一种利用负压抽滤破乳增强纤维膜油水乳液分离性能及防止堵塞的方法

技术领域

本发明涉及环境污水处理领域，具体涉及一种利用负压抽滤破乳增强纤维膜油水乳液分离性能及防止堵塞的方法。

背景技术

在油品的开采、运输、使用过程及人们的日常生活中，经常产生大量的含油污水。据初步统计，2012年全球含油污水的排放量达到100亿吨，并且仍在逐年攀升(Science,2003,302,2082)。含油污水化学耗氧量高，直接排放到环境中，对土壤、河流和海洋都会造成严重污染。此外，人口和经济的快速增长导致人们对清洁水的需求量不断增大。因此，对于油水分离技术的探索和研究已经成为关系人民生活、经济发展与环境安全的重要课题。在排放的含油污水中，乳化油(水包油型)因油滴粒径极小且易与水形成稳定的混合体系，常规的分离方法很难将其去除。因此，如何高效去除含油污水中的乳化油是当前含油污水净化领域研究的热点和难点(ACS Nano,2014,8,6344)。

目前，传统的油水乳液分离技术主要有气浮法、化学絮凝法、生物处理法、吸附法及超声破乳法等。气浮法处理量大且成本较低，但其对水中高浓度乳化油的分离效率较差；化学絮凝法具有操作简单、处理效果好的特点，但该方法需要不断的向废水中投加絮凝剂，运行成本较高，且会对水体产生二次污染；生物法仅适用于处理小批量、低浓度的含油污水，并且该方法存在处理周期长，易导致微生物二次污染等问题；吸附法常用于含油污水的深度处理，但现有的商用吸附材料存在回收困难等问题；超声破乳法目前缺少成熟稳定的工业化设备，并且设备体积大、成本高。

膜分离技术具有能耗低、出水含油量少、分离效率高、操作简便且无二次污染等优点，被认为是油水乳液分离领域最具潜力的新技术(Appl.Surf.Sci.,2019,476,61)。纤维膜具有超高的孔隙率(～90％)和良好的孔道连通性，有利于介质的快速输运；此外，由于纳米纤维良好的可修饰性，通过对其进行表面物理化学改性，可实现对膜材料表面润湿性的有效调控。因此，纤维膜在油水乳液分离中展现出独有的优势，受到了国内外的广泛关注。然而由于纳米纤维交错分布、膜孔径大小不均，分离过程中小油滴不可避免的会随着水流进入纤维膜内部而卡在孔道内，降低纤维膜的有效孔隙率，从而导致其在分离少量的油水乳液(<200ml)后通量迅速下降。使用大量清水反复冲洗纤维膜可以恢复其通量(J.Mater.Chem.A,2019,7,24569)，但是会造成水资源的浪费；也可以在纤维表面修饰具有光降解性能的材料通过光照降解堵塞在孔道内的油滴恢复其通量(J.Membrane Sci.,2019,580,40)，但是该方法降解效率较低，且油滴降解后生成的有机分子仍然会造成二次污染；也可以在纤维膜表面搭建具有更小孔径的皮层以增加纤维膜的筛分效应，防止油滴进入内部孔道，然而该方法对含乳化剂的油水乳液分离效果欠佳(ACSAppl.Mater.Inter.,2018,10,16183)。综上所述，油水乳液分离过程中纤维膜的内部孔堵塞是制约其工业化应用的关键问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种利用负压抽滤破乳增强纤维膜油水乳液分离性能及防止堵塞的方法。

本发明针对油田采出含油污水、石油石化行业、船舶运输业等乳化含油污水处理体系，利用负压抽滤技术，将油水乳液中的小油滴通过相互挤压变为大油滴，油水乳液透过纤维膜后变为油水两相，油水两相中的油相被高效吸油材料吸收，从而达到乳化含油污水高效分离的目的。

本发明的技术方案是：

一种利用负压抽滤破乳增强纤维膜油水乳液分离性能及防止堵塞的方法，包括以下步骤：

(1)油水乳液在乳液存储器中先经过高效吸油材料预处理后，将待处理的乳化含油污水利用蠕动泵导入固定有纤维膜的负压抽滤装置中；

(2)接通负压抽滤装置，调节抽滤负压，使油水乳液以合适的渗透通量透过纤维膜；油水乳液透过纤维膜后变为油水两相，油水两相中的油相被高效吸油材料吸收，从而达到乳化含油污水高效分离的目的。

优选的，纤维膜平均孔径大小与油滴平均粒径之比在0.1～0.5。

优选的，纤维膜具有亲水/水下疏油性，纤维膜的水下疏油角在130～160。

优选的，所处理的油水乳液中油水界面张力不小于0.001mN/m。

优选的，抽滤分离过程中，抽滤压强为0.05～0.5MPa。

本发明的有益效果在于：

与现有技术相比，该技术解决了纤维膜在进行油水乳液分离过程中，孔径易堵塞，从而造成其分离性能迅速下降的难题。该技术耗能较低，适合处理大批量的乳化含油污水，操作简单方便，便于工业化应用。

附图说明

图1(a)油水乳液负压抽滤分离装置(b)油水乳液分离前后滤液对比图。

图2不同油品的分离效率及渗透通量。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来详细描述本发明。

油水乳液在乳液存储器中先经过高效吸油材料预处理，然后将待处理的乳化含油污水利用蠕动泵导入固定有纤维膜的负压抽滤装置中，如图1a所示。接通负压抽滤装置，调节抽滤负压，使油水乳液以合适的渗透通量透过纤维膜；油水乳液透过纤维膜后变为油水两相，油水两相中的油相被高效吸油材料吸收。

分离效率通常指溶液经过滤处理后,被膜截留的溶质量占溶液中该溶质总量的百分比，用R表示:R＝[1-C