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破乳技術在乳化液廢水預處理中的實驗研究

作者:張燕 馬士龍  
評論: 更新日期:2020年09月06日

[摘 要]:本文內容為破乳技術在乳化液廢水預處理中的實驗研究。根據乳化液廢水主要添加成分為陰離子表面活性劑的特性,選用陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)作為破乳劑,對選用的乳化液廢水通過調整 CPAM 投加量、攪拌速度和反應時間,以 COD、含油率、懸浮物(SS)去除率作為乳化液破乳效果評價指標,最終確定 CPAM 投加量 0.25 g/L,在 150 r/min 攪拌下,反應 10 min,此時,COD、含油率、SS,去除率分別為 75.37 %,97.04 %、100 %,油類、SS 和投加的破乳劑以黑色團狀粘性油泥形式去除,油水分離方便、快捷、高效。油泥熱值高達 35992kj/kg,高于原煤熱值(20934 kj/kg),可作為替代性燃料使用。并用其他廠家不同乳化液廢水進行破乳驗證實驗,結果表明 CPAM 作為乳化液廢水破乳劑具有一定的普適性。

乳化液廢水主要來自切削、研磨、鍛造等金屬加工行業(yè),一般呈堿性,具有有機物、含油量、雜質和懸浮物含量高的特點,是一種高濃度難處理廢水,若不能有效處理必將對環(huán)境和人類健康造成很大的危害[1]。破乳是乳化液廢水處理的關鍵步驟,目前的主流破乳方法可分為物理法、化學法[2]。物理法主要是通過調節(jié)溫度(熱處理、冷凍與解凍)、借用外力(重力、離心、震動、膜技術、超聲波及電磁技術等)破壞乳化液的油水界面實現(xiàn)油水分離,物理法破乳一般所需時間長或能耗高?;瘜W破乳法是通過投加化學藥劑改變油水界面的性質或強度來實現(xiàn)破乳,一般化學破乳對破乳劑的選擇性較強,一般破乳后的廢水中需要增加后續(xù)氣浮、混凝等技術進一步去除破乳后廢水中的油類或懸浮物。本研究從乳化液廢水快速破乳出發(fā),以化學破乳為基礎,選用陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)作為破乳劑[3],考察其破乳效果及影響因素。

1、實驗部分

1.1 各指標分析方法

pH 采用 pH S-3C 精密 pH 計測定,COD 分析采用快速密閉催化消解法,含油率測定采用重量法,懸浮物(SS)測定采用重量法,熱值測定采用 5E-C5500 測定。

1.2 乳化液廢水水質

實驗所用廢水為某廠產生的乳化液廢水,其各項指標見表 1。

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1.3 破乳劑的選擇

由于大多數乳化液添加成分為陰離子表面活性劑,因此可選擇與之具有相反電荷——陽離子的破乳劑,破壞油水界面的雙電子層結構[4],另外,同時兼顧所選破乳劑還需具有絮凝凝聚作用,以使在破乳的同時能夠同時去除乳化液廢水中的 SS,達到破乳與絮凝的雙重目的,最終本研究選取陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)作為破乳劑。本實驗所用 CPAM 濃度為 0.1 %,分子量:1000 萬,實驗前先配制完成,靜置陳化 12 h 后使用。

1.4 實驗方法

1.4.1 投加量的確定

量筒量取 500mL 該乳化液廢水,倒入 800 mL 燒杯中,調整攪拌器轉速為 200 r/min,分別按體積比加入 1 %、5 %、10 %、15 %、20 %、25 %、30 %、40 %濃度 0.1 % CPAM 溶液,30 min 后停止攪拌,靜置 2 h 后,用虹吸法取下部清液,測定 COD、含油率和 SS 含量。

1.4.2 攪拌速度的確定

量筒量取 500 mL 該乳化液廢水,倒入 800 mL 燒杯中,加入由 3.2.1 確定的 0.1 % CPAM 投加量,調整轉速分別為 100 r/min、150 r/min、200 r/min、250 r/min、300 r/min、400 r/min,反應 30 min 后停止攪拌,靜置 2 h 后,用虹吸法取下部清液,測定 COD、含油率和 SS 含量。

1.4.3 反應時間的確定

量筒量取 500 mL 該乳化液廢水,倒入 800 mL 燒杯中,調整轉速為 1.4.2 確定值,加入由 1.4.4 確定的 0.1% CPAM 投加量,分別于 3 min、5 min、8 min、10 min、15 min、30 min、60 min 取樣,測定 COD、含油率和 SS 含量。

2、結果與討論

2.1 最佳投加量的確定

從圖 1 和 2 可以看出,隨著 CPAM 投加量的增加,COD、含油率、SS 去除率逐漸升高,廢水濁度也隨著投加量的增加而逐漸降低,當 CPAM 投加量為 0.25 g/L 時,各指標去除率達到最高值,出水中 COD、含油率、SS 濃度分別為:8440 mg/L、92 mg/L、0 mg/L,對 COD、含油率、SS 去除率分別為:75.25 %、96.79 %和 100.00 %,出水澄清透明,油類和 SS 最終以黑色粘性油泥形式得以去除。但隨著 CPAM 投加量的增加,COD、含油率和 SS 去除效果反而下降,其主要原因是 CPAM 投加過量,CPAM 本身是高分子有機物,過量的 CPAM 增加了出水中的 COD,另外,由于 CPAM 本身帶正電荷,基于破乳和混凝的壓縮雙電層機理,過量的 CPAM 使粒子表面帶正電荷,根據同極相斥的原理,反而降低了油和 SS 的去除效果。因此,對于此廢乳化液水,CPAM 的最佳投加量為 0.25 g/L。

