机械加工中废乳化液的处理研究

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篇首语:学习如赶路,不能慢一步。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了机械加工中废乳化液的处理研究相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

在机械加工工业,尤其是轴承和汽车配件加工企业的切削、研磨等加工过程中,乳化液被普遍使用。在使用过程时,乳化液发生不同程度的酸败,性能降低,因此要定期更换新的乳化液。随着工业的迅速发展,这种含油污水的排放量与日俱增。废乳化液除具有一般含油废水的危害外,由于表面活性剂的作用,机械油高度分散在水中,动植物、水生生物更易吸收,而且表面活性剂本身对生物也有害,还可使一些不溶于水的有毒物质被溶解。为提高乳化液的防锈性,添加的亚硝酸钠很容易转化成致癌的亚硝基胺,对生态系统造成严重破坏,必须加以治理。

目前,我国对机械加工中排放的高浓度、乳化严重的含油废水仍没有得到很好地处理。主要是由于随着技术的提高,乳化液的稳定性越来越高,越来越难破乳。国内外处理这类废水主要用化学破乳、药剂电解、活性炭吸附或超滤(或反渗透)等处理技术[ 1]。化学破乳法是目前国内外普遍?a href='http://www.baiven.com/baike/224/264703.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>美刺岣咚蚀硇实囊恢旨染糜旨虮愕乃蚀矸椒ǎ捎谒栽室蟮停砉ひ蘸蜕璞讣虻ィ僮鞣奖悖芎牡停源蟆⒅小⑿⌒推笠捣先榛捍斫允视玫忍氐愣黄毡橛τ肹2]。常用的破乳方法有盐析法、凝聚法、酸化法、复合法。本文以气门生产车间的废乳化液为研究对象,选用化学破乳法,通过实验室实验,选择合适的混凝剂并确定了最佳投药量,最佳pH值范围和破乳时间,对于指导企业的废水处理具有实际意义。

1 试验材料和方法

试剂:FeSO47H2O(CP),FeCl36H2O,AlCl3,Al2(SO4)318H2O,PAC(工业产品);NaCl,Na2SO4,石油醚(30~60),H2SO4,K2Cr2O7(基准试剂),(NH4)2Fe(SO4)26H2O,Ag2SO4。

主要仪器:电热恒温鼓风干燥箱,501型恒温水浴器,分液漏斗,干燥器,791型磁力加热搅拌器,pHS—25型酸度计。

水样:取自济南某汽车配件厂气门车间,为切削液和乳化油的混合液。使用阴离子型表面活性剂石油磺酸钡和石油磺酸钠。水样的CODCr为57326.7mg/L,油含量为23704.4mg/L,pH为10.08。

2 初步实验

分别采用酸化、电解质(CaCl2 )、混凝剂(AlCl3、Al2(SO4)3、FeCl3、FeSO4和PAC)以及电解质与混凝剂复合处理废乳化液。试验表明,复合破乳法即先采用电解质氯化钙破乳,再投加混凝剂凝聚、絮凝处理效果好,并进一步选用CaCl2 +FeCl3和CaCl2 +Al2(SO4)3 作对比试验,研究最佳投药量、最佳pH值范围、破乳时间。

电解质氯化钙破乳机理主要有以下几点:

(1)CaCl2 投入乳化液废水中离解成为正、负离子,发生强烈的水化作用即争水作用,使乳化液中的自由水分子减少,对油珠产生脱水作用,从而破坏了乳化液油珠的水化层。

(2) 向阴离子表面活性剂所稳定的乳化液废水中投加CaCl2 后,Ca2+压缩双电层,降低ζ电位,减小乳化油胶粒之间的相互排斥力,在范德华力作用下有可能碰撞并大成为分散油。

(3) Ca2+可与表面活性剂生成不溶于水的金属皂沉淀:

2RSO3Na + Ca2+ →(RSO3)2Ca↓+2Na+ [3]

