一种利用管式膜去除矿井水中乳化液的处理方法与流程

本发明属于水处理，具体涉及一种利用管式膜去除矿井水中乳化液的处理方法。

背景技术：

1、乳化液由一种或几种液体以微粒形式分散在另一不相混溶的液体中，构成具有相当稳定性的多相分散体系，主要成分有基础油、乳化剂、添加剂如抗氧剂、乳化稳定剂、油性剂、防锈剂、防腐剂等。乳化液废水是一种来源广泛工业污染源，对环境的破坏主要表现在对土壤、水体等自然环境及生态系统的严重影响。

2、在煤矿行业，乳化液作为注液应用于液压支架中，主要由基础油、极压剂、防锈剂等成分组成，用于传递动力和润滑。然而，乳化液在使用过程中会因为各种因素而逐渐变质，如氧化、污染等，导致其性能下降，频繁更换乳化液导致废水产量上升。该废水具有高化学需氧量cod、高含油量的特点，若未经处理直接排入水体，将会对生态环境和人类健康构成威胁。

3、目前，去除水中乳化液的方法主要有化学法、物理法和生物法。化学法使用化学药剂破坏乳化液的界面膜，但会产生二次污染；物理法使用离心、沉淀等方法分离乳化液，但分离效率低；生物法使用微生物降解乳化液，但降解速度慢。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种利用管式膜去除矿井水中乳化液的处理方法，能够净化矿井水，有效去除矿井水中的有机污染物和悬浮颗粒，对乳化液进行深度过滤，且减少对化学试剂的依赖，避免产生水体的二次污染，处理效率高。

2、为实现以上目的，本发明提出以下技术方案：

3、一种利用管式膜去除矿井水中乳化液的处理方法，步骤如下：

4、①首先对矿井水进行预处理，预处理包括混凝和沉淀，先混凝后沉淀分层并分离，对上清液调节ph，ph调为5.6~6.6，然后上清液中投加破乳剂，其中破乳剂投加量与上清液体积比为2.5~3.5:100，即每升上清液投放25~35ml破乳剂。

5、②投加破乳剂后的上清液进入管式膜组件进行过滤，管式膜组件的压力为0.28~0.32 mpa，通道数量为19，膜管外径为30mm，通道直径为4mm，过滤孔径为0.1μm，持续运行时间为90~110min，定期对管式膜进行化学清洗和反冲洗。

6、优选地，步骤一中上清液ph调为6。

7、优选地，步骤一中破乳剂投加量与上清液体积比为3:100，即每升上清液投放30ml破乳剂。

8、优选地，步骤二中管式膜组件的持续运行时间为100min。

9、具体地，矿井水经过预处理后，先混凝后沉淀分层并分离，对上清液调节ph，然后上清液中投加破乳剂，后进入管式膜组件，在压力驱动下，水分子和小分子溶质透过膜孔，而悬浮物、胶体、微生物和大分子溶质被膜截留。清洁的水，即透过液被收集，而含有较高浓度污染物的浓缩液则被排出，进而实验对矿井水的处理；还需定期对管式膜进行化学清洗和反冲洗，以清除膜表面的污染物，保持其过滤效率。

10、预处理包括混凝和沉淀，通过添加混凝剂和絮凝剂进行混凝，后沉淀分层，上清液调节ph，上清液中投加一定量的破乳剂，后进入管式膜过滤系统。

11、所述管式膜组件是管式膜过滤系统中去除乳化液的关键设备，管式膜材料为氧化铝、二氧化硅等陶瓷材料。

12、表1 管式膜的主要参数

13、

14、所述反洗装置是管式膜过滤系统中用于清洗和恢复膜过滤性能的关键组件。在管式膜组件过滤过程中，随着水流通过膜管，悬浮物、溶解物和微生物等杂质会在膜表面逐渐积累，形成滤饼层，导致膜通量下降和过滤阻力增加。当这些指标达到预设的阈值时，反洗装置将自动或手动启动，以清洗膜表面，去除积累的污染物，从而恢复膜的过滤效率。有效的反洗，可以显著延长膜的使用寿命，减少膜更换的频率和成本，同时保证系统持续提供高质量的处理水。

