高濃度乳化廢水氯化鈣破乳試驗研究

摘要：為了能在高有機乳化廢水處理設(shè)計和運行過程準(zhǔn)確的對氯化鈣進行添加，保證氯化鈣添加量的準(zhǔn)確性，杜絕藥劑添加浪費的情況，同時確保能達到最佳的破乳效果，降低后續(xù)處理設(shè)施的運行負擔(dān)，達到設(shè)計的處理標(biāo)準(zhǔn)。通過實驗論證得出氯化鈣對高濃度乳化廢水具有較好的破乳效果，在考慮破乳狀態(tài)和實際運行成本的情況下，pH值為3且氯化鈣添加量為4‰時為最佳的化學(xué)破乳狀態(tài)，試驗原水COD為125300mg/L，化學(xué)破乳反應(yīng)后的處理水COD為4550mg/L，COD去除效率能達到96%，滿足實際項目要求，配合后續(xù)的深度處理系統(tǒng)能有效的對高濃度乳化廢水進行達標(biāo)處理。

關(guān)鍵詞：乳化廢水;破乳狀態(tài);破乳效果;最佳

隨著時代的進步、社會的發(fā)展，保護環(huán)境人人有責(zé)并不僅僅只是一句口號，人與自然的可持續(xù)發(fā)展觀越來越深入人心。而作為環(huán)境資源保護工作者的一員，在實際項目建設(shè)中經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)各種操作運行問題，比如操作人員在實際運行過程中存在加藥量過大造成運行成本增加的情況，或者運行條件未達到最佳狀態(tài)而造成出水水質(zhì)污染物濃度較大，無法達到排放標(biāo)準(zhǔn)等等問題，大大加大了整個環(huán)保處理系統(tǒng)的運行負擔(dān)。而怎樣做到花費最小的成本而達到最大的運行處理效果是我們環(huán)保技術(shù)人員必須要去考慮及研究的。

本文主要通過實驗研究乳化廢水處理過程中在不同的破乳環(huán)境下所產(chǎn)生的不同的破乳效果，通過實驗及論證來得出最佳的破乳效果，為后續(xù)的環(huán)保技術(shù)工作積累經(jīng)驗。

1乳化廢水的介紹

乳化是一種液體以極微小液滴均勻地分散在互不相溶的另一種液體中的作用[1]。乳化是一種液-液相關(guān)聯(lián)的界面現(xiàn)象，當(dāng)兩種原本互不相溶的液體，比如油與水，原本油和水由于密度的不同會進行分層，密度較小的油在上層，而密度較大的水在下層，這樣可以很好的進行油水分離。但是在加入化學(xué)物質(zhì)，如部分有機添加劑、表面活性劑等的情況下通過高速的攪拌，在離心力的作用下，油分子被分散在水中，從而形成油和水的均勻的分布狀態(tài)。

乳化液中主要含有機油和表面活性劑[2]，是利用不同油類物質(zhì)的特性加入特定的乳化劑與水進行稀釋配置而成。由于乳化劑都是表面活性劑，當(dāng)它加入水中，使油與水的界面自由能大大降低，達到最低值，這時油便分散在水中[3]。所以乳化液可以簡單地認為是液-液相平衡的一種狀態(tài)，從而使得油和水所組成的膠體物質(zhì)性狀具有穩(wěn)定性、均勻性的特點，保證了乳化油能均勻的分散在水中，即油為分散相，而水為連續(xù)相的特性。

2實驗水樣的選擇

本技術(shù)研究主要以工程項目中所見的技術(shù)難點為出發(fā)點，同時利用本次研究成果能為同類工程項目的建設(shè)作為參考。所以本實驗所使用的水樣為山東泰山玻璃纖維有限公司水性新材料及提純車間所產(chǎn)生的工藝廢水，廢水種類較多，呈現(xiàn)濃稠狀乳白色，通過對實際產(chǎn)線的模擬排水情況分析，將多種類乳化廢水同比例混合，同時添加綜合清洗廢水，從而配置成模擬生產(chǎn)廢水，即本試驗所用的實驗廢水原水，通過檢測原水COD為125300mg/L，pH值為9.8，COD濃度較高，破乳難道較大。

3實驗工藝的選擇

在實際工程運用中，能達到較好的破乳效果的破乳工藝很多，主要分為以下三大類工藝：

（1）機械破乳

通常是采用離心分離，利用油、水的密度不同，經(jīng)離心加熱而使油相的粘度降低而加快破乳[4]，此方法在水處理領(lǐng)域?qū)嶋H乳化廢水的處理上應(yīng)用較少。

