聚偏氟乙烯中空纤维膜处理脂液的研究

聚偏氟乙烯中空纤维膜处理脂液的研究

在许多应用领域，如汽车工业、机械和家庭设备制造业、钢铁工业、金属装饰行业和盐业，以及一篇关于表面清洁和脱离环境的文章。其中，广泛应用的领域是钢铁工业和汽车工业。在脱离过程中，随着料溶液中污染物的增加，脱离液的剥皮能力降低或恶化，因此需要定期排放。2002年，中国汽车产量为525万辆，近年来有所增加。这种大规模的金属清洗消费必然会产生更多的含油量废水和废水。如果我们对这种废水进行处理，将产生巨大的经济效益和对环境保护做出巨大贡献。目前，处理脱离液废水的方法有很多，如重力法、离心分离法、气浮法、盐析法、膜分离法等。特别是膜分离技术近年来发展迅速，其优点是，在分离过程中，物质不含糊不清，能源少，设备简单，操作简单，分离效果好。在这项工作中，我们使用膜过滤法对天津市政厅第二工厂的脂质化废水进行处理，并回收其活性成分。以防止脱离液重复使用。1实验部分1.1新鲜脱脂剂及分析所用材料包括:PVDF中空纤维膜组件,膜孔径0.1μm,膜面积16.3cm2,自制;NaOH,分析纯,天津市北方天医化学试剂厂产品;HCl,化学纯,天津市化学试剂五厂产品;NaClO,分析纯,天津市标准科技有限公司产品.所用料液为天津夏利二厂提供的脱脂液,新鲜脱脂剂由A剂、B剂组成,A剂为白色粉末状,主要是碱性物质;B剂为粘稠液体,主要是表面活性剂(OP-10系列).所用仪器包括:JDS-105U红外分光测油仪,吉林市北充分析仪器厂产品;纳米粒度分析仪,贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司产品.1.2.4操作压力实验按照图1所示流程进行.实验采用外压式操作,操作压力为0.04MPa.料液由循环泵输送到膜槽中,浓缩液回到料液罐中,将滤出液收集起来作进一步研究.2结果与讨论2.1pvdf中空纤维膜的处理采用纳米粒度分析仪测定本文所取废液的油滴粒径,结果如图2所示.其油滴粒径主要集中在0.15～0.60μm之间,说明截留孔径为0.1μm的PVDF中空纤维膜适合处理该乳化油废水.采用0.1μmPVDF中空纤维膜处理脱脂液废水,除油率随着温度的升高而增大.操作温度为25℃时,除油率为85%;温度升高到45℃,除油率达到92%.这是由于所处理脱脂液中的表面活性剂是OP-10系列,这种乳化剂属于O/W(水包油)型,随着温度的升高,油滴外层的水分子运动速度加快,从而使小油滴更容易聚集成大油滴而被截留.2.2浓缩频次对除油率的影响操作温度为45℃、操作压力为0.04MPa时,浓缩倍数对除油率的影响如图3所示.由图3可见,除油率随浓缩倍数的增加总体呈下降趋势,浓缩20倍后,溶液除油率达到基本平衡,可能是由于膜表面的浓差极化反而起到了滤饼层的作用,对除油起到了一定的效果.由此可看出,用该膜处理脱脂液废水时,浓缩10倍为最佳选择,此时脱脂液的回收率为90%.2.3膜通量的设计一般情况下,温度升高料液粘度下降,传质扩散系数增加,减少了浓差极化的影响,因此有利于膜通量的提高.本实验中,在25℃和45℃下膜通量的变化情况如图4所示.天津夏利汽车第二工厂的脱脂废水温度一般在40～50℃之间,而且考虑到升温需要增大能耗,因此一般根据脱脂液的温度对膜通量进行设计.2.4原料液对pvdf中空纤维膜的分离效果新鲜脱脂剂主要由A剂(皂化剂,主要是碱性物质)和B剂(表面活性剂,为有机组分)组成.将A剂和B剂分别配制成不同浓度的原料液,用0.1μm的PVDF中空纤维膜过滤并考察原料液和渗透液情况,表征膜对脱脂剂中各有效成分的截留.2.4.1无机处理采用料液电导率表征无机物的截留率,结果如表1所示.从表1可以看出无机盐是完全透过膜的,这是因为无机离子可渗透,能自由通过膜.2.4.2被膜截留原因分析0.1μmPVDF中空纤维膜对于脱脂液中表面活性剂的截留情况如表2所示.由表2可以看出,0.1μmPVDF中空纤维膜对于脱脂液中的表面活性剂有一定的截留作用.这是因为表面活性剂在浓度低于临界胶束浓度时以离子形式存在,增加表面活性剂的浓度使得溶液中表面活性剂的疏水基相互靠拢,几十至几百个聚集在一起形成胶束,以球状、棒状、层状形式存在于溶液中,形成单体与胶束的平衡,形成胶束后疏水基包在胶束内,亲水基团朝外,与水没有相互作用,使胶束成为热力学稳定状态存在于水中,因而膜分离过程中胶束是热力学稳定的.在实际工程应用中,所使用表面活性剂的浓度要高于其临界胶束浓度才能达到良好的除油效果,这是造成被膜截留的主要原因.2.5脱脂剂的性能测试膜对脱脂剂中的表面活性剂有一定的截留作用.为验证渗透液的脱脂效果,将从生产线上取来的浸渍脱脂液分3部分考察:(1)经孔径0.1μm的PVDF中空纤维膜处理后的脱脂液渗透液;(2)未经处理的生产线上的料液;(3)新鲜的脱脂剂.三者模拟脱脂工艺进行对比实验,3种料液经恒温水浴加热至45℃,钢板在料液中各浸渍3min.脱脂效果的评价方法为观察水膜是否连续,也可以用洗净率来表示:式中:W0表示金属板的质量;W1表示涂油后钢板的质量;W2表示浸渍工件一定时间后用去离子水冲洗(观察水膜是否连续)自然晾干后的质量.结果见表3.经膜过滤后的渗透液直接进行钢板脱脂去油实验,钢板上水膜分布均匀连续,板材脱脂水洗后湿态在空气中10min无锈蚀,脱脂性能良好.说明部分表面活性剂的截留并不影响脱脂效果,0.1μm的PVDF膜处理脱脂液废水可实现脱脂液的循环利用.2.6膜组件通量的测试本实验使用新鲜脱脂剂中A剂(碱性物质)配制不同浓度的清洗液,测试了膜组件的清洗情况.首先测试干净膜组件在室温下的纯水通量;然后用该组件处理脱脂废液,待料液浓缩2.5倍后,测试其纯水通量;用事先配制好的含有不同浓度碱性物质的溶液进行膜的清洗,清洗后的膜组件通量如表4所示.由表4中的数据可以看出,在室温条件下操作压力为0.04MPa时,料液浓缩2.5倍后,膜组件的纯水通量由460L/(m2·h)衰减到150L/(m2·h),用含0.25%A剂溶液清洗之后,膜通量恢复到初始通量的75%;增加A剂溶液浓度,用1%A剂溶液清洗膜组件,通量恢复到初始通量的93.3%.由此看出,碱性物质对膜通量的恢复有较好的效果.3脱脂剂表面活性剂的用量(1)用0.1μm的PVDF中空纤维膜处理脱脂液废水,除油率可达90%以上;随着浓缩倍数的增加,除油效果逐渐减弱