機(jī)械加工行業(yè)廢乳化液處理技術(shù)與工藝解析

摘 要：介紹了機(jī)械加工行業(yè)廢乳化液處理的常用技術(shù)和典型工藝，在闡述污染物去除原理的基礎(chǔ)上，分析了各技術(shù)和工藝的污染物去除效果、優(yōu)缺點(diǎn)，探討了廢乳化液處理技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān) 鍵 詞：廢乳化液；處理技術(shù)；典型處理工藝

中圖分類號：TQ085文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1004-0935（2024）08-1303-03

1 廢乳化液來源與污染特征

嚴(yán)重的環(huán)境污染正在破壞的生態(tài)系統(tǒng)，因此環(huán)境污染的治理已經(jīng)成為全人類迫在眉睫的重要任務(wù)。污水污染物可以通過洗漱、飲食等方式進(jìn)入人類體內(nèi)，這將對人類健康造成威脅，其中廢乳化液在各行業(yè)較為常見且難處理，引起了人們廣泛關(guān)注。機(jī)械加工、冶金、鍛造等行業(yè)使用的乳化液主要起到冷卻、潤滑和防腐等作用，在經(jīng)過多次循環(huán)使用后則成為廢乳化液[1]。該廢液含有大量的礦物油和表面活性劑以及防銹劑、防腐劑等，如果長期接觸這些廢液會導(dǎo)致皮膚病或者其他職業(yè)病。由于廢乳化液中的有機(jī)物、油類、表面活性劑、防腐添加劑、潤滑劑、抗氧化劑等含量很高，使得廢乳化液的COD和TOC很高。如果直接排放到水體環(huán)境中，會危害水生生物的生存，容易導(dǎo)致水傳播疾病、地表水和地下水的污染以及水生生態(tài)環(huán)境的破壞。由于其有機(jī)污染物含量高，且乳化液中含有烴類等油狀物質(zhì)有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，并具有較大的毒性，因此難以直接生物降解[1-2]。所以在使用生物方法處理乳化液之前要進(jìn)行物理或化學(xué)方法預(yù)處理，這樣可使乳化液降解較為徹底，達(dá)到減少污染的目的。

目前廢乳化液被納入中國危險(xiǎn)廢物管理的范疇，大部分企業(yè)的做法是將產(chǎn)生的廢乳化液委托給具有危險(xiǎn)廢物集中處理資質(zhì)的單位進(jìn)行處理，亦有部分企業(yè)自行處理其產(chǎn)生的廢乳化液。

2 廢乳化液處理技術(shù)

2.1 油水分離技術(shù)

通常乳化液可分為兩大類：油基乳化液和水基乳化液。但大部分企業(yè)兩類乳化液都要使用，因此被混合排出的廢乳化液一般都含有大量的礦物油成分[3]。廢乳化液中油存在的狀態(tài)可分為可浮油、乳化油和溶解油，其中以前兩者為主。對于可浮油，利用隔油池或離心設(shè)備即可取得良好的去除效果；對于乳化油則首先需要進(jìn)行破乳化處理，然后再利用隔油池、離心設(shè)備或氣浮設(shè)備等進(jìn)行油水分離[4]。僅就油水分離而言，當(dāng)乳化液處理規(guī)模小時可優(yōu)先采用離心除油設(shè)備，其具有效率高、占地小的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 破乳技術(shù)

