【正文】 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?。這個區(qū)間的三維量度中的一度和其余兩度相比要小得多。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)的研究目前在國內(nèi)仍處于初始發(fā)展階段，這方面的系統(tǒng)研究較少。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。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。簡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。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。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)。 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)備簡單，膜清洗困難超聲波法分散油、乳化油10效果好，價格高，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 緒論美國海軍開發(fā)的一系列橫流薄膜處理系統(tǒng)以及德國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。傳統(tǒng)船舶艙底水分離裝置都是在國際海事組織于 1992 年通過的 MEPC60.(33)決議的要求下設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，運(yùn)行的。吸附是一種可逆過程，被吸附的粒子由于熱運(yùn)動，會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。這樣材料表面幾乎全被油粒包住，再流來的油粒更容易潤濕附著在上面，因而附著的油粒不斷聚結(jié)擴(kuò)大并形成油膜。任何一種濾料對污染物的過濾能力都有一定的限度，隨著使用時間的增長，過濾效果會越來越差，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。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)，不會產(chǎn)生有害或有毒的新污染物，同時還具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 m 就很難分離。 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。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]。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]。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。針對船舶艙底水中乳化油難以分離的問題，本文通過對膜分離超濾技術(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)裝置的全自動化運(yùn)行，從根本上克服了船舶艙底水中乳化油對海洋環(huán)境造成的危害。如果繼續(xù)使用原有的油污水分離裝置，仍會對海洋環(huán)境造成危害。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。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]。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。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。一般認(rèn)為油粒直徑小于 50 181。過濾法所用的濾料主要有石英沙、卵石、煤屑、焦炭等粒狀介質(zhì)，和由棉、麻、毛氈、各種人造纖維與金屬絲織成的濾布，以及特制的陶瓷塑料制品。因?yàn)榉礇_洗時，整個濾層處于懸浮狀態(tài)，而且必然有顆粒大重量大的濾料懸浮在下層，粒徑小重量小的濾料懸浮在上層，反沖洗結(jié)束后，會自然形成粒徑上小、下大的濾層，這樣的濾層對過濾是十分不利的，因此，提高濾層的過濾性能，可改變水流方向或采用兩種以上濾料組成多層濾料層。潤濕聚結(jié)理論是建立在親油性粗粒化材料的基礎(chǔ)上，當(dāng)含油廢水流經(jīng)由親油性材料組成的粗?；矔r，分散油粒便在材料表面潤濕附著。由于分子間的引力普遍存在，所以物理吸附?jīng)]有選擇性，而且可吸附多層粒子，直到完全抵消固體表面引力廠為止。表 1 常用艙底含油污水處理方法比較 船舶艙底含油污水處理技術(shù)研究進(jìn)展傳統(tǒng)的油污水分離裝置是根據(jù)斯托克斯公式為基本工作原理，利用油水的密度差對油水進(jìn)行重力分離。一、膜分離系統(tǒng)6處理方法適用范圍去除粒徑（ 181。開發(fā)新型處理方法和處理系統(tǒng)，利用幾種方法聯(lián)合分級使用，以盡量避免各方法的局限性，發(fā)揮各處理單元的優(yōu)勢是一種必然的趨勢。從環(huán)境保護(hù)和油類、水再利用等經(jīng)濟(jì)角度考慮，要求有新的技術(shù)和工藝對含油廢水進(jìn)行深度處理。目前用于油水分離的膜是反滲透、超濾和微濾膜，他們的作用是截留乳化油和溶解油。[10] 膜處理油污水的應(yīng)用現(xiàn)狀（1）油田含油廢水的膜處理油田含油污水量較大,大約占油田總污水量的三分之一,且成分復(fù)雜。用膜法處理這些廢水具有不需加絮凝劑、操作簡便、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論 本文的主要研究內(nèi)容超濾膜分離技術(shù)的應(yīng)用從開始到現(xiàn)在已經(jīng)有將近半個世紀(jì)年的歷史，在海水淡化、石油化工、節(jié)能技術(shù)以及生物、醫(yī)藥、輕工、食品、紡織、冶金等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，使人們對膜分離技術(shù)有了深刻的認(rèn)識。12上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文2.