铝热轧废乳液处理工艺技术探讨

2023-06-21马什林

有色金属加工 2023年3期

马什林

(中色科技股份有限公司,河南洛阳 471039)

乳化液是铝板带热轧生产过程中,为润滑轧辊并冷却板材而辅助使用的液体。乳化液通常采用水、基础油、表面活性剂等配比制成,为保持使用过程中油品的稳定和实现特定的功能,常向其中添加各种添加剂,如防锈添加剂、极压添加剂、摩擦改进剂、抗氧化剂等。乳化液需要循环使用,随着乳化液中不断有润滑油、机油以及金属碎屑等杂物进入,细菌繁殖而引起乳化液酸败等,使得乳化液极易污染、老化、品质下降,需要补充新鲜乳化液、定期排放、定期更换,因此产生大量废乳液。

废乳液的成分复杂且污染物浓度极高,废乳液含油量在5 000 mg/L左右,COD在50 000～150 000 mg/L,同时废乳液中还含有一定浓度的金属碎屑、灰泥等杂质,乳化液性质相对稳定,这些都为废乳液的处理达标形成较大的障碍,其处理技术一直是专业人士和乳化液使用企业的研究课题。

1 常用处理方法

废乳液处理技术主要有化学法(混凝破乳法、加酸破乳法、加热破乳法、催化氧化法、电解法、电絮凝法等)、生化法、物理法(气浮法、吸附法、真空低温蒸馏法、超滤法等)。这些处理方法在国内企业都有应用,但是大多存在工艺流程长、药剂用量大、易污堵、处理效果差、危废量大、处理成本高、工作环境差等问题,有的处理设施已处于瘫痪或报废状态,因此有必要进行方案优化比选或者模拟试验确定最佳处理工艺,以解决废乳液处理技术难题。

2 陶瓷超滤膜循环浓缩技术

无机陶瓷超滤膜是以氧化铝、氧化锆和氧化钛等粉体原料经特殊工艺制备而成的膜。其管壁密布微孔,在压力作用下,原料液在膜管内的膜外侧流动,小分子物质(或液体)透过膜,大分子物质(或固体颗粒、液体液滴)被膜截留从而达到料液不同成分的分离、浓缩和纯化之目的。

从结构上看,无机陶瓷超滤膜是以孔隙率30%～65%、孔径1μm～20μm的陶瓷为载体,采用溶胶-凝胶法制作,经多次高温烧结而成的一种不对称分离膜。可分为支撑层、过渡层和膜层三部分,其中支撑层的孔径一般为1μm～20μm,孔隙率为30%～65%,其作用是增加膜的机械强度;过渡层的孔径比支撑层的孔径小,其作用是防止膜层制备过程中颗粒向多孔支撑层的渗透,厚度约20μm～60μm,孔隙率为30%～40%;起分离作用的是涂在其表面3nm～10μm的极薄、致密的微孔复合氧化膜层,孔隙率为40%～55%。

无机陶瓷超滤膜分离技术是基于多孔陶瓷介质的筛分效应而进行的物质分离技术,属于物理分离技术,采用动态“错流过滤”方式,与传统“死端过滤”“滤饼过滤”等过滤方式截然不同。在压力驱动下,原料液在膜管内侧膜层表面以一定的流速高速流动,小分子物质(液体)沿与之垂直方向透过微孔膜,大分子物质(或固体颗粒)被膜截留,使流体达到分离浓缩和纯化的目的。通过原料液的循环冲刷有效抑制了传统终端过滤方式中过滤介质易被阻塞的问题,确保分离过程的连续运行,提高了分离效率与分离精度,并有效降低了分离过程的能耗。

建立在无机材料科学基础上的陶瓷膜分离技术具有独特的优势,其主要特点为,分离精度高,对悬浮固体的截留率达99.9%以上,对乳化油的截留率在99%以上。无机陶瓷超滤膜具有以下特点和优势,化学稳定性极佳,能够耐强酸、耐强碱、耐有机溶剂、耐氧化、耐高温、耐细菌,抗污染性好,机械强度高、耐磨性能好,孔径分布窄、分离精度高,易清洗、可在线进行药剂和高温消毒,可反向冲洗,膜再生性能好、使用寿命长。

无机陶瓷超滤膜主要应用在以下领域:动植物提取物、酶反应、有机酸、抗生素发酵液过滤;中药有效成分提取和纯化;口服液澄清过滤;酱油、醋等酿造制品的除菌、除杂过滤;果汁、饮料、酒类的澄清过滤;牛奶的除菌和浓缩;发酵产物的分离和精制;含油乳化液、冷轧乳化液废水、金属清洗液回收等。我公司采用无机陶瓷超滤膜对废乳液进行循环过滤、浓缩试验,得到了较好的处理效果,试验检测结果见表1。

表1 陶瓷超滤膜循环过滤试验进、出水水质一览表

3 减压蒸发浓缩技术

利用减压蒸发技术,在真空的环境下,低温(60℃～70℃)蒸发、冷凝、分离等处理废乳化液,该方法是在密闭的情况下进行处理,因此该方法能保证整个系统对环境的零排放。处理后浓缩液最终减量至10%以下,便于集中处理,回收水具备排入其他生产废水处理系统进一步处理的条件,再经常规后续处理后可达标排放。

