1、 本科毕业论文 （ 20 届） 超滤膜处理油库含油污水工业化应用研究 所在学院 专业班级 油气储运工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 中文摘要 . 英文摘要 . 1.前言 . 1 1.1 膜分离技术 . 1 1.2 膜技术发展状况 . 2 1.3 课题的提出 . 3 2.实验材料与方法 . 5 2.1 实验方案 . 5 2.4 实验试剂及主要仪器 . 8 2.5 实验步骤 . 9 3.实验数据分析与讨论 . 10 3.1 含油量去除效果 . 10 3.2 COD 去除效果 . 10 3.3 悬浮物含量去除效果 . 11 3.4 浊度去除效果 . 12 3.5 污水处理
2、装置整体性能 . 14 小结 . 15 翻译译文 . 17 外文原文 . 25 致谢 . 36 附表 . 37 I 摘要 随着社会的不断发展和人民生活水平的提高，健康的生存环境日益成为人类的追求目标。随着超滤膜技术的发展，人们对超滤膜这一新兴的技术有了更多的认识，其中运用超滤膜处理污水（包括生活污水、工业污水等）方面有着越来越多的研究与探索。在对超滤膜处理油库含油污水应 用研究中发现，超滤膜能够有效的做到污染物与水的分离。此外，超滤膜设备与其它设备的联合使用能够更高效的处理含油污水。 沿海地区由于地理位置的优势，油库较多，随之而来的是含油污水处理的处理问题。由于含油污水其特殊性，我们不能像对待
3、一般生活污水一样去对待它。就此，我们在港口铺油库设计了一套专门的含油污水处理工艺并以此为研究对象。 整套工艺由隔油池，气浮，沉淀池，高分子吸附器，核桃壳过滤器及超滤膜，等组成 ,其处理能力为 10th-1。设计出水指标为 含油量 1mgL-1， COD50mgL-1， SS10mgL-1。而实际含油污水在经过整套工艺处理之后，其出水指标均达到设计要求，含油量0.374mgL-1， COD 在 20mgL-1，悬浮物在 3.01mgL-1，其中含油量和 COD 的去除率均在90%以上。 关键词 超滤膜；应用；含油污水； 污水处理；去除率 II Abstract With the continuo
4、us social development and peoples living standards, a healthy living environment is increasingly becoming the human goal to pursue. With the ultrafiltration membrane technology, People on the membrane of this emerging technology have more understanding, Including the use of ultrafiltration membrane
5、treatment of sewage (including sewage, industrial effluent, etc.) has a growing number of research and exploration. The ultrafiltration membrane treatment of oily wastewater applied research that ultra filtration can effectively achieve the separation of pollutants and water. In addition, the ultraf
6、iltration membrane device used in conjunction with other equipment to more efficient handling of oily wastewater. Because of geographical advantages,coastal areas has many depots , which followed a problem by wastewater treatment and disposal . Because of its specificity of oily wastewater, we can n