廢乳化液是具有強(qiáng)穩(wěn)定性的均相分散體系，破乳化后再進(jìn)行固液分離是非常有效的污染物去除方式，經(jīng)此處理大量的乳化油和其他有機(jī)污染物可以被去除。投加破乳劑是廢乳化液破乳的主要方式，目前常用的廢乳化液破乳劑可分為兩類：酸類（硫酸、硝酸等）和無機(jī)鹽類（鐵系、鋁系無機(jī)鹽）。乳化液一般為水包油型，油滴表面往往覆蓋一層帶有負(fù)電荷的雙電層，將廢水用酸調(diào)至酸性（pH=3～4），產(chǎn)生的質(zhì)子會中和雙電層，通過減少油滴表面電荷而促進(jìn)油滴凝聚。同時可使存在于油-水界面上的高碳脂肪酸或高碳脂肪酶等表面活性物質(zhì)游離出來，使油滴失去穩(wěn)定性，達(dá)到破乳目的[5]。加入無機(jī)鹽破乳劑不但可以減少油滴或膠體顆粒的表面電荷，還可以破壞油滴或膠體顆粒表面的水化膜以促進(jìn)顆粒凝聚。加酸破乳的后續(xù)處理中需要加堿進(jìn)行水質(zhì)中和，因此處理后廢水鹽度會增加；使用鐵系、鋁系無機(jī)鹽破乳劑破乳后會形成大量絮凝體，在絮凝體的形成和分離過程中可通過吸附架橋、網(wǎng)捕作用強(qiáng)化污染物去除效果，該法的主要缺點(diǎn)是會產(chǎn)生大量的污泥。廢乳化液破乳后可通過氣浮、離心和沉淀進(jìn)行固液分離或油水分離，該過程可以去除大量污染物質(zhì)，如COD的去除率通常為60%～80%，甚至可達(dá)到90%以上[2，5]。

2.3 膜分離技術(shù)

近年來，超濾和反滲透技術(shù)在廢乳化液處理中得到了應(yīng)用。超濾（如圖1所示）可以去除廢乳化液70%左右的COD，因此超濾處理后仍需要進(jìn)一步處理[6]；反滲透（如圖2所示）處理后的出水水質(zhì)好，但處理成本高，對于2種膜分離技術(shù)而言，處理過程中產(chǎn)生的濃水處理是一個難題，而膜的清洗、更換也給運(yùn)行管理帶來諸多不便[7]。

2.4 芬頓氧化技術(shù)

傳統(tǒng)芬頓氧化工藝（方程式1、2、3所示）由于高效的有機(jī)物降解和簡單的操作而被廣泛用于生物難降解有機(jī)廢水的處理。然而，這種方法會產(chǎn)生大量的鐵污泥、大量的化學(xué)物質(zhì)以及與H2O2運(yùn)輸和儲存相關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)。芬頓氧化是在酸性條件下（pH約為3）利用過氧化氫和亞鐵離子（芬頓試劑）的反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的自由基降解水中有機(jī)物質(zhì)[5]。廢乳化液在經(jīng)過隔油、破乳等預(yù)備處理后可以利用芬頓氧化進(jìn)一步去除有機(jī)污染物。芬頓氧化對于廢乳化液有機(jī)物的去除有良好的效果，因此得到了廣泛應(yīng)用，其COD去除率主要取決于芬頓試劑的用量[8]。盡管芬頓氧化對有機(jī)物去除效果顯著，但其化學(xué)藥劑用量大，且后續(xù)處理產(chǎn)生大量的含鐵污泥[9]。由于芬頓氧化在酸性條件下進(jìn)行，實(shí)際工程中常采用酸化破乳處理后進(jìn)行芬頓氧化處理[2]。

H2O2+ Fe2++ H+→?OH + Fe3++ H2O （1）

O2+ 2H++ 2e–→ H2O2（2）

Fe3++ e–→ Fe2+（3）

2.5 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)包括厭氧生物處理技術(shù)和好氧生物處理技術(shù)，主要利用微生物的代謝作用將有機(jī)物降解，在有機(jī)廢水處理中有著廣泛的應(yīng)用，其突出的優(yōu)點(diǎn)就是處理成本低。由于廢乳化液可生物降解性差，因此不能直接利用生物處理技術(shù)[9]。通常在預(yù)處理和化學(xué)氧化處理廢乳化液后大量的污染物被去除，剩余的有機(jī)污染物毒性降低，可生化性增加，因此在預(yù)處理和化學(xué)氧化處理基礎(chǔ)上可利用生物處理技術(shù)[10]。

2.6蒸發(fā)濃縮技術(shù)

