冶金鋼鐵企業(yè)冷軋過程中，為了消除冷軋時產(chǎn)生的變形熱，需用乳化液進(jìn)行冷卻和潤滑。乳化液主要由質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%~10%的礦物油或動植物油、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，國內(nèi)大多數(shù)鋼鐵廠采用化學(xué)法，其缺點是破乳效果差，出水油質(zhì)量濃度在100~500mg /L，不能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。進(jìn)口有機膜裝置存在的問題是設(shè)備價格高，膜管壽命短，處理效果不穩(wěn)定。筆者著重介紹了無機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，正常工作時不消耗化學(xué)藥劑等優(yōu)點。

1 工藝流程

研究采用的工藝流程如圖1。

無機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)入無機陶瓷膜管內(nèi)，在壓力的推動下，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)運行72 1 后，停機清洗。

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。

無機陶瓷膜處理軋鋼乳化液廢水的研究

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。從運行的經(jīng)濟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側(cè)的壓力之差，在膜過濾過程中為傳質(zhì)推動力。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，截留率基本上不變。過濾壓差> 0.15 Mpa 時，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：在運行過程中，在一定的溫度范圍內(nèi)，提高運行操作溫度，膜通量會隨溫度的升高而增大。當(dāng)運行溫度超過60 C時，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，較高的溫度對過濾是有利的，同時考慮運行的經(jīng)濟性，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)場運行考核，設(shè)備運行正常，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)，長期運行平均膜通量為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 有機膜處理乳化液廢水效果比較見表1。

無機陶瓷膜處理軋鋼乳化液廢水的研究

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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 陶瓷膜和國外KOCH 公司的有機超濾管(型號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膜的1.6 倍，每處理1 m3 的乳化液的能耗僅為進(jìn)口有機膜的1 / 3，運行溫度高，適應(yīng)任何p~ 范圍及任何有機溶劑，對于陶瓷膜的清洗，可用強酸和強堿進(jìn)行處理，膜通量恢復(fù)快，膜再生容易。而有機膜受到p~ 的限制，清洗困難，膜通量恢復(fù)慢，膜再生時間長。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。因工廠實際操作過程為濃縮過程，因此必須考察進(jìn)料液濃度對過濾通量的影響，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，通量下降趨勢減緩，這說明在實際操作中可進(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，膜面流速對膜通量會有影響，結(jié)果見圖2。可見對已是湍流狀態(tài)下的過濾，再提高流速對膜通量無利，反而使通量降低，這是因為流速進(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，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，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 運行成本初步分析

以每h 處理1 m3 乳化液廢水進(jìn)行計算。成本分析見表4。顯然，國產(chǎn)無機陶瓷膜設(shè)備的指標(biāo)均優(yōu)于進(jìn)口有機膜設(shè)備。

5 結(jié)論

(1)無機陶瓷膜乳化液處理設(shè)備可長期運行，具有操作簡單，處理效果好，國產(chǎn)無機陶瓷膜裝置相對進(jìn)口有機膜裝置有以下優(yōu)點：使用范圍廣，可在高溫和各種pH及腐蝕環(huán)境下運行;再生性能好，運行成本低;較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，膜通量是進(jìn)口有機膜通量的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;占地面積小，投資省。

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

(3)無機陶瓷膜處理冷軋含油乳化液廢水是切實可行的。從運行效果和出水指標(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。目前國產(chǎn)無機陶瓷膜裝置處理軋鋼冷軋含油乳化液廢水的技術(shù)，在國內(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)實踐證明國產(chǎn)無機陶瓷膜處理乳化液廢水的技術(shù)是切實可行的，并取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。