使用高效破乳劑改進(jìn)廢切削液處理工藝的研究

楊 欣

(江西金達(dá)萊環(huán)保股份有限公司，江西 南昌 330100)

國(guó)內(nèi)機(jī)加工行業(yè)大量使用切削冷卻潤(rùn)滑液(乳化液)，其排放量越來(lái)越大。以往國(guó)內(nèi)對(duì)廢乳化液的處理主要針對(duì)油基類切削廢液，而在金屬加工、液壓系統(tǒng)中常采用水包油型乳化液，其CODCr、濁度、油類較高，區(qū)域污染強(qiáng)度大［1－2］。切削廢乳化液不僅含有多種有害物，且使用過(guò)程中由于細(xì)菌作用發(fā)生腐敗，毒性和污染性大大增加，若處置不當(dāng)將嚴(yán)重污染水源。

目前主要采用重力分離法、粗?；?、膜過(guò)濾法、凝聚法、鹽析法、生化法、電解法等方法處理水基廢切削液［3］，但由于此類廢液濃度高，往往處理工藝復(fù)雜、成本高昂。

1 項(xiàng)目背景

1.1 實(shí)驗(yàn)料液

本實(shí)驗(yàn)所用的料液是在某加工企業(yè)的儲(chǔ)液池密閉放置數(shù)月的廢切削乳化液，原液CODCr35980mg/L;NH3－N約918 mg/L;pH值為6.64，呈灰黑色。屬于水基切削液。生產(chǎn)中用了性能較穩(wěn)定的幾種乳化液品牌(如武漢俄美達(dá)乳化液);還含機(jī)床使用的廢導(dǎo)軌油、潤(rùn)滑油等油品，屬于較難處理的、頗具代表性的乳化液廢水。

由于在大型加工企業(yè)廢乳化液一般都有廢液儲(chǔ)存池，該原液比新鮮廢乳化液更具代表性。

1.2 研究目標(biāo)

該加工企業(yè)現(xiàn)有處理工藝為酸化法破乳，操作步驟復(fù)雜，加藥費(fèi)用高昂。大量污水處理設(shè)備為鋼質(zhì)材料，不耐受強(qiáng)酸的腐蝕。為減少對(duì)設(shè)備的腐蝕，改善工人操作條件，希望在中性或弱酸性條件下尋找破乳藥劑，并提供破乳劑破乳的工藝參數(shù)。

筆者篩選出一種高效破乳藥劑(破乳劑N)，提供經(jīng)濟(jì)、合理、有一定代表性的水基切削廢乳化液前期處理方法，為后續(xù)處理提供條件。

2 實(shí)驗(yàn)原理及技術(shù)路線

2.1 廢乳化液性質(zhì)和成分

2.1.2 乳化液性質(zhì)

工業(yè)常使用的乳化液，一般是在油或脂類物質(zhì)中加入表面活性劑，然后加入水，在表面活性劑的作用下以極微小的顆粒分散在水中。由于其特殊的結(jié)構(gòu)和極小的分散度，在水分子熱運(yùn)動(dòng)的影響下，油滴在水中是非常穩(wěn)定的，這種乳化液通常稱為“水包油”型乳化液，其濃度一般小于10%。乳化液不能采用常規(guī)的靜置上浮的方法進(jìn)行油水分離［4］。

2.1.3 乳化液成分

乳化液可能包含的成分:基礎(chǔ)油、乳化劑、防銹劑、防霉殺菌劑、穩(wěn)定劑、助溶劑、極壓添加劑、消泡劑、軟水劑［5］?？梢?jiàn)，為保持穩(wěn)定性而添加的防霉殺菌劑等將抑制微生物活性。因此，直接進(jìn)行生化處理很困難，需要先進(jìn)行破乳處理。

2.2 常用乳化液處理工藝

目前國(guó)內(nèi)常用的乳化液處理工藝有物化+生化、物化+吸附、物化+膜過(guò)濾裝置［6］。這三種處理工藝中，都需要先使用物化方法對(duì)原液進(jìn)行破乳處理，因此本研究的目標(biāo)是選擇合適的破乳劑對(duì)乳化液進(jìn)行破乳。

2.3 物化破乳原理［5］

2.3.1 酸化破乳

使用脂肪酸鹽作乳化劑時(shí)，分散相液滴表面帶有負(fù)電荷，在這類乳狀液中加入無(wú)機(jī)酸，可使脂肪酸鹽轉(zhuǎn)化成電中性的不溶性脂肪酸使界面膜破壞而破乳。