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2.2 攪拌速度對處理效果的影響

圖 3 為不同攪拌速度下 CPAM 對該乳化液廢水 COD 去除效果,從圖中可以看出,攪拌速度對 COD 去除率有一定的影響,不同攪拌速度下 COD 去除效果不同。第一階段隨著攪拌速度的增加 COD 去除效果也隨之增加,當攪拌速度大于 150 r/min 時,進入第二階段,COD 去除效率開始不斷隨著轉速的增加而下降。主要原因為:攪拌速度太慢,CPAM 與乳化液廢水不能快速充分均勻的混合,在一定反應時間內使破乳不完全,一方面使出水中含油率增加,同時影響混凝效果,而油類和 SS 都會增加出水中的 COD;當攪拌速度太快時,雖然有利于混勻和快速反應,但也會對已經形成的油泥絮體進行破壞,油泥絮體在高速的攪拌產生的剪切力下重新破碎為細小絮體,從而影響了處理效果。因此,該反應攪拌速度為 150 r/min 時 COD 去除效果最佳,此時 COD、含油率、SS 去除率分別為 80.53 %、92.43 %和 100 %。

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2.3 反應時間的確定

圖 4 為不同反應時間下各指標去除效果,從圖中可以看出,隨著反應時間的延長 COD、含油率、SS 去除效果逐漸上升,當反應進行到十分鐘后,各指標基本變化不大,說明破乳效果已經完全,因此,反應時間定為 10 min。

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綜上所述:對該廠產生的乳化液廢水,用 CPAM 作破乳劑可以取的良好的處理效果,其最佳處理條件為:在 150 r/min 攪拌下,CPAM 投加量 0.25 g/L,反應 10 min,此時,出水 COD 8400 mg/L,去除率 75.37 %,含油率 85 mg/L,去除率 97.04 %、SS 低于檢測下限,去除率 100 %,最終油類、SS 和投加的絮凝劑以黑色團狀粘性油泥形式去除,出水黃色透明,油水分離方便、快捷、高效,在該條件下最終出水水質見表 2。

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3、油泥的用途探討

破乳后產生的灰黑色粘性油泥含有大量的油類、高分子物質和其他雜質,有機物含量高,具有一定的熱值,本實驗對實驗過程產生的絮體沉淀物質分離后測定了其熱值,結果如表 3 所示。結果表明:油泥的熱值均高于原煤的熱值(20934 kj/kg),可送往焚燒處理或作為替代性燃料。

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4 廢水驗證

為了考察本法對其他乳化液廢水的適用性,特設計此實驗。

4.1 廢水來源與水質

本研究另外選取了兩種乳化液廢水進行實驗驗證。第一種為某廠產生的乳化液廢水,第二種為某公司震動膜超濾系統(tǒng)處理不同來源乳化液廢水過程中產生的高濃度濃縮液,廢水水質見表 4。

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4.2 實驗方法

由于水質的不同,CPAM 投加量也不同,因此本驗證實驗中對所選兩種廢水 CPAM 用量進行了探索,對攪拌速度和反應時間不在研究,主要是探究此法的普適性,具體實驗方法如下:量筒分別量取 300 mL 上述兩種廢水于 1000 mL 燒杯中,調整攪拌速度 150 r/min,分別加入不同量的 0.1 % CPAM 溶液,反應 10 分鐘后取樣檢測廢水中的 COD、含油率和 SS。

4.3 實驗結果

CPAM 對所選兩種乳化液廢水均有一定的去除效果,隨著投加量的增加,COD、含油率和 SS 的去除效果變化趨勢與之前實驗現(xiàn)象基本一致,出水澄清透明略帶黃色,油類、SS 以灰黑色粘性油泥的形式去除。驗證實驗中所選第一種乳化液廢水 CPAM 最佳用量為 1.2 g/l,此時 COD、含油率、SS 去除率分別為:90.64 %、98.04 %和 99.92 %;濃縮液 CPAM 最佳使用量為 2 g/L,此時 COD、含油率、SS 去除率分別為:94.75 %、90.98 %和 99.90 %。由此可見,雖然不同的乳化液廢水 CPAM 用量不同,但對主要以陰離子表面活性劑的乳化液廢水,CPAM 破乳技術有一定普適性,兩種乳化液廢水處理效果見圖 圖 6。

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5、結論

本文從乳化液廢水處理化學破乳機理出發(fā),選用陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)做破乳劑,處理不同乳化液廢水,得出以下結論:

(1)對實驗所用乳化液廢水有較好的處理效果,處理條件為:在 150 r/min 攪拌下,CPAM 投加量 0.25 g/L,反應 10 min,COD、含油率、SS 去除率分別為:75.37 %、97.04 %和 100 %,破乳效果好,效率高;

(2)選用其他某廠家乳化液廢水及某公司震動膜超濾系統(tǒng)處理不同來源乳化液廢水產生的濃縮液實驗中,所選第一種乳化液廢水 CPAM 投加量為 1.2 g/L,此時 COD、含油率、SS 去除率分別為:90.64 %、98.04 %和 99.92 %;某公司震動膜超濾系統(tǒng)處理不同來源乳化液廢水過程中產生的高濃度濃縮液CPAM投加量為2 g/L 時,COD、含油率、SS 去除率分別為:94.75 %、90.98 %和 99.90 %。結果表明,對主要以陰離子表面活性劑的乳化液廢水,CPAM 破乳技術有一定普適性,但不同乳化液廢水破乳劑 CPAM 用量不同;

(3)破乳過程中產生的油泥具有較高的熱值,可送往焚燒處理或作為替代性燃料使用。

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