關于切削液廢水處理技術研究進展

葛 翔

(湖南龍舞環保科技有限公司 湖南 常德 415000)

一、引言

金屬切削加工(CNC)廣泛應用于金屬材料的加工、切割、研磨、鉆孔和鍛造等制造過程。在其加工過程中需要采用具備良好冷卻、潤滑、防銹、除油、防腐性能的切削液來冷卻和潤滑刀具和加工件，從而達到延長刀具使用壽命，提高加工質量的目的。舊切削液更換及其后續清洗工序會產生一定量的切削液廢水，主要含有基礎油、表面活性劑、防銹劑、合成潤滑劑、抗氧化劑、消泡劑等物質，一般呈現高度乳化狀態，CODCr高達104～105mg/L，成分復雜，是一種高濃度難降解的有機廢水。

由于切削液廢水具有成分復雜、濃度高及危害性強的特點，所以需要針對不同行業產生的切削液廢水個性化地研發有效的水處理單元或組合工藝。氣浮、混凝、過濾、氧化和生物處理等技術已應用于廢切削液處理。廢水組成的復雜性使得單一處理單元都存在局限性，而組合工藝能夠更好地實現廢切削液的有效處理，如混凝與過濾聯用、氧化與生物法聯用等。本文介紹了切削液廢水處理過程的難點和新的發展方向，并提出了相關建議，以期為切削液廢水的處理提供參考。

二、當前切削液廢水的處理技術

切削液廢水是一個成分復雜的乳化油體系，而乳化油廢水的處理關鍵在于破乳。切削液廢水處理大致分為化學、物理和生物法3大類。不同的處理方法都有都各自的優缺點。具體到實際處理中時，由于不同工業、工段產生的切削液廢水水質差異很大，處理方案還需根據實際情況制定。下面將重點梳理物理法、化學法、生物法等方法進行破乳的技術。

(一)物理法處理技術

1.氣浮法除油技術

氣浮法是將微小氣泡注入水中，利用氣泡黏附水中油滴，形成密度小于水的絮體，并在浮力作用下漂浮到水面形成浮油層，最終通過刮去浮油層達到油水分離的過程。氣浮法具有處理效率高、易操作等優點。常用的氣浮工藝有溶解氣浮、電氣浮、散氣氣浮、離心氣浮。

2.膜分離法除油技術

膜分離技術具有除油效率高、出水水質穩定、能耗低、占地面積小、無二次污染等優點，是一種綠色高效的廢水處理方法。切削液廢水中的乳化油粒徑小于10μm，可通過超濾和微濾得以有效去除；而納濾、反滲透和正滲透的應用還較少。對于O/W型乳化液，超濾膜能夠有效截留5μm的乳化油滴；而微濾膜盡管水通量更高，但油滴穿透的風險也更大。因此，常采用超濾膜處理含油廢水，以確保穩定的滲透水質。處理含油廢水的常用膜材料主要有聚合物膜和陶瓷膜。

(二)化學法含油廢水處理技術

1.酸析破乳法

切削液廢水多數呈堿性。表面活性劑使廢水中油珠帶電。由于ζ電位和雙電層的存在，乳化油顆粒之間無法接觸聚集。通過加酸，增加體系中的H+，可中和乳化油油滴表面的負電荷，從而降低ζ電位實現破乳。使用硫酸酸化處理某機械加工廢水，原水COD為8763mg·L-1，pH為8.5，當調節廢水pH為2.5時，COD去除率為48%；當使用酸析-混凝聯用工藝時，COD去除率可達71%。酸析破乳的主要問題是出水呈酸性，易腐蝕設備，需要額外投加堿來中和pH，且出水懸浮物較多，單獨的酸析處理單元難以達到排放標準。

2.混凝法除油

混凝是水處理領域廣泛使用的技術之一，已在乳化油廢水處理中得到應用。切削液廢水中的乳化油主要通過油滴間的靜電排斥作用，以及大分子有機物或無機顆粒的吸附作用而穩定存在。通過投加混凝劑，可以改變乳化油油珠表面電荷，使油珠相互吸附聚集，完成破乳過程。然而，由于不同工業、工段產生的切削液廢水成分有差異，需要對處理對象進行大量實驗來篩選混凝劑。單獨的混凝工藝一般不能直接使切削液廢水達到排放標準，但可作為預處理去除大部分COD。使用聚合氯化鋁與聚合硫酸鐵處理某機械制造廠鋁加工過程產生的切削液廢水(COD為40377mg·L-1)，PAC和PFS的最佳投量均為9g·L-1；PAC對切削液廢水中大分子有機物的去除效果好于PFS，而對小分子有機物的去除效果均相對較差，應增加后續單元對廢水進行深度處理。

3.電化學混凝技術

電化學混凝具有操作設計簡單、無需添加額外化學藥劑、對污染物去除能力強等特點。作為一種綠色混凝工藝，EC已被應用于切削液廢水處理領域。EC通過犧牲陽極釋放金屬離子，發生電解反應，從而在陰極處生成氣體。與化學混凝相比，EC技術產生的污泥量少且穩定，其反應過程包括3個方面：1)電極氧化；2)產生氣泡；3)絮凝沉淀。陽極釋放的金屬離子作為絮凝劑，陰極產生氣泡，絮凝劑與水中的污染物結合形成大絮體，然后通過沉淀或氣浮去除。