2.3.2 加電解質(zhì)破乳

電解質(zhì)的離子在乳化液中發(fā)生強(qiáng)烈的水化作用，使乳化液中的自由水分子減少，對(duì)油珠產(chǎn)生脫水作用，從而破壞了乳化液油珠的水化層，中和了油珠的電性，破壞了它的雙電層結(jié)構(gòu)，因而油珠失去了穩(wěn)定性，產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象。

2.3.3 高分子絮凝劑

水溶性高分子絮凝劑在水中形成的凝膠對(duì)乳狀液中帶電液滴起到電性中和、凝聚作用。高分子絮凝劑不一定必須帶電荷，它們對(duì)分散相液滴有吸附架橋作用，把多個(gè)液滴聯(lián)在一起引起聚沉分離［6］。

2.4 技術(shù)路線

通過(guò)機(jī)理分析和反復(fù)試驗(yàn)，筆者篩選出破乳劑N對(duì)乳化液進(jìn)行處理，且嘗試加入高分子絮凝劑提高油水分離速度。并與現(xiàn)有酸化法進(jìn)行對(duì)比。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

3.1 酸化法實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1.1 濃硫酸加入量對(duì)處理效果的影響

在切削液原液中加入1%、2%、3%體積濃硫酸，攪拌后靜置3h，然后除去表面析出的雜油，處理后下清液水質(zhì)指標(biāo)如表3－1。

表3－1 靜置3h油水分離后處理效果

加濃硫酸后，廢液pH值降至2以下，酸性非常強(qiáng)，需要將油分離出后，水相加堿回調(diào)。

如濃硫酸的用量為0.2%、0.5%體積，則油水分離速度變慢，需要3～6日才較充分分離，且CODCr去除率明顯偏低，實(shí)用性較差。

3.1.2 破乳除油后回調(diào)的最佳pH值

在500mL原液中加入3%濃硫酸，攪拌，油水分離后除去上層雜油，將下清液pH值調(diào)節(jié)至不同值，沉降1h后測(cè)定上層液指標(biāo):

表3－2 回調(diào)至不同pH值處理效果

CODCr去除率最高的是回調(diào)pH至5，此時(shí)CODCr去除率為86.8%，隨著回調(diào)pH的增大，CODCr去除率反而降低。

3.1.3 小結(jié)

加3%濃硫酸破乳后先除去雜油，加堿調(diào)節(jié)pH值至5，處理效果較明顯。

但在工程應(yīng)用中，酸化法本身存在明顯缺點(diǎn):pH值降至了2以下，對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，操作也存在一定的危險(xiǎn)性;加堿回調(diào)pH值，步驟繁雜，加藥量龐大;析出雜油之后，加堿回調(diào)又形成較大量泥渣，體積約占40%，泥渣量過(guò)大。因此，需要研究更佳的工藝路線。

3.2 高效破乳劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.2.1 破乳劑N處理乳化液效果

通過(guò)研究，篩選出破乳劑N，絮體顆粒最大、加藥量較少。

加5%NaOH調(diào)節(jié)原液pH至8左右，分別加入3.2 g/L、3.6 g/L、4 g/L、4.4 g/L、5.2g/L 破乳劑 N，出現(xiàn)大顆粒礬花并破乳，放置3h后分層，其中上層為含油泥渣，下層為水相，測(cè)定下層水相指標(biāo)如下表。

圖3－3 破乳劑N加入量與處理效果的關(guān)系

3.6 g/L 6059 83.2% 623 32.1%4 g/L 4872 86.5% 623 32.1%4.4 g/L 4872 86.5% 613 33.2%5.2 g/L 4872 86.5% 655 28.6%

加入4 g/L破乳劑N，加入12mg/LPAM，產(chǎn)生大顆粒絮體，泥水可以在1min內(nèi)觀察到明顯分層;加入20mg/LPAM，則產(chǎn)生更大顆粒絮體，分層速度更快，在20s內(nèi)觀察到明顯分層。為了使絮體顆粒增大，提高分層速度，PAM的投加量選用20mg/L。破乳劑N與PAM復(fù)配可有效地提高泥水分離速度，增大絮體體積，縮小泥渣體積。

3.2.2 中試實(shí)驗(yàn)

從小試實(shí)驗(yàn)放大到中試，其放大效應(yīng)并不明顯，同樣有較好的處理效果:乳化液原液的體積為807L，加入4 g/L破乳劑N，20mg/L的 PAM，觀察到礬花顆粒變大，停止攪拌，等待5分鐘后，迅速觀察到分層。泥水充分分離需要3h。

