陶瓷膜超滤设备在汽车工业乳化废液运用中处理能力衰减的主要原因及解决方案

施媛媛

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

陶瓷膜超滤设备在汽车工业乳化废液运用中处理能力衰减的主要原因及解决方案

施媛媛

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

陶瓷膜超滤设备在汽车工业乳化废液处理中能力常常很快衰减，并且难以恢复，分析主要原因在水质、压力、温度、清洗几个方面，通过实践得出结论：对进水预处理，保证压力、温度、进料浓度在一个合适数值内，采用正确的膜清洗方式，可以有效的恢复设备的处理能力。

陶瓷膜；超滤；乳化液；操作压力；清洗

CLC NO.: U473.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)11-33-03

1 背景

超滤(简称UF)处理是以超滤膜为过滤介质，在膜两侧施加一定压力，当水流过膜表面时，截留水中的悬浮物、胶体、微生物等大分子物质，只准许水、无机盐及小分子物质透过膜，以达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。[1]其在水处理领域使用广泛，尤其针对水油混合难以分离的水质。超滤是一种物理分离过程，超滤法处理废液不添加化学药剂，超滤清液后续再经物化处理，或活性炭吸附，或生物法处理后实现达标排放或回用，超滤过程产生的浓缩液作为危废定向处理。

超滤材料多采用有机高分子膜，因其制造成本较低，但陶瓷膜同有机膜比较具有耐高温、耐化学腐蚀、机械强度高、抗微生物能力强、孔径分布窄、使用寿命长的技术特点[2]，因此在一些特定的应用场合仍然有较大的使用率，本文讨论的就是陶瓷膜超滤设备在汽车工业乳化废液处理中的运用。

汽车工业产生的乳化废液主要来自机械加工中的润滑油、冷却液。乳化废液中含矿物油、脂肪酸、表面活性剂、微生物、乳化剂和润滑油等成分，COD为10000～50000mg/L，SS为500 mg/L，石油类10000～20000mg/L。因其主要成分溶于水，无法通过自然沉淀分离，采用陶瓷膜超滤设备，可有效分离其中的油、脂、悬浮固体和其它大分子物质，使水和部分小分子物质进入下道处理工序，保证水质处理达标。

陶瓷膜超滤设备在运行初期效果很好，但在实际运用中，很快会出现通过量大幅度下降现象，降幅超过50%。本文研究的一组陶瓷膜设备设计处理能力为 1m3/h，实际情况是只有在系统建成的初期短暂达到 0.8 m3/h，后急剧下降为 0.3 m3/h。

陶瓷膜设备能力低下的原因我们经过和设计院、设备厂家大量的交流，了解其主要是因为在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累，会产生浓差极化现象，当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水量急剧下降，超滤效果受到限制，为此需要最大限度的较少浓差极化的影响，恢复超滤效果。我们经过一系列实验与研究，对其影响因素和解决方案做出如下结论。

2 影响因素及解决方案

2.1 操作压力

超滤过程中只有当工作压力达到一定程度，才能使液料中小分子透膜分离， 超滤开始阶段压力与通过量成正比，达到一定程度时超滤过程转化为凝胶化模型，这时膜透过通量与压力无关，此时的通量成为临界透过通量。合适的操作压力应在极限通量附近进行，一般压力为0.5～0.6Mpa。

我们的设备原先压力为 0.4 Mpa，因泵的选型问题无法再提升压力，后重新更换了水泵，将压力提高至0.6Mpa，效果明显，结合其他改进措施能力提高了一倍。

操作压力取决于供料泵的选择，考虑到工作环境的恶劣性水泵的扬程和流程的选择应大于设计供水量和工作压力，例如我们研究的系统要求操作压力为 0.6 Mpa，选择泵的压力最大为1Mpa。

2.2 温度

由于高温可降低料液的黏度，增加传质效率，从而提高透过通量。 随温度的升高，膜的通量呈线性增加，但到了一定温度后再升温对于膜通量的增加影响减弱，同时运行能耗增加，不经济，因此处理液的理论温度在600C～650C。[3]

我们将进水温度由400C提高到600C，通过量由0.3 m3/h提高至0.5 m3/h，再进一步升温效果不显著，同时能耗大增，通过实践操作600C左右能效比最好。膜系统的升温通过蒸汽加热设备来实现，具体为在循环箱设温度传感器和蒸汽喷射加热器，温度传感器通过PLC来启闭蒸汽管道上的电磁阀。

