絮凝劑配方優化實驗

武漢理工大學 能源與動力工程學院 武漢 430063

對于含油污水的處理方法和技術，國內外研究機構一直在不懈地進行深入研究與探討，日本學者研究出用電絮凝劑處理含油污水、用超聲波分離乳化液、用親油材料吸附油。近幾年發展用膜法處理含油水，濾膜被制成板式、管式、卷式和空心纖維式。美國還研究出動力膜，將滲透膜做在多孔材料上，應用于水處理中[1-2]。含油廢水處理難度大，往往需要多種方法組合使用，如重力分離、離心分離、溶劑抽提、氣浮法、化學法、生物法、膜法、吸附法等。

1 船舶艙底油污水的來源及特性

機艙艙底水主要來自機艙內冷卻管路的海水、淡水的泄漏；燃油和潤滑油管路的燃料油、潤滑油的泄漏；蒸汽管路凝水泄漏；水柜、油柜及機械設備中油、水的泄漏和泄放；尾軸填料箱處的漏水和冷卻潤滑水；甲板開口處水密性不良引起的泄漏；水線附件甲板和艙室的疏水泄放至艙底；撲滅火災用消防水；船體破損后的大量進水等。

目前在實際應用中，油污水分離裝置所采用的分離技術主要是重力分離法、水力旋流法、離心分離法、聚結分離法、吸附分離法、過濾分離法，而船用油水分離器既有按它們當中的一種分離方法設計而成的，也有按它們當中幾種方法組合設計而成[3，4]。

2 化學絮凝法處理船舶含油污水

雖然目前已研究開發出多種船舶油污水處理方法,但實際中由于機艙艙底水含有較多的機械雜質、石蠟膠體等，濾器經常堵塞，以至于管理人員須進行經常性清洗，增加了工作量及工作負擔；再者操作人員素質各不相同，致使油污水被偷排現象屢禁不止，對水體造成嚴重污染。

船用油水分離器使用的局限性和弊端，促使人們不斷嘗試新的分離方法[1，2]，化學絮凝法就是其中一種[5，6]。為提高常規重力分離法對小粒徑油滴和乳化油的去除效率而在含油污水中投加絮凝劑,通過壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋和沉淀物網捕等原理,實現乳化油的破乳并形成礬花,然后通過重力分離將油分去除的方法。該法適應性強，操作簡單易可去除乳化油和溶解油，以及部分難以生化降解的復雜高分子有機物[7]。

含油污水處理常用的絮凝劑主要有無機絮凝劑,有機絮凝劑和復合絮凝劑三大類。無機絮凝劑投藥量大,產生的污泥含水量高,污泥體積龐大,顆粒細,絮凝沉淀速度慢,處理效率低等不足,使其應用受到了一定的限制。同無機絮凝劑相比,有機高分子絮凝劑具有用量少、適用范圍廣,受鹽類及環境條件影響小,污泥量少, 并且容易處理以及處理效果好等優點越來越引起人們的廣泛關注。復合絮凝劑為無機絮凝劑和有機絮凝劑改性產品，或者經過復配后的絮凝劑[8]。

查閱國內外相關文獻資料，分析研究船舶艙底油污水的特性，從幾百種絮凝劑中有針對性地篩選出了7種相關絮凝劑，它們分別是：聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁鐵(PACF)、陽離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)。為了能更好地接近船舶上的實際情況，直接從長江輪渡上的實際艙底油污水現場取樣，并依據中華人民共和國交通部標準——水中油含量分析方法，進行室內試驗。具體實驗儀器、試劑，實驗參數及實驗步驟如下。

2.1 主要實驗儀器和試劑及實驗參數

根據實驗標準，涉及使用的主要儀器有分析天平(分度值0.1 mg)，烘箱，恒溫水浴鍋(溫度波動范圍為±1 ℃)，分液漏斗(1 000 mL/500 mL),量筒1 000 mL，大燒杯(1 000 mL)，容量瓶，石油醚(30目)，無水硫酸鈉(分析純)，氯化鈉(分析純)，硫酸(分析純)。含油污水水樣(現場取樣)。