泥渣體積約為135L，占乳化液原液體積的17% 。這種泥渣由大顆粒絮體堆積而成，不密實(shí)。該泥渣的粘度不大，采用先排水后排泥的方法，即可使泥水分離較充分。

破乳后下層水清液CODCr為4997mg/L，pH值為5.50，CODCr去除率86.1%，NH3－N 也由原液的 918mg/L降至620mg/L。泥水分離后將下清液加堿調(diào)節(jié)pH至8，CODCr、NH3－N進(jìn)一步下降至4747mg/L和588mg/L。

3.2.3 破乳機(jī)理及破乳劑N性能分析

破乳劑N有很強(qiáng)的破乳作用，這是因?yàn)?

(1)水包油型乳狀液的分散液滴都帶有負(fù)電荷，破乳劑N有強(qiáng)烈的電性中和作用，使帶電的液滴失去電荷，在碰撞中容易聚結(jié);

(2)破乳劑N與脂肪酸發(fā)生堿金屬鹽反應(yīng)，破壞其水溶性，從而與水分離;

(3)破乳劑N在水中發(fā)生水解形成凝膠，有很強(qiáng)的吸咐凝聚作用，分散的液滴被吸附到這些凝膠體表面，變得容易聚集，從而實(shí)現(xiàn)泥渣與水相的分離

采用普通破乳劑處理同一原液，藥劑過(guò)量時(shí)CODCr去除率會(huì)變差。而加入過(guò)量破乳劑N，并不會(huì)使水質(zhì)指標(biāo)惡化。但加入量增大，污泥分離速度慢，污泥量增大;且破乳劑N呈酸性，加入量過(guò)大導(dǎo)致pH值過(guò)低。因此破乳劑N加入量仍不宜過(guò)大。

破乳劑N的處理效果比普通混凝劑好，但其溶液不能長(zhǎng)久放置，最好現(xiàn)用現(xiàn)配。

4 結(jié)論

加入2%體積的濃硫酸，靜置3h、除油、調(diào)節(jié)pH至5 后，CODCr、NH3－ N 去除率為 86.3%、25.8%，pH 值下降至2以下。酸化法存在酸堿加藥量過(guò)大、污泥量過(guò)大(回調(diào)pH值后污泥量接近40%)、難以處置、對(duì)設(shè)備存在一定腐蝕性等缺點(diǎn)。

破乳劑N作為破乳劑的較佳加藥量為4 g/L，處理后pH值為5～6，比起酸化法對(duì)設(shè)備、人員腐蝕性、危險(xiǎn)性顯著降低。

廢乳化液中投加4g/L破乳劑N后加入20mg/LPAM，絮體顆粒很大，分離速度大大提高，破乳后靜置，3h以內(nèi)泥水分離過(guò)程基本結(jié)束。破乳后下層水溶液 CODCr為 4997mg/L，CODCr去除率 86.1%，NH3－ N去除率32.5%。下清液加堿調(diào)節(jié)pH至8，CODCr、NH3－N總?cè)コ士蛇_(dá)到86.8%、35.9%。

5 藥劑費(fèi)用及與現(xiàn)有處理工藝對(duì)比

使用破乳劑N處理每噸廢液所需藥劑費(fèi)用:

(1)原液調(diào)節(jié)pH值:NaOH加藥量約0.43～0.5Kg/噸水，即 1.3～1.5元/噸水;

(2)破乳劑N:4Kg/噸水，12元/噸水;

(3)PAM:20g/噸水，0.3 元/噸水;

總藥劑費(fèi)用:約13.6～13.8元/噸原液。

現(xiàn)有酸化法加酸難于控制，刮渣機(jī)經(jīng)常受腐蝕，設(shè)備較易損壞。有時(shí)泥餅需用人工鏟刮，氣浮經(jīng)常帶渣出水，出水水質(zhì)不穩(wěn)定。

本工藝優(yōu)點(diǎn)在于:1、加工企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備加藥費(fèi)用43.5元/噸，本工藝加藥量小，藥劑費(fèi)用大幅低于現(xiàn)有設(shè)備加藥費(fèi)用;2、本工藝中原液在弱酸性條件破乳，對(duì)設(shè)備腐蝕性較弱，操作條件改善;3、酸化法中下層水溶液并不清澈，雜油黏度大難分離;除油后加堿調(diào)節(jié)pH值，又產(chǎn)生大量殘?jiān)?約40%)。而本工藝中泥渣體積占17%左右，固液易于重力分離，泥渣還可用壓濾機(jī)進(jìn)一步濃縮。

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