破乳技术在乳化液废水预处理中的实验研究

[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 0.25 g/L，在 150 r/min 搅拌下，反应 10 min，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(20934 kj/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。

1、实验部分

1.1 各指标分析方法

pH 采用 pH S-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。

1.2 乳化液废水水质

实验所用废水为某厂产生的乳化液废水，其各项指标见表 1。

1.3 破乳剂的选择

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 12 h 后使用。

1.4 实验方法

1.4.1 投加量的确定

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

1.4.2 搅拌速度的确定

量筒量取 500 mL 该乳化液废水，倒入 800 mL 烧杯中，加入由 3.2.1 确定的 0.1 % CPAM 投加量，调整转速分别为 100 r/min、150 r/min、200 r/min、250 r/min、300 r/min、400 r/min，反应 30 min 后停止搅拌，静置 2 h 后，用虹吸法取下部清液，测定 COD、含油率和 SS 含量。

1.4.3 反应时间的确定

量筒量取 500 mL 该乳化液废水，倒入 800 mL 烧杯中，调整转速为 1.4.2 确定值，加入由 1.4.4 确定的 0.1% CPAM 投加量，分别于 3 min、5 min、8 min、10 min、15 min、30 min、60 min 取样，测定 COD、含油率和 SS 含量。

2、结果与讨论

2.1 最佳投加量的确定

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 0.25 g/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：8440 mg/L、92 mg/L、0 mg/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 0.25 g/L。

2.2 搅拌速度对处理效果的影响

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 150 r/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 150 r/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 %。

2.3 反应时间的确定

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 10 min。

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 150 r/min 搅拌下，CPAM 投加量 0.25 g/L，反应 10 min，此时，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。

3、油泥的用途探讨

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(20934 kj/kg)，可送往焚烧处理或作为替代性燃料。

4 废水验证

为了考察本法对其他乳化液废水的适用性，特设计此实验。

4.1 废水来源与水质

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。

4.2 实验方法

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 300 mL 上述两种废水于 1000 mL 烧杯中，调整搅拌速度 150 r/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。

4.3 实验结果

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 1.2 g/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 2 g/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。

5、结论

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 150 r/min 搅拌下，CPAM 投加量 0.25 g/L，反应 10 min，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 1.2 g/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2 g/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。