楊 欣

(江西金達萊環(huán)保股份有限公司，江西 南昌 330100)

國內(nèi)機加工行業(yè)大量使用切削冷卻潤滑液(乳化液)，其排放量越來越大。以往國內(nèi)對廢乳化液的處理主要針對油基類切削廢液，而在金屬加工、液壓系統(tǒng)中常采用水包油型乳化液，其CODCr、濁度、油類較高，區(qū)域污染強度大［1－2］。切削廢乳化液不僅含有多種有害物，且使用過程中由于細菌作用發(fā)生腐敗，毒性和污染性大大增加，若處置不當(dāng)將嚴(yán)重污染水源。

目前主要采用重力分離法、粗粒化法、膜過濾法、凝聚法、鹽析法、生化法、電解法等方法處理水基廢切削液［3］，但由于此類廢液濃度高，往往處理工藝復(fù)雜、成本高昂。

1 項目背景

1.1 實驗料液

本實驗所用的料液是在某加工企業(yè)的儲液池密閉放置數(shù)月的廢切削乳化液，原液CODCr35980mg/L;NH3－N約918 mg/L;pH值為6.64，呈灰黑色。屬于水基切削液。生產(chǎn)中用了性能較穩(wěn)定的幾種乳化液品牌(如武漢俄美達乳化液);還含機床使用的廢導(dǎo)軌油、潤滑油等油品，屬于較難處理的、頗具代表性的乳化液廢水。

由于在大型加工企業(yè)廢乳化液一般都有廢液儲存池，該原液比新鮮廢乳化液更具代表性。

1.2 研究目標(biāo)

該加工企業(yè)現(xiàn)有處理工藝為酸化法破乳，操作步驟復(fù)雜，加藥費用高昂。大量污水處理設(shè)備為鋼質(zhì)材料，不耐受強酸的腐蝕。為減少對設(shè)備的腐蝕，改善工人操作條件，希望在中性或弱酸性條件下尋找破乳藥劑，并提供破乳劑破乳的工藝參數(shù)。

筆者篩選出一種高效破乳藥劑(破乳劑N)，提供經(jīng)濟、合理、有一定代表性的水基切削廢乳化液前期處理方法，為后續(xù)處理提供條件。

2 實驗原理及技術(shù)路線

2.1 廢乳化液性質(zhì)和成分

2.1.2 乳化液性質(zhì)

工業(yè)常使用的乳化液，一般是在油或脂類物質(zhì)中加入表面活性劑，然后加入水，在表面活性劑的作用下以極微小的顆粒分散在水中。由于其特殊的結(jié)構(gòu)和極小的分散度，在水分子熱運動的影響下，油滴在水中是非常穩(wěn)定的，這種乳化液通常稱為“水包油”型乳化液，其濃度一般小于10%。乳化液不能采用常規(guī)的靜置上浮的方法進行油水分離［4］。

2.1.3 乳化液成分

乳化液可能包含的成分:基礎(chǔ)油、乳化劑、防銹劑、防霉殺菌劑、穩(wěn)定劑、助溶劑、極壓添加劑、消泡劑、軟水劑［5］?？梢?，為保持穩(wěn)定性而添加的防霉殺菌劑等將抑制微生物活性。因此，直接進行生化處理很困難，需要先進行破乳處理。

2.2 常用乳化液處理工藝

目前國內(nèi)常用的乳化液處理工藝有物化+生化、物化+吸附、物化+膜過濾裝置［6］。這三種處理工藝中，都需要先使用物化方法對原液進行破乳處理，因此本研究的目標(biāo)是選擇合適的破乳劑對乳化液進行破乳。

2.3 物化破乳原理［5］

2.3.1 酸化破乳

使用脂肪酸鹽作乳化劑時，分散相液滴表面帶有負電荷，在這類乳狀液中加入無機酸，可使脂肪酸鹽轉(zhuǎn)化成電中性的不溶性脂肪酸使界面膜破壞而破乳。

2.3.2 加電解質(zhì)破乳

電解質(zhì)的離子在乳化液中發(fā)生強烈的水化作用，使乳化液中的自由水分子減少，對油珠產(chǎn)生脫水作用，從而破壞了乳化液油珠的水化層，中和了油珠的電性，破壞了它的雙電層結(jié)構(gòu)，因而油珠失去了穩(wěn)定性，產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象。

