陰離子表面活性劑去除方法研究

求少斌

（深圳市良益實業有限公司,廣東 深圳 518105）

0 引言

表面活性劑具有良好的洗滌、潤溫、乳化及增溶等特性,表面活性劑廢水來源很廣,如家庭廚房廢水,酒店賓館廢水,洗衣房廢水中均含有陰離子表面活性劑（LAS）,洗滌、化工、紡織等行業也產生大量含表面活性劑的廢水。廢水中除含有表面活性劑和其乳化攜帶的膠體污染物外,還含有助劑、漂白劑和油類物質等,廢水一般偏堿性。在日常生活和工業生產中,都是頻繁的運用,而這些表面活性劑排入污水管道,給污水處理過程帶來一定難度,如果處理不達標,會造成水體污染。

目前市場上常用的表面活性劑有烷基苯磺酸鈉、烷基磺酸鈉、太古油,拉開粉和平平加,在污水處理過程中,低含量的表面活性劑主要依賴于生物處理,最終達到排放標準,而污水含有高含量的表面活性劑一般是通過膜處理后,得到的濃縮液再來蒸發,或者交危廢統一處理,這樣導致處理成本過高。在實際運用過程不太適合,也有在生化處理前或生化處理后,簡單的投加混凝劑和助凝劑,將部分的表面活性劑沉淀下來,但是用這種方法對表面活性劑的去除率達不到50%,并且對各種不同性質的表面活性劑,所選擇的混凝劑最終處理的效果不同而不同,所以本文針對高含量的表面活性劑提供一種物化方法,將含有高陰離子表面活性劑的處理方法。其解決方法是通過幾種化學藥劑共同與陰離子表面活性劑發生化學反應,形成沉淀物,達到去除的目的。

1 陰離子表面活性劑

陰離子表面活性劑具有抑制和殺死微生物的作用,而且還可抑制其它有毒物質的降解,同時表面活性劑在水中起泡而降低水中復氧速率和充氧程度,使水質變壞,若不經處理直接排入水體,將造成湖泊、河流等水體的富營養化問題［1］。

表面活性劑廢水的處理即要去除廢水中的大量表面活性劑,同時也要考慮降低廢水的COD和BOD等的含量,所以本文通過探索和試驗找出一種物化降解表面活性劑方法。含有較高的表面活性劑廢水,首先通過物化降解后,再進入生化處理,最后排入水體。

傳統型的陰離子表面活性劑是疏水性部分和親水性部分組成的化合物,大部分陰離子表面活性劑存在對生物菌有一定的抑制作用。主要是其攜帶的抑菌團的性質決定了抑菌性能,表面活性劑起到了增容和擴散的作用,并且在親水基因相同的情況下,表面活性劑隨著碳鏈長度的增大,其濕潤性能和吸附能力大大提高,表現出抑制效果更為明顯［2］。

陰離子表面活性劑對人體有害,那么對生物菌同樣有害。污水中含有一定量的陰離子表面活性劑,在好氧池中會產生大量的泡沫,這些泡沫會包裹活性污泥,導致污水處理能力變差,產生大量泡沫,泡沫阻礙污水中的氣體進入空氣中,另外泡沫導致整個污水處理環境變差［3-4］。

2 陰離子表面活性劑主要性質介紹

陰離子表面活性劑的主要性質,陰離子表面活性劑是表面活性劑中發展歷史最悠久的、產量最大、品種最多的一類產品,陰離子表面活性劑按其親水基團的結構可分為磺酸鹽和硫磺酯鹽,是目前陰離子表面活性劑的主要類別。

將在水中電離后起表面活性作用的部分帶負電荷的表面活性劑稱為陰離子表面活性劑,從結構上把陰離子表面活性劑分為羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽和磷酸酯鹽四大類。

脂肪酸鹽是親水基羧基的陰離子表面活性劑包括高級脂肪酸的鉀、鈉、銨鹽以及三乙醇銨鹽。在水中電離后起表面活性劑作用的部分是脂肪酸根陰離子。如電離式：

把在水中電離后生成起表面活性劑作用的陰離子磺酸根（R-SO3）稱為磺酸鹽型陰離子表面活性劑,包括烷基苯磺酸鹽（ABS、LAS）、α-烯烴磺酸鹽（AOS）、烷基磺酸鹽（AS、SAS）、α-磺基單羧酸酯（CH2-COOR ,R-CH-COOCH3）、脂肪酸磺烷基酯（LgePonA）、琥珀酸酯磺酸鹽（OT）、烷基萘磺酸鹽（R-C10H6-SO3M）、石油磺酸鹽（AGS）、本質素磺酸鹽（O/W型乳狀液的乳化劑）、烷基甘油醚磺酸鹽（AGS）等多種類型。

二元酸與醇類發生酯化反應可以生成硫磺酸單脂和硫酸雙脂。硫酸脂鹽分為脂肪醇硫酸鹽（脂）鹽和仲烷基硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸脂鹽、脂肪酸衍生物的硫酸酯鹽、不飽和醇的硫酸酯鹽等幾大類。

