混凝法處理船舶灰水中表面活性劑效能研究

劉瑾

摘 ?????要：為探討混凝法處理廢水的最佳反應條件，以人工模擬的船舶灰水為研究對象，先設置了一組實驗探討混凝法宜添加的最佳混凝劑，隨后采取單一變量法分別設置了7組混凝劑投加量試驗、溫度實驗和pH實驗，分析了水體中LAS的去除率，結果表明：聚合硫酸鋁（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）和硫酸鋁（AS）作為混凝法中的混凝劑時，PAC的去除率以及經(jīng)濟型最佳;混凝法處理船舶廢水應控制的PAC最佳投加量為250?mg·L^-1，最佳反應溫度為2?5℃，pH為5。

關 ?鍵 ?詞：船舶灰水;混凝劑;去除率;溫度;pH

中圖分類號：TD163⁺.1 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號：?1671-0460（2020）01-0067-04

Study on the Efficiency of Coagulation Treatment

of Surfactants in Ship Grey Water

LIU?Jin

（Shaanxi Institute of Technology， Shaanxi Xian 710300，?China）

Abstract： In order to investigate?the optimal reaction conditions for coagulation treatment of wastewater， taking artificially simulated ship grey water as a?research object，?a set of experiments was first set up to determine?the best coagulant for?the coagulation process， and then the single variable?method was used to study?the effect of coagulant dosage， temperature and pH?on?the removal rate of LAS in water. The results showed that，?when polyaluminum sulfate （PFS），polyaluminum chloride （PAC） or?aluminium sulfate （AS） was?respectively used as the coagulant in the coagulation process， the removal rate of PAC was high， and the cost was low.?The optimum conditions of?coagulation treatment?for ship wastewater?by PAC?were determined as follows：?the PAC dosage 250?mg·L^-1，the reaction temperature ?25?℃?and the pH 5.

Key words： Ship grey water; Coagulant;?Removal rate;?Temperature;?pH

1 ?引 言

海洋或湖泊擁有豐富的自然資源，海洋在人類社會經(jīng)濟以及文明發(fā)展中起著重要的作用，也是人類運輸時考慮經(jīng)濟性的首選運輸方式之一，船舶是河道通航的重要交通工具之一，船舶生活污水大部分均是直接排入水體中，隨著海洋的不斷開發(fā)以及航運業(yè)的快速發(fā)展，船舶廢水的亂排現(xiàn)象隨地可見，這些廢水進入海洋或湖泊水體中極大地影響了水生生物、水生動物的正常生長，因此急需廣大學者尋求更有效的船舶廢水處理方法。黑水和灰水是船舶生活污水的主要組成成分^[1]，我國制定了專業(yè)的行業(yè)標準規(guī)定了船舶黑水的排放標準，而對于灰水卻沒有相關的標準，據(jù)報道，船舶灰水中含有大量的陰離子表面活性劑（LAS）和石油類物質(zhì)^[2]，而LAS存在水體中時能最大限度的限制水體污染物的降解以及水生生物的生長。船舶灰水占船舶生活污水的70%～80%，且船舶灰水具有以下危害：

（1）消耗水體溶解氧;

（2）為水體中一些細菌及疾病的傳播提供良好的環(huán)境;

（3）破壞船舶內(nèi)污水處理設施;

（4）影響水體水生植物、動物的正常生長;

