超滤法在乳化油废液处理系统中的应用
超滤法在乳化油废液处理系统中的应用
陈晓宏
【摘要】针对某汽车发动机生产过程产生的乳化油废液的水质特点和处理后的出水水质要求，设计采用调节池+管式超滤膜法+AO处理工艺，并介绍了有关的设计参数和要点。通过工程应用对设计进行验证，结果表明该工艺具有对CODcr和石油类去除率高、自动化程度高、操作环境好，出水效果稳定等特点。
【关键词】乳化油废液；乳化液；管式超滤膜；AO工艺.
一、概述
机械加工切削废液中所含主要污染物有油类物质(浮油、分散油、乳化油等)、表面活性剂、难降解有机物及部分残存可溶性金属。含有大量表面活性剂、重金属离子、矿物油、有机溶剂等污染物，若不妥善处理，会对环境产生严重污染。
在乳化油废液处理领域，常用的处理方法有化学法和膜分离法(超滤法)。传统化学法概念是基于“破乳”，将油与乳化剂（表面活性剂）分开，遂上浮与水分离，乳化剂分散于水中，依靠后序生化降解。破乳多用酸析法，加硫酸调pH=2～3，反应1～2小时。这种化学处理法关键步骤是破乳和油水分离，其效果的好坏直接影响工艺的处理效果，且化学处理法存在诸多不足，如工艺复杂、能耗高、处理不完全、操作环境差等。
乳化油体系中，表面活性剂使油滴乳化并分散于水中，油滴表面形成一层荷电界膜，难以相互黏结而性质稳定，且油滴粒径较小（≦10µm）。超滤作为一种高效的膜分离技术，截留分子量为1~300kDa，膜孔径约0.01~0.05µm（远小于乳化油粒径）。有研究表明，超滤膜能够以筛分机理有效截留乳化油滴，达到油水分离目的。此外，超滤分离工艺的流程简单、操作易自动化、运行稳定，具有高效、节能、近零污染等优势。
本文针对某汽车发动机机械加工过程产生的乳化油废液，提出采用管式超滤膜系统和AO生化组合工艺，利用超滤膜系统的截留作用，将乳化油在乳化状态下连同乳化剂与水分离浓缩、回收利用。由于省却了破乳环节，会大大减少药剂费和污泥处置费用。滤出液进入生化系统处理，出水水质达标《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中三级标准。
二、设计方案
1.设计进、出水水质
本工程污水来源于车间零件清洗液、切削液，装配过程中留下的清洗废液，发动机出厂试验时产生的含油废水。设计处理量为30m3/d，设计运行时间为15h/d，平均处理量为2m3/h。废水主要成分矿物油、脂肪酸、表面活性剂、微生物、乳化剂和润滑油等成分。根据项目所在地的要求，乳化油废液经过处理后，出水水质需执行《污水综合排放标准》（BG8978-1996）中三级排放标准，具体设计进、出水水质见表1。
表1 乳化油废液水质表 单位：mg/l（pH除外）
污染物 pH SS CODCr BOD5 氨氮 石油类
进水水质 6-6.5 ≈15000 20000～100000 1200～1800 50～400 ≤10000
出水水质 6-9 400 500 300 / 20
2.处理工艺流程的确定
确定乳化油废液的主要预处理流程为管式超滤膜法处理。根据乳化油废液的性质及出水水质要求，乳化油废液处理过程中产生的浓缩液按照环保要求属于危险废物，交当地有资质单位处理。滤出液需要进行生化处理方可达到排放要求。
3.工艺流程及说明
调节池——超滤膜系统——A/O生物反应池——二沉池——出水
乳化油废液自车间以压力流方式排至污水站调节池，在调节池内完成水质均质和水量调节并经设备除去表面浮油后，进入管式超滤膜系统，利用超滤膜的拦截作用，将原水中的油、脂成分，悬浮固体和其它大分子物质进行浓缩，使废液体积大大减小，提高滤液的可生化性，滤出液进入AO生化系统，利用微生物的作用分解水中剩余有机物及氨氮等污染物质，最终达标排放。
4.主要构筑物及设备
4.1 调节池
车间废水在排放过程中会出现水量不稳定和水质不均匀等情况，从而导致废水处理过程异常，不利于工艺整体的控制。为使后序工艺系统稳定运行，设一调节池，对废水的水量与水质进行均匀化处理。调节池利用现有钢混水池，有效容积300m3。由于调节池HRT较长，池内必然会产生一部分游离性浮油，故池内设置乳油收集器，对乳化油废液经调节池沉淀调节后，在重力作用下分层析出的浮油进行收集去除。根据小试结果估计，浮油量约占总油量的5%，原水含油按1000mg/l计，浮油量约15kg/d，调节池配套一套管式除油器，除油量0-100L/H。
4.2 管式超滤系统
