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破乳技术在乳化液废水预处理中的实验研究

  慧聪水工业网[摘要]:本文内容为破乳技术在乳化液废水预处理中的实验研究。根据乳化液废水主要添加成分为阴离子表面活性剂的特性,选用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)作为破乳剂,对选用的乳化液废水通过调整CPAM投加量、搅拌速度和反应时间,以COD、含油率、悬浮物(SS)去除率作为乳化液破乳效果评价指标,最终确定CPAM投加量0.25g/L,在150r/min搅拌下,反应10min,此时,COD、含油率、SS,去除率分别为75.37%,97.04%、100%,油类、SS和投加的破乳剂以黑色团状粘性油泥形式去除,油水分离方便、快捷、高效。油泥热值高达35992kj/kg,高于原煤热值(20934kj/kg),可作为替代性燃料使用。并用其他厂家不同乳化液废水进行破乳验证实验,结果表明CPAM作为乳化液废水破乳剂具有一定的普适性。

  乳化液废水主要来自切削、研磨、锻造等金属加工行业,一般呈碱性,具有有机物、含油量、杂质和悬浮物含量高的特点,是一种高浓度难处理废水,若不能有效处理必将对环境和人类健康造成很大的危害[1]。破乳是乳化液废水处理的关键步骤,目前的主流破乳方法可分为物理法、化学法[2]。物理法主要是通过调节温度(热处理、冷冻与解冻)、借用外力(重力、离心、震动、膜技术、超声波及电磁技术等)破坏乳化液的油水界面实现油水分离,物理法破乳一般所需时间长或能耗高。化学破乳法是通过投加化学药剂改变油水界面的性质或强度来实现破乳,一般化学破乳对破乳剂的选择性较强,一般破乳后的废水中需要增加后续气浮、混凝等技术进一步去除破乳后废水中的油类或悬浮物。本研究从乳化液废水快速破乳出发,以化学破乳为基础,选用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)作为破乳剂[3],考察其破乳效果及影响因素。

  pH采用pHS-3C精密pH计测定,COD分析采用快速密闭催化消解法,含油率测定采用重量法,悬浮物(SS)测定采用重量法,热值测定采用5E-C5500测定。

  由于大多数乳化液添加成分为阴离子表面活性剂,因此可选择与之具有相反电荷——阳离子的破乳剂,破坏油水界面的双电子层结构[4],另外,同时兼顾所选破乳剂还需具有絮凝凝聚作用,以使在破乳的同时能够同时去除乳化液废水中的SS,达到破乳与絮凝的双重目的,最终本研究选取阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)作为破乳剂。本实验所用CPAM浓度为0.1%,分子量:1000万,实验前先配制完成,静置陈化12h后使用。

  量筒量取500mL该乳化液废水,倒入800mL烧杯中,调整搅拌器转速为200r/min,分别按体积比加入1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%浓度0.1%CPAM溶液,30min后停止搅拌,静置2h后,用虹吸法取下部清液,测定COD、含油率和SS含量。

  从图1和2可以看出,随着CPAM投加量的增加,COD、含油率、SS去除率逐渐升高,废水浊度也随着投加量的增加而逐渐降低,当CPAM投加量为0.25g/L时,各指标去除率达到最高值,出水中COD、含油率、SS浓度分别为:8440mg/L、92mg/L、0mg/L,对COD、含油率、SS去除率分别为:75.25%、96.79%和100.00%,出水澄清透明,油类和SS最终以黑色粘性油泥形式得以去除。但随着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投加过量,CPAM本身是高分子有机物,过量的CPAM增加了出水中的COD,另外,由于CPAM本身带正电荷,基于破乳和混凝的压缩双电层机理,过量的CPAM使粒子表面带正电荷,根据同极相斥的原理,反而降低了油和SS的去除效果。因此,对于此废乳化液水,CPAM的最佳投加量为0.25g/L。

