【正文】 浮力與重力之差和阻力相等時，油粒就等速上浮。當(dāng)水流處于層流流動狀態(tài)時，油滴上浮比較容易；當(dāng)水流處于紊流流動狀態(tài)時，油滴的上浮則比較困難，因?yàn)樗鞯臄_動極易使油滴回游而來不及上浮分離就被水流夾帶而走。另外由于水的粘滯系數(shù)，油和水的密度都隨溫度的變化而發(fā)生較大的改變，因此溫度也對上浮速度也有直接影響。一般認(rèn)為油粒直徑小于 50 181。重力分離法按其作用方式不同，還可分為機(jī)械分離、靜置分離和離心分離三種。離心分離法可采用水旋分離法，即分離器本體固定不動，而使污水沿切線方向流入分離體內(nèi)，造成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也可采用氣旋分離法，即分離器本體高速旋轉(zhuǎn)，并帶動體內(nèi)污水一起高速旋轉(zhuǎn)。這種油水分離的過程主要靠濾層阻截作用，將油粒及其它懸浮物截留在濾料表面。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)V料達(dá)到飽和狀態(tài)后，必須進(jìn)行反沖洗，使濾料重新獲得良好的過濾性能，如果強(qiáng)度不夠，會在反沖洗時由于不斷碰撞和摩擦而使濾料產(chǎn)生粉末，并隨沖洗水一起流失掉，增加濾料的損耗，反過來，在過濾時粉末又會聚集于濾料表層，增加流動阻力，濾速增大，過濾質(zhì)量惡化。在一定范圍內(nèi)還應(yīng)盡可能選用空襲率大的濾料，即濾料的空襲體積與整個濾層體積的比值大，水力阻力損失小，濾層含污能力大，過濾效果好。這樣整個濾料的作用就能充分發(fā)揮出來，含污能力高，水頭損失速度慢，過濾層使用時間增長。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。 聚結(jié)分離法聚結(jié)分離法是一種精細(xì)的分離方法，在微小油粒通過多孔材料的同時，讓它們互相碰撞以使油粒聚合增大，從而上浮和分離。粗?；潭扰c聚結(jié)元件的材料選擇以及材料充填的高度和密度有關(guān)。油粒聚結(jié)的過程，目前較為一致的認(rèn)為是油粒在聚結(jié)材料表面被截留、成長、剝離而使微油滴轉(zhuǎn)變成粗大油滴，迅速上浮而被除去，一般情況下能將油污水中 5～10 微米油粒全部去除，甚至更小的油粒也能去除，效果好，設(shè)備緊湊、占地面積小，一次投資低，便于分散處理且運(yùn)行費(fèi)用低，不產(chǎn)生任何廢渣，不產(chǎn)生二次污染。潤濕聚結(jié)理論是建立在親油性粗?；牧系幕A(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。由于浮力和水流沖擊作用，油膜開始脫落，于是材料表面得到一定程度的更新，脫落的油膜到水中仍形成油粒，改油粒粒徑比聚結(jié)前的油粒直徑更大，從而達(dá)到粗?；哪康?。無論是親油材料還是疏油材料，兩種聚結(jié)都是存在的，只是前者以潤濕聚結(jié)為主，也有碰撞聚結(jié)，原因是含油廢水流經(jīng)粗?；矔r，油粒之間也有碰撞；后者以碰撞聚結(jié)為主，也有潤濕聚結(jié)，原因是當(dāng)疏油性材料表面沉積油粒時，該材料便有親油性，自然有潤濕聚結(jié)現(xiàn)象。 吸附分離法吸附分離并不是借油滴的聚合增大和利用密度差來進(jìn)行分離的，而使用多孔性固體吸附材料做濾器，當(dāng)油污水通過濾器時微小油粒被吸附在固體表面上，使油水分離。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。當(dāng)吸附速度與脫附速度相等時，吸附達(dá)到平衡狀態(tài)，這時單位重量吸附材料所吸附的油量稱為吸附量，它是表面吸附材料吸附能力的參數(shù)，比表面積（單位重量吸附材料所具有的表面積）越大，吸附量越大。吸附材料吸附油料達(dá)到飽和時，失去油水分離效能。除了上述的幾種常用的油水分離方法外還有氣浮分離法、超聲分離法、電解分離法、聚結(jié)分離法、活性污泥法（生物化學(xué)法）超濾膜過濾法、反滲透法等，后面我們將對超濾膜分離法分離油污水進(jìn)行詳細(xì)的說明。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。但在實(shí)際執(zhí)行 MEPC60.(33)過程中，國際海事組織逐漸認(rèn)識到現(xiàn)有的油污水分離裝置在處理乳化液上存在困難，以致某些廠家按 MEPC60.(33)生產(chǎn)的油污水分離裝置，仍對海洋造成嚴(yán)重污染危害。在新的決議中，IMO在性能試驗(yàn)技術(shù)條件中增加了試驗(yàn)液“C”，即油水乳化液的試驗(yàn)，并且為保證世界范圍內(nèi)的試驗(yàn)參數(shù)的一致性，規(guī)定了制備試驗(yàn)液體“C”的嚴(yán)格程序。決議 MEPC107.(49)從根本上克服了乳化油污水對海洋可能造成的危害，但同時對我國船用油污水分離裝置也提出了前所未有的挑戰(zhàn) [3] [5] 。