冶金钢铁企业冷轧过程中，为了消除冷轧时产生的变形热，需用乳化液进行冷却和润滑。乳化液主要由质量分数2%~10%的矿物油或动植物油、乳化剂、抗氧化剂和纯水组成。由于乳化液成分复杂，性质稳定，含油质量浓度一般在2~15 g /L，其中的乳化油除去难度较大。对于含油乳化液废水处理方法一般有物化法、化学法、生化法、膜分离法4 种。目前，国内大多数钢铁厂采用化学法，其缺点是破乳效果差，出水油质量浓度在100~500mg /L，不能达到国家排放标准要求。进口有机膜装置存在的问题是设备价格高，膜管寿命短，处理效果不稳定。笔者着重介绍了无机陶瓷膜处理冷轧乳化液废水的方法，该法具有操作稳定，通量较高，出水水质好，正常工作时不消耗化学药剂等优点。
1 工艺流程
研究采用的工艺流程如图1。
设备膜面积为4.2m2，采用21 根19 孔多通道膜管串联，膜管通道直径4 mm，膜管长度1 m。乳化液从循环箱内经循环泵输送进入无机陶瓷膜管内，在压力的推动下，乳化液在膜表面进行渗透，渗透水可直接排放或回用，浓缩液返回循环箱继续处理。连续运行72 1 后，停机清洗。
2 研究结果
2.1 膜通量与膜面流速的关系：图2 是膜通量和膜面流速的关系。
从图2 中可以看出，膜通量基本与膜面流速呈线性关系。这说明在一定的压差条件下，没有形成凝胶层的污染，膜通量主要受浓差极化现象的影响。从运行的经济性和凝胶层的污染两方面来考虑，选择膜面流速为3.5m/ S 较为合理。
2.2 过滤压差与膜通量的关系：过滤压差即膜管入口和出口的平均压力与渗透侧的压力之差，在膜过滤过程中为传质推动力。图3是膜通量和过滤压差的关系。
膜通量随过滤压差增大而略有增大，随着过滤压差继续增大，膜通量下降。这是由于压力的作用，凝胶层中的油滴被压入了膜孔中，从而导致了膜的污染和通量的下降。研究结果表明，在过滤压差< 0.15 Mpa时，截留率基本上不变。过滤压差> 0.15 Mpa 时，截留率下降。因此，过滤压差选择在0.08 ~ 0.15 Mpa 较为合理。
2.3 膜通量与温度的关系：在运行过程中，在一定的温度范围内，提高运行操作温度，膜通量会随温度的升高而增大。当运行温度超过60 C时，膜通量增加值减缓，再继续升高温度意义不大。从研究结果可知，较高的温度对过滤是有利的，同时考虑运行的经济性，较适宜的过滤温度为30 ~ 50 C。图4 为在一定的流速及过滤压差下，温度对膜通量的影响。
在30 ~ 65 C的温度范围内，膜通量与过滤温度基本呈线性关系。
本研究通过现场运行考核，设备运行正常，操作条件得到了优化，清洗周期初步确定为3 c，清洗后膜通量均能较好地恢复，长期运行平均膜通量为80L(/ m2˙1)左右，出水油质量浓度 < 50 mg / L，油截留率> 98%。回收油的品质高，在运行过程中不产生含油污泥及二次污染。
2.4 有关技术指标比较：(1)陶瓷膜(50 nm 与4 nm)与进口20 nm 有机膜处理乳化液废水效果比较见表1。
从表1 可知，50 nm 陶瓷膜乳化液处理效果同进口有机膜基本相同;4 nm 陶瓷膜截留效果和渗透通量均优于50 nm 陶瓷膜和国外KOCH 公司的有机超滤管(型号ABCOR10HFM- 251 - FVO)的出水值，4 nm 陶瓷膜适用于冷轧废乳化液超滤处理。(2)运行能耗、压力、温度和pH 的比较(处理量为1 m3 / 1)见表2。
