機(jī)械加工乳化液廢水治理綜述

余林康

機(jī)械加工乳化液廢水治理綜述

余林康

福州市環(huán)境科學(xué)研究院

隨著我國(guó)機(jī)械加工工業(yè)的逐漸發(fā)展，污水排放量的增加，乳化液的污染帶來了大量問題。該文分析了機(jī)械加工鑄造過程產(chǎn)生的乳化液的物理、化學(xué)特性，針對(duì)乳化液的特點(diǎn)，對(duì)目前比較先進(jìn)的乳化液處理技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)運(yùn)行成本管理提出了相應(yīng)的建議。

乳化液 混凝 氣浮 超濾 汽化

0 引言

在機(jī)械加工工業(yè)，尤其是軸承和汽車配件加工企業(yè)的切削、研磨等加工過程中，不可避免會(huì)產(chǎn)生大量的乳化液。舒純等認(rèn)為，機(jī)械和鑄造行業(yè)產(chǎn)生的乳化液含有液壓油、模具潤(rùn)滑劑、切削液、冷卻液和清洗藥劑。這種廢水即使經(jīng)過油水分離，仍然含有高濃度的動(dòng)植物油和礦物油脂，因此常?？雌饋沓嗜榘咨珳啙釕B(tài)[1]。

乳化液廢水非常穩(wěn)定，不易破壞，采用常規(guī)方法難以達(dá)到理想的效果，而且處理費(fèi)用高，如果直接排入環(huán)境，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。乳化油表層油膜阻礙氧氣溶入水中，從而致使水中缺氧、生物死亡、發(fā)出惡臭，嚴(yán)重污染環(huán)境。

1 乳化液中的化學(xué)物質(zhì)對(duì)廢水排放的影響

乳化液呈現(xiàn)的乳白色可以用丁達(dá)爾效應(yīng)（光散射效應(yīng)）來解釋，可見光遇到廢水中的懸浮油滴或微粒會(huì)發(fā)生散射，散射光的顏色和特性會(huì)根據(jù)粒子大小發(fā)生變化。乳化液若呈云狀或者乳白色，表示水中的微粒子直徑大致在1微米或以上。

曲永杰等的綜合研究表明，乳化液中含有石油、磺酸鈉、油酸皂等皂類表面活性劑，具有減小液體表面張力的能力。表面活性劑的非極性端吸附在油粒內(nèi)，而極性端則伸向水內(nèi)，極性端在水中電離，導(dǎo)致油界面被包圍了一層負(fù)電荷，由此產(chǎn)生雙電層現(xiàn)象，阻礙油粒相互黏聚。另外，乳化液中親水性固體顆粒也能使乳化油穩(wěn)定地分散在水中，固體顆粒一部分面積被油潤(rùn)濕而大部分面積則被水潤(rùn)濕，阻礙著油粒的黏聚[1]。

鞏清葉通過對(duì)廢切削液的處理與排放的分析研究認(rèn)為[2]，乳化液如果未經(jīng)處理直接排放，肯定會(huì)超過現(xiàn)有的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槿榛褐兴母鞣N化學(xué)物質(zhì)將會(huì)對(duì)各項(xiàng)廢水排放指標(biāo)產(chǎn)生影響。比如用于切削的清潔劑和表面活性劑會(huì)含有各種穩(wěn)定的化學(xué)微粒，這些化學(xué)微粒的濃度自然會(huì)在BOD、COD、油脂和礦物油指標(biāo)上表現(xiàn)出來。乳化液中二烷基硫代磷酸鋅（ZDDP）作為一種抗磨劑，磷酸和硫化脂肪酸作為極壓添加劑，在廢水指標(biāo)檢測(cè)時(shí)則表現(xiàn)為鋅離子、磷酸鹽和硫離子濃度的增加。苯乙烯酯、耦合芳烴基化合物和耦合烷基苯酚類物質(zhì)作為機(jī)械加工時(shí)的降凝劑，會(huì)導(dǎo)致廢水中的苯乙烯、芳香族化合物和苯酚濃度增加。廢水中的總懸浮固體濃度(TSS)會(huì)受到機(jī)械切削加工時(shí)帶入的橡膠、雜質(zhì)、金屬碎屑影響。這些被帶入廢水中的微粒，還為水中的油類和化學(xué)物質(zhì)提供了附著的載體。

