冶金鋼鐵企業(yè)冷軋過程中，為了消除冷軋時(shí)產(chǎn)生的變形熱，需用乳化液進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑。乳化液主要由質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%~10%的礦物油或動(dòng)植物油、乳化劑、抗氧化劑和純水組成。由于乳化液成分復(fù)雜，性質(zhì)穩(wěn)定，含油質(zhì)量濃度一般在2~15 g /L，其中的乳化油除去難度較大。對(duì)于含油乳化液廢水處理方法一般有物化法、化學(xué)法、生化法、膜分離法4 種。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)鋼鐵廠采用化學(xué)法，其缺點(diǎn)是破乳效果差，出水油質(zhì)量濃度在100~500mg /L，不能達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。進(jìn)口有機(jī)膜裝置存在的問題是設(shè)備價(jià)格高，膜管壽命短，處理效果不穩(wěn)定。筆者著重介紹了無機(jī)陶瓷膜處理冷軋乳化液廢水的方法，該法具有操作穩(wěn)定，通量較高，出水水質(zhì)好，正常工作時(shí)不消耗化學(xué)藥劑等優(yōu)點(diǎn)。

1 工藝流程

研究采用的工藝流程如圖1。

無機(jī)陶瓷膜處理軋鋼乳化液廢水的研究

設(shè)備膜面積為4.2m2，采用21 根19 孔多通道膜管串聯(lián)，膜管通道直徑4 mm，膜管長(zhǎng)度1 m。乳化液從循環(huán)箱內(nèi)經(jīng)循環(huán)泵輸送進(jìn)入無機(jī)陶瓷膜管內(nèi)，在壓力的推動(dòng)下，乳化液在膜表面進(jìn)行滲透，滲透水可直接排放或回用，濃縮液返回循環(huán)箱繼續(xù)處理。連續(xù)運(yùn)行72 1 后，停機(jī)清洗。

2 研究結(jié)果

2.1 膜通量與膜面流速的關(guān)系：圖2 是膜通量和膜面流速的關(guān)系。

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從圖2 中可以看出，膜通量基本與膜面流速呈線性關(guān)系。這說明在一定的壓差條件下，沒有形成凝膠層的污染，膜通量主要受濃差極化現(xiàn)象的影響。從運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和凝膠層的污染兩方面來考慮，選擇膜面流速為3.5m/ S 較為合理。

2.2 過濾壓差與膜通量的關(guān)系：過濾壓差即膜管入口和出口的平均壓力與滲透?jìng)?cè)的壓力之差，在膜過濾過程中為傳質(zhì)推動(dòng)力。圖3是膜通量和過濾壓差的關(guān)系。

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膜通量隨過濾壓差增大而略有增大，隨著過濾壓差繼續(xù)增大，膜通量下降。這是由于壓力的作用，凝膠層中的油滴被壓入了膜孔中，從而導(dǎo)致了膜的污染和通量的下降。研究結(jié)果表明，在過濾壓差< 0.15 Mpa時(shí)，截留率基本上不變。過濾壓差> 0.15 Mpa 時(shí)，截留率下降。因此，過濾壓差選擇在0.08 ~ 0.15 Mpa 較為合理。

2.3 膜通量與溫度的關(guān)系：在運(yùn)行過程中，在一定的溫度范圍內(nèi)，提高運(yùn)行操作溫度，膜通量會(huì)隨溫度的升高而增大。當(dāng)運(yùn)行溫度超過60 C時(shí)，膜通量增加值減緩，再繼續(xù)升高溫度意義不大。從研究結(jié)果可知，較高的溫度對(duì)過濾是有利的，同時(shí)考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，較適宜的過濾溫度為30 ~ 50 C。圖4 為在一定的流速及過濾壓差下，溫度對(duì)膜通量的影響。

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在30 ~ 65 C的溫度范圍內(nèi)，膜通量與過濾溫度基本呈線性關(guān)系。

本研究通過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行考核，設(shè)備運(yùn)行正常，操作條件得到了優(yōu)化，清洗周期初步確定為3 c，清洗后膜通量均能較好地恢復(fù)，長(zhǎng)期運(yùn)行平均膜通量為80L(/ m2˙1)左右，出水油質(zhì)量濃度 < 50 mg / L，油截留率> 98%。回收油的品質(zhì)高，在運(yùn)行過程中不產(chǎn)生含油污泥及二次污染。

2.4 有關(guān)技術(shù)指標(biāo)比較：(1)陶瓷膜(50 nm 與4 nm)與進(jìn)口20 nm 有機(jī)膜處理乳化液廢水效果比較見表1。

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從表1 可知，50 nm 陶瓷膜乳化液處理效果同進(jìn)口有機(jī)膜基本相同;4 nm 陶瓷膜截留效果和滲透通量均優(yōu)于50 nm 陶瓷膜和國(guó)外KOCH 公司的有機(jī)超濾管(型號(hào)ABCOR10HFM- 251 - FVO)的出水值，4 nm 陶瓷膜適用于冷軋廢乳化液超濾處理。(2)運(yùn)行能耗、壓力、溫度和pH 的比較(處理量為1 m3 / 1)見表2。

