負(fù)壓抽提法處理含油廢水的研究

吳倩，關(guān)曉彤，楊春艷，殷鵬，吳凡，范付豪，王靜雯

（1.沈陽工業(yè)大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧 遼陽 111003；2.沈陽工業(yè)大學(xué)圖書館，遼寧 遼陽 111003；3.遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司計(jì)量理化中心，遼寧 沈陽 110041；4.遼寧慶陽特種化工有限公司，遼寧 遼陽 111002）

自然界中含硫廢水有兩個(gè)重要來源：一個(gè)是含硫化物的廢水，如石油的開采和煉制工業(yè)產(chǎn)生的廢水；另一個(gè)是含硫酸鹽的廢水，如酸性的礦山廢水、食品工業(yè)廢水、化學(xué)工業(yè)廢水、醫(yī)藥工業(yè)廢水等。水體含有硫化物會(huì)對(duì)人體的健康造成影響，并且它還會(huì)與水體或空氣中的某些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成含有H2S 和SO2等物質(zhì)的二次污染物，這些污染物質(zhì)不但會(huì)污染大氣，還會(huì)造成酸雨等一系列環(huán)境污染問題。針對(duì)含硫廢水的種類、含量和來水規(guī)模，國內(nèi)外主要采用加氫法[1-4]、非加氫法[5-13]等方法將廢水中的硫化物脫除到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。本研究以負(fù)壓抽提法處理含油廢水脫硫，進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果討論，結(jié)果表明負(fù)壓抽提法可以用于含油廢水的治理，為該工藝技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了理論和數(shù)據(jù)參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及藥品

儀器：pHS-25 型pH 計(jì)、磁力攪拌器78-1、微型單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)。

藥品：Zn(Ac)2、KI、Na2S2SO3·5H2O、I2、可溶性淀粉、硫酸，上述藥品均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取一定量的含油廢水于大燒杯中，用配制好的硫酸在酸式指示計(jì)指示下調(diào)節(jié)廢水的pH。反應(yīng)裝置置于通風(fēng)櫥內(nèi)，加入調(diào)好pH 的廢水。此操作需要佩帶防毒面具，因?yàn)榱蚧瘹錃怏w對(duì)人體有害。接通電源，調(diào)節(jié)空氣流量，以一定負(fù)壓、攪拌強(qiáng)度、pH和抽提時(shí)間處理含油廢水。反應(yīng)結(jié)束后停止通氣，用氫氧化鈉溶液吸收釋放出的硫化氫，取出處理液進(jìn)行廢水中硫化物的測定，用碘量法測定硫化物含量。按下式計(jì)算硫化物的去除率：

式中：C0—處理前硫化物的濃度，mg/L；

C—處理后硫化物的濃度，mg/L。

1.3 工藝流程

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了負(fù)壓抽提法除硫的工藝流程，如圖1所示。

圖1 負(fù)壓抽提法除硫工藝流程

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了L9（34） 4 因素3 水平正交實(shí)驗(yàn)，取一定硫含量的含油廢水，考察了負(fù)壓值、負(fù)壓時(shí)間、攪拌速度和pH 等因素對(duì)硫化物去除率的影響。正交實(shí)驗(yàn)因素與水平見表1，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，各因素對(duì)硫化物去除率的影響程度為：pH ＞負(fù)壓值＞攪拌速度＞負(fù)壓時(shí)間，其中pH是主要因素，要想提高硫化物的去除率，應(yīng)該先考慮對(duì)pH 的調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)最佳水平為A2B1C2D3，即負(fù)壓值260 mmHg、負(fù)壓時(shí)間1 h、中速攪拌和pH=5，在該最優(yōu)條件下硫化物去除率為100%。

表1 實(shí)驗(yàn)因素與水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

取不同硫含量的含油廢水500 mL，在pH=5、中速攪拌、負(fù)壓值260 mmHg 下負(fù)壓1 h。測定處理后廢水中硫化物含量，計(jì)算硫化物的去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 負(fù)壓抽提驗(yàn)證性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表3可知，在最佳條件下處理不同硫含量的含油廢水，硫化物的去除率均可達(dá)到100%。

2.3 負(fù)壓抽提除硫?qū)臀鬯畃H 值的影響

取一定硫含量的含油廢水500 mL，在中強(qiáng)攪拌、負(fù)壓值260 mm 汞柱下反應(yīng)1 h。測定處理后廢水中硫化物殘留，計(jì)算硫化物的去除率，并測定處理前后廢水的pH，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可知，負(fù)壓抽提除硫?qū)蛷U水的pH是有影響的，都會(huì)使處理后的含油廢水pH 增大。

表4 負(fù)壓抽提除硫?qū)臀鬯畃H 的影響

3 負(fù)壓抽提法運(yùn)行成本分析

3.1 負(fù)壓抽提調(diào)pH 成本概算

用10%硫酸將pH 為7 的溶液調(diào)到pH 為5，每噸水消耗98%濃硫酸0.5 kg，按每噸98%濃硫酸300元計(jì)算，調(diào)酸成本折合0.15 元；負(fù)壓抽提后溶液pH大約為5.2，為了滿足后續(xù)氣浮除油工藝對(duì)水pH 的要求，要用40%的氫氧化鈉溶液將溶液pH 調(diào)到6.5。每噸水消耗固體氫氧化鈉0.25 kg，按每噸固體氫氧化鈉2 600 元計(jì)算，pH 回調(diào)成本折合0.65 元。因此，處理每噸水需要的酸堿費(fèi)用約為0.8 元。

3.2 負(fù)壓抽提動(dòng)力消耗概算

根據(jù)現(xiàn)有資料，真空脫氣加機(jī)械攪拌的技術(shù)參數(shù)如下：水力停留時(shí)間 1 h，反應(yīng)器內(nèi)水存量 150 m3，反應(yīng)器內(nèi)負(fù)壓值應(yīng)大于260 mmHg，反應(yīng)器內(nèi)氣區(qū)高度應(yīng)大于2 m，選用15 kW 水環(huán)式真空泵。

機(jī)械攪拌機(jī)采用6 個(gè)7.5 kW“飛力”攪拌機(jī)組，處理150 m3污水需要耗電最多為60 kWh，噸水動(dòng)力消耗小于1.0 kWh，經(jīng)濟(jì)上可行。

4 結(jié) 論

（1）負(fù)壓抽提法處理含油廢水各因素對(duì)硫化物去除率的影響大小順序?yàn)椋簆H ＞負(fù)壓值＞攪拌速度＞負(fù)壓時(shí)間，其中pH 是主要因素，要想提高硫化物的去除率，應(yīng)該先考慮對(duì)pH 的調(diào)節(jié)。

（2）實(shí)驗(yàn)最佳條件為：負(fù)壓值260 mmHg，負(fù)壓時(shí)間1 h，中速攪拌和pH=5；在該最優(yōu)條件下硫化物去除率為100%。

（3）負(fù)壓抽提法處理含油廢水，動(dòng)力消耗小，成本低，該法在工業(yè)上具有較好的應(yīng)用前景。