破乳技術在乳化液廢水預處理中的實驗研究

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北極星水處理網訊:[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，選用陽離子聚丙烯醯胺(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，高於原煤熱值(20934 kj/kg)，可作為替代性燃料使用。並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，一般呈鹼性，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油水分離，物理法破乳一般所需時間長或能耗高。化學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破乳，一般化學破乳對破乳劑的選擇性較強，一般破乳後的廢水中需要增加後續氣浮、混凝等技術進一步去除破乳後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，以化學破乳為基礎，選用陽離子聚丙烯醯胺(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 採用 pH S-3C 精密 pH 計測定，COD 分析採用快速密閉催化消解法，含油率測定採用重量法，懸浮物(SS)測定採用重量法，熱值測定採用 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。

1.3 破乳劑的選擇

由於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醯胺(CPAM)作為破乳劑。本實驗所用 CPAM 濃度為 0.1 %，分子量：1000 萬，實驗前先配製完成，靜置陳化 12 h 後使用。

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 後停止攪拌，靜置 2 h 後，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 後停止攪拌，靜置 2 h 後，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，分別於 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，由於 CPAM 本身帶正電荷，基於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，對於此廢乳化液水，CPAM 的最佳投加量為 0.25 g/L。

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，當攪拌速度大於 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，雖然有利於混勻和快速反應，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 %。

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後，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。

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 低於檢測下限，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。

3、油泥的用途探討

破乳後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澱物質分離後測定了其熱值，結果如表 3 所示。結果表明：油泥的熱值均高於原煤的熱值(20934 kj/kg)，可送往焚燒處理或作為替代性燃料。

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。

4.2 實驗方法

由於水質的不同，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 上述兩種廢水於 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 分鐘後取樣檢測廢水中的 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。

5、結論

本文從乳化液廢水處理化學破乳機理出發，選用陽離子聚丙烯醯胺(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。

原標題:破乳技術在乳化液廢水預處理中的實驗研究

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