国内外近几十年来,对各种“破乳”方法进行了大量的研究。其中化学方法有:酸化法、盐析法、酸化凝聚法、凝聚法,破乳剂法等,物理法有电解处理法、气浮法、高梯度磁分离法、超滤法等。也有物理化学法,如化学破乳+电解气浮法等。这些方法各有利弊,适用与不同乳化液废水的处理。下面谈谈国内乳化液废水常用的处理方法。
1.超滤法 (Ultrafiltration)
超滤法的原理是利用孔隙较大的半透膜,采用交叉流动的方式,在一定的压差和紊流流动的情况下,废水中大部分极性分子能通过半透膜,而所有非极性分子(如胶体微粒)和分子量较大的物质则不能通过半透膜而被截留,从而使废水得到净化。交叉流过滤是一个连续过滤的过程,输入液流与膜平行,而有一部分液体则垂直渗透过膜,膜两边的压力差是渗透压。液体交叉流动造成湍流,能冲洗膜表面的微粒,降低膜表面的污染程度。超滤主要是分离分子级的微粒,直径大小为0.01~10mm,分子量一般大于500,这种液体的渗透压很小,因而采用的操作压力较小,一般在0.1~0.5Mpa即可。例如上文提到的利用超滤法处理半稳定性水包油型乳化液废水,超滤膜可以截留的分子量为15000~20000,操作压力为0.35Mpa,净化水透过率为~340L/m2˙h,乳化液的透过率为46L/m2˙h。
影响超滤性能的因素主要是流速、压力、温度及含油浓度等。
渗透液通量随流速的增高而加大,随操作压力的提高而加大,废水中温度升高,渗透液通量也随之增大。但是温度的增高,必然会引起一次性投资和运行费用的增加。根据运行经验,一般超滤处理的最佳温度在60OC以下。
在操作压力、废水流速、温度等可控条件稳定的情况下,影响超滤工作最主要的就是废水的含油浓度,以及膜面受污染而引起的阻抗,膜的表面污染引起的浓差极化将严重改变膜的截留率。一般工程实例中在渗出液管道上采用流量计来检测流量,流量过大时,可能出现膜破裂的情况,必须停车检修;流量过小时,说明超滤膜表面污染阻抗太大,应该进行清洗。
通常情况下,由于乳化液废水中含有大量的杂质,因此先将冷轧生产线排来的乳化液废水收集在调节池内,进行均质预处理,调节来水的不均匀性,同时可去除废水中的浮油和沉淀的油泥;另一方面,在调节池内对废水进行加热,使乳化液的温度升高,以提高后续的超滤装置的除油效果。
调节池的出水在进入超滤装置前,先要经过一道过滤措施,即可去除废水中的较大颗粒杂质,以防止超滤膜的堵塞。
一般情况下,含油浓度超过50%时,渗透率就大大下降。国内超滤系统多采用二级或多级处理工艺就是基于这个道理。一般竟预处理后的含油废水用泵送至循环槽,再由供给泵供至超滤装置。循环泵使废水在超滤管内循环,在操作压力作用下,水分子透过滤膜成为渗透出水,油和大分子物质被截留在管内不断浓缩。经过一级、二级或多级处理,油被浓缩而废水得到净化。一级超滤后的出水含油浓度约为20~30%,二级超滤后的出水含油浓度将达到50%左右。
乳化液废水经过超滤处理后,渗透水的含油量可以达到8~10mg/l。由于超滤工艺对废水中溶解性的COD无法去除,因此,当乳化液废水中溶解性COD指标太高时,必须对超滤的渗透出水进行COD降解;也可以将超滤渗透出水与其它废水系统合并一道处理。为了获得质量高、体积小的废油,可将经超滤处理后的废油送至油水分离槽,通过加温进一步浓缩分离,可将最终浓缩废油的浓度提高到90%以上。
超滤装置在运行一段时间后,需停机进行清洗,以保持超滤膜的渗透通量,延长滤膜的寿命。超滤膜的清洗周期将随超滤膜的材质和乳化液废水的性质而变化。对于有机膜超滤管的清洗,一般采用化学清洗剂,酸或碱液,并借用海绵球或纤维球,通过清洗泵进行循环机械清洗,清洗周期一般为5~7天。对于无机膜超滤管的清洗,一般仅采用化学清洗剂清洗即可,但清洗周期较短,一般为3~5天。
2.化学破乳+气浮法(De-emulsify + Air Flotation)
根据乳化液废水的性质,我们也可以采用化学破乳+气浮法工艺来处理。
由于乳化液废水中乳化油液滴表面带负电荷,双电层起稳定作用,化学破乳法就是在废水中加入化学药剂,降低双电层的z电势,压缩双电层,使之聚结,并加入絮凝剂,使小油珠凝结成较大的油滴,然后将其从水中分离。
化学破乳法包括:投加混凝剂;投加酸;投加盐类物质并加热乳化液;投加盐类物质并电解;加酸和有机分散剂;投加有机脂类物质和混凝剂等。
气浮法就是在破乳后将空气泡通入污水中,形成水-气-粒三相混合系,将废水中形成的较大油滴用微小气泡顶托至液面,从而使污染物质从污水中分离。气浮法主要包括两种类型:一种是通过旋转叶轮导入空气,并分散气泡,通称导气气浮法(IAF);另一种是在一定压力下使部分污水中溶解的空气达到饱和,然后在污水中突然释放,形成许多微小的气泡,附着在油滴上上浮至液面,通称溶气气浮法(DAF)。
一般情况下,导气气浮法产生的气泡粒径多在0.5~10mm左右,用于去除较大颗粒的油滴;而且导气气浮法产生的气泡大小不一,运动速度快,气泡与油滴接触时间短,去除效果不均匀。溶气气浮法产生的气泡粒径多在0.1~10mm,用于去除较小的油滴;溶气气浮法产生的气泡也较均匀,去除油滴效果较好。
破乳剂的作用就是在废水中投加化学药剂,破坏乳化油与水之间的稳定结构,使油滴与水分离,便于油滴的有效去除。乳化液废水多为水包油型,乳化剂上的亲水端在水中会离解而带负电荷,造成油珠无法聚析,因此破乳剂应使用以高电荷阳离子为主体的絮凝剂,同时应设法加强絮体的密实度和强度,便于沉淀或气浮处理。乳化剂的种类不一样,选用的破乳剂也不尽相同,在实际选用中,要根据乳化剂的结构和性质进行实验分析。
实际工程中,各种乳化液废水采用何种破乳剂,需根据各厂的实际情况,结合工业废水处理工艺予以综合考虑。