一、膜分離系統(tǒng)6處理方法適用范圍去除粒徑（ 181。由于采用錯流工藝，在分離過程中，含油污水切向流經(jīng)膜表面，液體的快速流動使得油滴既不能進(jìn)入致密的細(xì)孔，引起膜的內(nèi)部堵塞，也不會停留在膜表面造成膜表面的堵塞。實(shí)驗(yàn)表明。[5]7上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論艙底重力油污水分離系吸附系統(tǒng)油分檢測儀達(dá)標(biāo)統(tǒng)圖12 吸附式油污水分離系統(tǒng)工作流程The method of adsorption to deal with bilge water表1－2[6]是典型艙底水處理技術(shù)比較分析。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。[5] [6] 膜分離技術(shù)在含油污水處理中的應(yīng)用和發(fā)展膜分離技術(shù)是國際上公認(rèn)的20世紀(jì)末至21世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的前沿技術(shù)。膜分離現(xiàn)象早在250多年以前就被發(fā)現(xiàn)，8含油污水處理技術(shù)超濾膜技術(shù)吸附技術(shù)聚結(jié)技術(shù)乳化油處理分離效果好分離效果較好處理效率差系統(tǒng)復(fù)雜性復(fù)雜簡單多級聚結(jié)較復(fù)雜濾芯使用壽命連續(xù)使用3～6個月3個月～2年1～3年使用成本較高高低維護(hù)保養(yǎng)頻繁自動沖洗直接更換濾芯一年清洗一次或更換占地面積中小大改進(jìn)方向提高膜抗污染能力增加吸油量改進(jìn)乳化油處理能力上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論但是膜分離技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用是在20世紀(jì)60年代以后。數(shù)十年來，膜分離技術(shù)發(fā)展迅速，特別是90年代以后，隨著膜(TFC膜)的研制成功，膜分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到人們生活和生產(chǎn)的各個方面，膜分離技術(shù)作為一種新興的高效分離技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用到化工、食品、醫(yī)藥醫(yī)療、生物、石油、電子、飲用水制備、三廢處理等領(lǐng)域, 并將對21世紀(jì)的工業(yè)技術(shù)改造產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[7][9]。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。[11]隨著膜技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用范圍已觸及各類工業(yè)操作過程，當(dāng)前的研究和實(shí)踐表明它在油水分離領(lǐng)域也逐漸顯示出強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Α9] 膜技術(shù)處理含油污水的主要影響因素優(yōu)化操作條件、合適的膜材料和膜清洗方法是膜技術(shù)處理含油廢水的關(guān)鍵技術(shù)。（1） 膜類型膜分離除油，關(guān)鍵在于膜類型的選擇。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。含油污水中油的存在狀態(tài)是選擇膜的首要依據(jù)。（2）膜組件與操作方式影響膜分離除油的另一個重要因素是膜組件及與之相應(yīng)的操作方式。板框膜器和卷式膜器使用平板膜，中空纖維膜器及毛細(xì)管膜器使用管式膜，多個單元膜器構(gòu)成膜組件。[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。上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論技術(shù)處理油田含油廢水,既可以避免對環(huán)境和水體產(chǎn)生污染,又可提供高質(zhì)量的油田回注用水,國內(nèi)外都有此方面的研究報道。梁立軍等用中空纖維超濾器對大慶油田的注水站的回注水進(jìn)行了試驗(yàn),開發(fā)的膜組件在通量上比常規(guī)的中空纖維組件大3～4倍,其通量最大。Simms 等人采用高分子膜和Membralox陶瓷膜對加拿大西部的重油采出水進(jìn)行了處理,懸浮物含量由150～2290mg/ L降低到1 mg/ L以下,油含量由125～1640 mg/ L降低到20 mg/L以下。