（2）物理法

物理破乳法通常采用沉降法、生化法、多介質(zhì)過濾法等。沉降法主要用于破乳難度較小或者已經(jīng)進行初步破乳的廢水工藝，一般與化學(xué)法結(jié)合使用處理效率較高，超聲波破乳作用的強度不應(yīng)太大，否則可能導(dǎo)致分散，過濾法處理乳化廢水主要是使乳化廢水通過多種類的特性過濾材料或過濾裝置，利用過濾材料的特性實現(xiàn)油水分離。物理法在乳化含油污水處理上的實際應(yīng)用也較少。

（3）化學(xué)破乳法

化學(xué)破乳法主要是改變?nèi)榛旱念愋秃徒缑嫘再|(zhì)，使它變的不穩(wěn)定而發(fā)生破乳[4]。在實際處理過程中通常是投加特殊的破乳藥劑來實現(xiàn)所需的破乳過程，工程上應(yīng)用較為廣泛?；瘜W(xué)破乳法大體上有以下幾種：酸堿破乳、無機混凝劑破乳、有機絮凝劑破乳、無機與有機藥劑的配合使用等。

在實際工程運用中，機械破乳和物理法設(shè)備投資及破乳成本較大，通常在某些特定條件下且產(chǎn)品附加值較高的情況下才被采用。而常見的工廠制造業(yè)由于考慮到實際的投資成本，通常采用化學(xué)破乳法進行破乳。主要工藝一般采用化學(xué)破乳+混凝沉淀（氣?。?深度處理系統(tǒng)的整體處理工藝，而破乳通常作為整個項目的預(yù)處理工藝，以將乳化狀態(tài)破除，降低廢水有機物濃度的同時方便后續(xù)深度處理設(shè)備的處理。

本試驗采用酸堿破乳和無機破乳劑結(jié)合相結(jié)合的破乳工藝，選取的無機破乳劑為氯化鈣，研究不同pH值在不同氯化鈣添加量情況下的破乳效果，以COD的去除效率進行參考，同時結(jié)合實際運行成本，研究出最佳的運行狀態(tài)。

4氯化鈣的破乳原理

對于氯化鈣破乳的基本原理如下：

（1）氯化鈣被添加至乳化廢水后會被離解成為正、負離子，發(fā)生強烈的水化作用即爭水作用，使乳化廢水中存在的自由水分子減少，逐漸對油珠產(chǎn)生脫水作用，從而破壞了乳化廢水中油珠的水化層[5]。

（2）含有特性表面活性劑的乳化廢水穩(wěn)定性較好，通過向乳化液廢水中添加氯化鈣后，Ca2+壓縮雙電層，降低電位，從而減小了均勻分布在水中的乳化油膠粒之間的相互排斥力，在范德華力作用下有可能碰撞并大成為分散油[5]，從而達到了破乳的目的。

（3）Ca2+可與乳化廢水中特定的表面活性劑反應(yīng)，從而生成不溶于水的金屬皂沉淀，使乳化液的狀態(tài)進行轉(zhuǎn)變，從而將原有穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)破壞，達到破乳的目的[5]。

5實驗過程（pH值為變量）

通過添加硫酸和液堿調(diào)節(jié)不同的pH值，本實驗組共10組，pH值分別為pH=1、2、3……9、10，標(biāo)記組號為1、2、3……9、10。每個實驗組廢水量為100mL，添加相同量的氯化鈣溶液，氯化鈣溶液的配置濃度為20%，添加量為5mL。由于本處設(shè)定的變量為pH值，所以為了確保試驗組都能看到有效的破乳效果，所以加大了氯化鈣的添加量，以方便測出有效的實驗數(shù)據(jù)。

各實驗組破乳時間設(shè)定為20min，完成后調(diào)節(jié)pH值至9后加入適量的PAM進行絮凝反應(yīng)，上清液通過濾紙過濾后檢測COD濃度，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。（COD濃度單位：mg/L）

通過以上數(shù)據(jù)分析，實驗組1至5號破乳效果較好，能達到破乳要求，而6至10號破乳效果一般，破乳不完全，后續(xù)增加試驗組別，在實驗組6至10的現(xiàn)有基礎(chǔ)上進一步增加了氯化鈣的添加量5mL，組別6和7基本清澈，其余組別仍破乳不完全，所以本處判斷在pH值6-10的范圍內(nèi)，廢水無法有效達到較好的破乳效果。