烷基磷酸脂鹽包括烷基磷酸單雙脂鹽,也包括脂肪醇聚氧乙烯醚的磷酸單雙脂鹽和烷基酚聚氧乙烯的磷酸單雙酯鹽。

根據陰離子表面活性劑與水的表面張力的關系,按照其物理化學知識,可以知道絕大部分陰離子表面活性劑在酸性條件下不穩定,尤其在強酸性條件下極易分解。

在弱酸性條件下,三氯化鐵和硫酸亞鐵二者都可以使陰離子表面活性劑失去活性,反應形成大量的絮體。而選用的三氯化鐵的理由是三氯化鐵的鐵離子比硫酸亞鐵的鐵離子活潑,具有更強的活潑性,另外三氯化鐵自身是強氧化劑,能加速芬頓氧化過程的速度,從而達到分解COD的目的。利用三氯化鐵在整個反應過程中所產生的污泥量比硫酸亞鐵所產生的污泥量少,同時還可以節省芬頓氧化過程所消耗的雙氧水量。

為實現此目的,對含高濃度陰離子表面活性劑廢水處理方法,其技術方案通過以下步驟完成：

對原水pH值用稀硫酸進行調節,pH值為4~5之間投加適量的三氯化鐵,同時滴加少量的雙氧水,然后根據廢水中陰離子表面活性劑含量多少,再進行適當的微量曝氣,使三氯化鐵完全與陰離子表面活性劑反應完全,達到反應完全后,再添加適量的聚合硫酸鐵絮凝劑和聚丙烯酰胺助凝劑,這時達到處理的目的。

在微氧條件下,水系中所存在鐵離子均為三價,同時具有高混凝作用。有利于強化污染物去除效率。本實驗具有工藝簡單、產水成本低、運行穩定及處理效果好等優點。

實驗步驟見圖1。

圖1 工藝流程圖

3 陰離子表面活性劑在污水處理中的方法

根據陰離子表面活性劑的機構形式和組成以及性質,了解陰離子表面活性劑在污水中的特點,便于尋求污水處理的方法。

目前處理含有陰離子表面活性劑廢水的方法,主要是指物化處理和生化處理工藝。其中物化處理的典型工藝包括泡沫分離法、混凝沉淀法、活性炭吸附法、臭氧氧化法、光催化氧化法、微電解法、超聲降解法、離子交換法以及膜分離法。然而單獨物化處理工藝存在著處理效果不佳、產水成本高、二次污染嚴重以及后續處理困難等問題,因此本試驗利用三氯化鐵的強氧化的性質,同時添加適量的雙氧水的快速氧化之功能,使三氯化鐵與陰離子表面活性劑充分反應。同時借助于微量曝氣達到反應完全,最后又利用聚合硫酸鐵作絮凝劑,達到去除廢水中陰離子表面活性劑的目的。

陰離子表面活性劑在廢水處理中既要去除廢水中的大量表面活性劑,同時也要考慮降低廢水中的化學需氧量和生化需氧量。表面活性劑結合水帶來的COD,一般易降解,用化學方法將絕大部分的COD分解成二氧化碳和水。在弱酸性介質中,利用足夠量的三價鐵離子與陰離子表面活性劑反應形成大量的絮體,然后利用在此環境介質中,進行芬頓氧化,進一步降解COD。

根據含高濃度陰離子表面活性劑廢水處理特征。試驗步驟如下：

（1）首先對原水pH值用稀硫酸進行調節,pH值為4~5之間投加適量的三氯化鐵,同時滴加少量的雙氧水,一般雙氧水的量與三氯化鐵之比為1∶20,然后根據廢水中陰離子表面活性劑含量多少,再進行適當微量曝氣,使三價鐵完全與陰離子表面活性劑反應完全,達到反應完全后,這時添加適量的聚合硫酸鐵進行混凝沉淀。為了達到批量處理效果,此時添加聚丙烯酰胺作為助凝劑,這樣可滿足于規模的污水處理設施。

（2）對于含有陰離子表面活性劑的廢水,如廢水中不僅是陰離子表面活性劑高,而且廢水中的化學需氧量高和生物需氧量高,此時廢水通過上述去除陰離子表面活性劑后的廢水,接著按普通的有機污水處理方法處理,一般采用厭氧和完全活性污泥處理方法。

實驗數據見表1。

表1 試驗結果表

通過上述試驗數據,可知：含高濃度陰離子表面活性劑廢水,在弱酸性條件下,加入適量的三氯化鐵,在雙氧水的協同作用下,同時利用空氣不斷的曝氣攪拌,可以對廢水中陰離子表面活性劑在進行簡單的物化處理后,達標排放。

4 結語

本實驗室通過不斷的探索和試驗,總結出在幾種化學品藥劑同時與陰離子表面活性劑的作用,形成沉淀物,為了適應大規模的實際運用,再加絮凝劑和助凝劑,將沉淀物快速沉淀。此方法值得推廣和應用。