4.電化學氧化法

電化學氧化法是指通過電化學方式產生氧化劑，從而氧化降解水中污染物的方法。EO可以通過直接氧化和間接氧化這2種機制降解污染物。直接氧化可通過在陽極物理吸附的“活性氧”(·OH)或化學吸附的“活性氧”(MOx+1)直接降解污染物。·OH對有機物的氧化沒有選擇性，而MOx+1可參與特定氧化產物的形成。此外，過氧化物、Fenton試劑、Cl2、次氯酸鹽、過二硫酸鹽和臭氧也可以通過電化學方法生成氧化劑。這些氧化劑與有機底物發生氧化反應，這一過程為間接氧化。間接氧化最常用的氧化劑是氯。若廢水中氯含量較低，則需添加大量鹽以提高處理效率

(三)生物法含油廢水處理技術

生物處理是指微生物以廢水中的污染物作為營養，維持生命活動，并將污染物降解為無害物質的過程。根據微生物的需氧程度，可將生物處理分為好氧生物處理和厭氧生物處理。與物化法相比，廢水的生物處理法具有低成本、環境友好、高效等優點。然而，微生物對環境條件需求苛刻，需要適宜的生存環境，故生物法很難直接處理可生化性低的特種有機廢水

氧化預處理可有效提高廢水的可生化性。研究膜生物反應器與Fenton反應聯用處理廢切削液。在最佳條件下，COD去除率可達到97%。采用生物法結合Fenton氧化降解金屬加工液。廢液pH為7.4，COD為11500mg·L-1，TOC為2100mg·L-1。在Fenton反應條件下，COD和TOC的去除率分別為65%和55%；出水毒性降低了91%；BOD5/COD從0.160增加到0.538，說明廢水的可生化性顯著提高，可進行生物處理。通過分析金屬加工液中菌株的COD去除和產甲烷情況，從廢金屬加工液中分離出特定菌株以用于COD去除并產生甲烷。研究結果證明，從切削液或金屬加工液中分離特定的菌株來處理原廢水是可行的，但仍需克服苛刻的生物處理條件。

三、案例概述

某大型五金加工廠主要從事鋁合金手機外殼加工，生產工序包括CNC、超聲波清洗、研磨、陽極氧化等，產生綜合廢水500m3/d，切削油50m3/d，根據政府環保要求，其外排廢水需達到《電鍍水污染物排放標準》(DB44/1597-2015)表2排放標準，且中水回用率需達60%以上，該企業為實現廢水達標排放及有效回用，將切削油廢水單獨收集進行達標處理，不與綜合廢水混合進行處理及回用，從而避免了高濃度廢水因COD、石油類、鹽分等物質濃度過高對中水系統的正常運行產生影響。

該企業切削油廢水CODCr高達50000mg/L，采用破乳—混凝沉淀-厭氧-好氧—混凝沉淀組合工藝處理后，出水CODCr仍有300～500mg/L，石油類20mg/L，生化性極差，無法達標排放。項目針對其常規處理出水特點，研發并采用了中性催化氧化技術+BAF組合工藝深度處理后，出水COD小于50mg/L，各項指標穩定達到排放標準要求，有效解決了全廠廢水達標及回用難題。

目前國內外應用于切削油廢水深度處理的工藝方法主要有膜分離、高級氧化、UV、BAF、MBR等，鑒于金屬切削液廢水廢水生化性差、污染物種類復雜的特點，綜合現有處理工藝技術的處理效果和可行性，高級氧化聯合深度生物處理是較優的選擇，但是常用且高效的Fenton法需大幅度調整pH，具有運行成本高、污泥產生量大的缺點，而中性催化氧化技術有效克服了傳統Fenton法的諸多缺點，該技術利用的催化劑采用高比表面積、高活性、多空隙的改性海泡石負載納米態的Fe、Mn、Cu及其氧化物，可在很短的時間內并且在中性pH的條件下催化H2O2分解產生高濃度羥基自由基，實現對廢水中難降解污染物的高效降解，并形成“固-液”非均相反應形式，有效的保存了催化劑活性成分，提高催化劑的重復利用率，有效拓寬了高級氧化反應的pH適用范圍，該技術已證實對切削油廢水具有很好的處理效果，可大幅去除廢水CODCr的同時有效提高廢水可生化性。BAF是一種運行費用低、效果穩定、操作管理簡單的強化生物工藝，對低污染濃度、難降解廢水具有很好的處理效果，因此項目采用中性催化氧化技術聯合BAF深度處理經常規處理后的切削液廢水，可經濟有效的實現廢水高標準達標排放。

四、結束語

切削液是機械加工和制造業中的重要物料，其廣泛應用產生的大量切削液廢水成分復雜，含有大量乳化油、添加劑(表面活性劑、緩蝕劑、消泡劑)，以及廢油、粉塵和金屬屑等雜質，且存在不同行業的差異性，排放前需經過嚴格的處理。本文中，主要針對當前切削液廢水處理技術展開分析概述，以期為金屬加工企業廢水分質處理或類似高濃度工業廢水提供很好的借鑒，具有良好推廣意義和市場價值。