絮凝剂配方优化实验

武汉理工大学 能源与动力工程学院 武汉 430063

对于含油污水的处理方法和技术，国内外研究机构一直在不懈地进行深入研究与探讨，日本学者研究出用电絮凝剂处理含油污水、用超声波分离乳化液、用亲油材料吸附油。近几年发展用膜法处理含油水，滤膜被制成板式、管式、卷式和空心纤维式。美国还研究出动力膜，将渗透膜做在多孔材料上，应用于水处理中[1-2]。含油废水处理难度大，往往需要多种方法组合使用，如重力分离、离心分离、溶剂抽提、气浮法、化学法、生物法、膜法、吸附法等。

1 船舶舱底油污水的来源及特性

机舱舱底水主要来自机舱内冷却管路的海水、淡水的泄漏；燃油和润滑油管路的燃料油、润滑油的泄漏；蒸汽管路凝水泄漏；水柜、油柜及机械设备中油、水的泄漏和泄放；尾轴填料箱处的漏水和冷却润滑水；甲板开口处水密性不良引起的泄漏；水线附件甲板和舱室的疏水泄放至舱底；扑灭火灾用消防水；船体破损后的大量进水等。

目前在实际应用中，油污水分离装置所采用的分离技术主要是重力分离法、水力旋流法、离心分离法、聚结分离法、吸附分离法、过滤分离法，而船用油水分离器既有按它们当中的一种分离方法设计而成的，也有按它们当中几种方法组合设计而成[3，4]。

2 化学絮凝法处理船舶含油污水

虽然目前已研究开发出多种船舶油污水处理方法,但实际中由于机舱舱底水含有较多的机械杂质、石蜡胶体等，滤器经常堵塞，以至于管理人员须进行经常性清洗，增加了工作量及工作负担；再者操作人员素质各不相同，致使油污水被偷排现象屡禁不止，对水体造成严重污染。

船用油水分离器使用的局限性和弊端，促使人们不断尝试新的分离方法[1，2]，化学絮凝法就是其中一种[5，6]。为提高常规重力分离法对小粒径油滴和乳化油的去除效率而在含油污水中投加絮凝剂,通过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥和沉淀物网捕等原理,实现乳化油的破乳并形成矾花,然后通过重力分离将油分去除的方法。该法适应性强，操作简单易可去除乳化油和溶解油，以及部分难以生化降解的复杂高分子有机物[7]。

含油污水处理常用的絮凝剂主要有无机絮凝剂,有机絮凝剂和复合絮凝剂三大类。无机絮凝剂投药量大,产生的污泥含水量高,污泥体积庞大,颗粒细,絮凝沉淀速度慢,处理效率低等不足,使其应用受到了一定的限制。同无机絮凝剂相比,有机高分子絮凝剂具有用量少、适用范围广,受盐类及环境条件影响小,污泥量少, 并且容易处理以及处理效果好等优点越来越引起人们的广泛关注。复合絮凝剂为无机絮凝剂和有机絮凝剂改性产品，或者经过复配后的絮凝剂[8]。

查阅国内外相关文献资料，分析研究船舶舱底油污水的特性，从几百种絮凝剂中有针对性地筛选出了7种相关絮凝剂，它们分别是：聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝铁(PACF)、阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)。为了能更好地接近船舶上的实际情况，直接从长江轮渡上的实际舱底油污水现场取样，并依据中华人民共和国交通部标准——水中油含量分析方法，进行室内试验。具体实验仪器、试剂，实验参数及实验步骤如下。

2.1 主要实验仪器和试剂及实验参数

根据实验标准，涉及使用的主要仪器有分析天平(分度值0.1 mg)，烘箱，恒温水浴锅(温度波动范围为±1 ℃)，分液漏斗(1 000 mL/500 mL),量筒1 000 mL，大烧杯(1 000 mL)，容量瓶，石油醚(30目)，无水硫酸钠(分析纯)，氯化钠(分析纯)，硫酸(分析纯)。含油污水水样(现场取样)。

2.2 实验步骤

1) 取水样1 000 mL全部倒入分液漏斗内，加2 mL硫酸，5 g氯化钠，摇溶。静置分层。分层后，把上层萃取液收集在锥形瓶中，加适量无水硫酸钠(以无水硫酸钠不再结块为适量)，放置1 h脱水。然后将萃取液过滤至已称重烧杯内。

2) 将烧杯置于恒温水浴上(用石油醚溶剂时，水浴温度65±1 ℃)蒸至近干，再置于烘箱( 用石油醚溶剂时，烘箱温度62±1 ℃)内烘40 min，取出烧杯，放在干干燥器内冷却30 min，称重。

3) 完成步骤1)后，用量筒测量水样体积(扣除加酸体积)。

4) 计算水样含油量=(W1-W2)V/(mg·L-1)

式中：W1——烧杯加油重量，mg；

W2——烧杯重量，mg；

V——水样容积，L

5) 取适量水样倒入分液漏斗内，加2 mL硫酸，5 g氯化钠，摇溶并静置分离，将下层水样过滤至烧杯内，直至烧杯内的过滤水样达到1 000 mL。向烧杯内以300 mg/L的速度添加絮凝试剂，并开启搅拌器，搅拌速度为170 r/min搅拌20 s，使絮凝试剂与水样充分接触，再将搅拌速度调至20 r/min搅拌2 min，使试剂与水样中的油份和胶体颗粒絮凝成团。

6) 搅拌结束后静置1～2 h后，取出烧杯中的上清溶液进行油份测定，步骤同1)～4)。

按上述实验步骤，依次对所选絮凝剂进行实验(表1中序号ABCDEFG分别代表PAC、PFS、PACF、阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、PDMDAAC)，试验结果见表1。

表1 单剂试验结果

从表1中可以看出，ABCDG絮凝剂效果较好，EF两种效果较差。

表2 絮凝剂设计表及复配试验

因此选择ABCDG这五种絮凝剂进行复配，做下一步优化试验，复配方案见设计表 2。表中F1～F5代表絮凝剂。

按照2.2的实验步骤对上述十个配方再次进行试验，加药浓度为300 mg/L水样仍是从轮渡上现场取样，实验结果见表2。

3 结论

上述试验中可以看出绝大部分结果都符合国家排放标准，其中P2、P5、P8、P10四种配方效果较好。 为了能取得更优化的方案或进一步降低污水处理成本，还应在上述试验基础上进行下一步优化试验，以期得到用最少的成本取得最佳效果。

[1] Li Yijiu, Zeng Xinping, Liu Yafei. Study on the treatment of copper-electroplating wastement by chemical trapping and flocculation[J]. Separation and Purification Technology, 2003,(31):91-95.

[2] E.Alvarez-Ayuso,Garcia-Sanchez,Querol.Purification of metal electroplating waste waters using zeolites[J].Water research,2003(37): 4855-4862.

[3] 黄忠秀.船舶与港口水域防污染[M]. 北京：人民交通出版社，1999：35-42.

[4] 殷佩海.船舶防污染技术[M]. 大连：大连海事大学出版社，2000：14-19.

[5] 陈志莉，叶茂平.油污水处理絮凝剂的选用研究[J].环境保护，2002(1)：20-23.

[6] 汪小华. 化学法处理含油废水的初步研究[D]. 重庆：重庆大学,2004.

[7] 徐晓军等.化学絮凝剂作用原理[M]. 北京：科学出版社,2005：110-113.

[8] 杨东宁等.用于水和废水处理的混凝剂和絮凝剂的研究进展[J].环境污染与防治，2000,5(22)：26-30.