(RSO3)2Ba + Ca2+ →(RSO3)2Ca↓+Ba2+

金属皂的形成使乳化液由O/W型转化为W/O型,在转型中脱稳,从而达到破乳目的[3]。

3 对比实验

3.1 最佳投药量的确定

先投加CaCl2 搅拌半分钟,再投加Al2(SO4)3 (或FeCl3)。在室温条件下,快搅1min,慢搅3min,静置1h,取下清液(由于破乳后絮体中油的含量很大,而油的密度比水小,因此絮体上浮而不是下沉)过滤后测CODcr和油的含量。分别用不同量复合CaCl2 和Al2(SO4)3 (或FeCl3) 处理水样,试验结果见图1、图2。(CODcr的测定采用重铬酸钾法,油的测定采用重量法,pH值的测定采用玻璃电极法。)

由图1、图2可以看出: CaCl2 和Al2(SO4)3 的最佳投加量分别为:5kg/m3和5kg/m3,CODcr和油的去除率分别为:83.24%和99.23%。CaCl2 和FeCl3的最佳投加量为:4kg/m3和4kg/m3。CODcr和油的去除率分别可以达到:85.02% 和99.45%。CaCl2 和FeCl3复合破乳的投药量比

CaCl2 和Al2(SO4)3 复合破乳时的要少,而且处理效果好。

3.2 pH值的影响

用稀硫酸改变原水的pH值后,加入CaCl2 (5kg/m3),搅拌半分钟,再加入Al2(SO4)3 (5kg/m3), (加入CaCl2 (4kg/m3),搅拌半分钟,再加入FeCl3(4kg/m3))快搅1min,慢搅3min,静置1h,取下清液过滤后测CODcr和油的含量。结果见图3、图4、图5、图6。

由图3、图4、图5、图6可看出:选用CaCl2 和Al2(SO4)3 进行复合破乳时,最佳pH值范围为6~8.2,投加CaCl2 后即在投加混凝剂时的pH值为6~7.8。在水溶液中存在Al2(SO4)3 水解产生的一系列单核羟基络合物、多核羟基络合物和高聚合度的Al(OH)3沉淀物,以及未水解的Al3+[4]。在一定的pH范围内,各种不同形态的化合物以不同比例存在,因此对水中胶粒的作用也不止一种,同时存在电性中和、压缩双电层、吸附架桥、沉淀网捕等几种作用[5]。在某一pH值下以其中的一种为主,其他为辅。在pH值6~7.8范围内,以金属核数目无限多、聚合度无限大的中性氢氧化物沉淀为主。废水中的胶粒可作为沉淀物形成的中心,从而形成微小絮体,也可在沉淀物形成时被网捕和粘接。水中的某些溶解性有机物也可被絮体吸附而被去除。当pH值过小或过高时,水中的H+或OH-增多,影响Al2(SO4)3 水解,导致去除率下降。

同样由图3、图4、图5、图6可看出:选用CaCl2 、FeCl3进行复合破乳时最佳pH范围为5.9~8.4,投加CaCl2 后即在投加混凝剂时的pH 值为6~8。原因与Al2(SO4)3 大致相同。但FeCl3的pH值范围较Al2(SO4)3 的稍宽,而且最佳pH值要稍低一些。在pH值低时,出水的色度低。

3.3 破乳时间的影响

通过试验发现,在投加CaCl2 后静置一段时间(分别静置了12小时、24小时,其它条件相同),再投加混凝剂,CODcr和油的去除率比加完CaCl2 立即投加混凝剂都有所提高,静置24小时的效果最好。因此,可通过延长破乳时间,减少投药量。

加酸使pH=6.87后,分别进行如下操作:(1)加入CaCl2 2.5kg/m3, 静置24小时后,再加入Al2(SO4)3 。(2)加入CaCl2 2kg/m3, 静置24小时后,再加入FeCl3。混凝剂投加量与CODcr和油的剩余量关系见图7、图8。

