絮凝劑配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 武漢 430063

對(duì)于含油污水的處理方法和技術(shù)，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)一直在不懈地進(jìn)行深入研究與探討，日本學(xué)者研究出用電絮凝劑處理含油污水、用超聲波分離乳化液、用親油材料吸附油。近幾年發(fā)展用膜法處理含油水，濾膜被制成板式、管式、卷式和空心纖維式。美國還研究出動(dòng)力膜，將滲透膜做在多孔材料上，應(yīng)用于水處理中[1-2]。含油廢水處理難度大，往往需要多種方法組合使用，如重力分離、離心分離、溶劑抽提、氣浮法、化學(xué)法、生物法、膜法、吸附法等。

1 船舶艙底油污水的來源及特性

機(jī)艙艙底水主要來自機(jī)艙內(nèi)冷卻管路的海水、淡水的泄漏；燃油和潤滑油管路的燃料油、潤滑油的泄漏；蒸汽管路凝水泄漏；水柜、油柜及機(jī)械設(shè)備中油、水的泄漏和泄放；尾軸填料箱處的漏水和冷卻潤滑水；甲板開口處水密性不良引起的泄漏；水線附件甲板和艙室的疏水泄放至艙底；撲滅火災(zāi)用消防水；船體破損后的大量進(jìn)水等。

目前在實(shí)際應(yīng)用中，油污水分離裝置所采用的分離技術(shù)主要是重力分離法、水力旋流法、離心分離法、聚結(jié)分離法、吸附分離法、過濾分離法，而船用油水分離器既有按它們當(dāng)中的一種分離方法設(shè)計(jì)而成的，也有按它們當(dāng)中幾種方法組合設(shè)計(jì)而成[3，4]。

2 化學(xué)絮凝法處理船舶含油污水

雖然目前已研究開發(fā)出多種船舶油污水處理方法,但實(shí)際中由于機(jī)艙艙底水含有較多的機(jī)械雜質(zhì)、石蠟?zāi)z體等，濾器經(jīng)常堵塞，以至于管理人員須進(jìn)行經(jīng)常性清洗，增加了工作量及工作負(fù)擔(dān)；再者操作人員素質(zhì)各不相同，致使油污水被偷排現(xiàn)象屢禁不止，對(duì)水體造成嚴(yán)重污染。

船用油水分離器使用的局限性和弊端，促使人們不斷嘗試新的分離方法[1，2]，化學(xué)絮凝法就是其中一種[5，6]。為提高常規(guī)重力分離法對(duì)小粒徑油滴和乳化油的去除效率而在含油污水中投加絮凝劑,通過壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋和沉淀物網(wǎng)捕等原理,實(shí)現(xiàn)乳化油的破乳并形成礬花,然后通過重力分離將油分去除的方法。該法適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單易可去除乳化油和溶解油，以及部分難以生化降解的復(fù)雜高分子有機(jī)物[7]。

含油污水處理常用的絮凝劑主要有無機(jī)絮凝劑,有機(jī)絮凝劑和復(fù)合絮凝劑三大類。無機(jī)絮凝劑投藥量大,產(chǎn)生的污泥含水量高,污泥體積龐大,顆粒細(xì),絮凝沉淀速度慢,處理效率低等不足,使其應(yīng)用受到了一定的限制。同無機(jī)絮凝劑相比,有機(jī)高分子絮凝劑具有用量少、適用范圍廣,受鹽類及環(huán)境條件影響小,污泥量少, 并且容易處理以及處理效果好等優(yōu)點(diǎn)越來越引起人們的廣泛關(guān)注。復(fù)合絮凝劑為無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑改性產(chǎn)品，或者經(jīng)過復(fù)配后的絮凝劑[8]。

查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析研究船舶艙底油污水的特性，從幾百種絮凝劑中有針對(duì)性地篩選出了7種相關(guān)絮凝劑，它們分別是：聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁鐵(PACF)、陽離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)。為了能更好地接近船舶上的實(shí)際情況，直接從長江輪渡上的實(shí)際艙底油污水現(xiàn)場(chǎng)取樣，并依據(jù)中華人民共和國交通部標(biāo)準(zhǔn)——水中油含量分析方法，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)儀器、試劑，實(shí)驗(yàn)參數(shù)及實(shí)驗(yàn)步驟如下。

