某潤滑設(shè)備造成的環(huán)保問題與應(yīng)對措施

楊順成，王建兵，胡登明

（中船重工集團第七○四研究所，上海200031）

某潤滑設(shè)備造成的環(huán)保問題與應(yīng)對措施

楊順成，王建兵，胡登明

（中船重工集團第七○四研究所，上海200031）

首先介紹了某船用潤滑設(shè)備產(chǎn)生污染源的原因和過程、乳化廢水造成的問題與處理要求，接著提出了兩種處理方法：化學(xué)破乳與膜過濾綜合運用法和以海水作為破乳劑的處理法，通過分析認(rèn)為，這兩種方法都是可行的，但考慮到船舶使用該潤滑設(shè)備總有一定的空閑期，后者更適用于船舶，既節(jié)能又環(huán)保，因此，建議船舶總體設(shè)計所采用后面這一方法。

船舶；潤滑設(shè)備；潤滑油；乳化；海水

1978年經(jīng)國際海事組織（IMO）最后協(xié)商和修改形成了海上環(huán)保公約（MARPOL73/78），其中對廢油的排放海域、地點和排放濃度標(biāo)準(zhǔn)等都有嚴(yán)格的規(guī)定與要求，這一公約強調(diào)全面遵守環(huán)保法規(guī)，強調(diào)船舶對環(huán)境的低害化，對污染物的自主處理能力以及所采取環(huán)保措施的經(jīng)濟性。某船用潤滑設(shè)備將應(yīng)用于船舶，該設(shè)備的應(yīng)用將會造成一個新的污染源，設(shè)備運轉(zhuǎn)時其中的潤滑油跟高溫水汽混合而被乳化形成大量的乳濁液源源不斷流出，量大且乳濁液油濃度很高（不包括浮于液面上未被乳化的潤滑油）。采用以往的油水分離法在船上現(xiàn)場處理很不現(xiàn)實，代價很大，無疑這是船舶總體設(shè)計時所面臨的難題，從船舶污染自主處理和經(jīng)濟性的角度，需要采取新的處理措施解決這一新問題。

1 污染源形成的原因與過程

經(jīng)專門設(shè)計的這套潤滑系統(tǒng)能提供源源不斷的潤滑油（1000號改性汽缸油），所選的這種油常溫下很粘，但能保證在高溫摩擦?xí)r仍具有一定的粘性，在摩擦表面能形成油膜。盡管如此，摩擦副表面到處都接觸到高溫水汽，潤滑油部分被高溫水汽乳化形成乳濁液，最終從該潤滑設(shè)備兩處流出，每次加注的潤滑油幾乎被一次性消耗掉，流出來的混合物主要由浮在頂層的未被乳化的潤滑油、頂層與液面間被部分乳化呈黃色豆腐渣狀的潤滑油和被完全乳化均勻分散于水中的潤滑油及水組成。現(xiàn)場試驗檢測表明，有10-15%的潤滑油被基本乳化，而僅有約1%被完全乳化，均勻分布于水溶液中，設(shè)備在運行時潤滑油被持續(xù)消耗，潤滑系統(tǒng)不斷地補充潤滑油［1］，設(shè)備兩處流出的混合液持續(xù)積累，廢液池中的乳濁液量增多，而且乳化油濃度增高，尤其是液面上浮的潤滑油層的變化最明顯，越來越厚。兩處廢水池的作用有所不同，一個地點的廢水有冷卻功能且是靜態(tài)的，油濃度逐漸升高可達2000～4000×10-6，廢水體積可達30～50m3，而另一個地點的廢水池的廢水是循環(huán)用的，容積約4.5m3，廢水油濃度也是逐次升高，可循環(huán)次數(shù)受到限制，當(dāng)達到一定次數(shù)時廢水油濃度升到警戒線，必須定期排放換新水。從設(shè)備的運行過程和要求來看，兩處的廢水務(wù)必分開處理，共同之處是首先得將廢液中上層浮油跟下面的乳化液相分離，不同之處是其中一處的廢液處理比較頻繁?？傊?，這種潤滑設(shè)備產(chǎn)生了兩個不同規(guī)模和程度的污染源。