表2 表明，陶瓷膜的通量是有机膜的1.6 倍，每处理1 m3 的乳化液的能耗仅为进口有机膜的1 / 3，运行温度高，适应任何p~ 范围及任何有机溶剂，对于陶瓷膜的清洗，可用强酸和强碱进行处理，膜通量恢复快，膜再生容易。而有机膜受到p~ 的限制，清洗困难，膜通量恢复慢，膜再生时间长。2.5 不同孔径陶瓷膜管截留效果比较50 nm 与4 nm 陶瓷膜管去除COD 及油的效果比较见表3。
表3 说明，4 nm 的陶瓷膜管的截流效果优于50 nm 的陶瓷膜管，但均达到标准。
3 主要影响因素
(1)料液浓度的影响。因工厂实际操作过程为浓缩过程，因此必须考察进料液浓度对过滤通量的影响，料液浓度的增加，渗透通量有所降低。当料液质量分数由1.7%增大到6%左右， 渗透通量可下降40%，但随浓度进一步增大，通量下降趋势减缓，这说明在实际操作中可进一步浓缩原液。(2)操作温度的影响。一般而言，以浓差极化为主的膜过滤过程中，膜通量随操作温度的升高而增大，图4 给出的是操作温度与膜通量的关系，可见随着温度的升高，膜通量基本呈线性增大。由此认为该体系中浓差极化污染占主导地位，因浓差极化是可逆的污染过程，在操作中可以通过高流速等改变流体在膜通道中的流动方式减缓膜通量的降低。(3)膜面流速的影响。由前面的分析可知，膜面流速对膜通量会有影响，结果见图2。可见对已是湍流状态下的过滤，再提高流速对膜通量无利，反而使通量降低，这是因为流速进一步提高使得沉积在膜面的污染物的粒径变小，尽管污染层变薄，但变致密，使渗透阻力增大，通量降低。认为3.5 m/ S 的膜面流速较为合适。(4)过滤压差的影响。由图3可知，在过滤压差< 0.15 Mpa 时，膜通量与过滤压差基本呈线性关系，在此阶段通量与流速和压差的关系均可重复，随着操作压力的增大渗透通量也增大。当过滤压差>0.15 Mpa 时，随着操作压力升高，通量反而下降。这说明在此阶段，由于压力作用，凝胶层中的油滴被压入了膜中，从而导致了膜污染和通量的下降，尤其是在起始阶段，高的过滤压差会导致通量大幅度下降，使膜的清洗困难。结合膜通量与清洗过程，认为过滤压差为0.15 Mpa 较为适宜。
4 运行成本初步分析
以每h 处理1 m3 乳化液废水进行计算。成本分析见表4。显然，国产无机陶瓷膜设备的指标均优于进口有机膜设备。
5 结论
(1)无机陶瓷膜乳化液处理设备可长期运行，具有操作简单，处理效果好，国产无机陶瓷膜装置相对进口有机膜装置有以下优点：使用范围广，可在高温和各种pH及腐蚀环境下运行;再生性能好，运行成本低;较高的结构稳定性，膜通量是进口有机膜通量的1.6倍;油截留率为99%，COD去除率为98%;操作、维护方便，使用寿命较长;占地面积小，投资省。
(2)采用国产无机陶瓷膜处理冷轧含油乳化液废水既可行可靠又经济，在主要技术经济指标上与国外同类技术相比有较大的技术和经济优势，完全可替代进口超滤设备。
(3)无机陶瓷膜处理冷轧含油乳化液废水是切实可行的。从运行效果和出水指标上来看，4 nm 的陶瓷膜(膜材料为ZPO2)的截流率优于50 nm 的陶瓷膜。目前国产无机陶瓷膜装置处理轧钢冷轧含油乳化液废水的技术，在国内已用于宝钢、武钢、昆钢、邯钢等轧钢系统的乳化液废水处理。通过生产实践证明国产无机陶瓷膜处理乳化液废水的技术是切实可行的，并取得了较好的社会效益和经济效益。
原标题：无机陶瓷膜处理轧钢乳化液废水的研究
