冷軋廢乳化液混凝破乳試驗(yàn)研究

鄭艷芬，王仲旭，黃樹(shù)杰，趙 芳

（1.河北環(huán)境工程學(xué)院，河北 秦皇島 066102；2.廣東省環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州510000；3.秦皇島市環(huán)境保護(hù)局，河北 秦皇島 066001）

冷軋廢乳化液混凝破乳試驗(yàn)研究

鄭艷芬1，王仲旭1，黃樹(shù)杰2，趙 芳3

（1.河北環(huán)境工程學(xué)院，河北 秦皇島 066102；2.廣東省環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州510000；3.秦皇島市環(huán)境保護(hù)局，河北 秦皇島 066001）

試驗(yàn)針對(duì)某冷軋帶鋼公司的廢乳化液，研究了聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）、硫酸鐵 ［Fe2（SO4）3·7H2O］、硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）對(duì)廢乳化液的混凝-上浮影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，4種混凝劑對(duì)破乳效果均較好，綜合考慮絮體狀態(tài)、處理效果及成本，確定硫酸亞鐵為本試驗(yàn)的最佳藥劑。試驗(yàn)溫度為實(shí)驗(yàn)季節(jié)水溫，溫度為20℃左右。最佳試驗(yàn)條件為：硫酸亞鐵投加量為4 g/L，PAM投加量為0.04 g/L，pH=8，此時(shí)COD去除率為95.2%，油去除率為96.7%。

廢乳化液；聚合硫酸鐵；聚合氯化鋁；硫酸鐵；硫酸亞鐵

本試驗(yàn)是針對(duì)河北某冷軋廠排出的乳化液廢水治理項(xiàng)目的小試試驗(yàn)。本試驗(yàn)采用化學(xué)工藝進(jìn)行破乳，重點(diǎn)研究化學(xué)藥劑對(duì)乳化液的破乳效果，主要包括混凝藥劑、絮凝藥劑、酸堿藥劑等，小試試驗(yàn)對(duì)多種破乳藥劑進(jìn)行了篩選，確定硫酸亞鐵為本試驗(yàn)的最佳藥劑。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)用水的來(lái)源與水質(zhì)情況

試驗(yàn)廢水取自河北某冷軋廠排出的乳化液廢水。廢乳化液呈混濁的乳白色并含有黑色油塊，有惡臭味，COD平均值為53 350 mg/L，油平均濃度為27 986.7 mg/L，pH值5～6［6-8］。

1.2 分析儀器

主要儀器：OIL460型紅外分光測(cè)油儀、AE01型自動(dòng)萃取器；哈希DRB200數(shù)字式消解器、哈希DR2800便攜式分光光度計(jì)；上海雷磁PHS-4C型PH計(jì)；梅特勒AL204電子天平；哈希DR2800便攜式分光光度計(jì)；A1830184型電動(dòng)攪拌器［9］。

1.3 試驗(yàn)方法

混凝劑采用聚合硫酸鐵 （PFS）、聚合氯化鋁（PAC）、硫酸鐵 ［Fe3（SO4）2·7H2O）］、硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O），絮凝劑采用聚丙烯酰胺（PAM），研究其對(duì)廢乳化液破乳的效果，并測(cè)定混凝后溶液COD和油的含量。因?yàn)楣こ毯罄m(xù)采用氣浮工藝，所以最終篩選出混凝－上浮效果最佳的混凝劑。主要考慮不同絮凝劑對(duì)乳化液去除效果的影響，水溫不作調(diào)節(jié)，試驗(yàn)溫度為實(shí)驗(yàn)季節(jié)水溫，溫度為20℃左右。試驗(yàn)中所用到混凝劑的濃度均為10%（質(zhì)量濃度），PAM的濃度為0.1%（質(zhì)量濃度）。由于每種混凝劑所適宜pH條件不同，各種混凝劑對(duì)pH要求不同，試驗(yàn)中用NaOH或H2SO4調(diào)節(jié)溶液的酸堿性。實(shí)驗(yàn)的操作順序?yàn)椋合燃尤牖炷齽?，再調(diào)節(jié)pH值，然后按順序快速攪拌，中速攪拌，加入PAM，慢速攪拌，最后將溶液倒入100 ml的量筒中，靜置30 min。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