因此，乳化液作為機(jī)械加工過程不可缺少的一部分，其所含的化學(xué)物質(zhì)不可避免會(huì)給廢水排放帶來影響，導(dǎo)致未處理的加工廢水嚴(yán)重超標(biāo)。

2 機(jī)械加工乳化液處理技術(shù)

普通的重力分離工藝，比如重力型隔油池，可以去除廢水表面的油脂，但是對(duì)于乳化液中所含的穩(wěn)定的化學(xué)類物質(zhì)，效果相對(duì)較差。因此在重力隔油之后，目前常采用以下幾種處理技術(shù)做進(jìn)一步處理，包括：混凝氣浮、超濾法、汽化技術(shù)。

2.1 混凝氣浮

混凝通常包括兩個(gè)步驟：第一步是凝聚，指膠體和超膠體顆粒脫穩(wěn)、遷移、聚集為顆粒體的過程；在該過程中，混凝劑破壞微粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)，或中和雙電層中的離子，使顆粒易于聚集。第二步是絮凝，指微粒體通過吸附、卷帶和橋連而成長(zhǎng)為更大的絮凝體的過程。

曲永杰等對(duì)乳化液含油廢水的氣浮處理技術(shù)做了總結(jié)[1]，認(rèn)為氣浮技術(shù)主要包括兩種類型：一種是在一定壓力下使部分廢水中溶解的空氣達(dá)到飽和(溶氣浮選法，DAF)；另一種是通過旋轉(zhuǎn)葉輪導(dǎo)入空氣并分散氣泡(導(dǎo)氣浮選法，IAF)。由于溶氣作用，DAF和IAF能促使混凝過程產(chǎn)生的絮凝體上浮，但機(jī)理有所不同。在DAF法中，壓力突然下降時(shí)會(huì)形成許多依附在油滴上的微氣泡，從而使油滴上浮至液面。在IAF法中，旋轉(zhuǎn)剪切力迫使液體通過分散孔，造成負(fù)壓將空氣吸入液體中而獲得所需的微氣泡。

絮凝體隨后被撇渣機(jī)分離。它通常占廢水體積的5%～10%，用壓濾機(jī)壓濾，體積可以減少至10%，然后進(jìn)入污泥處置工藝。值得注意的是，壓濾液必須返回到污水處理工藝中去，因?yàn)閴簽V液含有高濃度的有機(jī)污染物，若未經(jīng)處理直接排放，會(huì)導(dǎo)致尾水超標(biāo)。

根據(jù)程雪莉?qū)ú臋C(jī)械加工過程中切削乳化廢水處理研究[3]，認(rèn)為：通常在投加混凝藥劑前，需要對(duì)廢水進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。因?yàn)檫@些藥劑有一個(gè)最佳的pH適用范圍，而且提高pH也有利于廢水中的重金屬溶出。混凝劑的效果還受到廢水中的潤(rùn)滑劑、分散劑種類的影響。因此必須根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)工藝的改變，對(duì)混凝劑的用量和投加條件進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

2.2 超濾法

超濾法采用物理方法去除廢水中的微粒，去除率可以達(dá)到90%以上。超濾膜一般可分為聚合膜、陶瓷膜或者金屬膜。膜可以是合成材料或非對(duì)稱均勻材料。膜的材料和工藝會(huì)對(duì)膜的平均隙徑、分布和透過性等產(chǎn)生影響。

在鞏清葉發(fā)表的《廢切削液的處理與排放》一文中提到，超濾膜的過濾精度指標(biāo)采用截流分子量MWCO。超濾膜的孔徑是當(dāng)量的平均值。膜組超濾過程中起分離作用的是膜表面上多孔致密層，一般以致密層上微孔徑大小和孔徑的分布來衡量膜的分離透過性能。膜壁上微孔的形狀和大小并非完全一致，常使用截留率和截留分子量?jī)蓚€(gè)參數(shù)共同來衡量，截留率是指溶液中被截留的特定溶質(zhì)的量所占溶液中特定溶質(zhì)總量的比率。當(dāng)90%的溶質(zhì)被膜截留時(shí)，在截留曲線上所對(duì)應(yīng)該類溶質(zhì)的最小分子量即為該膜的截留分子量。超濾膜的孔徑大約在0.001μm～0.1μm之間，其對(duì)應(yīng)的切割分子量約為 1000～500000。水處理上常用的膜的截流分子量50000～100000，對(duì)應(yīng)膜孔徑0.001μm～0.01μm[2]。