我公司利用某减压蒸发浓缩试验机进行废乳液处理试验,得到了较好的处理效果。减压蒸发浓缩装置工艺流程见图1。

图1 减压蒸发浓缩装置工艺流程示意图

废乳液减压蒸发浓缩试验简介:(1)试验目的。确认减量率(浓缩倍数),残渣状态以及排渣状况等内容进行试验。(2)试验方法。用减压蒸发浓缩-15型试验机进行减压蒸发浓缩试验。(3)试验结果。取7.645kg废乳化液进行减压蒸发浓缩试验,得到7.290kg回收水,其余为浓缩液残渣。(4)具体试验数据不再赘述,关键数据有,真空压力-29.5kPa～-93.0kPa;蒸发温度44℃～85℃,回收水温度34℃～39℃,运行时间56min。(5)试验结论。经减压蒸发浓缩处理后回收水无色带极少量混浊颗粒;实验后残渣呈黑色液体,残渣排出比较顺利;原水水质不发生明显变化情况下,回收率达到95%,浓缩倍数20倍;本次试验回收水水质简易分析结果为,原液pH=6.3,COD=167 200mg/L;回收水pH=6.3,COD=111mg/L。

4 工艺技术组合探讨

根据以上试验结果,将陶瓷超滤膜循环浓缩和减压蒸发浓缩工艺进行组合用于处理废乳液,发挥各自工艺技术特点和优势,进行废乳液减量,降低废水污染物浓度,减轻后续处理设施的污染物负荷,从而达到废乳液处理的最理想效果。拟采用组合处理工艺流程如图2所示。针对现有设施改造,按常用处理规模(20m3/d)进行废乳液处理组合工艺流程简要说明。

图2 废乳液处理组合工艺流程示意图

(1)废乳液储存池。定期排放的废乳液通过加压设备送入废乳液储存池,废乳液储存池起到储存、调节水量和均衡水质的作用,同时为后续的油水分离池达到较好的处理效果提供缓冲。储存池,有效容积350m3,1座,利旧。配套设施,废乳液提升泵(利旧)2台,Q=3m3/h,H=15m(1用1备);撇油机(利旧);配套的管道、阀门等。

(2)油水分离池。储存池内废乳液由潜水泵提升至油水分离池。油水分离池共分三格,第一格为配水缓冲区,主要起到进水缓冲和为沉淀浮油区配水的目的;第二格为沉淀浮油区,废乳液在该段流态为均匀流,通过该段的平缓环境浮油不断上浮富集,颗粒杂质则沉入池底。浮油通过钢带刮油机回收至收集油桶,池底沉泥定期排至污泥池。第三格为清水区,废乳液自此泵至后续处理设施。油水分离池1座,容积12m3;配套设施,污泥提升泵(利旧)1台,Q=5m3/h,H=20m;液位计1台;钢带刮油机1台;配套的管道、阀门等。

(3)纸带过滤机。隔油沉淀后的废乳液经提升和粗过滤后送至纸带过滤机进行细过滤,而整个系统的滤过液(清液)进入超滤循环水箱,再进入后续陶瓷超滤膜循环浓缩系统进一步深度处理。

纸带过滤机由液箱、集污箱、过滤无纺布/纸带、磁辊分离装置、减速机、传动机构、液泵等几部分组成。工作时含有大量杂质的污液首先通过磁辊分离装置(当被过滤液体中导磁类杂质较多时,可选配。实行二级过滤以改变过滤效果)将大量的导磁切削分离出来,传动机构上的链条、丝网及铺在其上的纸带均成弧面状,污液通过纸带时,细微的切削及杂质吸附在纸带表面上,切削及杂质逐渐堆积直至纸带堵塞。此时污液污面上升,浮起浮子,发讯机构发讯,减速机带动链条和丝网运动,将污物及脏纸带排入集污箱,从而实现纸带的自动更新,纸带更新后,污液污面随之下降,减速机停止工作,机器进行下一个工作循环。

纸带过滤机能够充分滤除废乳液中的各类金属,非金属杂质。当污液落到纸带时,细微的切削及杂质被吸附到纸带上时,其自身也变成了过滤层参加了过滤,增加了纸带的过滤效果。由于纸带是呈弧面工作的,既增加了有效的过滤面积,又减少了占地面积。主要组成及配套设施有,纸带过滤机1套,处理能力3m3/h;配套的管道、阀门、仪表等。

(4)陶瓷超滤膜循环浓缩系统。废乳液经纸带过滤机去除残留细浮渣及部分金属碎屑,保证进入超滤循环水箱的废水中固体颗粒不大于0.5mm,固含量不超过1%。废水经超滤陶瓷超滤膜组件不断的循环过滤,清水通过陶瓷超滤膜后排至后续处理或排放,废乳液在循环过程中不断的富集浓缩,超滤循环箱内的浓缩液定期用浓液泵送至超滤浓缩液暂存箱。超滤系统还配套有清洗系统,定期对超滤膜设备清洗,以恢复超滤膜设备的渗透通量,废清洗液排至调节池。主要组成及配套设施有,陶瓷超滤膜组件2组,膜面积20m2,膜孔径50nm,处理能力3m3/h;12m3循环水箱(配加热盘管)1个;3m3清洗水箱(三箱拼接)1套;循环泵1台,Q=150m3/h,H=25m;排污泵 1台,Q=5m3/h,H=20m;计量泵 1台,150L/H;12m3超滤浓缩液箱1个;配套的管道、阀门、仪表等。

(5)减压蒸发浓缩系统。经过陶瓷超滤膜浓缩后的浓缩液排至超滤浓缩液箱暂存,而后由泵提升至减压蒸发浓缩系统对超滤浓缩液进行进一步浓缩。蒸发回收水排至后续处理或排放,蒸发浓缩液在蒸发浓缩液暂存箱存储,定期外协处理。主要组成及配套设施有,减压蒸发浓缩系统1套,处理能力500L/h;12m3蒸发浓缩液箱1个;配套的管道、阀门、仪表等。