鋁熱軋廢乳液處理工藝技術(shù)探討

馬什林

(中色科技股份有限公司,河南 洛陽(yáng) 471039)

乳化液是鋁板帶熱軋生產(chǎn)過(guò)程中,為潤(rùn)滑軋輥并冷卻板材而輔助使用的液體。乳化液通常采用水、基礎(chǔ)油、表面活性劑等配比制成,為保持使用過(guò)程中油品的穩(wěn)定和實(shí)現(xiàn)特定的功能,常向其中添加各種添加劑,如防銹添加劑、極壓添加劑、摩擦改進(jìn)劑、抗氧化劑等。乳化液需要循環(huán)使用,隨著乳化液中不斷有潤(rùn)滑油、機(jī)油以及金屬碎屑等雜物進(jìn)入,細(xì)菌繁殖而引起乳化液酸敗等,使得乳化液極易污染、老化、品質(zhì)下降,需要補(bǔ)充新鮮乳化液、定期排放、定期更換,因此產(chǎn)生大量廢乳液。

廢乳液的成分復(fù)雜且污染物濃度極高,廢乳液含油量在5 000 mg/L左右,COD在50 000～150 000 mg/L,同時(shí)廢乳液中還含有一定濃度的金屬碎屑、灰泥等雜質(zhì),乳化液性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定,這些都為廢乳液的處理達(dá)標(biāo)形成較大的障礙,其處理技術(shù)一直是專(zhuān)業(yè)人士和乳化液使用企業(yè)的研究課題。

1 常用處理方法

廢乳液處理技術(shù)主要有化學(xué)法(混凝破乳法、加酸破乳法、加熱破乳法、催化氧化法、電解法、電絮凝法等)、生化法、物理法(氣浮法、吸附法、真空低溫蒸餾法、超濾法等)。這些處理方法在國(guó)內(nèi)企業(yè)都有應(yīng)用,但是大多存在工藝流程長(zhǎng)、藥劑用量大、易污堵、處理效果差、危廢量大、處理成本高、工作環(huán)境差等問(wèn)題,有的處理設(shè)施已處于癱瘓或報(bào)廢狀態(tài),因此有必要進(jìn)行方案優(yōu)化比選或者模擬試驗(yàn)確定最佳處理工藝,以解決廢乳液處理技術(shù)難題。

2 陶瓷超濾膜循環(huán)濃縮技術(shù)

無(wú)機(jī)陶瓷超濾膜是以氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦等粉體原料經(jīng)特殊工藝制備而成的膜。其管壁密布微孔,在壓力作用下,原料液在膜管內(nèi)的膜外側(cè)流動(dòng),小分子物質(zhì)(或液體)透過(guò)膜,大分子物質(zhì)(或固體顆粒、液體液滴)被膜截留從而達(dá)到料液不同成分的分離、濃縮和純化之目的。

從結(jié)構(gòu)上看,無(wú)機(jī)陶瓷超濾膜是以孔隙率30%～65%、孔徑1μm～20μm的陶瓷為載體,采用溶膠-凝膠法制作,經(jīng)多次高溫?zé)Y(jié)而成的一種不對(duì)稱(chēng)分離膜?？煞譃橹螌?、過(guò)渡層和膜層三部分,其中支撐層的孔徑一般為1μm～20μm,孔隙率為30%～65%,其作用是增加膜的機(jī)械強(qiáng)度;過(guò)渡層的孔徑比支撐層的孔徑小,其作用是防止膜層制備過(guò)程中顆粒向多孔支撐層的滲透,厚度約20μm～60μm,孔隙率為30%～40%;起分離作用的是涂在其表面3nm～10μm的極薄、致密的微孔復(fù)合氧化膜層,孔隙率為40%～55%。