7、ot treat it as an ordinary domestic sewage . In this connection, we shop at the Gang Koupu port has designed a special depot oily wastewater treatment process and as a study. Entire process from the grease traps, air flotation, sedimentation tanks, polymer absorber, walnut shell filter and membrane,
8、 etc., the treatment capacity of 10t h-1. Design target for the oil content of effluent 1mg L-1, COD 50mg L-1, SS 10mg L-1. While the actual oily wastewater treatment in the entire process through the following indicators of its effluent to meet the design requirements, oil content 0.374mg/L-1, COD
9、in 20mg/L-1 ,Suspended solids in the 3.01mg L-1, in which the oil content and COD removal efficiency above 90%. Key words ultr af iltr at ion m embr an e； Membr an e a pp lic at io n； o ily w ast ew at er； Sew age Treatment； Remov a l；1 1.前言 1.1膜分离技术 1.1.1 引言 膜分离技术是适应当 于 代新产业发展的一项高新技术 7，公认 是 20 世纪末
10、至 21 世纪中期最 具 发展前途的高新技术之一。 超滤膜从 20 世纪 90 年代 就 得到 了 广泛应用。 而 膜分离技术起步于上世纪六十年代，至今 也就 三十多年，但是由于它具有分离过 程基本在常温下进行， 也 无相态变化，因此发展极为迅 猛 。作为一 项 新的分离技术，膜分离技术具设备简单、无相变、有节能 、 操作方便等特点，同时能对废水进行有效的净化 处理 ， 之外 又能回收 部分有用物质， 因此在废水处理中得到了广泛的应用并显示了 相当 广阔的发展 和应用 前景。 在国际中，超滤膜技术已得到了广泛应用 1。近 10 年来，我国的超滤膜技术有了很大的进展，但与国际技术先进国家的差距仍
11、然很大。问题主要表现在：原料不规范，产业化程度低，生产现代化、工艺参数未严格控制，膜的品种少，产品质量不稳定 ； 应用范围小。所以只要我们要加 强研发能力，努力推动膜技术产业的发展，依靠科技进步，降低成本，增加品种，提高产品质量，扩大应用面提高膜技术应用的工艺设计、系统成套能力，扩大膜品种及相关机电产品，膜制备和膜组件水平，就能使我国超滤膜得到 长足 发展 和进步 ，在水处理领域中发挥更 加巨大的 作用。 1.1.2 膜的定义和分类 目前，膜还没有一个精确、完整的定义。一种 比较 通用的 “ 膜 ” 的定义是两相之间具有选择透过性 的 一个不连续区间。由于膜的功能和种类繁多，分类方法 也有 有
12、多种 ： 按电性可以分为荷电性膜或中性膜 ； 按膜内结构膜可分为对非对称或称膜、非均质或均 质膜；按形态膜可分为液相态、固相态、气相态或它们 之间 的组合。 根据物态，膜可分为液膜、气膜与固膜三大类， 当 前大规模应用的工业 膜 多为固态膜，气膜尚处于实验研究中 ，而 液膜己有中试规模的工业应用（主要用于废水处理）。根据膜材料的成分，分离膜 也 可分为陶瓷膜、高分子膜、金属膜等，其中合成高分子膜为固态膜主要的组成部分，高分子的特点使其可用于制备不对称或对称等结构 、 多孔或致密的分离膜。 从物性看，高分子材料可分为亲水性和疏水性两大类。聚乙烯、聚丙烯等含氟聚合物（如聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等）疏
