清水反沖洗進(jìn)行研究，所謂反沖洗是指從膜的透過(guò)側(cè)通過(guò)液體沖洗, 將膜面污染物除去的方法。從圖中可以看到，聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維超濾膜組件的抗污染程度較強(qiáng)，相同規(guī)格下的膜組件滲透液通量較大，且可以較長(zhǎng)時(shí)間保持較高的滲透液通量。由圖可見，超濾膜分離裝置在剛開始運(yùn)行時(shí)膜通量增加很快，在較短的時(shí)間滲透液通量增加到最大，隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)，膜通量有所下降并維持在一個(gè)較穩(wěn)定值上。[27] 乳化液膜分離試驗(yàn)結(jié)果及分析（1）變向分離操作時(shí)對(duì)膜透過(guò)液流量的影響首先使機(jī)械分離后的艙底含油污水從膜組件下端進(jìn)入膜組件內(nèi)部進(jìn)行分離。本試驗(yàn)中采用清水對(duì)膜組件進(jìn)行清洗，具體的操作為打開閥門2，3，8，9，關(guān)閉其它閥門，清洗前需初步確定幾組清洗間隔及清洗時(shí)間，記錄不同清洗間隔及清洗時(shí)間下膜通量的情況，從而確定出最佳清洗間隔和時(shí)間。1．正常工作狀態(tài)在開始進(jìn)行試驗(yàn)之前，要對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行全面檢查，確保儀器儀表已經(jīng)校正，管子與裝置的連接處不存在泄露。試驗(yàn)液體“C”的成分計(jì)算：試驗(yàn)所需體積凈值：300L；試驗(yàn)液體“C”中的乳化液體積： m3=；試驗(yàn)液體“A”重量：25= kg；試驗(yàn)液體“B”重量：25= kg；表面活性劑重量:=；氧化鐵重量： = kg；在試驗(yàn)液體箱內(nèi)制成試驗(yàn)液體，如圖 2－2 所示；離心泵 B 運(yùn)行一小時(shí)，確認(rèn)試驗(yàn)液體表面無(wú)浮油。一、試驗(yàn)?zāi)康谋驹囼?yàn)旨在通過(guò)對(duì)各種材料不同規(guī)格的膜組件進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證相應(yīng)膜組件的分離效果，確定產(chǎn)品的工藝流程和選用膜的材料和規(guī)格，優(yōu)化操作條件并指出膜污染的影響及其解決或減少污染的措施，為后續(xù) 15ppm 船舶艙底水分離裝置的膜分離部分的研制提供具體的指導(dǎo)意見和方法。圖 21 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖 System of the experiment16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)研究本試驗(yàn)系統(tǒng)采用雙向流膜組件設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)乳化液的超濾實(shí)驗(yàn)，膜組件的安裝易于更換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料及截留分子量的膜組件進(jìn)行試驗(yàn)。將大量的中空纖維一端封死，另一端用環(huán)氧樹脂澆注成管板，裝在圓筒形壓力容器中，就構(gòu)成了中空纖維膜組件，也形如列管式換熱器。管式膜組件是把膜和支撐體均制成管狀，使二者組合，或者將膜直接刮制在支撐管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，將數(shù)根膜管(直徑10～20mm)組裝在一起就構(gòu)成了管式膜組件，與列管式換熱器相類似。組裝時(shí)在膜袋上鋪一層網(wǎng)狀材料(隔網(wǎng))，繞中心管卷成柱狀再放入壓力容器內(nèi)。在多孔支撐板兩側(cè)覆以平板膜，采用密封環(huán)和兩個(gè)端板密封、壓緊。對(duì)于復(fù)合膜，可優(yōu)選不同的膜材料制備致密皮層與多孔支撐層，使每一層獨(dú)立的發(fā)揮最大作用。非對(duì)稱膜的橫斷面具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。無(wú)機(jī)分離膜包括陶瓷膜、玻璃膜、金屬膜和分子篩炭膜等。濃差極化、膜面吸附和粒子沉積作用均是納濾膜被污染的主要原因。反滲透膜幾乎對(duì)所有的溶質(zhì)都有很高脫除率，但納濾膜只對(duì)特定的溶質(zhì)具有高脫除率。反滲透過(guò)程因?yàn)橥枯^低和傳質(zhì)系數(shù)比較大，在使用過(guò)程中受濃差極化的影響較小，而溶質(zhì)在膜面的吸附和沉積被認(rèn)為是膜污染的主要原因。超濾過(guò)程一般通量較高，而溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)低，因此受濃差極化的影響較大，所遇到的污染問(wèn)題也常與濃差極化有關(guān)。微濾膜的孔徑較大，常用于截留溶液中的懸浮顆粒，由于其運(yùn)行壓力低且造價(jià)低，其污染問(wèn)題沒有引起太多的重視。