2 乳化廢水造成的問題與處理要求

從環(huán)保的角度廢液中的油最好能全部得到回收和利用，但正如前面所述這種潤滑油只有一小部分被完全乳化，而有一部分只被部分乳化破壞，試驗表明，靜置這些廢油也是分層的，只有最上層的才象原來的油，而下層的是被部分乳化破壞的呈豆腐渣狀的油，這些浮在液面上的油須先通過密度差異法除去而收集起來[2]，問題是這種潤滑油不論是合成的還是礦物型的，為了提高潤滑油的綜合性能而都加入了諸多化學(xué)添加劑，按照環(huán)保法規(guī)收集起來的廢潤滑油是不能象（艦）船上其它廢棄可燃油那樣直接放入焚燒爐燃燒掉，因為這樣會產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染。還有一種辦法就是先將廢潤滑油初步過濾后加熱到50℃多度，再泵入到真空容器中，油中的水分蒸發(fā)變成水汽被真空泵抽走而跟油分離，之后油又再次被泵入精密過濾器進一步過濾。但目前考慮到這種回收的潤滑油部分曾被高溫蒸汽乳化破壞過，性能多少發(fā)生了變化，而且也未曾對這種回收再利用可能造成的風(fēng)險進行過評估，因此，不敢貿(mào)然使用這種回收的潤滑油。唯一的辦法就是將廢油儲存在船上，需要設(shè)置專門的廢油柜。

另一個最大的問題是該潤滑設(shè)備兩處產(chǎn)生的乳濁液廢水的處理，廢水的油濃度隨著設(shè)備運轉(zhuǎn)的次數(shù)增多而逐次增高，而且量也增大，不能直接排放入海，不論船上設(shè)置的廢水池的容積多大，必須定期處理，把廢液中油除去達到一定的濃度才可排放入?；蚋劭?，特別須注意的是這種廢液不能跟其它廢油水和生活污水混合，否則只會使其復(fù)雜化而大大增加了其處理難度。這種廢液的處理采用一般的油水分離方法是難以達到環(huán)保要求的，主要是經(jīng)高溫乳化的溶于水中的潤滑油要實現(xiàn)其油水分離比較困難，分離的效率直接取決于破乳劑的效能高低和系統(tǒng)處理流程的匹配性，因此，需要從經(jīng)濟性、效能和可操作性綜合考慮破乳劑的選型和系統(tǒng)處理流程。

3 乳化廢水處理方法

3.1 乳化廢水液面浮油處理方法

見文獻[2]，混合乳化液中真正被乳化而擴散于水中的潤滑油的比例很小，不到1%，而受到高溫水汽乳化破壞但仍能結(jié)塊浮在液面的比例很大，超過99%，因此，在處理乳化油水前須將液面浮油預(yù)先處理，處理方法見圖1。

圖1利用密度差異除去液面浮油Fig.1 Removing floating oilby the difference of density

圖1 中是利用潤滑油和水的密度差異除去液面浮油：兩個閥先關(guān)閉，后泵入混合乳化液，先進入上水箱的A腔中，待滿后流入B腔中，再流入到下水箱的C腔中，這時A腔中下部的是乳化油水，而上部液面上的浮油被沖走。從觀察窗看C腔中液面高度，快滿時打開閥2，放出部分乳化油水另行處理。這樣若干次后，C腔中浮油層達到一定厚度（保證浮油容量略小于A腔容積），最后一次待C腔滿后打開閥1，讓A腔中的廢水流到C腔，C腔液位上升，浮油流入D腔，直到浮油幾乎全進入D腔才關(guān)閉。