第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究乳化液膜分離試驗(yàn)研究膜從廣義上可定義為兩相之間的一個不連續(xù)區(qū)間。不過，各種膜過程有其共同的特點(diǎn)，如過程一般較簡單、設(shè)備體積小、經(jīng)濟(jì)性好、分離系數(shù)較大(受膜材料的物理結(jié)構(gòu)、形態(tài)等影響)，一般沒有相變、在常溫下可以連續(xù)操作、可實(shí)現(xiàn)集成或雜化、可直接放大、節(jié)能、高效無二次污染等。常見的膜分離過程包括微濾(Microfiltration，MF)、超濾(Ultrafiltration，UF)、納濾(Nanofiltration)和反滲透(Reverse Osmosis，RO)等。反滲透過程是滲透過程的逆過程，即溶劑從濃溶液通過膜向稀溶液中流動。納濾膜對二價離子和低分子量有機(jī)化合物的截留率非常高，但一般允許水分子和部分單價離子通過。膜的種類與功能較多，分類方法也較多，但普遍采用的是按膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)分類，將分離膜分為對稱膜和非對稱膜兩類。非對稱膜的分離主要或完全由很薄的皮層決定，傳質(zhì)阻力小，其透過速率較對稱膜高得多，因此非對稱膜在工業(yè)上應(yīng)用十分廣泛。原料進(jìn)入組件后，在隔網(wǎng)中的流道沿平行于中心管方向流動，而透過物進(jìn)15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)研究入膜袋后旋轉(zhuǎn)著沿螺旋方向流動，最后匯集在中心收集管中再排出。大多數(shù)膜組件采用外壓式，即高壓原料在中空纖維膜外測流過，透過物則進(jìn)入中空纖維膜內(nèi)側(cè)。二、試驗(yàn)設(shè)備及試劑試驗(yàn)系統(tǒng)由以下設(shè)備組成：（1）DK800S6F型轉(zhuǎn)子流量計(jì)（,，額定壓力: MPa，介質(zhì)：液體）；（2）DK800S6F型轉(zhuǎn)子流量計(jì)（測量范圍16160L,，額定壓力：1MPa，介質(zhì)：液體，溫度：20120℃）；（3）離心泵（單向自吸泵,2850r/min）；（4）溫控儀；（5）前置濾器；（6）WSF 10型凈化器（活性炭濾芯）；（7）HF1800型隔膜泵（最大流量:,最大輸出壓力:110Psi,最大輸入壓力:60Psi，額定電壓:48V）；（8）ZYIA壓力表；17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（9）超濾膜；（10）三只液箱，管道，閥門，量筒，秒表，篩網(wǎng)。另外，在試驗(yàn)前，根據(jù)膜的操作壓力選定一組壓力值P1 ， P2 , P3 ,測定在不同壓力下，膜的分離效果，以確定膜的最佳操作壓力。操作壓力控制在 ，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行 4 小時，在滲透通量降低較大時改變污水進(jìn)入膜組件內(nèi)部的方向。圖 24 透過液流量隨時間變化曲線Timevarying curve of the Permeation quantity（2）反沖洗對膜透過液流量的影響膜清洗效果通常用膜通量恢復(fù)率 r 來表示r = J q / J o 100%式中 J q 為清洗后膜的純水通量， J o 為膜的初始純水通量對于膜分離技術(shù), 盡管采取了一系列防污染措施,在長期運(yùn)行中，過濾通量隨運(yùn)21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)研究行時間增長而下降的現(xiàn)象。從圖中可以看出聚偏氟乙烯超濾膜組件的恢復(fù)性能最好。另一方面也使?jié)B透液通量增加。(6)油份濃度檢測圖 27 是分離裝置過程中每隔半小時進(jìn)行采樣所測得的油份濃度曲線。但膜面流速一般很難控制，流動過程比較復(fù)雜，單純以提高壓力來提高膜面流速受諸多因素影響。提出了濃差極化對膜通量模型影響應(yīng)體現(xiàn)在兩方面。超濾分離中，由于篩分作用，料液中的部分大分子溶質(zhì)被膜截留，溶劑及小分子溶質(zhì)能自由地透過膜，表現(xiàn)出超濾膜的選擇性，截留物在膜表面累積增多，膜表面料液濃度逐漸上升，在濃度梯度作用下，近膜表面的溶質(zhì)又以相反方向料液擴(kuò)散，平衡狀態(tài)時膜表面形成一定的溶質(zhì)濃度分布邊界層，對溶劑等小分子的運(yùn)動起阻礙作用，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。D(35)其中，擴(kuò)散系數(shù) D 與邊界層厚度 δ 之比為傳質(zhì)系數(shù)，即 K＝D/δ。由式（38）求得的傳質(zhì)系數(shù)是沿膜長L 的平均值。(310)(311)R =(1 ? F )243。?240。準(zhǔn)Sh = (L)（38）式中 Sh ———舍伍德數(shù)， Sh ＝ Kd h / D ；Re ———雷諾數(shù)， Re =Ud h / 227。J c p + Ddcdx= J c(34)式中c———溶質(zhì)質(zhì)量濃度， mg / L ；2D———擴(kuò)散系數(shù)， m2 / s 。 超濾的基本傳質(zhì)理論 濃差極化超濾特性一般可用透過通量（ JV ）和表觀截留率（ Ra ）兩個基本量來表示。利用中空纖維膜超濾技術(shù)處理乳化液廢水具有極高的效率，它針對乳化液難以處理的主要原因，即小油滴難以聚集成大油滴而上浮去除，而應(yīng)用膜分離可將乳化液濃縮，使油的濃度大大增加，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。因此，在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮如何提高膜分離裝置的正常使用時間即提高膜組件的壽命問題。采用過濾精度為 25μm的濾器和 10μm 的精濾器，使其串連在試驗(yàn)裝置上進(jìn)行分離液進(jìn)入膜組件前的過濾，效果表明，使用合適精度的濾器可以減輕膜分離組件的工作負(fù)擔(dān)，延長膜組件的使用壽命，并且使分離裝置分離的排放水符合排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著過濾過程的進(jìn)行，膜表面逐漸形成凝膠層造成膜的污染，通量也隨壓力增長緩慢。裝置連續(xù)運(yùn)行 4 小時，開始進(jìn)行反向沖洗，沖洗水壓力控制在 MPa，沖洗水從透過液出口進(jìn)入膜組件內(nèi)部