15、管式膜组件中的管式膜是以支撑体（二氧化钛、氧化铝）为支撑层，活性分离层（二氧化钛+氧化锆）为膜层，经高温烧结而成的具有多孔结构的精密陶瓷膜过滤材料，其过滤方式为“错流过滤”：在压力的驱动下，原料液在膜管内高速流动，含小分子组分的渗透液沿膜管内壁向外垂直透过膜，含大分子组分的浑浊浓缩液被膜截留，从而达到对料液的分离、浓缩与纯化的目的。

16、在原有的矿井水处理工艺“混凝+沉淀”之后，增加管式膜过滤工艺，这种工艺专门用于对矿井水中的乳化液进行深度过滤，有效去除水中的有机污染物和悬浮颗粒；通过膜分离技术，该工艺能够实现矿井水的进一步净化，确保水质达到预定的标准；管式膜结构简单，清洗方便，可以快速进行反冲洗或化学清洗，恢复膜通量；采用模块化设计，可以根据需要灵活组合，便于规模的扩大和缩小；管式膜的流态通常为错流或离心流，这种流动方式有助于减少膜表面的沉积，提高截留效率；因为错流过滤可以减少膜堵塞的问题，管式膜能够处理较高浓度的悬浮物；管式膜由于流体在管内形成湍流，可以在较低的操作压力下实现较高的通量，节省能源。

17、整个管式膜过滤系统的处理效果与上清液ph、破乳剂投放量、管式膜组件压力以及持续运行时间有关。

18、其中上清液ph会影响到膜的表面电荷以及废水中悬浮固体的离子状态，进而影响管式膜过滤系统的过滤效果。

19、其中破乳剂在废水处理中的作用是破坏乳状液的稳定性，使油水分离，从而减少膜表面的油脂污染，提高过滤效率；适量的破乳剂可以有效破坏乳化液滴的保护层，促进水滴的聚结，从而有助于油水的分离。这样不仅可以减少膜的污染，还可以提高膜的通量和过滤效率；如果破乳剂使用过量，可能会导致新的化学物质残留，这些残留物可能会对膜造成二次污染，影响过滤效果。反之，如果破乳剂用量不足，可能无法完全破坏乳状液，导致膜过滤效果不佳。

20、其中管式膜组件压力，即管式膜组件的操作压力，是驱动膜过滤过程的主要力量，较高的操作压力会增加通量，从而提高膜的过滤效率。通量是指在单位时间内通过单位膜面积的流体量。在一定压力下，膜表面的微孔只允许水及小分子物质通过，而大于微孔径的物质则被截留，从而实现分离和浓缩的目的。如果压力过高，会加速膜表面的污染层形成，损坏膜结构，导致膜的通量下降。因此压力需要在合适范围内，以实现最优的过滤效果。

21、其中持续运行时间，会直接影响系统的稳态条件和膜的性能；持续运行时间增加，膜表面的污染层就会增厚，使得有效过滤面积减少和流体阻力增加，会导致膜的通量下降，持续运行时间增加也可能导致膜表面和内部的污染物质积累，增加了膜堵塞的风险，这不仅会影响过滤效果，还可能导致膜的损坏；持续运行时间过短也会降低膜的过滤效果，管式膜过滤系统需要在一定的运行时间内达到稳态条件，这个过程中膜的渗透通量和截留性能逐渐稳定，如果运行时间过短，系统可能未能达到这种稳定状态，导致过滤效果不佳。因此，具体的持续运行时间需要衡量各方面因素，以达到最优的过滤效果。

22、相对于化学法、普通物理法以及生物法，本发明的处理方法对化学药剂依赖性小，过滤效果好，且过滤速度快。

23、本发明与化学法对比，化学法主要是通过投加化学试剂改变乳化液的界面性质来达到破乳的效果，常见的如酸碱破乳、盐析法和凝聚法，化学法对于化学试剂的依赖性大，运行成本也会随着化学试剂的消耗而增加，而且这些化学试剂的使用会导致二次污染。但是本发明仅仅是前期处理过程中使用了破乳剂，主要还是通过管式膜过滤系统来实现对废水的处理，对化学试剂的依赖性小。