根據(jù)廢水日產(chǎn)量的大小來決定C腔下部容積，因為可直接在C腔中放入適宜的破乳劑，假以時日C腔中下部的水會逐漸變清，關(guān)于這方面本課題組為此進行了深入的研究。乳化油水加入泥土粉末攪拌靜置約幾個小時后泥土沉底，水清程度跟泥的濃度即放入的泥土量有關(guān)，泥越多水越清，泥土是一種很好的吸附劑，放入檸檬酸效果更顯著；另外這種乳化油水若分別加入NaCl、明礬、檸檬酸時，都能破乳脫油，特別是前二者，加入攪拌后30min液中大量的油上浮到液面。在陸上由于試驗現(xiàn)場要求處理方法必須是快速高效，況且現(xiàn)場取土非常方便，所以采取泥土加檸檬酸的方法，這樣只要10h就可排放濃度小于15×10-6的水。此法雖簡單且快速有效，卻累積的油污泥得另行采用OBT生物除油技術(shù)，生物降解其中的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)變成CO2和H2O，見文獻[3]。在船上采用加泥土這種方式，雖廢水除油直接、效率高，但后續(xù)泥中除油過程環(huán)節(jié)多而復(fù)雜，況且船上帶泥土不方便，該方法不太適用于船舶。

為此，特對采用NaCl、明礬、檸檬酸處理乳化油水的效果和可行性展開深入試驗研究，為以后做技術(shù)方案設(shè)計提供試驗數(shù)據(jù)和依據(jù)。

根據(jù)試驗結(jié)果，在乳化廢水的浮油處理階段，可在C腔中預(yù)先放入部分鹽（如NaCl、明礬和檸檬酸鈉等），這樣即使時間不長，也能進行部分破乳，使純粹乳化液中的部分油分離出而上浮，初步減小乳化液油濃度，以減輕后續(xù)處理的工作量，若時間允許可一步到位，C腔下面閥2排出的水就能符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f，有沒有必要預(yù)先放入這些破乳劑，由整個廢水處理的工藝流程設(shè)計決定。

3.2 乳化廢水后續(xù)處理方法

乳化廢水經(jīng)初級處理基本除去液面上的浮油之后，剩下的乳化液需要采取針對性的處理工藝，除去液中被乳化的油，達到可排放標(biāo)準(zhǔn)即出水含油量小于20mg·L-1［4］，滿足環(huán)保要求。以下有兩種方法：

（1）化學(xué)破乳與膜過濾綜合運用法前期對乳化液進行了破乳分離的科研試驗，試驗結(jié)果表明：該種乳化液是可以化學(xué)破乳的；該化學(xué)破乳和重力分離（利用密度差異）的停留時間較長，達到出水含油量小于20mg·L-1需停留的時間在24h以上，而破乳后1～2 h出水含油濃度在200～400mg·L-1。據(jù)此在破乳的基礎(chǔ)上再進行優(yōu)化，內(nèi)容包括：（1）破乳后強化油水重力分離，采用氣浮的技術(shù)措施加快油滴上浮的速度以減少水中停留時間；（2）經(jīng)破乳和油水重力分離后的乳化液進一步采用膜過濾，一方面確保出水油含量小于20mg·L-1，另一方面減緩了對氣浮處理效率的迫切要求，進一步減少前段氣浮的停留時間，其主體工藝流程見圖2。

圖2 乳化廢水處理主體工藝流程Fig.2 Main process flow diagram of emulsified wastewater disposal

根據(jù)其主體工藝流程可設(shè)計出專門的乳化廢水處理裝置，有針對性地處理廢水池或箱中的乳化液。由圖2可見，處理的主要工藝是加藥破乳、混凝、溶氣氣浮和膜過濾。由功能要求可確定設(shè)備的組成，即乳化廢水處理裝置由進水模塊、加藥模塊、破乳模塊、溶氣模塊、氣浮模塊、膜分離模塊、膜清洗模塊和控制模塊組成，其中進水模塊包括浮油收集裝置、進水泵、投入式浮球液位控制器等；加藥模塊包括1臺破乳劑加藥泵、1臺混凝劑加藥泵、2套加藥裝置；破乳模塊包括管道混合器、破乳組件等；溶氣模塊包括溶氣循環(huán)泵、溶氣發(fā)生器等；氣浮模塊包括氣浮裝置，由接觸柜和氣浮柜等組成；污油模塊包括污油貯存裝置、污油泵、浮球液位控制器等；膜分離模塊包括保安濾器、膜分離組件、膜過濾循環(huán)泵等；膜清洗模塊包括清洗裝置、清洗泵，清洗裝置用于配置膜組件清洗液，清洗泵用于對膜組件進行反沖洗；控制模塊包括控制箱、油份濃度計、浮球液位控制器等［5］。

