切削液廢水的處理方法實驗研究

張根斌

(煤科集團杭州環保研究院有限公司，浙江 杭州 311201)

1 引言

切削液是一種用在金屬切削、磨加工過程中，用來冷卻和潤滑刀具加工件的工業用液體，由多種功能助劑經科學復合配伍而成。一般使用的切削液主要是油基和水基兩類。近年來，水基切削液在冷卻性、清洗性、防銹性、潤滑性等方面具有顯著的優點而得以越來越廣泛的應用。隨著機械裝備制造中的新工藝和新材料的要求，再加上新型水溶性添加劑的不斷開發，使得水基切削液得到了快速發展[1]。

目前，由于切削液循環使用后會變質、失效，成為切削液廢水，而切削液廢水的乳化程度高、化學性質穩定、可生化性較差。這種高濃度、難降解的有機廢水一旦被肆意排放，將給環境造成極大的污染，故需對切削液廢水進行必要的處理，實現廢水的零排放[2,3]。

公司現使用的切削液是無油型水基切削液，因使用后摻雜一些其它含油污染物，致使廢液成為含油切削液。處理方案為：除油、預處理，氣浮，然后深度處理，深度處理采用生物處理。主要部分由PLC自控，氣浮，生物處理。針對該水質氣浮處理是工程項目的關鍵所在，著重論述。

2 廢水處理工藝設計

現研究處理的廢液是機械加工切削廢液，所含主要污染物有油類物質(浮油、乳化油等)、表面活性劑、難降解有機物及部分殘存可溶性金屬、泥沙。

切削廢液由于其成分復雜，化學穩定性好，故直接處理難度較大，一般需先經過預處理再進行后續處理。預處理主要是對廢液進行破乳，以除去廢液中油包水或者水包油中的油類物質，切削液的破乳處理過程中可以根據這些影響因素使其失穩而易于處理[4]。

2.1 廢水水質分析

水基切削液的種類很多，其組成各不相同，因此廢液處理時也應當采取相應的措施，應根據廢液的成分組成、濃度等組合，分析后選擇最佳處理方案。

該切削液屬于無礦物油的離子型切削液，又稱表面活性劑水溶液。主要是由有機陰離子表面活性劑，無機鹽和水配制而成。含有添加表面活性劑、防腐劑、防銹劑等多種物質，因機械加工過程中或多或少地滲漏機油等雜質，致使廢液含有石油類物質，色度差，廢水未腐敗時呈黃褐色，粘度大，腐敗時呈發黑狀，其味刺鼻，大大增加了水處理難度。主要污染物指標COD在21000～26000 mg/L之間，pH值在8.3～9.5之間，石油類在900～1100 mg/L之間，見表1[5～8]。

表1 切削液廢水進水水質

廢液的成份組成、濃度，見表2。

表2 廢液的成分組成、濃度

2.2 廢水處理工藝流程

目前國內外處理該廢水主要方法有化學法、物理法、生化法等，筆者研究方法是二級氣浮+A/O生化法聯用技術是有效的，切實可行的，工藝流程如圖1。

圖1 廢水處理工藝流程

車間排出的含油切削液廢水收集進入調節池，利用調節池內經過改進的收油裝置除油，回收上層浮油。出水時按比例投加破乳劑，進入氣浮系統中，利用氣浮法分離去除乳化態的油及污染物[9,10]。

采用溶氣氣浮法之一的加壓氣浮法，是最常用的一種油水分離技術，利用水基切削液中油的疏水性，向廢水中通入大量的微氣泡作為載體，使油粘附在氣泡上，形成水、氣泡、油的三相混合體。添加混凝劑改變膠體粒子表面電荷，破壞乳化油的穩定性，形成絮凝體，提高除油質量。隨著氣泡的上浮，收集氣泡層,即完成油水分離。通過調節pH值后加壓氣浮，除油率可達到93%以上。氣浮法處理的特點：周期短，見效快。

經過A/O生化處理系統進行生化降解，生化出水經二沉池澄清后，最終實現COD達標排放。

3 調試運行分析

3.1 氣浮單元調試及運行結果

在氣浮調試前，通過實驗確定混凝氣浮破乳的最佳參數，先進行小試初步篩選破乳劑和絮凝劑的種類，試驗中嚴格控制pH值。在不同破乳劑的最佳反應范圍內，從觀察氣浮浮渣和出水COD的測量數據來控制各種藥劑的投加量，小試完成后進入單元工程調試，經過1個月的單元調試及參數調整使氣浮運行穩定，調試數據如圖所示[11～16]。

3.1.1 pH值的確定

選擇8個200 mL的燒杯，向燒杯加入100 mL的廢液，調整水樣的pH值分別遞增為6～9.5左右，然后滴加混凝劑PAC，在滴加過程中，邊滴加邊攪拌直至出現礬花絮狀體為止。然后靜止到出現上下分層時，取上清液檢測CODcr，檢驗其去除效果。如圖2。