  图3为不同搅拌速度下CPAM对该乳化液废水COD去除效果,从图中可以看出,搅拌速度对COD去除率有一定的影响,不同搅拌速度下COD去除效果不同。第一阶段随着搅拌速度的增加COD去除效果也随之增加,当搅拌速度大于150r/min时,进入第二阶段,COD去除效率开始不断随着转速的增加而下降。主要原因为:搅拌速度太慢,CPAM与乳化液废水不能快速充分均匀的混合,在一定反应时间内使破乳不完全,一方面使出水中含油率增加,同时影响混凝效果,而油类和SS都会增加出水中的COD;当搅拌速度太快时,虽然有利于混匀和快速反应,但也会对已经形成的油泥絮体进行破坏,油泥絮体在高速的搅拌产生的剪切力下重新破碎为细小絮体,从而影响了处理效果。因此,该反应搅拌速度为150r/min时COD去除效果最佳,此时COD、含油率、SS去除率分别为80.53%、92.43%和100%。

  图4为不同反应时间下各指标去除效果,从图中可以看出,随着反应时间的延长COD、含油率、SS去除效果逐渐上升,当反应进行到十分钟后,各指标基本变化不大,说明破乳效果已经完全,因此,反应时间定为10min。

  综上所述:对该厂产生的乳化液废水,用CPAM作破乳剂可以取的良好的处理效果,其最佳处理条件为:在150r/min搅拌下,CPAM投加量0.25g/L,反应10min,此时,出水COD8400mg/L,去除率75.37%,含油率85mg/L,去除率97.04%、SS低于检测下限,去除率100%,最终油类、SS和投加的絮凝剂以黑色团状粘性油泥形式去除,出水黄色透明,油水分离方便、快捷、高效,在该条件下最终出水水质见表2。

  破乳后产生的灰黑色粘性油泥含有大量的油类、高分子物质和其他杂质,有机物含量高,具有一定的热值,本实验对实验过程产生的絮体沉淀物质分离后测定了其热值,结果如表3所示。结果表明:油泥的热值均高于原煤的热值(20934kj/kg),可送往焚烧处理或作为替代性燃料。

  本研究另外选取了两种乳化液废水进行实验验证。第一种为某厂产生的乳化液废水,第二种为某公司震动膜超滤系统处理不同来源乳化液废水过程中产生的高浓度浓缩液,废水水质见表4。

  由于水质的不同,CPAM投加量也不同,因此本验证实验中对所选两种废水CPAM用量进行了探索,对搅拌速度和反应时间不在研究,主要是探究此法的普适性,具体实验方法如下:量筒分别量取300mL上述两种废水于1000mL烧杯中,调整搅拌速度150r/min,分别加入不同量的0.1%CPAM溶液,反应10分钟后取样检测废水中的COD、含油率和SS。

  CPAM对所选两种乳化液废水均有一定的去除效果,随着投加量的增加,COD、含油率和SS的去除效果变化趋势与之前实验现象基本一致,出水澄清透明略带黄色,油类、SS以灰黑色粘性油泥的形式去除。验证实验中所选第一种乳化液废水CPAM最佳用量为1.2g/l,此时COD、含油率、SS去除率分别为:90.64%、98.04%和99.92%;浓缩液CPAM最佳使用量为2g/L,此时COD、含油率、SS去除率分别为:94.75%、90.98%和99.90%。由此可见,虽然不同的乳化液废水CPAM用量不同,但对主要以阴离子表面活性剂的乳化液废水,CPAM破乳技术有一定普适性,两种乳化液废水处理效果见图图6。

  本文从乳化液废水处理化学破乳机理出发,选用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)做破乳剂,处理不同乳化液废水,得出以下结论:

  (1)对实验所用乳化液废水有较好的处理效果,处理条件为:在150r/min搅拌下,CPAM投加量0.25g/L,反应10min,COD、含油率、SS去除率分别为:75.37%、97.04%和100%,破乳效果好,效率高;

  (2)选用其他某厂家乳化液废水及某公司震动膜超滤系统处理不同来源乳化液废水产生的浓缩液实验中,所选第一种乳化液废水CPAM投加量为1.2g/L,此时COD、含油率、SS去除率分别为:90.64%、98.04%和99.92%;某公司震动膜超滤系统处理不同来源乳化液废水过程中产生的高浓度浓缩液CPAM投加量为2g/L时,COD、含油率、SS去除率分别为:94.75%、90.98%和99.90%。结果表明,对主要以阴离子表面活性剂的乳化液废水,CPAM破乳技术有一定普适性,但不同乳化液废水破乳剂CPAM用量不同;

  (3)破乳过程中产生的油泥具有较高的热值,可送往焚烧处理或作为替代性燃料使用。

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