（2）用海水作為破乳劑處理法海水中含有很多元素，其主要成分為國際上以國際標(biāo)準(zhǔn)海水-大西洋海水實用鹽度35‰（質(zhì)量百分比）作為固定參考標(biāo)準(zhǔn)［6］，我國周圍海水域海水鹽度在30‰～35‰之間，南海鹽度達35‰，最高，而渤海的僅30‰，最低。海水中鹽份這么高，在此完全可以作為天然的化學(xué)破乳劑，在海面船上能取之不盡用之不竭。具體的做法是將乳化廢水跟海水按一定的比例混合并攪拌后使之泵入通過管道混合器迅速均勻地進一步混合，再通過內(nèi)置有折板絮凝器的破乳組件，使水流在異波折板間縮放流動，形成眾多小渦流，造成油份顆粒碰撞，減少絮凝停留時間；接著用溶氣循環(huán)泵把海水泵入溶氣發(fā)生器（由噴射器、溶氣罐和填料等組成），讓一部分空氣在溶氣罐內(nèi)一定壓力下溶解于水，產(chǎn)生溶氣水，再將經(jīng)破乳與混凝的乳化液跟此溶氣水在接觸柜或罐中混合，溶氣水釋放出微小氣泡，粘附乳化液中的污油絮體，形成密度小于1的絮體而上浮到水面，在水面上形成浮油層，從而達到油水分離。這個工藝流程完成油去除能力在70%～90%之間。

附帶說明一下，上述步驟中采用溶氣水除油，只是為了提高海水破乳除油過程的效率，破乳效果還是由海水混合液中鹽的濃度決定。

至此，乳化廢水中絕大部分油被去除，剩余液中鹽的濃度遠比油的濃度高，再靜置，底部的海水由底向上逐漸變清，24～48h后液面下完全變清并可達標(biāo)排放，而且排放的海水還可循環(huán)用。

3.3 后續(xù)處理兩種方法的比較

化學(xué)破乳與膜過濾綜合運用法處理效率高，在該特種設(shè)備邊工作時，也能邊及時處理其所產(chǎn)乳化廢水，但整個工藝流程比較復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)多，對整個設(shè)備的性能要求高，尤其是其電控復(fù)雜，這樣導(dǎo)致整個處理設(shè)備的可靠性不高，具體體現(xiàn)在：（1）設(shè)備組成太多，維護保養(yǎng)工作量大；（2）超濾膜組容易被堵塞，需要定期清洗，包括清水反沖和藥洗，盡管如此膜的滲透性能仍會不斷衰減，5年左右需要更換；（3）泵組太多，運行過程的時間順序控制、邏輯控制等電路復(fù)雜；（4）用于監(jiān)控的傳感器多，而且工作環(huán)境比較惡劣，對其工作壽命影響大。另外這種綜合運用方法涉及到的后勤工作多，除了定期從船上搬走廢油柜里的廢潤滑油之外，還需要在船上儲備一定數(shù)量的化學(xué)破乳劑和清洗膜用的藥劑。這種方法對操作維護人員的要求也頗高，他們必須了解整個處理工藝流程，要具備一定的機械和電控知識，經(jīng)過培訓(xùn)懂得如何維護和保養(yǎng)，特別是運行成本高，膜組件昂貴，壽命到期更換代價大。