處理乳化液時(shí)采用的超濾工藝一般采用管狀膜，而不是螺旋繞管膜或中空膜。因?yàn)楣軤钅ぴ试S通過回流實(shí)現(xiàn)大水量進(jìn)水，產(chǎn)生徑向和軸向的紊流提高混凝效果，紊流產(chǎn)生的表面漩渦還可以減輕膜表面沉積和膜污染。當(dāng)然，回流需要相對(duì)較大的回流泵和管道。

超濾法通常要求預(yù)過濾來去除大的乳化顆粒。預(yù)過濾工藝采用的濾網(wǎng)一般小于100μm。預(yù)過濾增加了超濾系統(tǒng)的運(yùn)行成本，因?yàn)闉V網(wǎng)會(huì)很快被乳化物堵塞，而且濾網(wǎng)的更換和處置成本都必須考慮到整個(gè)運(yùn)行成本中。超濾后還要增加必要的后續(xù)處理，因?yàn)槌瑸V膜設(shè)計(jì)時(shí)不考慮截留水溶性的有機(jī)物，不然成本太高，企業(yè)將無法承受。

超濾膜的再生能力取決于膜的材料和所允許采用的再生工藝。某些聚合物膜能承受的最高溫度是60℃；某些化學(xué)物質(zhì)，比如乙二醇或者硅樹脂，會(huì)對(duì)聚合物膜產(chǎn)生不可逆的污染；陶瓷膜和金屬膜對(duì)溫度、化學(xué)溶劑的耐受性會(huì)比較強(qiáng)，再生能力相對(duì)較高。

2.3 汽化技術(shù)

鞏清葉還提到了汽化技術(shù)，認(rèn)為采用汽化技術(shù)濃縮乳化液已經(jīng)取得成功，并使廢水的水分減少了90%[2]。和蒸汽汽化相比，MVR（Mechanical Vapour Recompression）蒸發(fā)器具有更高的能效比。MVR蒸發(fā)器是重新利用自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而減少對(duì)外界能源的需求的一項(xiàng)技術(shù)。早在上世紀(jì)60年代，德國(guó)和法國(guó)已經(jīng)成功地將該技術(shù)應(yīng)用于化工、制藥、造紙、污水處理、海水淡化等行業(yè)。其工作過程是低溫位的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，溫度、壓力提高，熱焓增加，然后進(jìn)入換熱器冷凝，以充分利用蒸汽的潛熱。除開車啟動(dòng)外，整個(gè)蒸發(fā)過程中無需生蒸汽。

潤(rùn)滑劑中含有許多低沸點(diǎn)的有機(jī)物，經(jīng)過汽化會(huì)出現(xiàn)在蒸餾物中，因此汽化乳化液后的餾出物必須進(jìn)行二次處理，以去除低分子的有機(jī)物。這部分必須考慮在運(yùn)行成本中，如果汽化工藝可以利用整個(gè)污水處理工藝產(chǎn)生的余熱，例如熱交換過程的余熱，也許一定程度上可以減輕運(yùn)行成本。

MVR蒸發(fā)器必須定期清洗，因?yàn)閺U水中的有機(jī)物會(huì)污染熱交換器的接觸面。蒸汽再壓縮機(jī)也需要按規(guī)定維護(hù)保養(yǎng)。在設(shè)計(jì)整套汽化系統(tǒng)時(shí)，采用的管道部件材料必須考慮到廢水中的化學(xué)腐蝕，汽化后殘留物的脫水和處置也是成本的一部分。

3 結(jié)語

乳化液的處理必須考慮很多因素，包括工藝占地面積、資金投入、操作要求、預(yù)處理和后處理工藝配套、運(yùn)行成本等。每個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)之前必須進(jìn)行詳細(xì)的成本分析和前后處理工藝分析，才能確保采用的工藝完全符合具體處理對(duì)象的具體要求。

[1] 曲永杰, 張秋玲. 乳化液含油廢水處理技術(shù)[J]. 環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2008(3):36-38.

[2] 鞏清葉. 廢切削液的處理與排放[J]. 石油商技，2006(6):28-30.

[3] 程雪莉,裴喜永,李巖. 建材機(jī)械加工過程中切削乳化廢水處理[J]. 磚瓦，2008(5):43-45.