2.2 實驗步驟

1) 取水樣1 000 mL全部倒入分液漏斗內，加2 mL硫酸，5 g氯化鈉，搖溶。靜置分層。分層后，把上層萃取液收集在錐形瓶中，加適量無水硫酸鈉(以無水硫酸鈉不再結塊為適量)，放置1 h脫水。然后將萃取液過濾至已稱重燒杯內。

2) 將燒杯置于恒溫水浴上(用石油醚溶劑時，水浴溫度65±1 ℃)蒸至近干，再置于烘箱( 用石油醚溶劑時，烘箱溫度62±1 ℃)內烘40 min，取出燒杯，放在干干燥器內冷卻30 min，稱重。

3) 完成步驟1)后，用量筒測量水樣體積(扣除加酸體積)。

4) 計算水樣含油量=(W1-W2)V/(mg·L-1)

式中：W1——燒杯加油重量，mg；

W2——燒杯重量，mg；

V——水樣容積，L

5) 取適量水樣倒入分液漏斗內，加2 mL硫酸，5 g氯化鈉，搖溶并靜置分離，將下層水樣過濾至燒杯內，直至燒杯內的過濾水樣達到1 000 mL。向燒杯內以300 mg/L的速度添加絮凝試劑，并開啟攪拌器，攪拌速度為170 r/min攪拌20 s，使絮凝試劑與水樣充分接觸，再將攪拌速度調至20 r/min攪拌2 min，使試劑與水樣中的油份和膠體顆粒絮凝成團。

6) 攪拌結束后靜置1～2 h后，取出燒杯中的上清溶液進行油份測定，步驟同1)～4)。

按上述實驗步驟，依次對所選絮凝劑進行實驗(表1中序號ABCDEFG分別代表PAC、PFS、PACF、陽離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺、PDMDAAC)，試驗結果見表1。

表1 單劑試驗結果

從表1中可以看出，ABCDG絮凝劑效果較好，EF兩種效果較差。

表2 絮凝劑設計表及復配試驗

因此選擇ABCDG這五種絮凝劑進行復配，做下一步優化試驗，復配方案見設計表 2。表中F1～F5代表絮凝劑。

按照2.2的實驗步驟對上述十個配方再次進行試驗，加藥濃度為300 mg/L水樣仍是從輪渡上現場取樣，實驗結果見表2。

3 結論

上述試驗中可以看出絕大部分結果都符合國家排放標準，其中P2、P5、P8、P10四種配方效果較好。 為了能取得更優化的方案或進一步降低污水處理成本，還應在上述試驗基礎上進行下一步優化試驗，以期得到用最少的成本取得最佳效果。

[1] Li Yijiu, Zeng Xinping, Liu Yafei. Study on the treatment of copper-electroplating wastement by chemical trapping and flocculation[J]. Separation and Purification Technology, 2003,(31):91-95.

[2] E.Alvarez-Ayuso,Garcia-Sanchez,Querol.Purification of metal electroplating waste waters using zeolites[J].Water research,2003(37): 4855-4862.

[3] 黃忠秀.船舶與港口水域防污染[M]. 北京：人民交通出版社，1999：35-42.

[4] 殷佩海.船舶防污染技術[M]. 大連：大連海事大學出版社，2000：14-19.

[5] 陳志莉，葉茂平.油污水處理絮凝劑的選用研究[J].環境保護，2002(1)：20-23.

[6] 汪小華. 化學法處理含油廢水的初步研究[D]. 重慶：重慶大學,2004.

[7] 徐曉軍等.化學絮凝劑作用原理[M]. 北京：科學出版社,2005：110-113.

[8] 楊東寧等.用于水和廢水處理的混凝劑和絮凝劑的研究進展[J].環境污染與防治，2000,5(22)：26-30.