俞科成， 鄭爽英

(西南交通大學(xué), 四川成都 610031)

鐵路車輛段是車輛的停放、檢修及保養(yǎng)的綜合性維修基地，擔(dān)負(fù)著各工藝設(shè)備的維修、檢測、管理工作。隨著對(duì)環(huán)保問題的日益重視，依據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)地鐵車輛段的污水必須經(jīng)過處理才能排放至就近的市政污水管網(wǎng)或河涌。鐵路車輛段的生產(chǎn)廢水中含有大量的油污，含油污水的處理是車輛段污水處理的一個(gè)要點(diǎn)，處理中首先需要進(jìn)行油水分離[1]。陶瓷膜是以無機(jī)陶瓷材料經(jīng)特殊工藝制備而形成的非對(duì)稱膜，呈管狀及多通道狀，管壁密布微孔。陶瓷膜以微濾基本原理為基礎(chǔ)，采用“錯(cuò)流”過濾方式[2]。陶瓷膜目前的在油田的污水處理中已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用，效果顯著[3]。

本文將無機(jī)陶瓷膜應(yīng)用到鐵路車輛段生產(chǎn)廢水的油水分離處理中，通過實(shí)驗(yàn)的方法研究陶瓷膜對(duì)鐵路車輛段檢修產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水的處理效果。

1 廢水來源以及實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)所用廢水為成都鐵路局九里堤車輛段車輛檢修廢水，未混合車輛段生活污水。廢水原水水質(zhì)如表1。

表1 原水水質(zhì) mg/L

實(shí)驗(yàn)裝置分為水處理裝置和反沖洗裝置。

1.1 水處理裝置

1.廢水桶；2.溢流管；3.進(jìn)水管；4.溢流水箱；5.溢流口；6.平板陶瓷膜；7.進(jìn)水口；8.1號(hào)水泵；9.出水管；10.真空表；11.2號(hào)水泵；12.流量計(jì)圖1 水處理裝置示意

1.2 反沖洗裝置

反沖洗裝置主要部件：儲(chǔ)水桶、自吸泵、壓力表。反沖洗過程主要是將清洗液通過自吸泵注入平板陶瓷膜內(nèi)部，水流由膜內(nèi)滲出到膜外，達(dá)到反沖洗的目的。反沖洗裝置沖洗壓力設(shè)置為0.05 MPa，滿足反沖洗條件(圖2)。

1.自吸泵；2.壓力表；3.平板陶瓷膜圖2 反沖洗裝置示意

2 實(shí)驗(yàn)相應(yīng)指標(biāo)試驗(yàn)

由于實(shí)驗(yàn)過程中，出水水流不穩(wěn)定，水流中含有氣泡，導(dǎo)致流量計(jì)無法準(zhǔn)確讀數(shù)。因此，在實(shí)驗(yàn)裝置出水口接容積為1 L的量筒，通過記錄處理每1 L水所需要時(shí)間來計(jì)算實(shí)驗(yàn)裝置的出水流量。

2.1 膜通量試驗(yàn)

膜通量試驗(yàn)的主要目的是測試平板陶瓷膜在連續(xù)運(yùn)行工況下其膜通道堵塞的情況以及不同膜通量條件下膜的處理效果。

膜通量試驗(yàn)中，水泵真空壓力為0.063～0.065 MPa，實(shí)驗(yàn)過程中存在小范圍的波動(dòng)，其影響可以忽略。試驗(yàn)共抽取了10個(gè)水樣，各水樣體積為1 L，所用時(shí)間如表2。

表2 時(shí)間—膜通量

由表2數(shù)據(jù)可知，水處理裝置在運(yùn)行50 min之后，膜片堵塞情況已經(jīng)較為嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行相應(yīng)的反沖洗來確保膜片的處理效果。

對(duì)于水處理裝置對(duì)于廢水的處理效果，該試驗(yàn)檢測了處理后廢水的固體懸浮物SS、COD、含油量三項(xiàng)指標(biāo)，結(jié)果如表3。

表3 膜通量試驗(yàn)處理效果 mg/L

由表3數(shù)據(jù)可知，該水處理裝置，對(duì)于鐵路車輛段含油廢水的處理效果為：SS去除率為85 %左右，CDO去除率為90 %左右，含油量去除率為99.4 %；該裝置的主要目的為含油量的去除，到達(dá)處理的要求。由于該裝置對(duì)于COD沒有設(shè)置前端處理，對(duì)于COD去除效果雖然不錯(cuò)，但是導(dǎo)致了平板陶瓷膜片過快的堵塞。

同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在平板陶瓷膜膜通量變化的情況下，對(duì)于實(shí)驗(yàn)裝置的處理效果沒有明顯影響。