試驗(yàn)中統(tǒng)一加入質(zhì)量濃度0.1%的PAM溶液0.4 ml，pH控制在每種混凝劑最適宜范圍內(nèi)。本試驗(yàn)僅根據(jù)混凝－上浮的效果確定混凝劑的加入量。

2.1 聚合硫酸鐵 （PFS）的加入量對(duì)破乳效果的影響

用移液管定量移取乳化液廢水100 ml分別置于4個(gè)250 ml的錐形瓶中，分別加入10%的聚合硫酸鐵（PFS）溶液1.5 ml、2.5 ml、3.5 ml、4.5 ml。然后調(diào)整溶液的pH值為8。先攪拌1 min，攪拌速度300 r/min，再攪拌2 min，攪拌速度為100 r/min。然后加入PAM 0.4 ml，攪拌5 min，攪拌速度為50 r/min，然后將溶液倒入100 ml量筒中靜置30 min，觀察混凝效果，并移取透明清液10 ml，稀釋10倍測(cè)定COD和油的濃度，結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 聚合硫酸鐵加入量對(duì)破乳效果的影響

圖2 聚合硫酸鐵對(duì)COD和油去除效果的影響

圖1依次為加入聚合硫酸鐵溶液1.5 ml、2.5 ml、3.5 ml、4.5 ml后的混凝效果（按從左到右順序），當(dāng)加入聚合硫酸鐵的量小于1.5 ml時(shí)，溶液渾濁、絮體非常松散，大于等于4.5 ml時(shí)液體顏色開(kāi)始發(fā)黃，表明絮凝劑加入過(guò)量。從圖1可以看出，加入1.5 ml、2.5 ml、3.5 ml時(shí)效果均較好，而且隨著加藥量的增加，絮體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。從圖2的COD和油的去除效果可以看出，COD和油的出水濃度隨著加藥量的增加而逐步降低，COD去除率大于90%，最高達(dá)96.2%。油的去除率大于95%，最高達(dá)97.2%。分析可得：聚合硫酸鐵對(duì)乳化液破乳效果較好，試驗(yàn)確定保證出水效果好，而且不增加色度的聚合硫酸鐵投藥量為3.5 ml，質(zhì)量濃度為3.5 g/L。

2.2 聚合氯化鋁的加入量對(duì)破乳效果的影響

同上方法平行移取廢乳化液100 ml置于4個(gè)250 ml錐形瓶中，分別加入濃度為10%聚合氯化鋁（PAC）溶液2 ml、3 ml、4 ml、5 ml。不需調(diào)節(jié)pH，其他方法同上面實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖3、圖4所示。藥量為3 ml，質(zhì)量濃度為3 g/L。

圖3 聚合氯化鋁加入量對(duì)破乳效果的影響

圖4 聚合氯化鋁加入量對(duì)COD和油去除效果影響

圖5 硫酸鐵對(duì)混凝效果的影響

圖6 硫酸鐵對(duì)COD和油去除效果影響

2.3 硫酸鐵的加入量對(duì)破乳效果的影響

平行移取廢乳化液100 ml置于4個(gè)250 ml錐形瓶中，分別加入10%濃度的硫酸鐵溶液4 ml、5 ml、6 ml、7 ml。加入NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH值為8，具體試驗(yàn)方法參照試驗(yàn)方法1.3部分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖3所示從左到右依次為加入聚合氯化鋁溶液2 ml、3 ml、4 ml、5 ml后混凝效果圖，試驗(yàn)中聚合氯化鋁加入量小于2 ml時(shí)，絮體產(chǎn)生量非常小，大于5 ml時(shí)懸浮狀絮體增多，但是COD和油的去除效果并沒(méi)有明顯提高。從圖3可以看出，隨著加藥量的增加，絮體產(chǎn)生量沒(méi)有明顯增加，而且沒(méi)有聚合硫酸鐵絮體多。從圖4中COD和油的去除效果可以看出，COD和油的出水濃度隨著加藥量的增加而逐步降低，大于5 ml后去除效果增加不明顯，試驗(yàn)中測(cè)得COD去除率在85%以上，最高達(dá)93.4%，油的去除率在90%以上，最高達(dá)95.0%，綜合圖3和圖4的結(jié)果，說(shuō)明聚合氯化鋁對(duì)廢乳化液也具有很好破乳效果，但是要略差于聚合硫酸鐵。最終試驗(yàn)確定聚合氯化鋁的投