2.3.3 高分子絮凝劑

水溶性高分子絮凝劑在水中形成的凝膠對乳狀液中帶電液滴起到電性中和、凝聚作用。高分子絮凝劑不一定必須帶電荷，它們對分散相液滴有吸附架橋作用，把多個液滴聯(lián)在一起引起聚沉分離［6］。

2.4 技術(shù)路線

通過機理分析和反復(fù)試驗，筆者篩選出破乳劑N對乳化液進行處理，且嘗試加入高分子絮凝劑提高油水分離速度。并與現(xiàn)有酸化法進行對比。

3 實驗結(jié)果與結(jié)論

3.1 酸化法實驗結(jié)果與分析

3.1.1 濃硫酸加入量對處理效果的影響

在切削液原液中加入1%、2%、3%體積濃硫酸，攪拌后靜置3h，然后除去表面析出的雜油，處理后下清液水質(zhì)指標(biāo)如表3－1。

表3－1 靜置3h油水分離后處理效果

加濃硫酸后，廢液pH值降至2以下，酸性非常強，需要將油分離出后，水相加堿回調(diào)。

如濃硫酸的用量為0.2%、0.5%體積，則油水分離速度變慢，需要3～6日才較充分分離，且CODCr去除率明顯偏低，實用性較差。

3.1.2 破乳除油后回調(diào)的最佳pH值

在500mL原液中加入3%濃硫酸，攪拌，油水分離后除去上層雜油，將下清液pH值調(diào)節(jié)至不同值，沉降1h后測定上層液指標(biāo):

表3－2 回調(diào)至不同pH值處理效果

CODCr去除率最高的是回調(diào)pH至5，此時CODCr去除率為86.8%，隨著回調(diào)pH的增大，CODCr去除率反而降低。

3.1.3 小結(jié)

加3%濃硫酸破乳后先除去雜油，加堿調(diào)節(jié)pH值至5，處理效果較明顯。

但在工程應(yīng)用中，酸化法本身存在明顯缺點:pH值降至了2以下，對設(shè)備腐蝕性強，操作也存在一定的危險性;加堿回調(diào)pH值，步驟繁雜，加藥量龐大;析出雜油之后，加堿回調(diào)又形成較大量泥渣，體積約占40%，泥渣量過大。因此，需要研究更佳的工藝路線。

3.2 高效破乳劑實驗結(jié)果與分析

3.2.1 破乳劑N處理乳化液效果

通過研究，篩選出破乳劑N，絮體顆粒最大、加藥量較少。

加5%NaOH調(diào)節(jié)原液pH至8左右，分別加入3.2 g/L、3.6 g/L、4 g/L、4.4 g/L、5.2g/L 破乳劑 N，出現(xiàn)大顆粒礬花并破乳，放置3h后分層，其中上層為含油泥渣，下層為水相，測定下層水相指標(biāo)如下表。

圖3－3 破乳劑N加入量與處理效果的關(guān)系

3.6 g/L 6059 83.2% 623 32.1%4 g/L 4872 86.5% 623 32.1%4.4 g/L 4872 86.5% 613 33.2%5.2 g/L 4872 86.5% 655 28.6%

加入4 g/L破乳劑N，加入12mg/LPAM，產(chǎn)生大顆粒絮體，泥水可以在1min內(nèi)觀察到明顯分層;加入20mg/LPAM，則產(chǎn)生更大顆粒絮體，分層速度更快，在20s內(nèi)觀察到明顯分層。為了使絮體顆粒增大，提高分層速度，PAM的投加量選用20mg/L。破乳劑N與PAM復(fù)配可有效地提高泥水分離速度，增大絮體體積，縮小泥渣體積。

3.2.2 中試實驗

從小試實驗放大到中試，其放大效應(yīng)并不明顯，同樣有較好的處理效果:乳化液原液的體積為807L，加入4 g/L破乳劑N，20mg/L的 PAM，觀察到礬花顆粒變大，停止攪拌，等待5分鐘后，迅速觀察到分層。泥水充分分離需要3h。

泥渣體積約為135L，占乳化液原液體積的17% 。這種泥渣由大顆粒絮體堆積而成，不密實。該泥渣的粘度不大，采用先排水后排泥的方法，即可使泥水分離較充分。

破乳后下層水清液CODCr為4997mg/L，pH值為5.50，CODCr去除率86.1%，NH3－N 也由原液的 918mg/L降至620mg/L。泥水分離后將下清液加堿調(diào)節(jié)pH至8，CODCr、NH3－N進一步下降至4747mg/L和588mg/L。