無(wú)機(jī)陶瓷超濾膜分離技術(shù)是基于多孔陶瓷介質(zhì)的篩分效應(yīng)而進(jìn)行的物質(zhì)分離技術(shù),屬于物理分離技術(shù),采用動(dòng)態(tài)“錯(cuò)流過(guò)濾”方式,與傳統(tǒng)“死端過(guò)濾”“濾餅過(guò)濾”等過(guò)濾方式截然不同。在壓力驅(qū)動(dòng)下,原料液在膜管內(nèi)側(cè)膜層表面以一定的流速高速流動(dòng),小分子物質(zhì)(液體)沿與之垂直方向透過(guò)微孔膜,大分子物質(zhì)(或固體顆粒)被膜截留,使流體達(dá)到分離濃縮和純化的目的。通過(guò)原料液的循環(huán)沖刷有效抑制了傳統(tǒng)終端過(guò)濾方式中過(guò)濾介質(zhì)易被阻塞的問(wèn)題,確保分離過(guò)程的連續(xù)運(yùn)行,提高了分離效率與分離精度,并有效降低了分離過(guò)程的能耗。

建立在無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)上的陶瓷膜分離技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),其主要特點(diǎn)為,分離精度高,對(duì)懸浮固體的截留率達(dá)99.9%以上,對(duì)乳化油的截留率在99%以上。無(wú)機(jī)陶瓷超濾膜具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),化學(xué)穩(wěn)定性極佳,能夠耐強(qiáng)酸、耐強(qiáng)堿、耐有機(jī)溶劑、耐氧化、耐高溫、耐細(xì)菌,抗污染性好,機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性能好,孔徑分布窄、分離精度高,易清洗、可在線(xiàn)進(jìn)行藥劑和高溫消毒,可反向沖洗,膜再生性能好、使用壽命長(zhǎng)。

無(wú)機(jī)陶瓷超濾膜主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域:動(dòng)植物提取物、酶反應(yīng)、有機(jī)酸、抗生素發(fā)酵液過(guò)濾;中藥有效成分提取和純化;口服液澄清過(guò)濾;醬油、醋等釀造制品的除菌、除雜過(guò)濾;果汁、飲料、酒類(lèi)的澄清過(guò)濾;牛奶的除菌和濃縮;發(fā)酵產(chǎn)物的分離和精制;含油乳化液、冷軋乳化液廢水、金屬清洗液回收等。我公司采用無(wú)機(jī)陶瓷超濾膜對(duì)廢乳液進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾、濃縮試驗(yàn),得到了較好的處理效果,試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 陶瓷超濾膜循環(huán)過(guò)濾試驗(yàn)進(jìn)、出水水質(zhì)一覽表

3 減壓蒸發(fā)濃縮技術(shù)

利用減壓蒸發(fā)技術(shù),在真空的環(huán)境下,低溫(60℃～70℃)蒸發(fā)、冷凝、分離等處理廢乳化液,該方法是在密閉的情況下進(jìn)行處理,因此該方法能保證整個(gè)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的零排放。處理后濃縮液最終減量至10%以下,便于集中處理,回收水具備排入其他生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理的條件,再經(jīng)常規(guī)后續(xù)處理后可達(dá)標(biāo)排放。

我公司利用某減壓蒸發(fā)濃縮試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行廢乳液處理試驗(yàn),得到了較好的處理效果。減壓蒸發(fā)濃縮裝置工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 減壓蒸發(fā)濃縮裝置工藝流程示意圖

廢乳液減壓蒸發(fā)濃縮試驗(yàn)簡(jiǎn)介:(1)試驗(yàn)?zāi)康?。確認(rèn)減量率(濃縮倍數(shù)),殘?jiān)鼱顟B(tài)以及排渣狀況等內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)。(2)試驗(yàn)方法。用減壓蒸發(fā)濃縮-15型試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行減壓蒸發(fā)濃縮試驗(yàn)。(3)試驗(yàn)結(jié)果。取7.645kg廢乳化液進(jìn)行減壓蒸發(fā)濃縮試驗(yàn),得到7.290kg回收水,其余為濃縮液殘?jiān)?4)具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)不再贅述,關(guān)鍵數(shù)據(jù)有,真空壓力-29.5kPa～-93.0kPa;蒸發(fā)溫度44℃～85℃,回收水溫度34℃～39℃,運(yùn)行時(shí)間56min。(5)試驗(yàn)結(jié)論。經(jīng)減壓蒸發(fā)濃縮處理后回收水無(wú)色帶極少量混濁顆粒;實(shí)驗(yàn)后殘?jiān)屎谏后w,殘?jiān)懦霰容^順利;原水水質(zhì)不發(fā)生明顯變化情況下,回收率達(dá)到95%,濃縮倍數(shù)20倍;本次試驗(yàn)回收水水質(zhì)簡(jiǎn)易分析結(jié)果為,原液pH=6.3,COD=167 200mg/L;回收水pH=6.3,COD=111mg/L。