近年來，蒸發(fā)濃縮技術(shù)在廢乳化液處理中的應(yīng)用也越來越多，目前采用的蒸發(fā)技術(shù)主要分為多效蒸發(fā)、MVR蒸發(fā)和低溫蒸發(fā)[3，6，11]。多效蒸發(fā)為傳統(tǒng)的蒸發(fā)方式，基本原理是二次蒸汽進(jìn)入下一效蒸發(fā)器加熱，實(shí)現(xiàn)蒸汽的重復(fù)利用。MVR蒸發(fā)的特點(diǎn)是利用蒸汽壓縮機(jī)將蒸發(fā)出來的二次蒸汽再壓縮使其溫度升高，再送入蒸發(fā)加熱器重復(fù)使用。通常與傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)相比，MVR蒸發(fā)所消耗的生蒸汽大幅度減少，能耗更低。低溫蒸發(fā)是在低溫（約30～35 ℃）真空狀態(tài)下進(jìn)行蒸發(fā)操作，其特點(diǎn)是能耗較低而蒸發(fā)溜出水的水質(zhì)更好，COD質(zhì)量濃度可降低至200～1000 mg·L-1。目前處理廢乳化液主要采用MVR蒸發(fā)和低溫蒸發(fā)技術(shù)，近年來市場上已經(jīng)有較多成熟的廢乳化液蒸發(fā)設(shè)備產(chǎn)品，這些蒸發(fā)設(shè)備對廢乳化液的蒸發(fā)濃縮倍數(shù)約為6～10倍，蒸發(fā)1t廢乳化液能耗約150～250kW·h[3，6，12]。

3 廢乳化液典型處理工藝

鑒于廢乳化液成分復(fù)雜、污染物濃度高，單獨(dú)利用上述任何一種技術(shù)都無法徹底解決廢乳化液的處理問題，因此聯(lián)合各種技術(shù)設(shè)計(jì)出合理的工藝對于廢乳化液處理十分關(guān)鍵[13]。目前典型的處理工藝設(shè)計(jì)思路可概括為2種[14]。在第一種設(shè)計(jì)思路中，將污染物的分離與降解并重，其中污染物的分離主要表現(xiàn)為用隔油池或離心設(shè)備除油、破乳后進(jìn)行固液分離；而污染物的降解主要通過頓氧化和生物處理相結(jié)合[15]。利用該思路設(shè)計(jì)出的典型處理工藝：隔油→破乳→固液分離→芬頓氧化→生物處理。該工藝具有較好的污染物去除效果，主要缺點(diǎn)是藥劑用量多和污泥產(chǎn)生量大。在第二種設(shè)計(jì)思路中，突出廢乳化液污染物的分離，主要表現(xiàn)為用離心設(shè)備除油、膜法（超濾/反滲透）分離的應(yīng)用和蒸發(fā)濃縮技術(shù)的應(yīng)用[16]。根據(jù)該設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)出具體工藝：高速離心除油→超濾→反滲透或高速離心除油→低溫蒸發(fā)[17-18]。采用膜法或蒸發(fā)濃縮為主要處理技術(shù)的工藝可以使廢乳化液處理后的出水含有較低濃度的污染物，甚至可直接排放，并且工藝需要的化學(xué)藥劑少[19-20]。然而除了膜污染的困擾或能耗較高外，超濾/反滲透濃縮液和蒸發(fā)濃縮液的處理非常困難，目前多數(shù)企業(yè)將其委托給危險(xiǎn)廢物處置單位進(jìn)行焚燒處理[21-23]。

4 結(jié)束語

盡管廢乳化液的處理技術(shù)較多，但都有其明顯的缺點(diǎn)，因此針對含有高污染物濃度的廢乳化液，研究開發(fā)更高效且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)和工藝仍然有著迫切的需要。根據(jù)目前廢乳化液處理的研究進(jìn)展和工程實(shí)踐，建議著重在以下5個方面開展研發(fā)活動：探索新型破乳方法以減少化學(xué)藥劑用量；研究適合廢乳化液分離的膜材料，減少使用過程中膜清洗和更換的頻次；研發(fā)高性能的蒸發(fā)設(shè)備，提高蒸發(fā)濃縮倍數(shù)的同時進(jìn)一步降低能耗；提高廢乳化液破乳后的化學(xué)氧化和生物降解效率；組合不同處理技術(shù)，優(yōu)化廢乳化液的處理工藝。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李新冬，黃萬撫. 廢乳化液處理技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 中國資源綜合利用，2009，27（12）：38-40.

