船舶舱底含油污水处理技术研究论文论文

船舶舱底含油污水处理技术研究论文论文内容摘要：

中溶质和溶剂进行分离，分级，提纯和富集。 膜分离现象早在250多年以前就被发现，8含油污水处理技术超滤膜技术吸附技术聚结技术乳化油处理分离效果好分离效果较好处理效率差系统复杂性复杂简单多级聚结较复杂滤芯使用寿命连续使用3～6个月3个月～2年1～3年使用成本较高高低维护保养频繁自动冲洗直接更换滤芯一年清洗一次或更换占地面积中小大改进方向提高膜抗污染能力增加吸油量改进乳化油处理能力上海交通大学硕士学位论文第 1 章 绪论但是膜分离技术的工业应用是在20世纪60年代以后。 其大致的发展史为：20世纪30年代微孔过滤(Micro—filtration)；40年代渗析(Dialysis)；50年代电渗析(Electro—dialysis)；60年代反渗透(Reverse—osmosis)；70年代超滤(Ultra—filtration)；80年代气体分离(Gas separ— ation)；90年代渗透汽化（Pervaporization)。 数十年来，膜分离技术发展迅速，特别是90年代以后，随着膜(TFC膜)的研制成功，膜分离技术的应用领域已经渗透到人们生活和生产的各个方面，膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术，已被广泛应用到化工、食品、医药医疗、生物、石油、电子、饮用水制备、三废处理等领域, 并将对21世纪的工业技术改造产生深远的影响[7][9]。 膜分离技术处理含油污水的优势目前，老三套工艺处理含油废水存在很多弊端，能量消耗大、水回用率低、二次污染难以避免。 从环境保护和油类、水再利用等经济角度考虑，要求有新的技术和工艺对含油废水进行深度处理。 与传统处理方法相比，膜法进行油水分离的优点是：① 纯粹的物理分离，不需要加入沉淀剂；② 不产生含油污泥，浓缩液焚烧处理；③ 虽然废水中油分浓度变化幅度大，但透过流量和水质基本不变，便于操作；④ 膜法一般只需压力循环废水，设备费用和运转费用低，特别适合于油分浓度几千mg/L以上含油废水的处理。 [11]随着膜技术的飞速发展，其应用范围已触及各类工业操作过程，当前的研究和实践表明它在油水分离领域也逐渐显示出强大的发展潜力。 根据膜本身结构的特点，选择适宜的膜过程和膜组件，可一次去除水体中100μm以下油珠，对分散油和乳化油的适应性均很强，去除率大于90%，且无二次污染，过程无相变，膜组件结构简单，流程缩短，设备能耗低。 [9] 膜技术处理含油污水的主要影响因素优化操作条件、合适的膜材料和膜清洗方法是膜技术处理含油废水的关键技术。 这些关键技术的研究对提高含油污水的处理效率、保证油污染物的去除率和延长膜寿9上海交通大学硕士学位论文第 1 章 绪论命具有十分重要的理论意义和实用价值。 （1） 膜类型膜分离除油，关键在于膜类型的选择。 由于膜分离的传质机理各异、情况复杂，膜分离理论至今仍是学派林立，众说纷纷，但基本共识是膜分离是处理料组分选择性透过膜的物理化学过程，过程的推动力主要是膜两侧的压差，膜的孔径虽然是膜的基本性质，但膜和分离组分的物理化学性质，如亲水性以及荷电情况都直接影响分离过程和结果，即膜从溶液中分离溶解的成分是依据尺寸、荷电、形状以及溶质和膜表面间的分子相互作用而决定的。 目前用于油水分离的膜是反渗透、超滤和微滤膜，他们的作用是截留乳化油和溶解油。 简单的情况是乳化油基于油滴尺寸被膜阻止，而溶解油的被组织则是基于膜和溶质的分子间的相互作用，膜的亲水性越强，阻止游离油透过的能力越强，水通量越高。 含油污水中油的存在状态是选择膜的首要依据。 若水体中的油是因有表面活性剂等使油滴乳化成稳定的乳化油和溶解油，油珠之间难以相互粘结，则需采用亲水或亲油的超滤膜分离，一则是因为超滤膜孔径远小于10μm，二则是超细的膜孔有利于破乳或有利于油滴聚结。 （2）膜组件与操作方式影响膜分离除油的另一个重要因素是膜组件及与之相应的操作方式。 膜组件设计可以有多种形式，一般均根据两种膜构型—平板式和管式来设计。 板框膜器和卷式膜器使用平板膜，中空纤维膜器及毛细管膜器使用管式膜，多个单元膜器构成膜组件。 