基于平板陶瓷膜的铁路车辆段废水除油试验研究

摘 要：铁路车辆段废水的除油工艺及其处理效果直接关系到能否实现达标排放。针对车辆段废水水质特点，以抽水真空压力、膜通量和温度作为除油效果的影响因素，进行正交试验。试验与分析结果表明：在试验中所有工况下，膜片对污水的处理效果均达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）；抽水真空压力是影响处理效果的主要因素，在自吸泵能达到的真空压力范围内，压力越大，处理效果越好；通过方差计算，各因素中，压力因素具有较显著性，压力的大小对试验的结果存在略微影响；试验中其他因素为非显著性因素，不会对实验结果造成决定性的影响，证明该处理方法具有稳定性。

关键词：平板陶瓷膜；铁路车辆段；含油废水：影响因素；处理效果

引  言

铁路含油废水是铁路废水治理的重点和难点[1]。以成都铁路局某车辆段为例，其每日废水量在200吨以上；废水中主要污染物为固体悬浮物、油类物质。该废水具有高COD 、高含油量的特点；油类物质在废水中多以乳化油、分散油、吸附油的形式存在；该形式下，油呈悬浮状态且颗粒细小，难以去除[2]。未经处理的废水直接排放会对环境造成极大破坏；其水质相较市政污水有较大区别，不可直接排入市政污水管网。因此，车辆段内修建有污水处理厂，将废水处理达标后就近排入河道或市政污水管网。目前，该类污水厂常采用溶气气浮法，实际应用中存在下列问题：1.由于各时间段废水量波动较大，絮凝剂投加量无法准确调节，处理效果受到影响；2.溶气过程产生的能耗较大；3.气浮法在不同温度下处理效果不稳定。

陶瓷膜基于微滤基本原理，采用“错流过滤”形式，可以直接将废水中小颗粒油滴滤出。目前，管状陶瓷膜在油田废水回用中已有实际应用，可滤出回用废水中98%左右石油类物质[4]。车辆段废水处理中，尚未采用膜方法进行污水处理；相较于油田开采废水，车辆段废水中固体悬浮物含量更高，且污水成分更为复杂；因此，平板陶瓷膜方法能否适用于该废水，且在各个工况环境下能否达到处理要求需要试验验证。

本文将平板陶瓷膜应用到铁路车辆段废水油水分离处理中；针对车辆段废水水质特点，以抽水真空压力、运行工况膜通量和温度作为除油效果的影响因素，采用平板陶瓷膜进行正交试验[3]。研究平板陶瓷膜在不同工况下对车辆段废水的处理效果，探讨该方法的可行性。

一、平板陶瓷膜处理含油废水试验

（一）废水来源

本实验所用废水为成都铁路局某车辆段车辆检修废水，日废水排放量在200吨以上。原水水质呈浅黑色，有臭味，所含污染物主要为固体悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）、油。

（二）试验装置及方案设计

1.实验装置设计

水处理装置如下：

水处理装置主要部件：废水桶、溢流水箱、平板陶瓷膜、真空表、自吸泵、浮子流量计、DN20PVC管、DN8软管。废水桶容积为100L。溢流水箱外尺寸为60cm×29cm×32cm；水箱内部设有溢流堰，溢流堰高度为30cm。试验所用平板陶瓷膜数量为1片，膜尺寸为28cm×28cm×0.4cm。

水处理试验流程：1号自吸泵将废水由废水桶注入溢流水箱，调节1号泵出水流量，满足废水处理过程中溢流水箱内水位高度高于平板陶瓷膜最上端，达到膜工作所需工况；废水由溢流堰溢出，通过溢流孔回到废水桶。2号自吸泵吸水口与平板陶瓷膜上端接口连接，水泵启动后在膜内空腔形成负压，渗透液由该接口吸出，通过浮子流量计读取出水流量。2号自吸泵最大真空压力为0.085MPa，膜工作所需最小真空压力为0.05MPa，满足膜工作最小真空压力需求。

2.试验方案设计

为研究试验中各可控因素对于处理效果的影响，通过正交试验的方式来分析各影响因素对处理效果的影响。实验过程中，可控因素有压力、膜通量以及温度。正交试验中：A因素为压力，设计4个水平，即，A1：0.08MPa、A2：0.07MPa、A3：0.06MPa、A4：0.05MP；B因素为膜通量，即该运行工况下膜可以达到的膜通量为100%，通过阀门来调节其工况，使其非完全运行，B1：100%、B2：85%；B3：70%；B4：55%；C因素为温度，即，C1：15℃；C2：20℃；C3：25℃；C4：30℃。