圖5所示從左到右依次為加入硫酸鐵溶液4 ml、5 ml、6 ml、7 ml后混凝效果圖，小于4 ml時(shí)，絮體產(chǎn)生量過(guò)少，大于7 ml時(shí)絮體增量不多。從圖5可以看出5 ml時(shí)效果最好，溶液清澈，絮體緊密。從圖6中COD和油的去除效果曲線可以看出，隨著硫酸鐵加入量的增加去除率也增加，硫酸鐵加入量大于6 ml時(shí)，去除效果增大不明顯。試驗(yàn)中測(cè)得COD去除率在90%以上，最高達(dá)95.7%，油的去除率在90%以上，最高達(dá)95.6%，綜合圖5和圖6的結(jié)果，最終試驗(yàn)確定硫酸鐵的投藥量為5 ml，質(zhì)量濃度為5 g/L。

2.4 硫酸亞鐵的加入量對(duì)破乳效果的影響

平行移取廢乳化液100 ml置于4個(gè)250 ml錐形瓶中，分別加入濃度為10%硫酸亞鐵溶液3 ml、4 ml、5 ml、6 ml。不需調(diào)節(jié)pH，具體試驗(yàn)方法參照試驗(yàn)方法1.3部分。結(jié)果如圖7、圖8所示。

依次加入硫酸亞鐵溶液3 ml、4 ml、5 ml、6ml后，混凝效果如圖7所示（按從左到右順序），硫酸亞鐵加入量小于3 ml時(shí)，溶液渾濁，硫酸亞鐵加入量大于6 ml的情況下，絮體沉淀。從圖7可以看出：硫酸亞鐵加入量為3 ml時(shí)，絮體上浮效果好，但是下部溶液略偏黃，而加入4 ml時(shí)絮體上浮效果好，而且下部溶液較清澈，加入量大于4 ml時(shí)絮體開(kāi)始下沉［3］。所以從圖7可以看出混凝－上浮最佳投藥量為3 ml、4 ml。從圖8中COD和油的去除效率曲線可以看出：COD和油的濃度隨著混凝劑量的增加而降低。COD去除率在90%以上，最高達(dá)96.5%。油的去除率在95%以上，最高達(dá)97.6%。通過(guò)對(duì)圖7、圖8的分析可得：保證絮體上浮而且破乳效果最好的硫酸亞鐵投藥量為4 ml，質(zhì)量濃度為4 g/L。

圖7 硫酸亞鐵加入量對(duì)破乳效果的影響

圖8 硫酸亞鐵加入量對(duì)COD和油去除效果影響

3 結(jié)語(yǔ)

冷軋廠計(jì)劃采用混凝-氣浮工藝對(duì)廢乳化液進(jìn)行處理，本小試試驗(yàn)通過(guò)對(duì)混凝劑進(jìn)行篩選確定了每種藥劑的最佳加入量及破乳效果：聚合硫酸鐵投藥量為3.5 g/L，此時(shí)COD去除率為95.5%，油去除率為96.7%；聚合氯化鋁的投藥量為3 g/L，此時(shí)COD去除率為91.2%，油去除率為94.2%；硫酸鐵的投藥量為5 g/L，此時(shí)COD去除率為94.8%，油去除率為95.6%；硫酸亞鐵投藥量為4 g/L，此時(shí)COD去除率為95.2%，油去除率為96.7%。

綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，各種混凝劑均能達(dá)到較好的破乳效果，但是加入硫酸亞鐵產(chǎn)生的絮體最多，出水水質(zhì)最好。硫酸亞鐵加入后首先二價(jià)鐵離子產(chǎn)生吸附電中和作用，使微粒膠體碰撞得以凝聚，然后在pH＝8條件下二價(jià)鐵離子迅速氧化成三價(jià)鐵離子，進(jìn)行網(wǎng)捕絮凝作用形成巨大的礬花體，剩余少量的二價(jià)鐵離子形成氫氧化亞鐵對(duì)廢水中的發(fā)色基團(tuán)進(jìn)行破壞。硫酸亞鐵不但具有很強(qiáng)的混凝效果，而且還具有較強(qiáng)的還原性，沉降的速度快、污泥顆粒大且密實(shí)、脫色效果好，而且硫酸亞鐵無(wú)毒并有益于生物生長(zhǎng)，產(chǎn)生的絮體密實(shí)，固液界面清晰，下層液清澈，并且硫酸亞鐵價(jià)格較低。綜合考慮硫酸亞鐵是本試驗(yàn)最佳破乳劑，最佳試驗(yàn)條件為：pH=8，硫酸亞鐵加入量為4 g/L，PAM加入量為0.04 g/L。本試驗(yàn)對(duì)其它冷軋廢乳化液混凝破乳具有重要的參考價(jià)值。

