酸化破乳-絮凝沉淀處理廢乳化液的研究

李蘭蘭，武 昕，上官揚揚

(河南能信環(huán)保科技有限公司，河南 濮陽 457000)

乳化液、切削液等試劑多被用于機械零件及產品的打磨、潤滑、清洗等工序[1]。隨著工業(yè)技術的不斷革新，乳化液的品質也得到了很大程度的提高，隨著廢乳化液的產生量不斷增大，處理難度急劇提升。而由于廢乳化液所含有的礦物油、表面活性劑等很容易對水體的水質產生嚴重的影響，因此，廢乳化液必須經過特定的處理方可排入外部環(huán)境[2]。

目前，針對廢乳化液的處理技術主要有化學法、生物法、膜處理等[3-4]。但由于廢乳化液的B/C很低，生化性差，難以直接利用生物法處理；同時在機械加工行業(yè)過程中廢乳化液中攜帶有大量懸浮物、金屬碎屑等雜物容易對膜表面造成污染，且膜處理工藝具有設備投資較大，運行維護成本較高等弊端。

本文以廢乳化液的COD去除率、B/C(BOD5/CODCr)比為表征指標，通過對廢乳化液的成分進行分析，調節(jié)pH值酸化破乳預處理后，選用PAC及PAM作為破乳劑和絮凝劑，利用正交試驗探討不同條件下廢乳化液的處理效果，從而為其工業(yè)化推廣提供一定的理論及實驗基礎。

1 實驗部分

1.1 實驗用水及試劑

實驗用水取自某危險廢物處置企業(yè)物化車間廢乳化液，其中廢乳化液為多企業(yè)機械加工車間混合液，經取樣檢測，其水質如表1所示。

表1 廢乳化液成分表

從表1可知，廢乳化液的B/C僅為0.088 6，可生化性很差，因此必須采用必要的處理手段降低其COD，并提高B/C比值。

試劑：硫酸、氫氧化鈉均為分析純；PAC、PAM為工業(yè)級；利用PAM及蒸餾水配制成質量分數(shù)為0.2%的PAM溶液，實驗中PAM的投加量即為PAM溶液的投加量。

1.2 實驗儀器及分析方法

pH值采用PHS-3C型精密pH計測定；CODCr利用GB11914所規(guī)定的測定方法進行測定；BOD5利用JC-870H型數(shù)字式BOD5測定儀測定。

2 實驗方法

2.1 酸化破乳實驗

量取500 mL廢乳化液原液于1 000 mL燒杯中，利用硫酸調節(jié)廢乳化液的初始pH值為2～8，靜置24 h，待其油水分層后利用分液漏斗對其過濾，取清液進行水質檢測。

2.2 破乳、絮凝沉淀實驗

取2.1中最優(yōu)化實驗后所得廢水，利用正交試驗探討PAC用量、PAM投加量、反應溫度、反應時間等影響因素在不同水平下廢水的處理效果。

3 實驗結果及分析

3.1 酸化破乳實驗

調節(jié)廢乳化液的初始pH值為2～8，以廢乳化液COD的去除率為表征指標，探討酸化效果對廢乳化液的破乳效果，實驗結果如表2所示。

表2 廢乳化液酸化破乳實驗

從表2可知，pH值越低，酸化破乳效果越好，當廢乳化液的初始pH值為2時，其COD去除率可達39.12%。主要由于pH值越低，溶液中H+的濃度越大，在H+的作用下廢乳化液及其所含有的表面活性劑產生破乳聚沉的現(xiàn)象，表面吸附能力降低，油-水界面之間的界面張力減小，膜平衡強度降低，致使本應穩(wěn)定存在的廢乳化液出現(xiàn)脫穩(wěn)的現(xiàn)象[5-6]。

但過低的pH值對反應設備的材質要求較高，且容易加大后期廢水回用處理難度，故從經濟角度考慮，選擇利用硫酸將廢乳化液的pH值調節(jié)至6左右進行預處理，使其產生一定的破乳效果，降低廢乳化液處理負荷的同時也利于后續(xù)工藝的進行。

3.2 破乳、絮凝沉淀實驗

量取100 mL最優(yōu)化條件下酸化破乳實驗后的廢液，以PAC用量、PAM投加量、反應溫度、反應時間為影響因素，對于不同影響因子選擇3個水平進行正交試驗，其中各實驗項目安排如表3所示。

表3 破乳、絮凝沉淀正交試驗計劃

以處理后廢液的COD去除率及B/C作為檢測處置品質的共同指標，用加權法對其進行最優(yōu)化條件探索，定義綜合評價指數(shù)。將COD去除率與B/C的權重賦值分別為0.7及0.3。

綜合評價指數(shù)=COD去除率×0.7+B/C×0.3

通過表3所擬定的正交試驗計劃對3.1預處理后的廢液進行實驗，實驗結果如表4所示。

從表4可以看出，不同影響因素及其水平對廢乳化液的處理效果不一。各因素之間的影響程度大小為：PAC用量>PAM投加量>反應時間>反應溫度。在最優(yōu)化實驗條件下，廢乳化液的COD去除率最高可達75.31%，B/C由原液的0.008 86提升至0.193 1，處理后廢乳化液的生化性能得以明顯的提升。其中各項影響因素的最優(yōu)化水平組合為：PAC用量為10 g/L，PAM投加量為80 mL/L，反應溫度為25 ℃，反應時間為60 min。

表4 破乳、絮凝沉淀正交試驗結果

同時，PAC的用量對破乳、絮凝沉淀實驗的影響最大。原因可能為：PAC加入廢乳化液中后在短時間內溶解，產生大量的Al3+及Al(OH)3，膠體的存在能夠壓縮廢乳化液中油滴的雙電子層，并凝聚廢乳化液中的其他雜質微粒，從而降低了廢乳化液的穩(wěn)定性[7]。

隨著PAM投加量的增大，廢乳化液的COD去除率逐漸提高，原因可能為：PAM的存在能夠在液相體系內產生比較明顯的吸附、架橋作用，提高破乳劑的處理效果并增大絮凝體體積，增強其凝聚效果[8]。反應溫度對廢乳化液的破乳、絮凝沉淀實驗的綜合處理效果影響較小，結合經濟及設備維護等成本，選擇室溫下進行即可。在反應時間較短時，PAC及PAM的加入對廢乳化液的破乳及沉淀效果有限，產生絮凝體的數(shù)量及其理化性能均未達到最佳狀態(tài)，而隨著時間的延長，已經形成穩(wěn)定絮凝體的反應體系有可能因為各膠體及其吸附顆粒之間的電化學作用而使其再次分散或降低其穩(wěn)定性[9]。當反應時間為60 min時，絮凝沉淀的處理效果最優(yōu)。

4 結論

酸化破乳對廢乳化液能夠起到一定的預處理作用，經綜合考慮，利用酸將廢乳化液的初始pH值調節(jié)至6較為合適；利用酸化破乳預處理后的廢液進行二次破乳、絮凝沉淀實驗，經正交試驗分析及討論，其最佳反應條件：pH值=6，PAC用量為10g/L，PAM投加量為80 mL/L，反應溫度為25 ℃，反應時間為60 min。