對比實驗組1-5，由于實驗組1和2與實驗組3數(shù)據(jù)差別不大，而實際運行中需要添加大量的硫酸調(diào)節(jié)pH值和堿回調(diào)pH值，所以在數(shù)據(jù)差別較小的情況下，本處不建議采用實驗組1和2的pH調(diào)節(jié)進行項目實際運行。綜合考慮選實驗組3、4、5的pH值條件進行后續(xù)的加藥量測試。

6實驗過程（加藥量為變量）

通過添加硫酸和液堿調(diào)節(jié)不同的pH值，本實驗組共3組，pH值分別為pH=3、4、5，重新標(biāo)記組號為1、2、3。每組試驗分別有6個對比實驗杯，每個實驗杯廢水量為100mL，添加不同量的氯化鈣溶液，氯化鈣溶液的配置濃度為20%，添加量分別為0.5mL、1mL、1.5mL、2mL、2.5mL、3mL，標(biāo)記杯號為1、2……5、6。

各實驗組破乳時間設(shè)定為20min，完成后調(diào)節(jié)pH值至9后加入適量的PAM進行絮凝反應(yīng)，上清液通過濾紙過濾后檢測COD濃度，實驗數(shù)據(jù)如表2所示。（COD濃度單位：mg/L）

通過以上數(shù)據(jù)分析，實驗組1的破乳效果明顯好于實驗組2和3，而在實驗組1中，從杯號1至6數(shù)據(jù)遞減，說明在pH保持不變的情況下，在本實驗數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，氯化鈣添加量越多，出水COD越低，破乳效果越好。

對比整個實驗組1可以看出，杯號1至4數(shù)據(jù)下降明顯，杯號4-5基本無太大數(shù)據(jù)下降，考慮到藥劑添加量的增加導(dǎo)致實際運行費用的增大，所以建議采用杯號4作為最佳實驗組別。

7實驗結(jié)果

通過本次實驗論證可知，第二次變量實驗中組別1杯號4的試驗條件在此次高有機乳化廢水的破乳實驗中綜合表現(xiàn)最佳，實驗條件為100mL高有機乳化廢水在pH值為3，氯化鈣（濃度20%）加藥量為2mL。

綜上可知，在酸性條件下氯化鈣的破乳效果較好，在考慮綜合藥品添加成本的情況下，pH值為3，氯化鈣添加量為4‰的運行條件為最佳處理條件，能達到最佳的處理效率，COD去除效率能達到96%。

通過本次實驗研究，能夠?qū)罄m(xù)的工程項目技術(shù)工作提供參考，我們必須明白環(huán)境治理是什么？為了達到環(huán)境治理的效果需要不計成本的投資？還是浪費現(xiàn)有資源而治理原有污染的一項保護工作？事實上環(huán)境治理的同時我們也要充分考慮投資成本及現(xiàn)有資源的利用，讓資源得到最大化的利用及可持續(xù)發(fā)展，這也是我們作為環(huán)保技術(shù)工作者需要去考慮和研究的方向。

環(huán)境保護工作是一項重要的工作，關(guān)乎我們每個人的切身利益，我們必須采取措施，多方向的進行論證研究，同時需要全員參與，為了我們生活的環(huán)境變得更好而努力。環(huán)保工作是一項影響未來的工作，我們只有在工作中發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題同時展望此項問題研究的意義，才能在未來的環(huán)保技術(shù)工作中創(chuàng)造可能。

參考文獻：

[1]百度百科.拔水劑.1901-01-01.

[2]閆思敏，白栓栓.乳化液廢水處理概述.《科技經(jīng)濟市場》，2014-05-30

[3]孫三軍，郭海峰.高COD廢乳化液處置工藝的研究.《山西化工》，2020-04-24

[4]陳天應(yīng)，高秀麗，張鵬名，劉孟鵬等.蘇20區(qū)塊復(fù)合破乳技術(shù)優(yōu)選.《內(nèi)蒙古石油化工》，2019-09-15

[5]林建平.氯化鈣處理乳化液廢水的試驗研究.《山東工業(yè)技術(shù)》，2018-08-15

作者簡介：黃健博 1990.3男 漢 江蘇海門 大專 職稱：暫無（本論文用于中級職稱評選）和研究方向：環(huán)境工程

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