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超滤膜在油水分离上的应用文/TOMTROYER（通用电气水处理及工艺过程处理）译/金庆西,吴祖志（通用电气水处理及工艺过程处理）石油化工、油精炼厂及金属加工业中会产生大量含油废水。必须对该油水混合物处理，将油从水中分离。凝聚过滤器及撇油器等分离设备常装在生化处理前，以降低油含量。然而，许多案例中，上述方法并不能充分去除油分。一般来说，根本问题是处理费用，控制及处理能力。例如，工厂扩容时，必须将油分降至一定水平以适应现有生化处理系统；或须减少废水量以控制日益增长的处理费用；或对油回收有更高要求。膜分离技术在油水分离上的应用，使设计工程师面对这些挑战时有了新选择。用于油水分离的膜技术１．膜分离基础：膜能否将可溶性组分从溶液中分离，取决于该组分的大小、电荷、形状及该组分与膜表面的分子作用。常见的油水分离膜分有超滤和微滤膜。这两种膜均能截留乳化及溶解态油。乳化油基于油滴大小而截留，溶解油则基于它与膜表面的分子作用而截留。膜的亲水性越好，其油的截留率及水通量越高。２．卷式膜元件：卷式膜元件由一层或多层包裹于中心管上的膜片密封袋构成。操作时，进水在外压作用下由元件的一端进入。透过液透过膜后，沿该密封袋螺旋进入中心管，并顺着中心管流出。而浓缩液由膜元件另一端排出。膜通量越大，则浓缩液的浓缩倍数越高。３．强化湍流膜系统（ＥＴＭＳ）：高浓度组分会大大降低水通量，那么为了得到高浓度的浓缩组分（如含油重量百分比为４０％），就需对卷式膜元件做改进。传统的技术如蒸馏是可行的，但能耗非常高。ＥＴＭＳ克服了传统膜技术的限制，能适应高浓度的操作。该系统通过膜或者溶液的快速移动来强化膜表面的湍流。在该系统中，膜被置于平形圆盘上并与进料相接触，膜盘的上下均为带凹槽的旋转盘。实心旋转盘紧贴着膜盘旋转，在膜表面形成均匀的湍流。操作时，膜盘上形成真空。油水混合物流入膜盘，水将透过膜片 并由中心管流出。这种技术克服了一般膜技术难以适应高浓度操作的缺点，同时削减了对能量密集型技术（如蒸馏）的要求。（见图１，２）不同材质的膜在冷却液处理上的比较１．不同种类的膜：不同材质膜的油水分离效果不同。表１显示了四种测试结果，初始油浓度为１０００ｐｐｍ。测试中，透过液被排出，浓缩液回流到进水池 这样原水油含量将逐步升高，这使膜的通量逐渐降低。表1透过液通量（单位：加仑/(天·100平方英尺膜)）除水率%改性PANPANPESPVDF152,414409250214301,894370233208451,643307219173561,643268195179相同除水率下，不同材质膜的水通量不同，因为不同材质膜与油组分间相互作用不同。ＰＥＳ和ＰＶＤＦ膜都是疏水性（亲油性）的，而两种ＰＡＮ膜是亲水性的。改性ＰＡＮ膜有极佳的亲水性和很强的抗油脂能力。其他油水分离测试也有采用聚酰胺，醋酸纤维及尼龙膜的。实践证明，ＰＡＮ膜特别是改性ＰＡＮ膜对油水分离特别有效，因此被广泛应用在工业上（见表１）。ＧＭＣ（通用汽车厂）案例墨西哥托卢卡的通用汽车厂年产１５０，０００辆汽车。每天有３０，０００加仑含油废水排入现场处理系统。废水源自１６个清洗器和４个冷却液系统，包括金属加工废水，精炼废水及清洗器，且均为酸性或碱性废水。废水中油分和悬浮固体含量分别为２，５００ｐｐｍ和５００ｐｐｍ。１、新处理系统的需求：１９８８年，墨西哥环保署按照与该厂的书面协议，对该厂提出了新要求。现有处理系统已无法满足新标准和未来工厂扩展所需的处理量。２、新系统的目标：通用汽车公司对多种方案比较，最终选择了膜技术作为降低污染及提高处理量的方案。新建成的系统，其日处理含油废水为３０，０００加仑，同时生产２００加仑含油量（质量百分比）为４０％的溶液。这２００加仑溶液最终被作为回用油出售。３、中试目标：膜系统的制造商采用改性ＰＡＮ膜，并在现场建立了两段式中试装置。第一段选用卷式膜元件。去除率达９５％，浓缩２０倍。第二段为ＥＴＭＳ系统，将使浓缩液含油量达到40%。实验目标：（1）确定适当的进水量及操作压力，优化系统产量并降低膜污染；（2）确定膜通量对时间的稳定性，以保证膜材料能适应进水组分；（3）确定浓缩的效果从而确定两段间的最佳分界点，同时确定膜的清洗周期。４、建立日处量为30，000加仑的油水分离厂：如图3，系统中卷式膜的膜面积为1000平方英尺，其后是膜面积为32.3平方英尺的ＥＴＭＳ系统。５、操作数据：1995年建成后，整个系统运行良好。如图４所示，系统浓缩倍数为170，平均水通量为35加仑/（平方英尺·天）。眼下处理厂每五天序批地处理近120，000加仑含油废水。相对化学处理和二级污泥处置，该膜系统每年节省费用超过300，000美元（见图4）。结论油水分离系统易发生污堵或者其通量易下降，因此对流体处理专家很具挑战性。ＥＴＭＳ和亲水疏油性膜，已经成功应用在工业油水分离上，并克服了长期以来膜技术的局限性。另外，中试及油水分离厂产生的再生油可回收；透过液也可循环使用。这两项收益加上废水处理费的降低，使系统能自我支付一段时间，同时改善了该厂与政府部门及工厂所在社区的关系。图1德国联合电子汽车配件生厂案例实图图2德国联合电子汽车配件生产厂安全实图图4年回收数据图3通用汽车废水处理流程图