2.3 进料浓度

随着超滤过程的进行，主体液流的浓度逐渐增加，此时黏度变大，从而影响透过通量。因此应对主体液流定出最高允许浓度。

在实际操作中我们通过对浓缩液 COD测定进行判定主体液流是否达到浓度极限值。膜大分子一侧的浓度越来越高，表现为浓缩液 COD值不断升高，水和低分子物质通过膜就会越来越困难。此时黏度变大，使凝胶层厚度增加，从而影响透过通量。因此对浓缩液浓度应定出最高允许浓度，超过此浓度就应停止处理，排出浓缩液。

经实际操作发现，当浓缩液COD达到200000mg/L时通过量表现出明显的衰减，这表明一个处理周期已完成，应排出浓缩液，进入新的处理周期。顺便一提浓缩液的处理，浓缩液可在一定的存储装置内通过静置沉淀，其中的油份分离出来可回收分后降级使用(如可作焚烧燃油)，剩余部分作为危废需交由具备处理资质的单位定向处理。

2.4 膜的清洗

随着超滤过程的进行，在膜表面逐渐形成凝胶层，使透过通量下降。膜必须进行定期清洗，以保持一定的通过量，并能延长膜的使寿命。一般在规定的料液和压力下，在允许的pH值范围内，超滤膜可使用12～18个月。如膜清洗不佳，会使膜的寿命缩短。一般当膜通过量降低幅度超过50%时就应该对系统进行冲洗。

一般酸洗剂多采用柠檬酸，其酸性较低，实际应用效果差，应改用硝酸。经实验得出：清洗剂采用1%硝酸、1%NaOH、1%EDTA（乙二胺四乙酸）、1%苯磺酸效果良好。具体清洗方法为：先清水冲15分钟，然后1%NaOH、1%EDTA、1%苯磺酸的混合溶液清洗 40分钟，再用 1%硝酸溶液清洗 10分钟，最后用清水冲洗至中性。原先采用1%柠檬酸、1%NaOH清洗完后通过量为0.35m3/h，清洗剂改良后通过量达到了0.5 m3/h，效果明显。需要注意的是设备一般设两个水箱，一个清水箱，一个化学剂水箱，化学剂水箱是碱酸交替使用的，水箱底部要设置排空阀，避免排水不彻底污染清洗剂。因为硝酸酸性强，在现场的存储要注意相关安全。

另外清洗温度很重要，经实验表明碱洗时温度应不低于600C，酸洗时温度在300C左右，这时的清洗效果较好。同样是在清洗箱内设温度传感器和蒸汽喷射加热器进行加热。

2.5 进水水质

因汽车工业的特性乳化废液进水中含有大量矿物油、细小铁屑、油泥、垃圾等，如果不清理会堵塞膜孔，影响通过性。

需要对进水进行预处理，在污水存储池内采取静置分离，表层浮油通过浮筒吸油机收集后实现再利用。在超滤系统循环箱前端安装纸袋过滤机，去除大颗粒杂质。一些固体垃圾，如纱头，是在源头加工车间产生的，需要加强现场管理与宣贯环保意识。

3 设备运行参数比较

我们通过实际操作，对设备及操作方法进行了一些列改进，下表是前后数据采集：

表1

从数据可知通过一些列改进手段陶瓷膜超滤系统的处理能力从原先的0.3～0.4 m3/h提高至0.7～0.8 m3/h，提高了1倍左右，说明其作用是真实有效的。

4 结语

由于膜系统的精密型，其受外界影响因素很多，除了理论工艺参数值，还要结合能耗值，要根据实际情况进行分析、实验，找到能保证处理能力和低耗能的平衡点，达到节能高效的目的。

[1] 杨明.超滤膜处理工艺在水处理中的中试研究.[J]工业技术创新2016年2月01期03卷.

[2] 陆晓千,余志荣,陆斌.超滤法处理切削乳化液废水的研究与应用.[J]工业水处理,1999(1)．

[3] 魏万玉.冷轧乳化液超滤系统存在的问题及解决措施.[J]西南给排水2015 No.2.

The main causes and solutions of the attenuation of the ultrafiltration equipment in the application of emulsion waste in automobile industry

Shi Yuanyuan
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Ceramic membrane ultrafiltration equipment in the automotive industry often soon attenuation emulsified liquid waste processing ability, and difficult to restore, analyze the main reason in clean water, pressure, temperature, from several aspects, draw the conclusion: through practice for water pretreatment, ensure that pressure, temperature, feed concentration within a suitable numerical, adopt proper membrane cleaning method, can effectively restore equipment processing power. Keywords: ceramic membrane; Ultrafiltration; Emulsion; Operating pressure; cleaning

U473.7

：A

：1671-7988 (2017)11-33-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.11.012

施媛媛，涂装工艺工程师，就职于安徽江淮汽车集团有限公司。