4 工藝技術(shù)組合探討

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,將陶瓷超濾膜循環(huán)濃縮和減壓蒸發(fā)濃縮工藝進(jìn)行組合用于處理廢乳液,發(fā)揮各自工藝技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),進(jìn)行廢乳液減量,降低廢水污染物濃度,減輕后續(xù)處理設(shè)施的污染物負(fù)荷,從而達(dá)到廢乳液處理的最理想效果。擬采用組合處理工藝流程如圖2所示。針對(duì)現(xiàn)有設(shè)施改造,按常用處理規(guī)模(20m3/d)進(jìn)行廢乳液處理組合工藝流程簡(jiǎn)要說(shuō)明。

圖2 廢乳液處理組合工藝流程示意圖

(1)廢乳液儲(chǔ)存池。定期排放的廢乳液通過(guò)加壓設(shè)備送入廢乳液儲(chǔ)存池,廢乳液儲(chǔ)存池起到儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)水量和均衡水質(zhì)的作用,同時(shí)為后續(xù)的油水分離池達(dá)到較好的處理效果提供緩沖。儲(chǔ)存池,有效容積350m3,1座,利舊。配套設(shè)施,廢乳液提升泵(利舊)2臺(tái),Q=3m3/h,H=15m(1用1備);撇油機(jī)(利舊);配套的管道、閥門(mén)等。

(2)油水分離池。儲(chǔ)存池內(nèi)廢乳液由潛水泵提升至油水分離池。油水分離池共分三格,第一格為配水緩沖區(qū),主要起到進(jìn)水緩沖和為沉淀浮油區(qū)配水的目的;第二格為沉淀浮油區(qū),廢乳液在該段流態(tài)為均勻流,通過(guò)該段的平緩環(huán)境浮油不斷上浮富集,顆粒雜質(zhì)則沉入池底。浮油通過(guò)鋼帶刮油機(jī)回收至收集油桶,池底沉泥定期排至污泥池。第三格為清水區(qū),廢乳液自此泵至后續(xù)處理設(shè)施。油水分離池1座,容積12m3;配套設(shè)施,污泥提升泵(利舊)1臺(tái),Q=5m3/h,H=20m;液位計(jì)1臺(tái);鋼帶刮油機(jī)1臺(tái);配套的管道、閥門(mén)等。

(3)紙帶過(guò)濾機(jī)。隔油沉淀后的廢乳液經(jīng)提升和粗過(guò)濾后送至紙帶過(guò)濾機(jī)進(jìn)行細(xì)過(guò)濾,而整個(gè)系統(tǒng)的濾過(guò)液(清液)進(jìn)入超濾循環(huán)水箱,再進(jìn)入后續(xù)陶瓷超濾膜循環(huán)濃縮系統(tǒng)進(jìn)一步深度處理。

紙帶過(guò)濾機(jī)由液箱、集污箱、過(guò)濾無(wú)紡布/紙帶、磁輥分離裝置、減速機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、液泵等幾部分組成。工作時(shí)含有大量雜質(zhì)的污液首先通過(guò)磁輥分離裝置(當(dāng)被過(guò)濾液體中導(dǎo)磁類(lèi)雜質(zhì)較多時(shí),可選配。實(shí)行二級(jí)過(guò)濾以改變過(guò)濾效果)將大量的導(dǎo)磁切削分離出來(lái),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的鏈條、絲網(wǎng)及鋪在其上的紙帶均成弧面狀,污液通過(guò)紙帶時(shí),細(xì)微的切削及雜質(zhì)吸附在紙帶表面上,切削及雜質(zhì)逐漸堆積直至紙帶堵塞。此時(shí)污液污面上升,浮起浮子,發(fā)訊機(jī)構(gòu)發(fā)訊,減速機(jī)帶動(dòng)鏈條和絲網(wǎng)運(yùn)動(dòng),將污物及臟紙帶排入集污箱,從而實(shí)現(xiàn)紙帶的自動(dòng)更新,紙帶更新后,污液污面隨之下降,減速機(jī)停止工作,機(jī)器進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。