参数设计采用 L16（43）正交表，即3因素（A压力、B工况膜通量、C温度）4水平正交表安排试验，以SS去除率、 COD 去除率、油类物质去除率为试验观测值，试验次数为 16 次，即选择 16 个试验工况进行试验。

二、试验结果与分析

（1）极差分析

由表2可知，极差Rs1>Rs2>Rs3，在考察因素中，压力因素对于SS去除率影响最大，膜通量是仅次于压力的因素，温度影响效果最小。各因素影响效应图如图1所示。

由图1可知：

在压力最高时（A1，0.08MPa），滤后水中SS 含量最低，即，在该压力下SS去除率最高。当压力降低时，滤后水中SS含量有所增加，但小于70mg/L，满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）要求。

在膜通量最大时（B1，100%），滤后水中SS 含量最低，即，在该工况下SS去除率最高。当膜通量降低时，滤后水中SS含量有所增加，但小于70mg/L，满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）要求。

在温度最低时（C1，15℃），滤后水中SS 含量最低，即，在该温度下SS去除率最高。当温度升高时时，滤后水中SS含量有所增加，在30℃又有所下降，但小于70mg/L，满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）要求。

（2）方差分析

由图表可发现，虽然当各因素变化时，处理效果有一定的变化，且在A1B1C1工况时，SS去除率最高；所有工况中，处理后水中SS含量最大差距为6mg/L，其差异不大。因此，需要通过方差分析验证这三个因素是否为显著因素，从而分析各因素对试验结果是否存在重要影响。

方差计算结果如表1所示

由表中数据可知三因素的F值均小于临界值F0.1（3，3）=5.391，说明三个因素均为非显著性因素，各因素对试验结果不存在重要影响，陶瓷膜方法对于车辆段废水中固体悬浮物的去除效果稳定。

三、方法对比

利用陶瓷膜方法处理车辆段废水效果如下：对于固体悬浮物去除率达到85%以上，对于COD去除率达到90%以上，对于油的去除率达到99%以上。车辆段主要采用气浮工艺处理含油废水[5]。其中，加压溶气气浮法是采用最广泛的方法；该方法对上文所述三指标去除效果为：SS去除率91%左右；COD去除率67%左右；含油量去除率87%左右[6]。两种方法处理效果均达到《综合污水排放标准》（GB8978-1996），气浮方法存在的问题：1.由于车辆段各时段废水量不稳定，气浮过程中溶气量以及絮凝剂投加量调节存在问题；2.容器过程产生的能耗较大，溶气压力需要0.4MPa左右[7]；3.气浮法在不同温度下处理效果不稳定[8]；4.气浮池占地面积较大。相对于气浮法，平板陶瓷膜方法可以达到同样的处理效果，且面对以上问题，具有其自身优势：1.不需要考虑水量问题，装置运行不依靠絮凝剂；2.该方法中，气闭性良好的自吸泵就可以满足抽水压力要求，可降低能耗；3.在各个温度下，处理效果稳定；4.该方法所用设备较少，且可制作成集装箱模块化，因此占地面积小。

四、结论

平板陶瓷膜对于铁路车辆段含油废水处理效果达到《综合污水排放标准》（GB8978-1996）一级排放标准（SS含量小于70mg/L，COD小于60mg/L，含油量小于5mg/L）；对于固体悬浮物去除率达到85%，COD去除率达到90%，油的去除率达到99%。实际应用中，平板陶瓷膜可以满足所需要面对的各种工况，有稳定的处理效果。跟原有的气浮工艺相比，平板陶瓷膜技术可以达相对较深的处理水平；且具有能耗低占地少的特点。

参 考 文 献：

[1] 赵晖，铁路车辆段综合污水处理，铁道标准设计，1004 2954（2006）08 0097 01

[2] 程义元，铁路车辆厂含油生产废水的处理和回用，铁道标准设计，2005（1）92：93

[3] 田岳林，无机膜与有机膜分离技术应用特性比较研究[J].过滤与分离.2011（01）

[4] 王怀林，王忆川，姜建胜，等.陶瓷微滤膜用于油田采出水处理的研究[J].膜科学与技术，1998，18（2）：59-64