(1)對(duì)原始矩陣DSM和DPM/MIM分別進(jìn)行預(yù)排序，使得各集合Li中的構(gòu)件聚集在一起。對(duì)于圖2所示的模型，若C2,C4和C5必須放置在同一模塊，C6和C8必須放置在同一模塊中，則一種構(gòu)件序列為(C1,C3,C2,C4,C5,C6,C8,C7,C9,C10,C11)。預(yù)排序的目的是為了構(gòu)造算法的搜索算子。

2.2 反沖洗試驗(yàn)

反沖洗實(shí)驗(yàn)的目的是測試膜片在反沖洗之后的處理效果。反沖洗所用液體為低濃度草酸溶液，以自吸泵注入平板陶瓷膜內(nèi)部，壓力為0.05 MPa，反沖洗過程中膜表面有均勻水流滲出，到達(dá)反沖洗要求。在反沖洗后，繼續(xù)進(jìn)行水處理試驗(yàn)，到膜片堵塞到一定程度后再次進(jìn)行反沖洗，反復(fù)三次，以測試平板陶瓷膜在進(jìn)行多次反沖洗后膜片的處理效果。

反沖洗后，膜片的膜通量變化見表4。

表4 反沖洗—膜通量

反沖洗后膜片的處理效果見表5。

表5 反沖洗試驗(yàn)處理效果 mg/L

由表4數(shù)據(jù)可知，反沖洗后，平板陶瓷膜的膜通量有所降低，但是影響不明顯，其中存在反沖洗不能完全徹底的原因。由表5數(shù)據(jù)可知，反沖洗之后，平板陶瓷膜片對(duì)于廢水的處理效果沒有明顯變化。

2.3 壓力影響試驗(yàn)

壓力試驗(yàn)的目的是測試水處理裝置在不同壓力工況下膜通量的變化；同時(shí)研究不同壓力工況下，水處理裝置對(duì)廢水的處理效果。

試驗(yàn)裝置通過改變管路氣閉性的原理來調(diào)節(jié)其工作的真空壓力，試驗(yàn)進(jìn)行四組，當(dāng)工作壓力小于0.05 MPa時(shí)，裝置出水量很小，不能達(dá)到處理所需條件，因此，在此記錄前三組數(shù)據(jù)。

壓力試驗(yàn)中，膜片的膜通量變化見表6。

表6 壓力—膜通量

反沖洗后膜片的處理效果見表7。

表7 壓力試驗(yàn)處理效果 mg/L

由表6數(shù)據(jù)可知，水處理裝置在不同壓力工況下運(yùn)行，壓力越大，其膜通量越大。由于水泵自身性能的限制，自吸泵在較好氣閉環(huán)境下壓力也難以超過0.08 MPa，因此建議在實(shí)際工程中，裝置可依水泵最大真空壓力運(yùn)行，以達(dá)到較大的膜通量。

由表7數(shù)據(jù)可知，在不同壓力工況下，平板陶瓷膜的處理效果沒有明顯的變化。

2.4 溫度影響試驗(yàn)

溫度影響試驗(yàn)的目的是測試水處理裝置在不同溫度工況下膜通量的變化；同時(shí)研究不同溫度工況下，水處理裝置對(duì)廢水的處理效果。

在原有除處理裝置的基礎(chǔ)上加裝加熱設(shè)備與溫度計(jì)，加熱設(shè)備對(duì)廢水桶與溢流水箱內(nèi)的廢水進(jìn)行加熱。試驗(yàn)當(dāng)天室溫為8 ℃，試驗(yàn)進(jìn)行了四組試驗(yàn)，模擬不同環(huán)境下的溫度工況，試驗(yàn)溫度為8 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 溫度—膜通量

反沖洗后膜片的處理效果見表9。

表9 溫度實(shí)驗(yàn)處理效果

由表8、表9可知，水處理裝置對(duì)于廢水的處理效果不受溫度的影響。平板陶瓷膜可以適應(yīng)在實(shí)際工程中溫度變化所造成的影響。

3 結(jié)論

結(jié)合以上四組試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

(1)平板陶瓷膜對(duì)于鐵路車輛段含油廢水有較好的處理效果，對(duì)于固體懸浮物有較好的去除率達(dá)到85 %，對(duì)于COD去除率達(dá)到90 %，對(duì)于油的去除率達(dá)到99 %。

(2)膜片對(duì)于COD具有較好的處理效果，但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)在前端對(duì)廢水進(jìn)行相應(yīng)的處理，降低廢水COD含量，減小其堵塞的情況。

(3)膜片反沖洗后能達(dá)到試驗(yàn)剛開始的處理效果，具有較長的使用壽命。

(4)膜片的膜通量受到處理過程中真空壓力的影響，壓力越大，膜通量越大；裝置應(yīng)當(dāng)做好密封處理，達(dá)到水泵所能提供的最大真空壓力，從而增大膜通量，提高裝置的處理效率。

(5)溫度對(duì)于該平板陶瓷膜對(duì)于廢水的處理效果沒有直接的影響，膜片在各個(gè)季節(jié)都能正常使用。