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)。超濾法處理乳化油廢水應(yīng)用已經(jīng)有 20 多年了,德國早在 1979年就已有 250 多個超濾設(shè)備用于濃縮乳化油。經(jīng)膜處理后,出水透明,[16]膜分離法處理含油污水具有操作簡單、分離效果良好、化學(xué)添加劑使用量少、無相變、能耗低等優(yōu)點(diǎn),在含油污水處理中將會獲得越來越廣泛的應(yīng)用。合理選擇膜種類和適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件,是確保實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中得到良好的油水分離效果的前提。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。因此，將膜分離技術(shù)應(yīng)用于船舶艙底水處理技術(shù)具有十分重要的理論與實(shí)際意義。2. 通過試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)影響延長膜組件壽命的主要因素，并將優(yōu)化操作條件，反清洗等措施應(yīng)用于樣機(jī)設(shè)計中，為后期樣機(jī)的應(yīng)用試驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計研究奠定基礎(chǔ)。4．根據(jù)超濾膜分離乳化液試驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和膜通量模型仿真，設(shè)計了新型船舶油水分離裝置并按照有關(guān)規(guī)范進(jìn)行多次樣機(jī)試驗(yàn)，并通過 CCS 型式認(rèn)可試驗(yàn)，裝配實(shí)船運(yùn)行。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。膜一般很薄，厚度從幾微米、幾十微米至幾百微米之間，而長度和寬度有時要以米來計量。大多數(shù)的分離膜都是固態(tài)膜，其中尤以有機(jī)高分子聚合物材料制成的膜為主，近年來開發(fā)的無機(jī)膜和金屬膜，由于其耐熱、耐酸堿和高機(jī)械強(qiáng)度等方面的優(yōu)良性能也得到了迅猛的發(fā)展。膜分離技術(shù)是一種新型高效的分離技術(shù)，是對非均相系中不同組分進(jìn)行分離、純化與濃縮的一門新興的邊緣交叉學(xué)科。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。常用的膜分離技術(shù)有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾和反滲透(R0)。薄膜作為兩相之間的選擇透過性相，可使兩相的某一相或多項(xiàng)組分透過膜，截留其他組分，從而實(shí)現(xiàn)不同組分之間的分離，達(dá)到分離，濃縮和純化的目的。膜過濾就是其中的一種，它主要是利用流體的壓力差為推動力的篩分分離過程。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。微濾膜的孔徑一般在13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O．02～10μm左右，其主要特征為孔徑均一、孔隙率高，其分離主要依靠機(jī)械篩分作用，其次是吸附截留。超濾也是膜分離技術(shù)中較為成熟的一種技術(shù)。超濾膜是有孔膜，主要用于截留溶液中膠體、蛋白質(zhì)、懸浮固體、微生物等物質(zhì)，允許水、無機(jī)鹽和小分子物質(zhì)透過。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。關(guān)于反滲透分離機(jī)理是無孔機(jī)理(溶解－模型)還是有孔機(jī)理(選擇吸附－毛細(xì)孔流理論)的爭論維持了若干年，但無論如何，反滲透過程中膜材與被分離介質(zhì)之間的化學(xué)特性是起第一位作用的，然后才是膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)，這一點(diǎn)已經(jīng)達(dá)成了共識。納濾是一種介于超濾和反滲透之間的壓力驅(qū)動的膜分離過程。與反滲透相比，納濾操作壓力較低，一般在1．0MPa左右，因此又被稱作“低壓反滲透”。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。此外，由于膜本身帶有電荷，溶質(zhì)與膜面之間的靜電效應(yīng)也會對納濾過程的膜污染情況產(chǎn)生影響，這一點(diǎn)也是納濾污染與超濾、反滲透污染的一個重要小同之處。另外，電滲析(ED)，氣體滲析(GS)， 滲透汽化(PVAP),膜蒸餾(MD)也是比較常見的膜分離過程。高聚物膜主要包括