操作方式一般分为死端操作和错流操作，其中死端操作是传统的方式，油水乳液被强制通过膜，随着被截留物（如油）在膜表面上的堆积，渗透物（如水）流量下降，必须定时清除膜表面的油，以便持续作业，错流操作是近20年才应用到实际过程中的新方式，油水乳液以一定流速平行于膜表面流动，在一定程度上克服了死端操作的弊病。 [10] 膜处理油污水的应用现状（1）油田含油废水的膜处理油田含油污水量较大,大约占油田总污水量的三分之一,且成分复杂。 用UF和MF10因此，若适当配置膜组件并合理选择膜，将获得好的分离效果。 上海交通大学硕士学位论文第 1 章 绪论技术处理油田含油废水,既可以避免对环境和水体产生污染,又可提供高质量的油田回注用水,国内外都有此方面的研究报道。 李永发等用超滤膜处理胜利油田东辛采油厂预处理过的废水,处理后油截留率为 % ,能达到低渗透油田回注水标准。 梁立军等用中空纤维超滤器对大庆油田的注水站的回注水进行了试验,开发的膜组件在通量上比常规的中空纤维组件大3～4倍,其通量最大。 温建志等采用中空纤维超滤膜对油田含油废水进行了处理,研究表明,总悬浮固体质量浓度由6. 69 mg/ L下降为0. 56 mg/ L ,油质量浓 mg/ L下降为0. 5 mg/L ,达到满意的效果。 Simms 等人采用高分子膜和Membralox陶瓷膜对加拿大西部的重油采出水进行了处理,悬浮物含量由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。 [16]（2）金属加工含油废水的膜处理金属加工过程中排放的含乳化油废水含油浓度很高,且成分复杂。 用膜法处理这些废水具有不需加絮凝剂、操作简便、环境影响小等优点。 金属加工废水在进入膜过滤器前需进行预处理,由于油水界面表面张力足以使油滴不透过已被水浸湿的膜,因而超滤膜能成功地从含油废水中分离出油相,超滤后的渗透液中的油浓度通常低于10 mg/L ,可以排放。 超滤法处理乳化油废水应用已经有 20 多年了,德国早在 1979年就已有 250 多个超滤设备用于浓缩乳化油。 陆晓千等用超滤技术处理车床、清洗机设备产生的废水,这种废水为乳白色,含油1 000～5 500 mg/ L ,COD 含量高达 10 000～50 000 mg/ L。 经膜处理后,出水透明,[16]膜分离法处理含油污水具有操作简单、分离效果良好、化学添加剂使用量少、无相变、能耗低等优点,在含油污水处理中将会获得越来越广泛的应用。 目前油水分离膜研究重点是对膜进行表面改性,以有效减小膜污染,使膜能长期稳定工作,并降低运行费用。 合理选择膜种类和适当的操作条件,是确保实际工业应用中得到良好的油水分离效果的前提。 [14] 本文的主要研究内容与本人主要工作11含油低于 10 mg/ L ,COD 为 1 700～5 000 mg/ L ,油去除率 99 %以上。 上海交通大学硕士学位论文第 1 章 绪论 本文的主要研究内容超滤膜分离技术的应用从开始到现在已经有将近半个世纪年的历史，在海水淡化、石油化工、节能技术以及生物、医药、轻工、食品、纺织、冶金等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，使人们对膜分离技术有了深刻的认识。 但是作为船舶舱底水处理这一新的研究领域，超滤膜分离技术的研究目前在国内仍处于初始发展阶段，这方面的系统研究较少。 因此，将膜分离技术应用于船舶舱底水处理技术具有十分重要的理论与实际意义。 本文的主要研究内容分为以下几个方面：1. 在分析膜分离基本原理的基础上，设计了分离乳化液的超滤膜分离试验系统，根据实验数据给出膜的理论特性，提出了采用膜分离技术解决乳化油难分离问题的关键技术及其解决途径。 2. 通过试验研究，发现影响延长膜组件寿命的主要因素，并将优化操作条件，反清洗等措施应用于样机设计中，为后期样机的应用试验改进设计研究奠定基础。 3. 在超滤的基本传质理论基础上，依据流体力学知识推导渗透压、滤饼层阻力公式以及膜通量模型方程，通过分离乳化液的超滤膜分离实验得出的实验数据，经过数值分析求解模型最优参数，利用 Matlab 控制系统仿真模块建立模型，并对膜通量模型进行仿真，验证了模型的正确性。 