［1］薛垂義，王雪晗，邵傳收，等.鋼鐵冷軋濃縮廢乳化液處置［J］.工業(yè)用水與廢水，2011，42（5）：50－54.

［2］馬自俊.乳狀液與含油污水處理技術(shù)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2006.

［3］杜艷華.冷軋廢乳化液破乳技術(shù)研究進(jìn)展［J］.中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，23（5）：69-71.

［4］王存英，張達(dá)志.微波破乳-雙旋流氣浮處理含油污水試驗(yàn)［J］.環(huán)境工程，2016（5）：1-5.

［5］杜國(guó)勇，李麗姣.乳化油泥破乳實(shí)驗(yàn)研究［J］.天然氣化工（C1化學(xué)與化工），2014，39（1）：22-26.

［6］河北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站.HJ/T 399-2007水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定快速消解分光光度法［S］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

［7］長(zhǎng)春市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站.HJ 637-2012水質(zhì)石油類(lèi)和動(dòng)植物油類(lèi)的測(cè)定紅外分光光度法［S］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

［8］北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.GB/T 6920-86水質(zhì)pH值的測(cè)定玻璃電極法［S］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1986.

［9］王仲旭，鄭艷芬，李國(guó)會(huì)，等.硫酸亞鐵＋PAM處理廢乳化液的試驗(yàn)研究［J］.安全與環(huán)境工程，2013，20（2）：82－85.

（編輯：程 ?。?/p>

Experimental Study on Coagulation Demulsification of Cold Rolling Waste Emulsion

Zheng Yanfen1，Wang Zhongxu1，Huang Shujie2，Zhao Fang3
（1.Hebei University of Environmental Engineering，Qinhuangdao Hebei 066102，China；2.Vocational and Technological School of Guangdong Environmental Protection，Guangzhou Guangdong 510000，China；3.Qinhuangdao Municipal Environmental Protection Bureau，Qinhuangdao Hebei 066001，China）

The experiment investigated the effect of coagulation floatation by polymeric ferric sulfate（PFS），polymerization aluminum chloride（PAC），ferric sulfate（Fe2（SO4）3·7H2O），ferrous sulfate（FeSO4·7H2O）on the demulsification of waste emulsion in a cold-rolled strip steel corporation. The experimental results showed that the effect of four kinds of coagulants on demulsification is fairly good，considering the floc state，treatment effect and cost，we determined the ferrous sulfate as the best reagent in this experiment.The test temperature is the temperature of the experiment season，the temperature is about 20℃.The best experimental conditions:ferrous sulfate dosage is 4 g/L，the dosage of PAM is 0.04 g/L，pH=8.The removal rate of COD is 95.2%，the removal rate of oil is 96.7%.

waste emulsion，PFS，PAC，ferric sulfate，ferrous sulfate

X703.1

A

1008-813X（2016）05-0059-04

2016-08-05

河北省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目《混凝-電Fenton技術(shù)治理高濃度乳化液廢水研究》（15273632）

鄭艷芬（1979-），女，河南焦作人，畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，碩士研究生，副教授，研究方向?yàn)樗廴究刂萍夹g(shù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)。

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.05.16

冷軋乳化液由基礎(chǔ)油、乳化劑、添加劑和水 組成。冷軋乳化液作用是對(duì)軋制的鋼材進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑，但是多次使用后會(huì)失效和變質(zhì)，變成廢乳化液［1］。廢乳化液主要含有礦物油、潤(rùn)滑油、脂肪酸、表面活性劑、微生物和乳化劑。廢乳化液的破乳是治理的關(guān)鍵，否則會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染［2-5］。