管式超滤系统主要由自清洗过滤器+循环槽+UF管式膜元组成。超滤运行过程中，最常见的故障为较大固体颗粒物堵塞膜管道流道，故本工程在进入超滤系统前端配置一套3mm的自清洗过滤器。原水经过简单的预处理（除浮油和杂质），以一定的错流量进行UF过滤，截留乳化状态的油。由于油与表面活性剂的结合，减小了与膜表面的吸附，同时，也削弱了表面活性剂与膜分子的结合。
超滤系统按批次周期运行，循环池有效容积按每天处理水量30m3设计。膜元总面积120m2，共20支膜元，分四组并联运行，每组5支。膜元采用PVDF材质，截留分子量为10万，设计膜通量为20-30L/H，膜表面流速4m/s，正常工作压力2-6bar。
4.3 AO生物反应池
AO生物反应池分2池，由缺氧池和好氧池组成。由于UF膜系统除去了大部分难以生化降解的油类和表面活性剂，能穿透UF膜的基本上属于小分子，滤出水CODcr浓度约为5000-10000mg/l，油类含量少，废水B/C值在0.35以上，可生化性相对较好。
缺氧池内设生物填料，表面附着生长微生物膜，主要作用使一些不易水解和降解的大分子有机物水解为小分子，以利于在后续好氧过程降解，也就是在一定范围内，提高废水的可生化性。在缺氧池及好氧池中设置生物填料，增加生物量和微生物种类，提高污泥龄，增强耐冲击负荷能力和同步脱氮除磷效果。缺氧池容积为90m3，好氧池容积为260m3；设计容积负荷为0.45kgBOD5/m3*d。好氧池理论需氧量为23.1kgO2/h，标准状态下供气量为5.3m3/min。生化反应池设计引入生活污水补充营养，故无需投加其它营养源。
竖流式二沉池。1座，高峰设计流量为2.5m3/h，表面负荷为0.65m3/(m2*h)，高峰流量停留时间3.5h，溢流堰负荷1.5L/(s*m)。
三、运行效果
该工程于2019年3月份正式通水试运行，经调试运行后，各主要单元实际进、出水水质如表2所示，可见出水水质稳定达到三级排放标准。
表2 2019年7-12月实际进、出水水质 单位：mg/l
月份 原水CODcr 原水氨氮 原水石油类 UF产水CODcr UF产水氨氮 UF产水石油类 AO出水CODcr AO出水氨氮 AO出水石油类
7月 64000 363.7 566 6200 165.3 45.2 302 16.6 <0.06
8月 56000 344.5 501 7500 142.2 30.1 308 15 <0.06
9月 52000 331.4 512 7200 160.3 51.2 311 14.7 <0.06
10月 72000 374.4 623 9800 169.7 68.5 343 16.7 <0.06
11月 48000 309.2 483 9000 178.6 52.5 388 20.3 <0.06
12月 51500 318.9 425 9100 175.8 55.3 365 19.8 <0.06
由表2数据可见，污水站进水基本在设计水质范围内，UF膜对该类型废水去除率较高，CODcr去除率基本稳定在80%以上，石油类去除率稳定在99%以上，对氨氮的去除率也可达到50%左右。
在日常运行中发现，温度对UF膜通量和生化系统的去除率有较大影响，在项目的设计和运行管理时，应该考虑对UF系统进水进行加热、生化系统保温等措施，维持冬季整套系统运行的稳定性，确保出水水质达标。
四、结语
1. 超滤膜主要功能是去除乳化油废液中的有机物、微生物和大部分的二价及以上金属离子，CODcr去除率可达80%以上，石油类去除率达99%以上，对于氨氮的去除率也可达到50%左右，同时可改善原水水质的B/C值，提升后序生化处理的去除率。
2. 采用超滤膜处理乳化油废液，无需破乳，物化段基本没有化学药剂的投加，无物化污泥产生，处理费用低，设备集成程度高，自动化程度高，设备可封闭式运行，相对传统工艺运行过程中恶臭气体的散发，采用超滤膜工艺给员工创造了良好的工作环境，实现人性化管理。
综上所述，采用超滤膜工艺处理乳化油废液不仅可有效将水中油、脂成分，悬浮固体和其它大分子物质进行浓缩分离，浓缩液还可再生利用，大大减少预处理的费用，更为操作人员创造优良的工作环境。
【参考文献】
[1]楼福乐、陆晓峰.超滤法处理含乳化油废液[J].环境科学，1998，19（4）：65-68
[2]成文、赵立和.乳化液废水处理技术的试验研究.华南师范大学学报（自然科学版）.2002