此外，還用利用濃度差，分壓差和電位差等作為推動(dòng)力的其他膜分離過(guò)程。 膜分離技術(shù)的基本原理（1） 膜分離過(guò)程的常見形式[22]－[25]膜分離過(guò)程是利用薄膜分離混合物的一種方法。不同的膜分離具有不同的機(jī)理，適用于不同的對(duì)象和要求。具有分離功能的膜是指可選擇性透過(guò)不同物質(zhì)的膜，這種膜可對(duì)多組分體系進(jìn)行分離、分級(jí)、提純或富集。 本人主要工作1．設(shè)計(jì)乳化液膜分離實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并完成試驗(yàn)；2．利用 Matlab 控制系統(tǒng)對(duì)膜通量模型進(jìn)行仿真；3．設(shè)計(jì)船舶艙底油水分離裝置試驗(yàn)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，并完成試驗(yàn)。本文的主要研究?jī)?nèi)容分為以下幾個(gè)方面：1. 在分析膜分離基本原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了分離乳化液的超濾膜分離試驗(yàn)系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出膜的理論特性，提出了采用膜分離技術(shù)解決乳化油難分離問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)及其解決途徑。[14] 本文的主要研究?jī)?nèi)容與本人主要工作11含油低于 10 mg/ L ,COD 為 1 700～5 000 mg/ L ,油去除率 99 %以上。陸曉千等用超濾技術(shù)處理車床、清洗機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的廢水,這種廢水為乳白色,含油1 000～5 500 mg/ L ,COD 含量高達(dá) 10 000～50 000 mg/ L。[16]（2）金屬加工含油廢水的膜處理金屬加工過(guò)程中排放的含乳化油廢水含油濃度很高,且成分復(fù)雜。李永發(fā)等用超濾膜處理勝利油田東辛采油廠預(yù)處理過(guò)的廢水,處理后油截留率為 % ,能達(dá)到低滲透油田回注水標(biāo)準(zhǔn)。操作方式一般分為死端操作和錯(cuò)流操作，其中死端操作是傳統(tǒng)的方式，油水乳液被強(qiáng)制通過(guò)膜，隨著被截留物（如油）在膜表面上的堆積，滲透物（如水）流量下降，必須定時(shí)清除膜表面的油，以便持續(xù)作業(yè)，錯(cuò)流操作是近20年才應(yīng)用到實(shí)際過(guò)程中的新方式，油水乳液以一定流速平行于膜表面流動(dòng)，在一定程度上克服了死端操作的弊病。若水體中的油是因有表面活性劑等使油滴乳化成穩(wěn)定的乳化油和溶解油，油珠之間難以相互粘結(jié)，則需采用親水或親油的超濾膜分離，一則是因?yàn)槌瑸V膜孔徑遠(yuǎn)小于10μm，二則是超細(xì)的膜孔有利于破乳或有利于油滴聚結(jié)。由于膜分離的傳質(zhì)機(jī)理各異、情況復(fù)雜，膜分離理論至今仍是學(xué)派林立，眾說(shuō)紛紛，但基本共識(shí)是膜分離是處理料組分選擇性透過(guò)膜的物理化學(xué)過(guò)程，過(guò)程的推動(dòng)力主要是膜兩側(cè)的壓差，膜的孔徑雖然是膜的基本性質(zhì)，但膜和分離組分的物理化學(xué)性質(zhì)，如親水性以及荷電情況都直接影響分離過(guò)程和結(jié)果，即膜從溶液中分離溶解的成分是依據(jù)尺寸、荷電、形狀以及溶質(zhì)和膜表面間的分子相互作用而決定的。根據(jù)膜本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇適宜的膜過(guò)程和膜組件，可一次去除水體中100μm以下油珠，對(duì)分散油和乳化油的適應(yīng)性均很強(qiáng)，去除率大于90%，且無(wú)二次污染，過(guò)程無(wú)相變，膜組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流程縮短，設(shè)備能耗低。 膜分離技術(shù)處理含油污水的優(yōu)勢(shì)目前，老三套工藝處理含油廢水存在很多弊端，能量消耗大、水回用率低、二次污染難以避免。膜分離技術(shù)是指借助膜的選擇滲透作用，在外界能量或化學(xué)位差的推動(dòng)作用下對(duì)混合物中溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離，分級(jí)，提純和富集。表1－2典型艙底水處理技術(shù)比較隨著國(guó)際上對(duì)油污染危害防治的重視，艙底油污水處理技術(shù)必然向重視清潔生產(chǎn)和改進(jìn)現(xiàn)有的技術(shù)和工藝的方向發(fā)展。而水分子在側(cè)壓作用下將穿過(guò)致密層上的微孔，再穿過(guò)下部的疏松支撐層，進(jìn)入膜的另一側(cè)。為滿足新決議的要求，國(guó)內(nèi)外開發(fā)了許多新型油污水分離裝置，這些裝置都是在原處理