圖2 pH值與CODcr去除率關系

在混凝劑投入量6 mL定量的條件下，隨著pH值的不斷遞增，到一定量值時，達到最佳值。

初試后，混凝劑PAC選用濃度為80 g/L，投入量5 mL，pH值為8.5左右，較為合適。CODcr的去除率的大小與混凝效果的高低成正比，這樣可以確定最佳pH值。

3.1.2 混凝劑投加量的確定

采用PAC-聚合氯化鋁初次選用濃度為80 g/L，選擇8個200 mL的燒杯，向燒杯加入100 mL的廢液，調整水樣的pH值為8.5，然后滴加混凝劑PAC，滴加比例遞增。在滴加過程中，邊滴加邊攪拌直至出現礬花絮狀體為止。然后靜止到出現上下分層時，取上清液檢測CODcr，檢驗其去除效果。

在pH值一定的條件下，隨著混凝劑投入量的不斷遞增，到一定量值時，達到最佳值。繼續投入混凝劑，上層的液體已經變為清液后反而逐漸變為混濁。由于加入過量的混凝劑分解、溶解到廢液中，達到過飽和狀態，產生再穩現象。使原壓縮雙電層、吸附點中和、吸附架橋、網捕作用這4種混凝作用效果減弱，如圖3。

圖3 混凝劑與CODcr去除率關系

初試后，混凝劑PAC選用濃度為80 g/L，pH值為8.5，投入量6 mL左右，較為合適，CODcr去除率達到92%。CODcr的去除率的大小與混凝效果的高低成正比，這樣可以確定最佳投藥量。

3.1.3 助凝劑投加量的確定

根據以往的研究經驗，采用的助凝劑PAM-聚丙烯酰胺，效果更好。調整水樣的pH為8.5，滴加混凝劑PAC，投入量為6 mL，再滴加助凝劑PAM，加入0.5～1.0 mL，選擇的濃度為2 g/L，較為合適。在滴加過程中，邊滴加邊攪拌直至出現礬花絮狀體，此時直至出現大塊礬花絮狀體為止。然后靜止到出現上下分層時，取上清液檢測CODcr，檢驗其去除效果，CODcr去除率達到93%以上。

3.2 生化單元調試及運行結果

A/O生化調試分兩個階段進行。第一階段主要觀察改善生化池營養比和生物結構。第二階段生化試驗主要觀察調整生化池COD負荷，同時改善營養比和生物結構時的生化處理效果。

第一階段：在進水COD容積負荷不變情況下的生化處理效果。調試采取的主要措施有：接入嗜油生物菌種，投加適量的生物酶催化劑，添加廢水中缺乏的生物營養元素，改善細菌營養比，并對細菌進行適當馴化。通過40 d的調試馴化，第一階段生化池的COD平均去除率可以從50%提高到80%以上，第一階段生化池調試完成后進出水COD數據見表3。

從表3數據可見，改進生化池營養比和細菌結構后，能夠改善生化處理效果，提高COD去除率，但出水COD還是較高，不能實現COD達標排放。

表3 第一階段生化調試數據

第二階段：切削液廢水經過破乳氣浮后連續進生化池，采用逐步調整容積負荷并考察效果，調試方法與第一階段基本相同。

通過50 d的調試馴化結束后，生化池容積負荷在0.96～1.26 kg/m3·d的條件下，COD平均去除率在93%以上，大于1.26 kg/m3·d的條件下，COD平均去除率≤90%，具體數據見表4。

表4 第二階段生化調試數據

從表4數據看，在連續進水條件下，當生化池容積負荷在1.1 kg/m3·d左右, 生化效果很好，COD去除率高，能夠滿足廢水達標排放需要。

3.3 組合調試及運行結果

氣浮、生化調試取得良好的效果后，將二級氣浮、A/O生化串聯組合調試，調試水量為0.4 m3/m2·h，連續進水。在系統調試穩定后，流量調整至設計流量，經過1個多月的連續運行，通過觀察發現，調試的前1～2 d，COD去除率很低，僅15%左右。但隨著時間的延長，其出水COD逐步下降，最終穩定在100 mg/L以下。

經過半年多時間，通過邊調試電氣，邊調試處理水質的藥劑比例配合。污水出水水質達到《污水綜合排放標準》2016年新版二級排放標準，符合預期的效果，調試穩定期數據如表5所示。

表5 組合調試數據 mg/L

從表5數據看，氣浮出水COD≤2500 mg/L，且較為穩定，能減輕對后續生化系統的沖擊。

4 結論

本文針對“二級氣浮+A/O生化”處理工藝在切削液廢水中的應用，能很好解決切削液廢水COD達標排放問題，使排水COD穩定達標并小于100 mg/L。同時經過對處理系統優化設計組合，現場計量自控檢測儀表的選用、控制流程模型建立、對PLC系統軟硬件的應用設計，觀察降低生化池COD負荷，同時改善營養比和生物結構時的生化處理效果，污水處理的藥劑配比等；使該處理工藝形成模塊化靈活組合模式。因此，在以后的同類型廢水處理研究和工程應用中，可進一步推廣，擴大其應用范圍。