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，需用乳化液進行冷卻和潤滑。乳化液主要由質量分數(shù)2%~10%的礦物油或動植物油、乳化劑、抗氧化劑和純水組成。由于乳化液成分復雜，性質穩(wěn)定，含油質量濃度一般在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、化學法、生化法、膜分離法4 種。目前，國內大多數(shù)鋼鐵廠采用化學法，其缺點是破乳效果差，出水油質量濃度在100~500mg /L，不能達到國家排放標準要求。進口有機膜裝置存在的問題是設備價格高，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，出水水質好，正常工作時不消耗化學藥劑等優(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)箱內經(jīng)循環(huán)泵輸送進入無機陶瓷膜管內，在壓力的推動下，乳化液在膜表面進行滲透，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 研究結果

2.1 膜通量與膜面流速的關系：圖2 是膜通量和膜面流速的關系。

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系：過濾壓差即膜管入口和出口的平均壓力與滲透側的壓力之差，在膜過濾過程中為傳質推動力。圖3是膜通量和過濾壓差的關系。

無機陶瓷膜處理軋鋼乳化液廢水的研究

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，從而導致了膜的污染和通量的下降。研究結果表明，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 膜通量與溫度的關系：在運行過程中，在一定的溫度范圍內，提高運行操作溫度，膜通量會隨溫度的升高而增大。當運行溫度超過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。

無機陶瓷膜處理軋鋼乳化液廢水的研究

在30 ~ 65 C的溫度范圍內，膜通量與過濾溫度基本呈線性關系。

本研究通過現(xiàn)場運行考核，設備運行正常，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，長期運行平均膜通量為80L(/ m2˙1)左右，出水油質量濃度 < 50 mg / L，油截留率> 98%。回收油的品質高，在運行過程中不產(chǎn)生含油污泥及二次污染。

2.4 有關技術指標比較：(1)陶瓷膜(50 nm 與4 nm)與進口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。

無機陶瓷膜處理軋鋼乳化液廢水的研究

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口有機膜的1 / 3，運行溫度高，適應任何p~ 范圍及任何有機溶劑，對于陶瓷膜的清洗，可用強酸和強堿進行處理，膜通量恢復快，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，但均達到標準。

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。當料液質量分數(shù)由1.7%增大到6%左右， 滲透通量可下降40%，但隨濃度進一步增大，通量下降趨勢減緩，這說明在實際操作中可進一步濃縮原液。(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系，可見隨著溫度的升高，膜通量基本呈線性增大。由此認為該體系中濃差極化污染占主導地位，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系，在此階段通量與流速和壓差的關系均可重復，隨著操作壓力的增大滲透通量也增大。當過濾壓差>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，高的過濾壓差會導致通量大幅度下降，使膜的清洗困難。結合膜通量與清洗過程，認為過濾壓差為0.15 Mpa 較為適宜。

4 運行成本初步分析

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

5 結論

(1)無機陶瓷膜乳化液處理設備可長期運行，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;較高的結構穩(wěn)定性，膜通量是進口有機膜通量的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，在主要技術經(jīng)濟指標上與國外同類技術相比有較大的技術和經(jīng)濟優(yōu)勢，完全可替代進口超濾設備。

(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，在國內已用于寶鋼、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是切實可行的，并取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。