4．根据超滤膜分离乳化液试验系统数据和膜通量模型仿真，设计了新型船舶油水分离装置并按照有关规范进行多次样机试验，并通过 CCS 型式认可试验，装配实船运行。 本人主要工作1．设计乳化液膜分离实验系统，并完成试验；2．利用 Matlab 控制系统对膜通量模型进行仿真；3．设计船舶舱底油水分离装置试验系统和控制系统，并完成试验。 12上海交通大学硕士学位论文2.第 2 章 乳化液膜分离试验研究乳化液膜分离试验研究膜从广义上可定义为两相之间的一个不连续区间。 这个区间的三维量度中的一度和其余两度相比要小得多。 膜一般很薄，厚度从几微米、几十微米至几百微米之间，而长度和宽度有时要以米来计量。 具有分离功能的膜是指可选择性透过不同物质的膜，这种膜可对多组分体系进行分离、分级、提纯或富集。 大多数的分离膜都是固态膜，其中尤以有机高分子聚合物材料制成的膜为主，近年来开发的无机膜和金属膜，由于其耐热、耐酸碱和高机械强度等方面的优良性能也得到了迅猛的发展。 另外，液膜和气体分离膜也在一定程度上得到了应用。 膜分离技术是一种新型高效的分离技术，是对非均相系中不同组分进行分离、纯化与浓缩的一门新兴的边缘交叉学科。 不同的膜分离具有不同的机理，适用于不同的对象和要求。 不过，各种膜过程有其共同的特点，如过程一般较简单、设备体积小、经济性好、分离系数较大(受膜材料的物理结构、形态等影响)，一般没有相变、在常温下可以连续操作、可实现集成或杂化、可直接放大、节能、高效无二次污染等。 当前的研究和实践表明，它在油水分离领域也逐渐显示出极大的发展潜力。 常用的膜分离技术有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤和反渗透(R0)。 膜分离技术的基本原理（1） 膜分离过程的常见形式[22]－[25]膜分离过程是利用薄膜分离混合物的一种方法。 薄膜作为两相之间的选择透过性相，可使两相的某一相或多项组分透过膜，截留其他组分，从而实现不同组分之间的分离，达到分离，浓缩和纯化的目的。 不同的膜分离过程可以有不同的分离机理和推动力。 膜过滤就是其中的一种，它主要是利用流体的压力差为推动力的筛分分离过程。 此外，还用利用浓度差，分压差和电位差等作为推动力的其他膜分离过程。 常见的膜分离过程包括微滤(Microfiltration，MF)、超滤(Ultrafiltration，UF)、纳滤(Nanofiltration)和反渗透(Reverse Osmosis，RO)等。 微滤是膜分离过程中研究最早、产业化最早的一种膜技术。 微滤膜的孔径一般在13上海交通大学硕士学位论文第 2 章 乳化液膜分离试验研究O．02～10μm左右，其主要特征为孔径均一、孔隙率高，其分离主要依靠机械筛分作用，其次是吸附截留。 微滤膜的孔径较大，常用于截留溶液中的悬浮颗粒，由于其运行压力低且造价低，其污染问题没有引起太多的重视。 超滤也是膜分离技术中较为成熟的一种技术。 超滤膜分子量截留范围大致为1000～300000，其分离机理被认为是物理筛分过程。 超滤膜是有孔膜，主要用于截留溶液中胶体、蛋白质、悬浮固体、微生物等物质，允许水、无机盐和小分子物质透过。 超滤过程一般通量较高，而溶质的扩散系数低，因此受浓差极化的影响较大，所遇到的污染问题也常与浓差极化有关。 反渗透过程是渗透过程的逆过程，即溶剂从浓溶液通过膜向稀溶液中流动。 反渗透被认为是最精密的膜法液体分离技术，它对溶解性盐截留率很高但允许水分子透过。 关于反渗透分离机理是无孔机理(溶解－模型)还是有孔机理(选择吸附－毛细孔流理论)的争论维持了若干年，但无论如何，反渗透过程中膜材与被分离介质之间的化学特性是起第一位作用的，然后才是膜的结构形态，这一点已经达成了共识。 反渗透过程因为通量较低和传质系数比较大，在使用过程中受浓差极化的影响较小，而溶质在膜面的吸附和沉积被认为是膜污染的主要原因。 纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的压力驱动的膜分离过程。 纳滤膜早期被称。