13、水性材料可制备成疏水性膜；丙 烯酸类共聚物、纤维素及其衍生物（如三丙酸纤维素、醋酸纤维素、三醋酸纤维素、乙基纤维素 )、 聚态 胺类共聚物、聚 酚 等 部分 高 分子 亲水性 材料 能够 直接制 成亲水性 滤 膜。 1.1.3 膜分离技术 膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的纯化、分离、浓缩的过程称 之为 膜分离。它 不同于 传统过滤，膜 能够 在分子 级 范围内进行分离，并且这过程是一物理 的 过程，不需 要 添加剂 ，也不需要 发生相的变化。膜的孔径一般 在 微米级， 根据它们 孔径的不同（或称 之 为截留分子量），可将膜分为纳滤膜、微滤膜、反渗透膜和超滤膜
14、， 由于 材料的 不同，可分 成 无机膜 或 有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的2 膜，主要 组成是 金属膜 及 陶瓷膜。有机膜是由高分子材料做成的， 例如 聚醚砜、醋酸纤维素、聚氟聚合物、芳香族聚酰胺等 一些材料 。 膜分离技术是利用人工制备的或天然 的 、具有选择透过性的薄膜对双 成 分或多 成 分 的 气体、液体进行分级、提纯、分离或是富集。物质选择透过性的能力可分为两类：一是以化学位差 做 为推动力，物质发生 从 高位 到 低位流动；另外一种是借助外界 的 能量，物质 从 低位 到高位流动。表 1-1 列出了 部分已 发展起来的主要膜分离过程的分离机理以及推动力。 表 1-1 膜分离过
15、程特性 Table 1-1 Characteristics of membrane separation process 过程 主要功能 推动力 分离机理 微滤 滤除 50nm 的颗粒 压差（ 0.10.5） Mpa 筛选 超滤 滤除（ 5100） nm 颗粒 压差（ 0.11） Mpa 筛选 反渗透 水溶液中溶解盐类的脱除 压差（ 110)Mpa 溶解扩散 渗析 水溶液中无机酸、盐的脱除 浓度差 溶解扩散 点渗析 水溶液中酸、奸、盐的脱除 电位差 离子电荷 气体分离 混合气体的分离 分压差（ 0.115） Mpa 溶解扩散 渗透汽化 水、无机物的分离 分压差（ 0.1100） Mpa 溶解扩
16、散 液膜 盐、生理活性物质的分离 化学位差 载体输送 膜分离过程具有设备体积小 、 低能耗、分离效率高、其规模与处理能力可以再很大范围内变化以及可以再频繁的启停下工作等特点， 但 它的运行费用 、 效率、设备单价等变化不大。 1.2 膜技术发展状况 1.2.1 发展史 膜分离 9是 于 20世纪初 期 出现 的 ， 20世纪 60年代 之 后迅速 发展 起 来 的一门 高 新 分离技术。 膜在大自然中广泛存在，特别是在 广大 生物体内， 不过 我们对它的认识、利用、模拟直 到 现 在人工合成 这一 历史过程却是漫长 但又 曲折。我国膜科学技术 最初 发展是 开始于1958年离子交换膜 的 研究
17、。 60年代 开始 进入开创阶段。 在 1965年 又 着手反渗透的 研究与 探索， 于 1967年开始的全国海水淡化会战，大大 的推动 了我国膜科技的发展。 在 70年代 步入开发阶段。这时期，电渗析、微滤、超滤和反渗透等各种膜 及 组件都相继 的 研究 和 开发出来，80年代跨入了推广应用 的 阶段。 直至 80年代 ， 又是气体分离 及 其 它 新膜开发阶段。 膜分离技术 5由于兼 具 浓缩、分离、精制和纯化 等 功能，又 集 节能、环保、高效、分子级过滤 的 易于控制、过滤过程简单 等特 点 ，因 而 ，目前已广泛 的 应用于 多个 领域 ，如 化工、生物、冶金、医药、环保、水处理、食