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表2 表明，陶瓷膜的通量是有機(jī)膜的1.6 倍，每處理1 m3 的乳化液的能耗僅為進(jìn)口有機(jī)膜的1 / 3，運(yùn)行溫度高，適應(yīng)任何p~ 范圍及任何有機(jī)溶劑，對(duì)于陶瓷膜的清洗，可用強(qiáng)酸和強(qiáng)堿進(jìn)行處理，膜通量恢復(fù)快，膜再生容易。而有機(jī)膜受到p~ 的限制，清洗困難，膜通量恢復(fù)慢，膜再生時(shí)間長(zhǎng)。2.5 不同孔徑陶瓷膜管截留效果比較50 nm 與4 nm 陶瓷膜管去除COD 及油的效果比較見表3。

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表3 說明，4 nm 的陶瓷膜管的截流效果優(yōu)于50 nm 的陶瓷膜管，但均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

3 主要影響因素

(1)料液濃度的影響。因工廠實(shí)際操作過程為濃縮過程，因此必須考察進(jìn)料液濃度對(duì)過濾通量的影響，料液濃度的增加，滲透通量有所降低。當(dāng)料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1.7%增大到6%左右， 滲透通量可下降40%，但隨濃度進(jìn)一步增大，通量下降趨勢(shì)減緩，這說明在實(shí)際操作中可進(jìn)一步濃縮原液。(2)操作溫度的影響。一般而言，以濃差極化為主的膜過濾過程中，膜通量隨操作溫度的升高而增大，圖4 給出的是操作溫度與膜通量的關(guān)系，可見隨著溫度的升高，膜通量基本呈線性增大。由此認(rèn)為該體系中濃差極化污染占主導(dǎo)地位，因濃差極化是可逆的污染過程，在操作中可以通過高流速等改變流體在膜通道中的流動(dòng)方式減緩膜通量的降低。(3)膜面流速的影響。由前面的分析可知，膜面流速對(duì)膜通量會(huì)有影響，結(jié)果見圖2?？梢妼?duì)已是湍流狀態(tài)下的過濾，再提高流速對(duì)膜通量無利，反而使通量降低，這是因?yàn)榱魉龠M(jìn)一步提高使得沉積在膜面的污染物的粒徑變小，盡管污染層變薄，但變致密，使?jié)B透阻力增大，通量降低。認(rèn)為3.5 m/ S 的膜面流速較為合適。(4)過濾壓差的影響。由圖3可知，在過濾壓差< 0.15 Mpa 時(shí)，膜通量與過濾壓差基本呈線性關(guān)系，在此階段通量與流速和壓差的關(guān)系均可重復(fù)，隨著操作壓力的增大滲透通量也增大。當(dāng)過濾壓差>0.15 Mpa 時(shí)，隨著操作壓力升高，通量反而下降。這說明在此階段，由于壓力作用，凝膠層中的油滴被壓入了膜中，從而導(dǎo)致了膜污染和通量的下降，尤其是在起始階段，高的過濾壓差會(huì)導(dǎo)致通量大幅度下降，使膜的清洗困難。結(jié)合膜通量與清洗過程，認(rèn)為過濾壓差為0.15 Mpa 較為適宜。

4 運(yùn)行成本初步分析

以每h 處理1 m3 乳化液廢水進(jìn)行計(jì)算。成本分析見表4。顯然，國(guó)產(chǎn)無機(jī)陶瓷膜設(shè)備的指標(biāo)均優(yōu)于進(jìn)口有機(jī)膜設(shè)備。

5 結(jié)論

(1)無機(jī)陶瓷膜乳化液處理設(shè)備可長(zhǎng)期運(yùn)行，具有操作簡(jiǎn)單，處理效果好，國(guó)產(chǎn)無機(jī)陶瓷膜裝置相對(duì)進(jìn)口有機(jī)膜裝置有以下優(yōu)點(diǎn)：使用范圍廣，可在高溫和各種pH及腐蝕環(huán)境下運(yùn)行;再生性能好，運(yùn)行成本低;較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，膜通量是進(jìn)口有機(jī)膜通量的1.6倍;油截留率為99%，COD去除率為98%;操作、維護(hù)方便，使用壽命較長(zhǎng);占地面積小，投資省。

(2)采用國(guó)產(chǎn)無機(jī)陶瓷膜處理冷軋含油乳化液廢水既可行可靠又經(jīng)濟(jì)，在主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上與國(guó)外同類技術(shù)相比有較大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，完全可替代進(jìn)口超濾設(shè)備。

(3)無機(jī)陶瓷膜處理冷軋含油乳化液廢水是切實(shí)可行的。從運(yùn)行效果和出水指標(biāo)上來看，4 nm 的陶瓷膜(膜材料為ZPO2)的截流率優(yōu)于50 nm 的陶瓷膜。目前國(guó)產(chǎn)無機(jī)陶瓷膜裝置處理軋鋼冷軋含油乳化液廢水的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)已用于寶鋼、武鋼、昆鋼、邯鋼等軋鋼系統(tǒng)的乳化液廢水處理。通過生產(chǎn)實(shí)踐證明國(guó)產(chǎn)無機(jī)陶瓷膜處理乳化液廢水的技術(shù)是切實(shí)可行的，并取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。