3.2.3 破乳機理及破乳劑N性能分析

破乳劑N有很強的破乳作用，這是因為:

(1)水包油型乳狀液的分散液滴都帶有負電荷，破乳劑N有強烈的電性中和作用，使帶電的液滴失去電荷，在碰撞中容易聚結(jié);

(2)破乳劑N與脂肪酸發(fā)生堿金屬鹽反應(yīng)，破壞其水溶性，從而與水分離;

(3)破乳劑N在水中發(fā)生水解形成凝膠，有很強的吸咐凝聚作用，分散的液滴被吸附到這些凝膠體表面，變得容易聚集，從而實現(xiàn)泥渣與水相的分離

采用普通破乳劑處理同一原液，藥劑過量時CODCr去除率會變差。而加入過量破乳劑N，并不會使水質(zhì)指標(biāo)惡化。但加入量增大，污泥分離速度慢，污泥量增大;且破乳劑N呈酸性，加入量過大導(dǎo)致pH值過低。因此破乳劑N加入量仍不宜過大。

破乳劑N的處理效果比普通混凝劑好，但其溶液不能長久放置，最好現(xiàn)用現(xiàn)配。

4 結(jié)論

加入2%體積的濃硫酸，靜置3h、除油、調(diào)節(jié)pH至5 后，CODCr、NH3－ N 去除率為 86.3%、25.8%，pH 值下降至2以下。酸化法存在酸堿加藥量過大、污泥量過大(回調(diào)pH值后污泥量接近40%)、難以處置、對設(shè)備存在一定腐蝕性等缺點。

破乳劑N作為破乳劑的較佳加藥量為4 g/L，處理后pH值為5～6，比起酸化法對設(shè)備、人員腐蝕性、危險性顯著降低。

廢乳化液中投加4g/L破乳劑N后加入20mg/LPAM，絮體顆粒很大，分離速度大大提高，破乳后靜置，3h以內(nèi)泥水分離過程基本結(jié)束。破乳后下層水溶液 CODCr為 4997mg/L，CODCr去除率 86.1%，NH3－ N去除率32.5%。下清液加堿調(diào)節(jié)pH至8，CODCr、NH3－N總?cè)コ士蛇_到86.8%、35.9%。

5 藥劑費用及與現(xiàn)有處理工藝對比

使用破乳劑N處理每噸廢液所需藥劑費用:

(1)原液調(diào)節(jié)pH值:NaOH加藥量約0.43～0.5Kg/噸水，即 1.3～1.5元/噸水;

(2)破乳劑N:4Kg/噸水，12元/噸水;

(3)PAM:20g/噸水，0.3 元/噸水;

總藥劑費用:約13.6～13.8元/噸原液。

現(xiàn)有酸化法加酸難于控制，刮渣機經(jīng)常受腐蝕，設(shè)備較易損壞。有時泥餅需用人工鏟刮，氣浮經(jīng)常帶渣出水，出水水質(zhì)不穩(wěn)定。

本工藝優(yōu)點在于:1、加工企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備加藥費用43.5元/噸，本工藝加藥量小，藥劑費用大幅低于現(xiàn)有設(shè)備加藥費用;2、本工藝中原液在弱酸性條件破乳，對設(shè)備腐蝕性較弱，操作條件改善;3、酸化法中下層水溶液并不清澈，雜油黏度大難分離;除油后加堿調(diào)節(jié)pH值，又產(chǎn)生大量殘渣(約40%)。而本工藝中泥渣體積占17%左右，固液易于重力分離，泥渣還可用壓濾機進一步濃縮。

［1］張躍軍.線切割乳化液廢液處理方法初步研究［D］.南京:南京理工大學(xué)，2007.

［2］劉宏.化學(xué)破乳特性與高分子聚合物破乳［J］.工業(yè)水處理，2000，20(9):22－24.

［3］王春梅.處理含油廢水的研究［D］.南京:南京化工大學(xué)，1999.

［4］張希衡.廢水治理工程.北京:冶金工業(yè)出版社.1983，12.

［5］于寒松，張洪珍.乳化液廢水處理及設(shè)備的研制［J］.

［6］滑春雨.乳化液廢水處理應(yīng)用實例［J］.露天采礦技術(shù)，2006年第4期.