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    廢油提煉廢水處理

    水作為生命之源,孕育了宇宙的萬物。然而工業的迅速發展,含油廢水并沒有得到有效的處理,排放到水體形成了污染。其來源主要有石油工業中的石油開采和油品的加工、提煉、儲存及運輸工業中洗車、鐵路機務段洗油罐等排放的含油廢水、機械制造加工過程中產生的軋鋼水、潤滑油液以乳化油為主的廢水;另外餐飲業、紡織業、食品加工業及其他制造業的廢水中也含有大量的油[1]。
    1 含油廢水的危害
      (1) 浮油易在水面擴散成油膜,使水體缺少溶解氧,產生惡臭,導致水中植物、動物死亡。
      (2) 油類和它的分解產物中,存在著多種有毒物質(如苯并蔫、苯并蔥及其他多環芳烴)。這些物質在水體中被水生生物攝取、吸收、富集,造成水生生物畸變。
      (3) 油在水體中以油膜形式浮在水面上,表面積很大。在各種自然因素作用下,其中一部分組份和分解產物揮發進入大氣,污染和毒化水體上空和周圍的大氣環境。
      (4) 由于船舶航行、水流流動、大雨及其他因素,使含油廢水和被油污染水域的油份轉移到未污染的水域,造成更大面積的污染,威脅到飲用水源。此外,由于滲水的作用,含油廢水可能還會影響到地下水的水質。
    2 存在形式
      (1) 浮油:漂浮在水面上,構成油膜,油滴粒徑一般大于100 μm,在廢水中易于分離。在石油廢水中,浮油達到總油量的60% ~ 80%。
      (2) 分散油:懸浮在水中。油滴粒徑介于10 ~ 100 μm 之間,不穩定,靜置一段時間之后常常形成浮油。
      (3) 乳化油:在水中呈現乳化裝。油滴粒徑小于10 μm,大部分為0. 1 ~ 2 μm,不易從廢水中分離出來。
      (4) 溶解油:油粒徑比乳化油還要小,有的可小到幾納米,是溶于水的油微粒。
    3 處理方法
      對于含油工業廢水的處理,國內外研究機構一直在不斷的進行著深入的研究與探討,歸納起來其技術路線在去除水中大量油類的同時,兼顧去除有機物、懸浮物、皂類、酸堿、硫化物、氨氮等。所以其處理手段大體為物理法、化學法、生物法。氣浮法去除水中懸浮態乳化油已被各國廣泛的使用,同時結合生物法,可是水中含油量下降至10 ~ 20 mg /L,有機物達到允許排放的水平[2]。
      從處理工藝上可分為一級處理、二級處理、三級處理,我國偏向于一級處理和二級處理,對三級處理很少采用,僅僅是在特殊情況下作為補充措施。
      3. 1 一級處理
      3. 1. 1 重力法
      其原理是利用油水比重差異使油上浮,達到油水分離的目的??梢匀コ龔U水中粒徑大于60 μm 油滴?;谥亓Ψ蛛x原理的油水分離裝置種類繁多。最常用的為平板式隔油池,處理效率約為60% ~ 80%,出水中含油量約為100 ~ 200 mg /L[3]。池型最簡單操作方便,處理水量大,除油效率穩定,運行費用低,但占地面積大,受水流不均勻性影響。
      3. 1. 2 絮凝法
      絮凝過程是乳化含油廢水處理的重要單元,用以去除油和懸浮雜質過程中投加的絮凝劑對細分散和乳化油具有破穩、凝聚和吸附“架橋”作用,將油粒間Zeta 電位降低,分散的微粒聚集成較大絮體,從水中分離出來。用于含油廢水處理既有無機絮凝劑也有有機絮凝劑。傳統絮凝劑如鋁鹽和鐵鹽等,投加量大、污泥產生量多,逐漸被近年來出現的高分子絮凝劑取代。無機高分子絮凝劑如聚硫酸鐵、聚氯化鋁等,有機高分子凝聚劑如聚丙烯酰胺、丙烯酰胺等具有用量少、效率高的特點,逐漸成為主流。目前絮凝劑的發展方向有可能是無機物、有機物進行共聚而生成的一種新型高聚物,使它既具有中和電荷作用,又具有長鏈大分子強烈網捕作用而成為新生代的高效混凝劑。絮凝法處理含油廢水,在適宜條件下COD 的去除率可達50% ~87%,油去除率可達80% ~ 93%,但存在廢渣及污泥多和難處理的問題[4,5]。