（5）影響船舶管道的正常通水等^[3]。

有大量學者研究表明^[2]船舶生活污水因其管理較為混亂且廢水中水力負荷較高，油類及LAS含量較高等因素不同于陸地上所產(chǎn)生的生活污水。

目前有關船舶廢水以及水體表面活性劑的研究備受廣大學者青睞，如杜傳亮等^[4]以二溴乙烷和二乙醇胺合成了一種新型的表明活性劑，并對該活性劑作為清潔液時的黏度以及攜沙性能展開了研究;李俊超等^[5]以陜北地區(qū)受石油污染的土地為研究對象，分析認為表面活性劑在該類土壤污染治理方面有著較好的修復能力;馮輝霞等^[6]系統(tǒng)的概括了污水處理領域中表面活性劑應用的研究進展，并對未來研究趨勢進行了展望;郭晉君等^[7]研究認為連續(xù)流動分析儀在分析陰離子表面活性劑含量上具有較大的方便及準確性;黃斌等^[8]在對大慶油田的含油廢水進行研究時，分析認為三元復合驅(qū)技術因要使用大量的表明活性劑而在含油廢水處理中具有較好的推廣價值;王夢霞等^[9]認為表面活性劑和無機鹽混合對低階煤具有較好的表面吸附能力;喻紅梅等^[10]分析了表面活性劑對水體污染物吸附的動力性特征。船舶廢水的處理在理論研究上較為成熟的方法主要可歸為：物理法、化學法以及生物法^[11]，其中過濾、吸附、膜分離技術和氣浮法是物理法的主要代表^[12]，但這些方法都受到船舶灰水水量不大以及膜較容易受到污染等因素的限制而在使用上具有一定的困難性;生物主要有生物轉(zhuǎn)盤、活性污泥法，但這些方法主要缺點時占地面積較大^[13];物理法主要有混凝沉淀、催化氧化和電解技術，但電解法和催化氧化法處理設備成本高、且壽命不長^[14]，因此筆者認為混凝法處理船舶灰水是未來的一大研究趨勢。本文擬模擬船舶灰水，采用混凝法進行處理，分析最佳最適宜的混凝劑種類以及最佳的混凝劑用量、反應溫度、pH值以及混凝攪拌時間，研究結論以期為進一步揭示混凝法處理船舶灰水機理提供理論參考。

2??材料與方法

本研究中船舶灰水采用人工模擬制得，模擬的船舶灰水所用化學試劑如表1所示，模擬灰水中LAS濃度為80 mg·L^-1。混凝試驗中所需設備如表2所示，混凝攪拌裝置見圖1。為研究最適宜的混凝劑種類，筆者采用單一變量法分別選用聚合硫酸鋁（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）和硫酸鋁（AS）作為混凝劑，這三種混凝劑均現(xiàn)場配置，配置后的濃度為3?g·L^-1，采用聚丙烯酰胺（PAM）作為試驗時所需的助凝劑，其中PAM濃度為100?mg·L^-1（現(xiàn)場配置）。

因LAS在波長為625?nm下吸光值最大，故采用亞甲藍分光光度法測定LAS中氯仿層的含量，試驗前應繪制LAS含量的標準曲線，繪制出的標準曲線見圖2，LAS的測定步驟如下：

（1）選取酚酞為指示劑，先取待測水樣100?mL于漏斗中，隨后用膠頭滴管一滴滴添加濃度為0.5?mol·L^-1的NaOH溶液至水樣呈微紅色，繼而滴加濃度為0.25?mol·L^-1的H₂SO₄溶液至微紅色消失;

（2）添加50?mL亞甲基藍溶液震蕩搖勻，隨后在溶液中按順序滴加5mL氯仿和5?mL異丙醇溶液，靜止30?min以上，此時氯仿層浮在溶液最上方;

（3）在盛有50?mL洗滌液的漏斗中添加上步溶液上層的氯仿，按相關標準方法進行萃取;

（4）分光光度計測定吸光度，進而根據(jù)上述標準曲線求出LAS濃度。

3 ?結果與分析

3.1 ?不同混凝劑種類對LAS去除效果

混凝實驗中添加助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）有利于快速絮凝沉淀，有研究表明混凝實驗時500?mL水樣中添加PAM量為0.2～0.5?mg時助凝效果最佳，由于本文篇幅有限，故不對最佳助凝劑的用量進行研究，直接現(xiàn)場配置PAM濃度為0.3?mg·L^-1。

為研究最適宜的混凝劑種類，控制單一變量分三組進行試驗，取模擬的船舶灰水各500?mL于三個燒杯中，分別添加濃度為250 mg·L^-1的聚合硫酸鋁（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）、硫酸鋁（AS）溶液各50?mL，隨后啟動攪拌機攪拌10?min（攪拌速度為100 r·min^-1），繼而在每個燒杯中添加2?mL上述PAM溶液，再以50 r·min^-1的速度攪拌30?min，接著靜置10?min、再以30 r·min^-1的速度攪拌10?min、靜置10?min后測定水體中LAS濃度，求得不同混凝劑下灰水中LAS去除率，結果如圖3所示。