[2] 孫三軍，郭海峰. 高COD廢乳化液處置工藝的研究[J]. 山西化工，2020，40（3）：25-28.

[3] 崔慧貞，盧敏源，洪科. 隔油-破乳-混凝氣浮-MVR蒸發(fā)工藝處理廢乳化液[J]. 節(jié)能，2020，39（9）：125-126.

[4] 楊武，郭琳，陳明.高濃度乳化液廢水破乳的試驗(yàn)研究[J]. 工業(yè)用水與廢水，2018，49（3）：27-30.

[5] 徐明，甘勝，賀峰，等. 機(jī)械加工廢乳化液處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 安徽化工，2010，36（5）：62-65.

[6] 馮楠，趙發(fā)敏，宋士麗，等. 超濾+真空閃蒸法資源化回收廢乳化液工藝研究[J]. 有色冶金節(jié)能，2021，37（4）：45-48.

[7] 馮凡讓，鄭帥飛，胡元娟，等. 振動膜和碟管膜聯(lián)合處理高濃度廢乳化液[J]. 工業(yè)水處理，2019，39（2）：70-74.

[8] 高勇，雷亮，李東，等. 響應(yīng)面法優(yōu)化Fenton氧化處理高濃度廢乳化液[J]. 工業(yè)水處理，2017，37（5）：34-37.

[9] 費(fèi)慶志，姜慧，陳仕崎. 基于響應(yīng)面分析法優(yōu)化芬頓處理廢乳化液[J]. 大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，44（1）：112-119.

[10] 吳寶強(qiáng)，黃翔峰，熊永嬌，等. 江蘇某地區(qū)機(jī)械電子加工廢乳化液污染特征分析[J]. 工業(yè)水處理，2021，41（3）：57-62.

[11] 唐國平，陳德超，黃振旭，等. 廢礦物油、廢乳化液廢水處理工程實(shí)例[J]. 水處理技術(shù)，2017，43（4）：128-130.

[12] 胡娜，佘玲玲，姚明輝，等. 真空低溫蒸餾在廢乳化液處置中的應(yīng)用研究[J]. 廣東化工，2019，46（1）：34-35.

[13] 馬換梅，康建邨，葛銅崗，等. 廢乳化液物化處理工藝系統(tǒng)優(yōu)化研究[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2023，49（2）：87-90.

[14] 李蘭蘭，武昕，上官揚(yáng)揚(yáng). 酸化破乳-絮凝沉淀處理廢乳化液的研究[J]. 河南化工，2022，39（10）：31-33.

[15] 劉氏燚. 銅精密加工廢乳化液處理技術(shù)工程應(yīng)用[J]. 金屬制品，2022，48（4）：17-18.

[16] 顧飛，張毅，董正平. 一種廢乳化液的處置工藝設(shè)計(jì)[J]. 中國資源綜合利用，2021，39（2）：20-22.

[17] 王鏡惠，劉娟，曹宇，等. 煤化工廢水用改性分子篩催化劑的研制與表征[J]. 當(dāng)代化工，2023，52（3）：601-608.

[18] 關(guān)浩. 石化企業(yè)污水處理場廢氣處理技術(shù)的應(yīng)用[J]. 當(dāng)代化工，2023，52（3）：721-725.

[19] 黃昱昊，徐建根，步文洋，等. 鉆井液用納米封堵劑的研究與進(jìn)展[J]. 遼寧化工，2023，52（3）：436-438.

[20] 江代勝. 乳化廢液處理新工藝及其應(yīng)用[J]. 化學(xué)工程與裝備，2019（2）：274-276.

[21] 軒卉. 機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差分析及策略分析[J]. 輕工科技，2023，39（1）：77-79.

[22] 趙軍年，董翱，樊津津，等. 油氣田開發(fā)后期的采油工藝技術(shù)探究[J]. 石化技術(shù)，2022，29（10）：240-242.

[23] 張強(qiáng)，李良松. 精細(xì)化工企業(yè)工藝技術(shù)變更安全管理研究[J]. 現(xiàn)代職業(yè)安全，2023（3）：88-89.