以海水作為破乳劑處理法相對來說簡單、直接，整個處理工藝流程比較簡潔，中間環(huán)節(jié)少，采用溶氣水過程可省略，對整個設(shè)備的性能要求不高，控制也簡單，所以整個設(shè)備的可靠性高。特別是運行成本低，無易損件和消耗品，海水可循環(huán)利用，艦船上除設(shè)置廢油柜之外，不需要儲備其它化學(xué)物品，更不會發(fā)生二次污染，維護保養(yǎng)工作量也小，對操作維護人員要求不高，既節(jié)能又環(huán)保。但整個處理工藝流程時間效率較低，如果是幾天幾夜連續(xù)工作，那么這種方法就難以及時處理廢液達標(biāo)排放，不過這種情況只在非常特殊的情況下即戰(zhàn)爭時才發(fā)生。

4 結(jié)論與建議

某潤滑設(shè)備將在船舶上運行產(chǎn)生的乳化廢水可采用化學(xué)破乳與膜過濾綜合運用法和以海水作為破乳劑處理法進行除油凈化處理，兩個方法中，前者快速效率高，但處理系統(tǒng)組成復(fù)雜，運行成本高，可靠性低，后勤服務(wù)內(nèi)容要求多，而后者對應(yīng)的處理系統(tǒng)簡單，設(shè)備及運行成本低，可靠性高，后勤服務(wù)內(nèi)容要求少，但運行時間效率低。而從環(huán)保和節(jié)能的角度，后者更適用，一切船都有或長或短的空閑期，可以充分利用其空閑來靜置處理已被去除絕大部分油的乳化廢水，這樣可使系統(tǒng)構(gòu)成簡化，運行成本降低，同時又符合環(huán)保和節(jié)能要求。所以建議船舶總體設(shè)計所加裝這套潤滑設(shè)備時考慮采用以海水作為破乳劑處理乳化廢水的方法，且留出一定的空間設(shè)置專門的海水池，因為從整體占用的空間大小看，這兩種方法的幾乎一樣。

［1］楊順成，張俊鋒，王建兵，等.某大型專用設(shè)備潤滑系統(tǒng)［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2013，35（1）：111-116.

［2］楊順成，張康，倪海，等.1000號汽缸油蒸汽乳化油水分離方法研究［J］.化學(xué)工程師，2012，202（26）：58-62.

［3］供應(yīng)美國高效生物除油劑［EB/OL］.http：//www.shui.tsinghua. com/product-page/id-115520 2012-2-19.

［4］GB/T16488-1996，紅外光度法［S］.

［5］楊順成，邵曉華，王建兵，等.試驗場水汽乳化液油污水處理系統(tǒng)設(shè)計［J］.化學(xué)工程師，2016，251（30）：38-42.

［6］張正斌，劉蓮生.海洋化學(xué)（上卷）［M］.濟南：山東教育出版社, 2004.62-66.

Discussion on method of answering the environmental pollution questions resulting from application of certain marine lubricating equipment

YANG Shun-cheng,WANG Jian-bing,HU Deng-ming
（No.704 Research Institute of China Ship Heavy Industry Group,Shanghai 200031,China）

Firstly the reason and process of environmental pollution resulting from certain marine lubricating equipment and these questions caused from emulsified oil wastewater and their disposal requirements had been introduced,then two disposal ways were given:one is compositive disposal way of chemical emulsion splitting and membrane filtration,another is that of using seawater as emulsion splitters,finally through analyses it was thought that both ways would be feasible,but the latter way would be better for ships considering that the equipment would be used intermittently in ships,therefore it was suggested that the overall ship design institutes should adopt the latter way.

ship;lubricating equipment；lubricating oil；emulsification；seawater

U661.72

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170134

2016-11-28

楊順成（1966-），男，碩士，高級工程師，1992年南京理工大學(xué)機械學(xué)碩士畢業(yè)，從事過環(huán)保和惰氣防爆研究工作，在核心期刊上已發(fā)表10多篇論文，目前，從事特種裝置研制工作。