圖3分析可知，在同等情況下當添加AS為混凝劑時水體中最后LAS濃度為41.5 mg·L^-1。很明顯AS為混凝劑時去除效果較PAC和PFS相差較大，PAC和PFS時去除率相差不大（PAC為混凝劑時去除率比PFS為混凝劑時去除率高2.13%），但三種混凝劑處理下水質(zhì)濃度均無法達到相關標準。為更合理的選擇混凝劑種類，筆者從經(jīng)濟角度對PAC和PFS進行了成本分析，發(fā)現(xiàn)PAF處理一百噸該類灰水成本費用較PAC高20元左右，故從經(jīng)濟角度和去除效果分析應選用PAC作為混凝劑。

3.2 ?PAC用量的確定

為研究混凝試驗時最佳的PAC用量，共設置了7組試驗，在水體中分別倒入25、50、75、100、125、150、175 mg的PAC試劑、則相當于水體中PAC濃度分別為50、100、150、200、250、300和350 mg·L^-1，經(jīng)過上述步驟試驗后測定水體中LAS濃度，求出了LAS的去除率，結果如圖4所示。

由圖4分析可知：隨PAC投加量的增加，LAS的去除率先增加，隨后變幅不大，當PAC投加量由50 mg·L^-1增至250 mg·L^-1時，LAS去除率由250 mg.L^-1增至350 mg·L^-1時，LAS去除率僅增加1.23%，因此應選取PAC最佳用量為250?mg·L^-1。

3.3 ?最佳反應溫度的確定

為研究在最佳PAC投藥量下LAS去除率達到最高時所需環(huán)境溫度，本研究共設置了7組溫度梯度試驗（控制環(huán)境溫度分別為5、10、15、20、25、30、35?℃），依次經(jīng)過上述步驟試驗后測定水體中LAS濃度，求出了LAS的去除率，結果如圖5所示。

由圖5分析可知：反應前期隨溫度升高灰水中LAS剩余濃度逐漸降低，LAS去除率逐漸增大，當溫度由5 ℃增至25 ℃時，LAS去除率由35.1%升至67.3%，去除率增加32.1%，但溫度繼續(xù)升高時灰水中剩余LAS濃度反而增大，說明溫度繼續(xù)升高擬制了反應的進行，因此灰水混凝試驗應控制的最佳反應溫度為25?℃。

3.5 ?最佳反應pH的確定

為研究在反應體系內(nèi)不同pH下LAS的去除率，本研究共設置了7組pH梯度試驗（控制pH梯度分別為1、3、5、7、9、11、13），依次經(jīng)過上述步驟試驗后測定水體中LAS濃度，求出了LAS的去除率，結果如圖6所示。

由圖6分析可知：pH變化下LAS去除率變化曲線與圖4和圖5相差較大，當pH由1增至5時，LAS去除率逐漸增大，當pH為5時LAS去除率達到最大值為61.63%，當pH繼續(xù)增大時LAS去除率逐漸減小，且當pH由9增至13時LAS去除率由47.2%降至11.3%，說明反應體系中越偏堿性越不利于LAS的去除，因此應控制的最佳pH值為5。

4 ?結 論

為研究混凝法處理船舶灰水中表面活性劑的最佳反應條件，本文先設置了一組實驗探討混凝法宜添加的最佳混凝劑，隨后采取單一變量法分別設置了7組混凝劑投加量試驗、溫度實驗和pH實驗分析了水體中LAS的去除率，結果表明：

（1）聚合硫酸鋁（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）和硫酸鋁（AS）作為混凝法中的混凝劑時，PAC的去除率以及經(jīng)濟性最佳;

（2）混凝法處理船舶廢水應控制的PAC最佳投加量為250?mg·L^-1，最佳反應溫度為25?℃，pH為5。

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