24、本发明与普通物理法对比，普通物理法如混凝絮凝的cod去除率低于40%，本发明的cod去除率稳定在78.23%~79.15%，远高于普通物理法的cod去除率，也能说明本发明比普通物理法的废水处理效果好。

25、本发明与生物法对比，生物法是利用微生物的代谢作用来分解乳化液中的有机物，这种方法的处理速度极慢，相对于生物法，本发明的处理速度远高于生物法。

26、本发明有益效果在于：

27、本发明通过前端处理+管式膜组件过滤的处理方法，能够对矿井水中的乳化液进行深度过滤，有效去除水中的有机污染物和悬浮颗粒，通过膜分离技术实现矿井水的进一步净化，确保水质达到预定的标准。

28、本发明通过调整各项参数，确定上清液ph、破乳剂投放量、管式膜组件压力以及持续运行时间的最优范围，使得本处理方法的cod去除率达到最优。

29、本发明通过结构简单的管式膜组件对乳化液进行进一步过滤净化，管式膜过滤系统清洗方便，能够快速进行反冲洗和化学清洗，从而恢复膜通量。

30、本发明在整个处理过程中减少了对化学药剂的依赖，避免了对矿井水产生二次污染的问题。

31、采用上述方案，本发明能够净化矿井水，有效去除矿井水中的有机污染物和悬浮颗粒，对乳化液进行深度过滤，过滤效果好，且减少对化学试剂的依赖，避免产生水体的二次污染，处理效率高。

32、实施方式

33、为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

34、需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

35、需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

36、此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

37、实施例1：①首先对矿井水进行预处理，预处理包括混凝和沉淀，先混凝后沉淀分层并分离，对上清液调节ph，ph调为6，然后上清液中投加破乳剂，其中破乳剂投加量与上清液体积比为3:100；②投加破乳剂后的上清液进入管式膜组件进行过滤，管式膜组件的压力为0.3 mpa，通道数量为19，膜管外径为30mm，通道直径为4mm，过滤孔径为0.1μm，持续运行时间为100min。

38、实施例2：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为5.6，其余均相同。

39、实施例3：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为5.8，其余均相同。

40、实施例4：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为6.2，其余均相同。

41、实施例5：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为6.4，其余均相同。

42、实施例6：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为6.6，其余均相同。

43、实施例7：与实施例1不同之处在于：破乳剂投加量与上清液体积比为2.5:100，其余均相同。

44、实施例8：与实施例1不同之处在于：破乳剂投加量与上清液体积比为2.8:100，其余均相同。

45、实施例9：与实施例1不同之处在于：破乳剂投加量与上清液体积比为3.2:100，其余均相同。

46、实施例10：与实施例1不同之处在于：破乳剂投加量与上清液体积比为3.5:100，其余均相同。

47、实施例11：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的压力为0.28 mpa，其余均相同。

48、实施例12：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的压力为0.29 mpa，其余均相同。

49、实施例13：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的压力为0.31 mpa，其余均相同。

50、实施例14：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的压力为0.32 mpa，其余均相同。

51、实施例15：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为90min，其余均相同。

52、实施例16：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为95min，其余均相同。

53、实施例17：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为105min，其余均相同。

54、实施例18：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为110min，其余均相同。

55、记录各实施例中方法对矿井水的处理情况见表2。

56、表2 实施例1和实施例2~18的对比实验数据

57、

58、由表2可知，实施例1的处理方法cod去除率达到了79.15%，实施例2~18的处理效果虽不及实施例1，但其cod去除率也达到了78.23%，符合工业生产中对矿井废水的处理要求。其中上清液ph、破乳剂投加量与上清液体积比、管式膜组件的压力以及持续运行时间对处理效果有重要影响。

59、上清液ph为5.6~6.6，破乳剂投加量与上清液体积比为2.5~3.5:100，管式膜组件的压力为0.28~0.32 mpa，持续运行时间为90~110min，这些条件下的处理方法，cod去除率稳定在78.23%~79.15%，符合工业生产中对矿井废水的处理要求。