当FeCl3和Al2(SO4)3 的投加量分别达到4kg/m3和5kg/m3时,虽然CODcr和油的去除率高,但产生的絮渣相当多,而且上浮很慢,在工程中不宜采用。由图7、图8可以看出:CaCl2 和FeCl3的投加量分别为2kg/m3和3kg/m3时,CODcr和油的剩余量分别为6899.2mg/L、36mg/L。

在相同的pH值下投加CaCl2 后不静置,接着投加FeCl3,要达到这个去除效果,CaCl2 和FeCl3 的投加量接近4kg/m3和4kg/m3(由图3、图4可看出)。CaCl2 和Al2(SO4)3 的投加量分别为2.5kg/m3和4kg/m3时,CODcr和油的剩余量分别为6311.2mg/L、53.8mg/L。在相同的pH值下

投加CaCl2 后不静置,接着投加FeCl3,要达到这个去除效果,CaCl2 和FeCl3的投加量接近5kg/m3和5kg/m3(由图3、图4可看出)。因此,在投加CaCl2 后静置24小时可以破乳更充分,提高CODcr和油的去除率,减少投药量,降低成本。

4 絮渣的处理

采用CaCl2 +FeCl3处理水样时,油渣分离较好,但不能完全分离。取收集的废渣50mL,加入1+1的硫酸1mL,可以使油渣很好地分离,此时絮渣沉淀,油浮在上面,可以回收。而且絮渣脱出的水呈酸性,还含有钙离子、铁离子,可以回用到废乳化液中调节pH值、破乳混凝,减少药剂用量。酸化后的泥渣可送锅炉房焚烧处理。

采用CaCl2 +Al2(SO4)3 处理水样时,油渣不易分离,很难回收油,因此废乳化液中的油转移到絮渣中,造成二次污染。

5 结 论

(1)采用CaCl2 +FeCl3处理水样比CaCl2 +Al2(SO4)3 处理时的最佳pH值范围稍宽。工厂内酸洗金属件的废水,含有强酸(H2SO4、HNO3),可以用来调节pH值,还含有亚铁离子,可以有助于破乳混凝。为防止腐蚀,可调节pH值在7左右。

(2)采用CaCl2 +FeCl3处理水样较CaCl2 +Al2(SO4)3 处理时的最佳投药量少。投加CaCl2 后静置24小时,再投加混凝剂,可以大大减少投药量。在pH=6.87,CaCl2 和FeCl3的投加量分别为2kg/m3和3kg/m3时,CODcr和油的去除率分别为87.97%和99.85%。CaCl2 和Al2(SO4)3 的投加量为2.5kg/m3和4kg/m3,CODcr和油的去除率分别为88.98%和99.77%。

(3)用CaCl2 +FeCl3处理水样时产生的絮渣可以加酸后回收油,絮渣脱出的水呈酸性还含有Ca2+、Fe3+,可投加到废乳化液中,减少药剂用量。

综上所述,采用CaCl2 +FeCl3处理水样较CaCl2 +Al2(SO4)3 处理时的效果要好,只是FeCl3的价格比Al2(SO4)3 要高,出水色度要高,而且FeCl3腐蚀性大。

参考文献

[1] 陆斌,陆晓千.一种含油乳化液废水处理技术的工程应用.环境工程,2001,6 (3):12~13

[2] 王健平,焦君.新型混凝剂FS—FA处理乳化液废水的试验研究.环境科技,2000,12(3):54~60

[3] 刘红,幸福堂,朱晓帆.冷轧乳化液的处理方法.武汉科技大学学报,2000,23(3):247~250

[4] A.Pinotto, N.Zaritzky. Effect of aluminum sulfate and cationic polyelectrolytes on the destabilization of emulsified wastes. Waste Management 21(2001)535~542

[5] 魏星.铝盐铁盐的混凝机理及特性探讨.煤矿环境保护,1996,3 :60~63 

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