乳化廢水破乳劑
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機械制造工業中,金屬切削加工使用大量乳化液作為潤滑冷卻之用,乳化液經過一段時間使用后 , 就會變成廢水排出,廢水就會用破乳劑去處理。
乳化液中主要含有機油和表面活性劑,是用乳化油根據需要用水稀釋再加入乳化劑配制而成的。破乳劑在機床切削使用的乳化液中為了提高乳化液的防銹性 , 還加入了亞硝酸鈉等。
由于乳化劑都是表面活性劑,當它加入水中,使油與水的界面自由能大大降低,達到最低值,這時油便分散在水中。同時表面活性劑還產生電離,使油珠液滴帶有電荷,而且還吸附了一層水分子固定著不動 , 形成水化離子膜,而水中的反離子又吸附再其外表周圍,分為不動的吸附層和可動的擴散層 , 形成雙電層 . 這樣使油珠外面包圍著一層有彈性的、堅固的、帶有同性電荷的水化離子膜,破乳劑阻止了油珠液滴互相碰撞時可能的結合,使油珠能夠得以長期地穩定在水中 , 成為白色的乳化液。
配制的乳化液 pH 值一般再 8~9 之間,有的甚至高達 10~11.
乳化液廢水水質如表 1-1 所示:
表 1-1乳化液廢水水質
名 稱 |
PH |
SS(mg/L) |
油 (mg/L) |
COD cr (mg/L) |
|
某集團 |
905 車間 |
8.17 |
22 |
11191 |
26251 |
914 車間 |
8.21 |
16 |
4540.9 |
31336 |
|
54 車間 |
8.50 |
33 |
8278.3 |
16562 |
乳化油的成分見表 1-2:
表 1-2乳化油的成分
序號 |
成 分 |
常 用 物 質 名 稱 |
1 |
基礎油 |
5號、7號、10號機油、蓖麻油、菜子油、豆油等。 |
2 |
乳化劑 |
陰離子表面活性劑 :油酸、高碳酸、蓖麻油、松香等的皂類;磺化油、石油磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等磺酸鹽與硫酸脂類;高級醇磷酸酯二鈉鹽等磷酸脂類。非離子型表面活性劑:聚氧乙脂肪醇醚、司本(失水山梨醇與脂肪酸的脂類,如月桂酸脂、油酸脂等)、吐溫(聚氧乙烯化的司本)等。兩性表面活性劑:6503、6501清洗劑等。 |
3 |
防銹劑 |
堿類 :碳酸鈉、三乙醇胺、苯乙醇胺等。水溶性緩蝕劑:亞硝酸鈉、苯甲酸鈉、磷酸三鈉、硼砂、水玻璃等。油溶性緩蝕劑:石油磺酸鋇、環烷酸鋅、羊毛脂等。 |
4 |
防霉殺菌劑 |
苯酚、四氯酚、已基汞硫代水楊酸鈉等。 |
5 |
穩定劑 |
三乙醇胺、乙醇、異丙醇等。 |
6 |
助溶劑 |
少量水與乙醇的混合物。 |
7 |
極壓添加劑 |
氯化石臘、氯化硬脂酸等 .酸性磷酸脂、磷酸三甲酚脂等、硫化脂肪油、硫化油酸、烷基硫化物等、二聚酸乙二脂單脂等. |
8 |
消泡劑 |
乙醇和其他低級醇、聚醚型表面活性劑 . |
9 |
軟水劑 |
無水碳酸鈉、氫氧化鈉等 . |
乳化液廢水的處理
2.1 乳化液廢水處理原理
根據乳化液的性質,進行乳化液廢水的處理需經過二個步驟:
(1)破乳劑破油; (2) 水質凈化去除表面活性劑等物質。
破乳方法種類較多,有鹽析法、乳酸法、凝聚法、頂替法、高壓電法、吸附法等等。一般常用的采用鹽析凝聚混合法,現介紹如下
在乳化液中加入電解質,電解質的離子在乳化液中發生強烈的水化作用即爭水作用,使乳化液中的自由水分子減少了 , 對油珠產生脫水作用,從而破壞了乳化液油珠的水化層,中和了油珠的電性,破壞了它的雙電層結構,因而油珠失去了穩定性,產生凝聚現象 ( 電解質一般分為二、三價的鈣、鎂、鋁等鹽類 ) ,其反應式如下:
2C 17 H 33 COONa + 2MgCl 2 -→ (C 17 H 33 COO) 2 Mg+2NaCl
油酸皂 鎂皂
2C 17 H 33 (OSO 3 Na) COONa+2CaCl 2 -→ (C 17 H 32 ) 2 (OSO 3 ) 2Ca (COO) 2 +4NaCl
磺化蓖麻油
2R - SO 3 Na + CaCl 2 -→ [R - SO 3 ] 2Ca+2NaCl (R 為烷基 )
石油酸鈉 石油磺酸鈣
加入混凝劑,則加快起到油水分離的目的。
在實際使用中,應注意調整水的 pH 值 , 將 pH 值調整為 8.5 較好。
四種破乳方法比較見表 2-1 :
方 法 |
藥劑名稱 |
投 藥 量 |
處理后水質 |
沉 渣 |
油 質 |
優 缺 點 |
鹽析法 |
氯化鈣 氯化鎂 硫酸鈣 硫酸鎂 氯化鈉 |
二價藥為 1.5 ﹪ ~2.5﹪ 一價藥為 3 ﹪ ~5 ﹪ |
清晰透明,含油量 20~40mg/L 耗氧量 2000mg/L。 |
絮狀沉渣很少 |
棕黃色 ,清亮 |
油質好,便于再生,投藥量最高,水中含鹽量最大。 |
凝聚法 |
聚合氯化鋁明礬 |
0.4 ﹪ ~1 ﹪ |
清晰透明 , 含油量 15~50mg/L,耗氧量 2000mg/L。 |
絮狀沉渣很少 |
粘膠狀及絮狀 |
投藥量少,一般工廠適用;油質較差 , 粘厚、水分多 , 再生困難。 |
混合法 |
綜合鹽析法和凝聚法的任何一種藥劑 |
投鹽 0.3 ﹪ ~ 0.8 ﹪ 凝聚劑 0.3 ﹪ ~0.5 ﹪ |
清晰透明 , 含油量 20~40mg/L,耗氧量 2000mg/L。 |
絮狀沉渣很少 |
稀糊狀 |
投藥量中等,破乳能力強,適應性廣,對難于破乳的乳化液尤為適宜。 |
酸化法 |
廢硫酸廢鹽酸和石灰 |
約為廢水 6 ﹪ |
清澈透明 , 含油量 20mg/L 以下, 耗氧量低于其他方法。 |
約為 10 ﹪左右 |
棕紅色 ,清亮 . |
水質好,含油量低,還可以廢治廢,但沉渣多。 |
表 2-1 四種破乳方法比較
我們經過多次實驗篩選 , 配制出高效破乳絮凝劑 , 在工程實踐中被廣泛應用 ,
見表 2-2 所示:
試驗方法 |
精工 3 號 |
美孚切削油 |
日石 EC - 50 |
嘉陵、建設用的乳化液 |
混凝劑法: 1 號高效破乳劑 |
投量大,沒破乳。 |
投量大,沒破乳。 |
攪拌后馬上出現礬花,破乳效果好。 |
攪拌后馬上出現礬花 , 破乳效果好。 |
酸析法:先加硫酸將樣品 pH 值調到 2 ,然后加堿調至 7, 投加 1號高效破乳劑 . |
(1) pH 值調到 7后,無礬花產生;(2)加破乳劑攪拌后,產生礬花;(3)破乳效果好。 |
(1) pH 值調到 7后,無礬花產生;(2)加破乳劑攪拌后,產生礬花;(3)破乳效果好. |
||
結 論 |
酸析法破乳 |
酸析法破乳 |
混凝劑法 |
混凝劑法 |
表 2-2 破乳試驗結果表
2.2 處理工藝流程選擇及設備
2.2.1國內常用的乳化液處理機的工藝流程如圖2-1所示:
圖 2-1 原乳化液破乳劑處理機處理工藝流程圖
上述處理工藝流程中存在以下問題 :
a. 由于乳化液中油、SS、COD含量較高,一級氣浮只能除去大部分油、SS、COD,殘留的部分只能靠石英砂濾罐、兩級活性炭吸附來保證出水達標,因此石英砂濾罐及兩級活性炭濾罐負荷較重,造成經常反沖和活性炭很快飽和失去吸附作用需要更換的情況發生。
b.氣浮設備進氣未設自控裝置,靠人工調整,很難達到良好的氣浮效果,工人操作難度大。
c.三個濾罐需經常反沖洗,閥門多,操作繁雜,很難掌握,出水不能保證。
針對上述問題,我們設計了一種新型乳化液處理機,采用了新的處理工藝,解決了上述存在的問題,其處理工藝流程圖如圖 2-2所示:
圖 2-2 新型乳化液處理機處理工藝流程圖
2.2.2新型乳化液廢水處理設備特點:
a.采用兩極氣浮處理,能將SS、油在氣浮處理階段內完成達標,去除絕大部分CODcr值(COD值在70~170mg/L范圍內),殘留的少量CODcr值只需一級活性炭濾罐處理,就能達到國家排放標準。因此,活性炭使用時間長(可達一年),并不經常反沖(半個月一次)。
b.省去了一級石英砂濾罐,使處理工藝流程簡便。
c.原水泵采用潛水泵,保證泵能隨時啟動。
d.氣浮器1、氣浮器2均采用自動控制,不需人工管理,能達到最佳氣浮效果,電磁閥采用不銹鋼材料,專利產品,使氣浮效果更好。
該設備于 1996年5月起分別用在重慶某(集團)股份有限公司發動機車間乳化液廢水處理、905車間乳化液處理、914車間乳化液處理、54車間乳化液處理,效果良好,見表2-3.
名 稱 |
PH值 |
SS(mg/L) |
油 (mg/L) |
COD cr (mg/L) |
|
原水 |
發動機車間 905車間 914車間 54車間 |
8.0 8.17 8.21 8.50 |
630 22 16 33 |
70 11191 4540.9 8278.3 |
830 26251 31336 16562 |
出水 |
發動機車間 905車間 914車間 54車間 |
8.3 7.73 7.54 8.10 |
13 12 8 21.9 |
3.1 2.4 1.4 0.67 |
18.4 9.6 25.6 79.7 |
國 標 |
6~9 |
70 |
10 |
100 |
|
備 注 |
采用的 JR-2型系列一體化乳化液廢水處理機、1號高效破乳絮凝劑 |
表 2-3 乳化液廢水 運行費用如表 2-4所示:
表 2-4 乳化液廢水運行費用表
廢水量 (m 3 /h) |
電 耗 |
藥 耗 |
合 計 (元) |
運 行 費(元/m 3 ) |
||
耗量 (KW) |
金額 (元) |
耗量 |
金額 (元) |
|||
2.00 |
2.00 |
0.80 |
4.80 |
5.60 |
2.80 |
2.2.3JR-2型乳化液處理機技術參數
JR-2型乳化液處理機:由反應箱、二級氣浮系統、二級活性炭過濾系統、加藥系統、電控系統、樓梯六個部分組成。
反應箱 :A×B×L=1500×1000×800(mm),V 有效 =0.96m 3 ,t=28.8min, 內設攪拌機,N=0.55KW;
加藥系統 :Φ×H=580×930(mm),V 有效 =0.43m 3 ;配有兩臺加藥泵CDL2-20及攪拌機,N=0.37KW
二級氣浮系統 :Φ×H=1.00×1.25(m),Q=2m 3 /h接觸室上升流速V c =10mm/S,氣浮分離速度V s =2.0mm/S,分離室停留時間10min,R=30﹪,水
壓力0.25~0.3MPa ,設出水調節裝置;
溶氣泵 :32FPD15Z,Q=3.6m 3 /h,P=3.5-4.5kgf/cm 2 ,N=2.2KW;
活性炭過濾系統:Φ× H=0.80×2.00(m),配有過濾泵CDL2-20;
設備外形尺寸 :L×B×H=4400×2200×2100(㎜),Q=2m 3 /h裝機容量:4.5KW。
結論
3.1采用JR型系列一體化乳化液廢水處理機和1號高效破乳絮凝劑處理乳化液廢水是可行的,并且由于處理效果好,設備自動化,運行成本低,確保出水水質達標等,破乳劑具有極大的推廣應用價值。
3.2破乳方法及破乳劑、絮凝劑對不同的乳化液廢水是不同的,用戶在處理該類廢水時應先優選破乳劑及絮凝劑做小樣實驗,為正確選用處理設備、設施打下基礎。
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