60、针对实施例1~18的处理方法，做了对比例1~22与实施例1~18进行比对。

61、对比例1：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为5.2，其余均相同。

62、对比例2：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为5.4，其余均相同。

63、对比例3：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为6.8，其余均相同。

64、对比例4：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为7，其余均相同。

65、对比例5：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为8，其余均相同。

66、对比例6：与实施例1不同之处在于：上清液ph调节为9，其余均相同。

67、对比例7：与实施例1不同之处在于：破乳剂投加量与上清液体积比为1:100，其余均相同。

68、对比例8：与实施例1不同之处在于：破乳剂投加量与上清液体积比为2:100，其余均相同。

69、对比例9：与实施例1不同之处在于：破乳剂投加量与上清液体积比为4:100，其余均相同。

70、对比例10：与实施例1不同之处在于：破乳剂投加量与上清液体积比为5:100，其余均相同。

71、对比例11：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的压力为0.2 mpa，其余均相同。

72、对比例12：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的压力为0.25 mpa，其余均相同。

73、对比例13：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的压力为0.35 mpa，其余均相同。

74、对比例14：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的压力为0.4 mpa，其余均相同。

75、对比例15：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为20min，其余均相同。

76、对比例16：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为40min，其余均相同。

77、对比例17：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为60min，其余均相同。

78、对比例18：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为80min，其余均相同。

79、对比例19：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为120min，其余均相同。

80、对比例20：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为140min，其余均相同。

81、对比例21：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为160min，其余均相同。

82、对比例22：与实施例1不同之处在于：管式膜组件的持续运行时间为180min，其余均相同。

83、记录各对比例中方法对矿井水的处理情况见表3~4。

84、表3 对比例1~14的实验数据

85、

86、表4 对比例15~22的实验数据

87、

88、由表1~3可知，对比例1~6与实施例1~6相比，说明，上清液ph对于整个处理系统的处理效果有很大影响，ph低于5.6和高于6.6时，cod去除率低于78%。上清液ph会影响到膜的表面电荷以及废水中悬浮固体的离子状态，进而影响管式膜过滤系统的过滤效果。

89、对比例7~10与实施例7~10相比，说明，破乳剂投加量与上清液体积比对于废水的处理效果有很大影响，对于1l矿井水，破乳剂投加量低于25ml以及高于35ml时cod去除率低于75%。如果破乳剂使用过量，可能会导致新的化学物质残留，这些残留物可能会对膜造成二次污染，影响过滤效果。反之，如果破乳剂用量不足，可能无法完全破坏乳状液，导致膜过滤效果不佳。

90、对比例11~14和实施例11~14相比，说明，压力即管式膜组件的压力对于废水的处理效果有很大影响，当压力低于0.28mpa和高于0.32mpa时，cod去除率低于78%。如果压力过低，通量便会较少，会降低膜的过滤效率，但是压力过高，可能会加速膜表面的污染层形成，导致膜的通量下降，便会降低过滤效果。

91、对比例15~22和实施例15~18相比，说明，管式膜组件的持续运行时间对于废水的处理效果有很大影响，当持续运行时间少于90min和高于110min时，cod去除率低于78%。持续运行时间增加可能导致膜表面和内部的污染物质积累，增加了膜堵塞的风险，这不仅会影响过滤效果，还可能导致膜的损坏。持续运行时间过短也会降低膜的过滤效果，管式膜过滤系统需要在一定的运行时间内达到稳态条件，这个过程中膜的渗透通量和截留性能逐渐稳定，如果运行时间过短，系统可能未能达到这种稳定状态，导致过滤效果不佳。

92、综上，实施例1~18中上清液ph为5.6~6.6，破乳剂投加量与上清液体积比为2.5~3.5:100，管式膜组件的压力为0.28~0.32 mpa，持续运行时间为90~110min，在这些条件下，cod去除率稳定在78.23%~79.15%，过滤效果显著，符合工业生产中对矿井废水的处理要求，而对比例1~22的cod去除率不高于78%，过滤效果较差，不能满足工业生产中对矿井废水的处理要求。

93、以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。