      3. 1. 3 氣浮
      氣浮法除油,其原理是在含油廢水中引入氣體,使水中的乳化油粒粘附在所產生的細微氣泡上,隨氣泡一起上浮到水面,形成浮渣,從而回收水中的廢油[6]。氣浮法可以去除廢水中粒徑大于10 μm 油滴。氣浮法的除油效率主要取決于油粒直徑、氣泡直徑和油粒表面的化學性質。氣浮法效果較好,工藝成熟,但占地面積大,藥劑量大,浮渣難處理。
      (1) 溶氣氣浮法。所謂溶氣氣浮法,即加壓將空氣溶于污水中,隨后再降壓析氣。根據加壓的方式和氣體流動情況又分為四種:全流加壓式、回流式、部分原水式和壓氣式。選擇何種方式處理取決于污水的特點及能耗降低兩方面的綜合考慮:對于含油量較低的廢水,所需浮選池的容積小,可選擇全流加壓式及部分原水式;原水需預混凝和原水含油量較高的,可選擇回流式;壓氣式溶氣氣浮工藝的停留時間最短,可通過特殊的噴嘴、多孔板或圓盤,在含油廢水中壓入氣體。
      (2) 葉輪氣浮法。葉輪吸氣浮選法是靠葉輪旋轉時的吸氣作用而進行的氣浮法處理工藝。氣浮池中心葉輪高速旋轉時,在固定的蓋板下形成負壓,從旁設氣管吸入空氣,進入水中的空氣與循環水流被葉輪充分攪拌,成為細小的氣泡甩出導向葉片外面,經整流板穩流后,氣泡垂直上升進行氣浮,將其應用于含油污水的凈化時,除油率可達80%。然而,葉輪浮選機存在生產工藝復雜,維修不便,能耗較高的缺點,它的應用因此存在一定的局限性。
      (3) 射流浮選法。射流浮選機是近年來出現的一種新型含油污水處理設備,它的結構與葉輪機接近,工作原理是利用噴射泵,當水或凈化水從噴嘴高速噴出時,空氣在噴嘴的吸入室即形成負壓吸入,在混合段,水高速通過時,攜帶的氣體被剪切成微細氣泡;在浮選室,油珠隨著附著其上的氣泡上浮,將油渣帶至水面除去。射流泵代替了旋轉葉輪,這樣可用一個水泵提供動力,節省了能耗,僅相當于葉輪浮選的二分之一,產生氣泡直徑小,且制造安裝簡單、維修方便、操作安全,具有很大的研究和應用前景[7]。
      3. 2 二級處理
      3. 2. 1 活性污泥法
      活性污泥法是借助曝氣或機械攪拌,使活性污泥均勻分布于曝氣池內,微生物壁外的粘液將污水中的污染物吸附,并在酶的作用下對有機物進行代謝轉化[8]。這一過程中,微生物以污染物為碳源和營養源得到良好生長繁殖,同時污水亦被無害化處理[9]。
      3. 2. 2 生物膜法
      (1) 生物轉盤利用轉盤非常大的比表面積,在低能耗條件下,轉動產生高效曝氣和水、膜之間有效接觸;盤片表面附著的膜狀微生物在其代謝過程中對有機污染物進行了無害化降解[29]。
      (2) 生物流化床處理技術是借助流體使表面生長著微生物的固體顆粒呈流態化,同時進行去除和降解有機污染物的生物膜法處理技術。
      3. 2. 3 膜分離法