紙帶過(guò)濾機(jī)能夠充分濾除廢乳液中的各類(lèi)金屬,非金屬雜質(zhì)。當(dāng)污液落到紙帶時(shí),細(xì)微的切削及雜質(zhì)被吸附到紙帶上時(shí),其自身也變成了過(guò)濾層參加了過(guò)濾,增加了紙帶的過(guò)濾效果。由于紙帶是呈弧面工作的,既增加了有效的過(guò)濾面積,又減少了占地面積。主要組成及配套設(shè)施有,紙帶過(guò)濾機(jī)1套,處理能力3m3/h;配套的管道、閥門(mén)、儀表等。

(4)陶瓷超濾膜循環(huán)濃縮系統(tǒng)。廢乳液經(jīng)紙帶過(guò)濾機(jī)去除殘留細(xì)浮渣及部分金屬碎屑,保證進(jìn)入超濾循環(huán)水箱的廢水中固體顆粒不大于0.5mm,固含量不超過(guò)1%。廢水經(jīng)超濾陶瓷超濾膜組件不斷的循環(huán)過(guò)濾,清水通過(guò)陶瓷超濾膜后排至后續(xù)處理或排放,廢乳液在循環(huán)過(guò)程中不斷的富集濃縮,超濾循環(huán)箱內(nèi)的濃縮液定期用濃液泵送至超濾濃縮液暫存箱。超濾系統(tǒng)還配套有清洗系統(tǒng),定期對(duì)超濾膜設(shè)備清洗,以恢復(fù)超濾膜設(shè)備的滲透通量,廢清洗液排至調(diào)節(jié)池。主要組成及配套設(shè)施有,陶瓷超濾膜組件2組,膜面積20m2,膜孔徑50nm,處理能力3m3/h;12m3循環(huán)水箱(配加熱盤(pán)管)1個(gè);3m3清洗水箱(三箱拼接)1套;循環(huán)泵1臺(tái),Q=150m3/h,H=25m;排污泵 1臺(tái),Q=5m3/h,H=20m;計(jì)量泵 1臺(tái),150L/H;12m3超濾濃縮液箱1個(gè);配套的管道、閥門(mén)、儀表等。

(5)減壓蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)陶瓷超濾膜濃縮后的濃縮液排至超濾濃縮液箱暫存,而后由泵提升至減壓蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)對(duì)超濾濃縮液進(jìn)行進(jìn)一步濃縮。蒸發(fā)回收水排至后續(xù)處理或排放,蒸發(fā)濃縮液在蒸發(fā)濃縮液暫存箱存儲(chǔ),定期外協(xié)處理。主要組成及配套設(shè)施有,減壓蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)1套,處理能力500L/h;12m3蒸發(fā)濃縮液箱1個(gè);配套的管道、閥門(mén)、儀表等。

5 處理效果

根據(jù)陶瓷超濾膜循環(huán)濃縮和減壓蒸發(fā)濃縮組合工藝及試驗(yàn)結(jié)果,預(yù)測(cè)廢乳液經(jīng)該組合工藝處理后其出水含油量將降至50mg/L,出水COD將降至1500mg/L以下,從而降低后續(xù)處理難度,具備排入其他常規(guī)生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理的有利條件。同時(shí)有利于廢乳液、含油污泥等危廢的減量化,降低企業(yè)危廢處理成本。

相比其他傳統(tǒng)處理工藝,本組合工藝具有工藝流程短、藥劑用量少、占地小、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度小、濃縮倍數(shù)高、殘留物少(蒸發(fā)殘留可達(dá)10%以下)、危廢減量化明顯、工作環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。

6 小結(jié)

本文對(duì)廢乳液傳統(tǒng)處理工藝和組合處理工藝進(jìn)行詳細(xì)敘述,希望能起到拋磚引玉的效果,獲得業(yè)界廣大工作者的意見(jiàn)和建議,進(jìn)而對(duì)廢乳液處理工藝和運(yùn)行進(jìn)行不斷地優(yōu)化和改進(jìn),使該組合處理工藝在現(xiàn)有廢乳液處理系統(tǒng)改造中得到大力推廣和應(yīng)用。