【正文】 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，其污染問題沒有引起太多的重視。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)。此外，還用利用濃度差，分壓差和電位差等作為推動(dòng)力的其他膜分離過程。不同的膜分離過程可以有不同的分離機(jī)理和推動(dòng)力。 膜分離技術(shù)的基本原理（1） 膜分離過程的常見形式[22]－[25]膜分離過程是利用薄膜分離混合物的一種方法。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?。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。另外，液膜和氣體分離膜也在一定程度上得到了應(yīng)用。具有分離功能的膜是指可選擇性透過不同物質(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。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。 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)。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。本文的主要研究內(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題的關(guān)鍵技術(shù)及其解決途徑。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。[14] 本文的主要研究內(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。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,使膜能長期穩(wěn)定工作,并降低運(yùn)行費(fèi)用。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。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。[16]（2）金屬加工含油廢水的膜處理金屬加工過程中排放的含乳化油廢水含油濃度很高,且成分復(fù)雜。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。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)。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。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。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)。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)。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。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，眾說紛紛，但基本共識(shí)是膜分離是處理料組分選擇性透過膜的物理化學(xué)過程，過程的推動(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。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。根據(jù)膜本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇適宜的膜過程和膜組件，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%，且無二次污染，過程無相變，膜組件結(jié)構(gòu)簡單，流程縮短，設(shè)備能耗低。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。 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。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)。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。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)。表1－2典型艙底水處理技術(shù)比較隨著國際上對(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。[5]二、吸附分離系統(tǒng)為滿足新決議的要求，英國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，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。而水分子在側(cè)壓作用下將穿過致密層上的微孔，再穿過下部的疏松支撐層，進(jìn)入膜的另一側(cè)。 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(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(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。為滿足新決議的要求，國內(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系統(tǒng)的后階段加裝了深化處理系統(tǒng)，深化處理系統(tǒng)主要包括膜分離系統(tǒng)和吸附系統(tǒng)等。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。于是在 2004 年 IMO 通過了 MEPC107.(49)決議，取代了 MEPC60.(33)。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。5上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論表 1－1[6]是常用艙底含油污水處理方法比較。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。常用的吸附材料有纖維材料、硅藻土、焦炭和活性炭等。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。固體吸附材料表面的分子在其垂直方向受到內(nèi)部分子的引力，但外部沒有相應(yīng)引力與之平衡，因此，存在吸引表面外側(cè)其它粒子的吸引力，由固體表面分子剩余吸引力引起的吸附稱為物理吸附。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)有比較好的粗粒化效果。碰撞聚結(jié)理論是建立在疏油性材料的基礎(chǔ)上，無論是由粒狀的還是纖維狀的粗?；牧辖M成的粗?；玻淇找u均構(gòu)成互相連通的通道，像無數(shù)根直徑很小彎4上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論曲交錯(cuò)的微管，當(dāng)含油廢水流經(jīng)該床時(shí)，由于粗?；牧鲜鞘栌偷?，兩個(gè)或多個(gè)油粒有可能同時(shí)與管壁碰撞或者互相之間碰撞，其沖量足可以使它們合并成一個(gè)較大的油粒，從而達(dá)到粗?；哪康?。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。聚結(jié)除油的機(jī)理目前還未形成統(tǒng)一的理論，總的來說，大體上有兩種觀點(diǎn)，即潤濕聚結(jié)和碰撞聚結(jié)。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。在這種分離過程中，由于微小油粒逐漸聚合長大，因此這種分離過程稱為聚結(jié)，也叫粗?；^程。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，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。如果僅用一種濾料做成濾層，當(dāng)水流方向自上而下流動(dòng)時(shí)，實(shí)際難以保持粒徑3上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論自上而下逐漸減少的狀態(tài)。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。使用粒狀介質(zhì)做濾料時(shí)，要依據(jù)過濾要求及工藝條件選用適宜的濾料粒徑的范圍及在此范圍內(nèi)各種粒徑的數(shù)量比例。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。另外由于具有很大表面積的濾料對(duì)油粒及其它懸浮物的物理吸附作用和對(duì)微粒的接觸媒介作用，增加了油粒碰撞的機(jī)會(huì)，使小油粒更容易聚合成大油粒而被截留。 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。機(jī)械分離法是讓含油污水流過斜板、波紋板和濾器等，使之產(chǎn)生渦流、轉(zhuǎn)折和碰撞，以促使微小油粒聚集成較大的油粒，再經(jīng)密度差作用而上浮，從而達(dá)到分離的目的；靜置分離是將含油污水儲(chǔ)存在艙柜內(nèi)，在單純的重力作用下經(jīng)過沉淀使油液自然上浮2上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論以達(dá)到分離的目的；離心分離法使利用高速旋轉(zhuǎn)的離心力，使油、水在離心力和密度差的作用下實(shí)現(xiàn)分離，它的特點(diǎn)使油污水在分離器中的停留時(shí)間很短，所以分離器體積較小。 m 就很難分離。重力分離法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，缺點(diǎn)是只能分離自由狀態(tài)的油，而不能分離乳化狀態(tài)的油。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。如果兩者之差大于阻力時(shí)，油滴則加速上浮，油滴上浮時(shí)收到的阻力與水流的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 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?；瘜W(xué)分離法是向含油污水中投