18、品、能源、电子、石油、仿生等，产生了 相当巨大的社会效益和经济效益，成为当今分离科学中 极其 重要的手段 和方法 。 1.2.2 现状 随着我国膜科学技术 1的 不断 发展，相应的技术、学术团体也 不断 成立。 他 们的成立促进膜行业的发展、 替 规范膜行业的标准起 到了相当重要 的作用。 大 半个世纪以来，膜分离完成了 由 实验室 向 大规模工业应用的转变，成为一高效节能的新型分离技术。 1925年以来，3 每差不多十年就 能够 有一项 全 新的膜 分离 过程在工业上得到 实际的 应用 。 由于膜分离技术 其 本身 所 具有的优越性能，故膜过程现已经在世界各国得到普遍的重视。在资源短缺、生态
19、环境恶化、能源紧张的今天，膜 分离 过程 被 视 作 为二十一世纪工业技术改造中的一项极 其 重要的新技术 ，在 科技界和产业界。 也 曾有专家 说过 ： 要想掌握化学工业的明天就得先掌握膜技术 。 自 80年代 ， 我国膜技术跨入 膜 应用 的 阶段， 此外 也是新膜 分离 过程的开发 新 阶段。在这一时期，膜技术在海水淡化、超纯水制备、食品加工、纯水、生物、医药、环保等 多个 领域得到了 比较 大的开发 与 应用。 同时 ，在这一 阶段 ， 有关 膜的课题 也出现在了 国家重点科 技攻关项目和自然科学基金中。 当 前，这一潜力巨大的新兴行业正在以 高昂 的 斗志冲击着 市场，为 广大 的企
20、业带来了相当 显著的社会效益、经济效益 以及 环境效益。 1.3 课题的提出 1.3.1 现有的一些含油污水处理办法 1、 重力法 ： 重力法 仅 适 用于 去除水中的浮油 ， 其 基本的 原理是利用油 与 水 的 比重差异使 得 油 类浮出水面 ，达到油 与 水分离的目的。 但是具 重力分离原理的油水分离装置种类 颇多 ，主要 是 粗粒化式 (分峰管、列管及波纹对置型 ) ， 斜板式 (波纹板、平板 )和平板式 等。 2、 絮凝法 ： 絮凝法是处理含油废水的一种 比较普遍的 方法，在 废水处理中有 着 十分重要的 作用 。这种方法 是 在污水中通过加入合适的絮凝剂从而形成高分子絮状物，经过吸
21、附、架桥、中和及包埋等作用去除水中的污染物质。常用的无机絮凝剂 有 铁盐和铝盐，如三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝 以及 碱式氯化铝等。 3、 气浮法 ： 气浮 法 是 在 含油废水中通入空气，形成水 -气 -粒三相混合体系，在气泡从水中析出的 这一 过程中，微小气泡 作为 载体，水中污染物粘附 之上 ， 它的 密度远 远 小于水而得以 浮出水面。 但 由于乳化油 相当的稳定 ， 所以 气浮前必须先 进行 破乳、脱稳措施。常用投加混凝剂的方法，改变或中和胶体粒子表面的电荷， 达到 破坏 乳化油的稳定性，增强泡沫的稳定性，形成絮凝体， 使 油珠 及 悬浮物 同时 上浮。 还 有在气浮中加入聚乙烯氮戊环
22、酮，含羟基团的羟基乙基纤和维甲基纤维以及聚乙烯甲基醚 ， 含乙基团的聚乙烯氧化物等油水分离剂脱稳的方法。 4、 电化学法 ： 常用的 有 电絮凝法， 它具有 使用可溶性 的 阳极 例 如金属铁或铝作牺牲电极 的特点 ， 在经 过化学反应 ， 产生气浮分离所需气泡 的同时 ，也 能 产生使悬浮物絮凝的絮凝剂。 电絮凝法具有占地面积小、浮渣量相对较少、处理效果好、操作简单等优点，但 又 存在着需要大量盐类作辅助药剂、阳极金属消耗 多 、运行费用高 及 耗电量高等 诸多 缺点。 5、 生物法 ：使 用微生物对废水中石油烃类 成分进行 降解，主要是在加氧酶催化的 条件下，将分子氧结合到基质中，形成含氧
23、中间体， 之后 转化成其他物质。 常用的生物法有深井曝气、曝气塔、生物膜法、生物滤池法、接触氧化法、活性污泥法、循序间歇式生物处理和 纯氧曝气等。 因为 含油废水中的有机物状态杂，种类多，处理 的 效果并不 是很 好，出水含油量 较 高。因而目前 的趋势是 针对含油废水 作 筛选分离优势菌种的研究。 研究较 广泛 的菌种有氮单胞菌属 (A2zomonoas sp. )、假单 细胞 菌属 (Pseudomonas sp. ) 和 动胶菌属4 ( Zooglea sp. ) 等， 之 中动胶菌的处理效果最好 5。 1.3.2 膜技术应用实例 张国胜 等 2处理钢铁厂冷轧乳化液废水中采用 0.2m