2.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器和試劑及實(shí)驗(yàn)參數(shù)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，涉及使用的主要儀器有分析天平(分度值0.1 mg)，烘箱，恒溫水浴鍋(溫度波動(dòng)范圍為±1 ℃)，分液漏斗(1 000 mL/500 mL),量筒1 000 mL，大燒杯(1 000 mL)，容量瓶，石油醚(30目)，無水硫酸鈉(分析純)，氯化鈉(分析純)，硫酸(分析純)。含油污水水樣(現(xiàn)場(chǎng)取樣)。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1) 取水樣1 000 mL全部倒入分液漏斗內(nèi)，加2 mL硫酸，5 g氯化鈉，搖溶。靜置分層。分層后，把上層萃取液收集在錐形瓶中，加適量無水硫酸鈉(以無水硫酸鈉不再結(jié)塊為適量)，放置1 h脫水。然后將萃取液過濾至已稱重?zé)瓋?nèi)。

2) 將燒杯置于恒溫水浴上(用石油醚溶劑時(shí)，水浴溫度65±1 ℃)蒸至近干，再置于烘箱( 用石油醚溶劑時(shí)，烘箱溫度62±1 ℃)內(nèi)烘40 min，取出燒杯，放在干干燥器內(nèi)冷卻30 min，稱重。

3) 完成步驟1)后，用量筒測(cè)量水樣體積(扣除加酸體積)。

4) 計(jì)算水樣含油量=(W1-W2)V/(mg·L-1)

式中：W1——燒杯加油重量，mg；

W2——燒杯重量，mg；

V——水樣容積，L

5) 取適量水樣倒入分液漏斗內(nèi)，加2 mL硫酸，5 g氯化鈉，搖溶并靜置分離，將下層水樣過濾至燒杯內(nèi)，直至燒杯內(nèi)的過濾水樣達(dá)到1 000 mL。向燒杯內(nèi)以300 mg/L的速度添加絮凝試劑，并開啟攪拌器，攪拌速度為170 r/min攪拌20 s，使絮凝試劑與水樣充分接觸，再將攪拌速度調(diào)至20 r/min攪拌2 min，使試劑與水樣中的油份和膠體顆粒絮凝成團(tuán)。

6) 攪拌結(jié)束后靜置1～2 h后，取出燒杯中的上清溶液進(jìn)行油份測(cè)定，步驟同1)～4)。

按上述實(shí)驗(yàn)步驟，依次對(duì)所選絮凝劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(表1中序號(hào)ABCDEFG分別代表PAC、PFS、PACF、陽離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺、PDMDAAC)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 單劑試驗(yàn)結(jié)果

從表1中可以看出，ABCDG絮凝劑效果較好，EF兩種效果較差。

表2 絮凝劑設(shè)計(jì)表及復(fù)配試驗(yàn)

因此選擇ABCDG這五種絮凝劑進(jìn)行復(fù)配，做下一步優(yōu)化試驗(yàn)，復(fù)配方案見設(shè)計(jì)表 2。表中F1～F5代表絮凝劑。

按照2.2的實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)上述十個(gè)配方再次進(jìn)行試驗(yàn)，加藥濃度為300 mg/L水樣仍是從輪渡上現(xiàn)場(chǎng)取樣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

3 結(jié)論

上述試驗(yàn)中可以看出絕大部分結(jié)果都符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)，其中P2、P5、P8、P10四種配方效果較好。 為了能取得更優(yōu)化的方案或進(jìn)一步降低污水處理成本，還應(yīng)在上述試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步優(yōu)化試驗(yàn)，以期得到用最少的成本取得最佳效果。

[1] Li Yijiu, Zeng Xinping, Liu Yafei. Study on the treatment of copper-electroplating wastement by chemical trapping and flocculation[J]. Separation and Purification Technology, 2003,(31):91-95.

[2] E.Alvarez-Ayuso,Garcia-Sanchez,Querol.Purification of metal electroplating waste waters using zeolites[J].Water research,2003(37): 4855-4862.

[3] 黃忠秀.船舶與港口水域防污染[M]. 北京：人民交通出版社，1999：35-42.

[4] 殷佩海.船舶防污染技術(shù)[M]. 大連：大連海事大學(xué)出版社，2000：14-19.

[5] 陳志莉，葉茂平.油污水處理絮凝劑的選用研究[J].環(huán)境保護(hù)，2002(1)：20-23.

[6] 汪小華. 化學(xué)法處理含油廢水的初步研究[D]. 重慶：重慶大學(xué),2004.

[7] 徐曉軍等.化學(xué)絮凝劑作用原理[M]. 北京：科學(xué)出版社,2005：110-113.

[8] 楊東寧等.用于水和廢水處理的混凝劑和絮凝劑的研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治，2000,5(22)：26-30.