      利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離[10]??梢匀コ龔U水中粒徑小于60 μm 油滴。作為一種新型的分離技術,膜分離技術既能對廢水進行有效的凈化,又能回收一些有用物質,同時具有節能、無相變、設備簡單、操作方便等特點,因此在廢水處理中得到了廣泛的應用,并顯示了廣闊的發展前景。膜法進行油水分離的特征是:① 純粹的物理分離,不需要加入沉淀劑。② 不產生含油污泥,濃縮液焚燒處理。③ 雖然廢水中油分濃度變化幅度大,但透過流量和水質基本不變,便于操作。④膜法一般只需壓力循環廢水,設備費用和運轉費用低,特別適合于高濃度含油廢水的處理。在含油廢水處理中應用的膜分離過程主要有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)[11-14]。
      (1) 微濾。微濾技術是目前所有膜技術中應用最廣泛的一種膜分離技術。其過濾原理和普通過濾相似,屬于篩網過濾,即在靜壓差作用下,小于膜孔的粒子則被截留到膜面上,使大小不同的組分得以分離[15-18]。微濾主要用于過濾0. 1 ~ 10 μm 大小的顆粒、細菌、膠體[19]。微濾法處理含油廢水時,主要濾掉廢水中大顆粒物質及固體懸浮物。微濾具有操作壓力低,對水質的適用性強、占地面積小的優點。但微濾膜用于含油廢水的處理還處于工業試驗階段,這主要是因為:① 初期投資成本高。② 膜的再生清洗工作困難。③ 在減少清洗次數的情況下,如何長時間維持膜通量的穩定性。大量研究表明,微濾方法處理含油廢水工業應用是有很大發展前景的,但關鍵在不斷研究解決以上3 個方面的問題。
      (2) 超濾。超濾又稱為超過濾,其分離原理一般認為是篩分過程。當液體混合物在一定壓力下流經膜表面時,小分子溶質透過膜,而大分子物質則被截留,使原液中大分子濃度逐漸提高,從而實現大、小分子的分離、濃縮、凈化的目的[20]。超濾分離也屬于壓力驅動膜,其孔徑范圍為0. 05 ~ 1 nm,用于分離可溶性聚合物、生物分子、分散體和膠體[21-24]。超濾膜對含油廢水的處理效果與含油廢水的性質相關。但超濾膜也有相當的不足之處,這主要表現在:① 小分子物質能夠透過膜,所以對COD 和BOD 的去除率不高。② 界面活性成分透過會把油分帶到透過液。③ 膜的污染和清洗還有待研究[25,26]。
      (3) 反滲透。反滲透是在濃液的一邊加上比自然滲透壓更高的壓力,扭轉自然滲透方向,把濃液中的溶劑壓到半透膜的另一邊的稀溶液中,用于從溶液中清除溶解的溶質的一種分離法。反滲透膜的孔徑< 1nm,水分子能自由的通過這些孔,但溶解的離子和有機溶質不能。這些溶質或是被膜表面截留或是被水相的比膜表面更強的吸附作用吸引。由于膜、溶質和溶劑間的相互作用,水分子選擇性吸附于溶劑-膜的界面使分離得以實現。與超濾相比,反滲透可用以分離分子大小大致相同的溶劑和溶質,對于COD 和BOD 的去除率也大為提高。但反滲透所需的工作壓力高,一般大于2. 8 MPa。反滲透膜很容易被污染,導致廢水處理效果和膜通量下降。因此進入反滲透裝置的廢水一般都要經過預處理,達到一定的指標以后才可進入。
      3. 3 三級處理
      活性炭是最常用的水處理用吸附劑,全世界生產的活性炭中大部分用于水處理,包括粒狀活性炭、粉狀活性炭和纖維活性炭等。與其他吸附劑相比,活性炭具有巨大的比表面積和特別發達的微孔,吸附能力強,吸附容量大,不僅對油有很好的吸附性能,而且能同時有效地吸附廢水中的其他有機物,對油的吸附容量一般為30 ~ 80 mg /g[27-29]。但由于活性炭生產成本高,再生困難,故一般只用于含油廢水的深度處理。


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