24、的氧化锆膜，取得了比较满意的成绩，膜通量为 100 L(m2h)-1，透过液中油含量小于 1010-6，其去除率达到 99 ，该项技术已实现工业化。 王春梅等 8人采用孔径为 0.2m 由南京化工大学膜科学技术研究所研制的的氧化锆管式微滤膜对上海宝山钢铁公司的含油乳化液废水进行处理，处理之后的油含量为 10 mg/L，满足了排放的要求。 王静荣 等 10人在对乳化油废水进行超滤实验中采用了 PS、 CMPS、 PS 和 PS/PDC 共混、 PAN、 PS/CMPS 共混材料的中空纤维超滤膜。实验结果表明：采用 CMPS、 PS/CMPS中空纤维膜处理乳化油废水效果较理想，透过液含油量也符合生
25、产回用的标准 (300 mgL-1)，适宜的出口压力为 0.10 MPa，进口压力为 0.12MPa，操作温度为 50 ，在采用 0.1 molL-1 HCI 作为清洗剂清洗 20 min 后，其通量可以得到完全恢复。 李永发等 4在对胜利油田东辛采油厂预处理过的废水用超滤膜处理后，其油 去除率达到97 7%，完全符合低渗透油田回注水标准。 温建志等 14在对油田含油废水进行处理时采用中空纤维超滤膜，结果表明，总悬浮固体质量浓度从 6 69 mgL-1降到 0 56mgL-1，含油量从 127.09 mgL-1降到 0.5 mgL-1，得到满意的结果。 王怀林等 16在对江苏真武油田的采出水进
26、行处理时采用了 0.2m 和 0.8m 陶瓷微滤膜，由南京化工大学膜科学技术研究所生产的，效果很理想。 从上我们能够看到，滤膜在处理含油污水时所具有的独到性与优越性，让我们了解到滤膜在污水处理领域所 占有的地位和作用。 1.3.3 膜分离优点 1、 无化学变化： 具有 典型的物理分离过程，不 需 添加剂 及 化学试剂，产品不 易受 污染。 2、 选择性好：具有 一般 滤材 不能 取代的 优 越性能，可在分子级内进行物质 的 分离。 3、 无相态变化：保持 本 有的风 格 ，耗能极低，费用 仅是 冷冻浓缩或蒸发浓缩的 1/3-1/8。 4、 适应性强：处理规模 可以调节 ，可连续 进行 也可间
27、断 进行， 具有 操作方便，工艺简 洁 ，便 于自动化 等优点 。 5、 在常温下进行：有效成分 的 损失 相当 少，特别适用于热敏性物质，如酶、蛋白、果汁、抗生素等医药的分离与浓缩。 从上面我们可以看出 ，膜技术在各领域当中运用的相当广泛，它具有很大其 独到 的优点。而我们知道，现好多油库特别是沿海地区在对含油污水进行处理时往往只是通过一些简单的方法去去除其中的油污：隔油池隔油、气浮去油，活性炭吸附等。它们不能很好而有效的去除污水中的油类成分，且处理后的污水往往是直接排到江河湖海中，造成环境的严重污染，影响周边地区群众的日常生活。而我们正是看到了这一点才提出了这一具现代理念的研究课题。 5
28、2.实验材料与方法 2.1 实验方案 通过化学的方法对所采集的水样进行各项指标检测，并就前后数据的变化来对整套无水处理 设备进行整体的评价。指标包括含油量、 COD、浊度、 pH 值、悬浮物含量。 在相关实验数据出来以后，我们能够以此为依据来与其它相类似功能的设备数据比较。只有在比较之后我们才能实实在在的看到，超滤膜处理油库含油污水时的效果及其独到之处。 2.2 含油污水处理工艺及设备 污水处理工艺流程：含油废水汇总经格栅除渣后进入集水隔油池，集水隔油池去除部分浮油并进行水量的调节，隔油池出水利用潜污泵提升进入二级气浮池，加药混凝后进行物化处理，浮油自流进入污泥浓缩池。气浮池出水进入斜管沉淀池进行泥水分离，进入沉淀池的废水首先经加药混 凝，然后通过斜管沉淀至中间水箱。中间水箱出水由提升泵加压后送入油水分离器和核桃壳过滤器，此时污水可达到排放标准，如果需回用后续增加吸附器和超滤装置即可。气浮处理的浮油和沉淀池污泥均排入污泥池，定期外运处理。 图 2-1 污水处理装置工艺流程图 Figure 2-1 Sewage treatment plant flow chart 6 图 2-2 现场工艺 Figure 2-2 On-site process
