切削液廢水的處理方法實(shí)驗(yàn)研究

張根斌

(煤科集團(tuán)杭州環(huán)保研究院有限公司，浙江 杭州 311201)

1 引言

切削液是一種用在金屬切削、磨加工過程中，用來冷卻和潤滑刀具加工件的工業(yè)用液體，由多種功能助劑經(jīng)科學(xué)復(fù)合配伍而成。一般使用的切削液主要是油基和水基兩類。近年來，水基切削液在冷卻性、清洗性、防銹性、潤滑性等方面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)而得以越來越廣泛的應(yīng)用。隨著機(jī)械裝備制造中的新工藝和新材料的要求，再加上新型水溶性添加劑的不斷開發(fā)，使得水基切削液得到了快速發(fā)展[1]。

目前，由于切削液循環(huán)使用后會(huì)變質(zhì)、失效，成為切削液廢水，而切削液廢水的乳化程度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、可生化性較差。這種高濃度、難降解的有機(jī)廢水一旦被肆意排放，將給環(huán)境造成極大的污染，故需對(duì)切削液廢水進(jìn)行必要的處理，實(shí)現(xiàn)廢水的零排放[2,3]。

公司現(xiàn)使用的切削液是無油型水基切削液，因使用后摻雜一些其它含油污染物，致使廢液成為含油切削液。處理方案為：除油、預(yù)處理，氣浮，然后深度處理，深度處理采用生物處理。主要部分由PLC自控，氣浮，生物處理。針對(duì)該水質(zhì)氣浮處理是工程項(xiàng)目的關(guān)鍵所在，著重論述。

2 廢水處理工藝設(shè)計(jì)

現(xiàn)研究處理的廢液是機(jī)械加工切削廢液，所含主要污染物有油類物質(zhì)(浮油、乳化油等)、表面活性劑、難降解有機(jī)物及部分殘存可溶性金屬、泥沙。

切削廢液由于其成分復(fù)雜，化學(xué)穩(wěn)定性好，故直接處理難度較大，一般需先經(jīng)過預(yù)處理再進(jìn)行后續(xù)處理。預(yù)處理主要是對(duì)廢液進(jìn)行破乳，以除去廢液中油包水或者水包油中的油類物質(zhì)，切削液的破乳處理過程中可以根據(jù)這些影響因素使其失穩(wěn)而易于處理[4]。

2.1 廢水水質(zhì)分析

水基切削液的種類很多，其組成各不相同，因此廢液處理時(shí)也應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施，應(yīng)根據(jù)廢液的成分組成、濃度等組合，分析后選擇最佳處理方案。

該切削液屬于無礦物油的離子型切削液，又稱表面活性劑水溶液。主要是由有機(jī)陰離子表面活性劑，無機(jī)鹽和水配制而成。含有添加表面活性劑、防腐劑、防銹劑等多種物質(zhì)，因機(jī)械加工過程中或多或少地滲漏機(jī)油等雜質(zhì)，致使廢液含有石油類物質(zhì)，色度差，廢水未腐敗時(shí)呈黃褐色，粘度大，腐敗時(shí)呈發(fā)黑狀，其味刺鼻，大大增加了水處理難度。主要污染物指標(biāo)COD在21000～26000 mg/L之間，pH值在8.3～9.5之間，石油類在900～1100 mg/L之間，見表1[5～8]。

表1 切削液廢水進(jìn)水水質(zhì)

廢液的成份組成、濃度，見表2。

表2 廢液的成分組成、濃度

2.2 廢水處理工藝流程

目前國內(nèi)外處理該廢水主要方法有化學(xué)法、物理法、生化法等，筆者研究方法是二級(jí)氣浮+A/O生化法聯(lián)用技術(shù)是有效的，切實(shí)可行的，工藝流程如圖1。

圖1 廢水處理工藝流程

車間排出的含油切削液廢水收集進(jìn)入調(diào)節(jié)池，利用調(diào)節(jié)池內(nèi)經(jīng)過改進(jìn)的收油裝置除油，回收上層浮油。出水時(shí)按比例投加破乳劑，進(jìn)入氣浮系統(tǒng)中，利用氣浮法分離去除乳化態(tài)的油及污染物[9,10]。

采用溶氣氣浮法之一的加壓氣浮法，是最常用的一種油水分離技術(shù)，利用水基切削液中油的疏水性，向廢水中通入大量的微氣泡作為載體，使油粘附在氣泡上，形成水、氣泡、油的三相混合體。添加混凝劑改變膠體粒子表面電荷，破壞乳化油的穩(wěn)定性，形成絮凝體，提高除油質(zhì)量。隨著氣泡的上浮，收集氣泡層,即完成油水分離。通過調(diào)節(jié)pH值后加壓氣浮，除油率可達(dá)到93%以上。氣浮法處理的特點(diǎn)：周期短，見效快。

經(jīng)過A/O生化處理系統(tǒng)進(jìn)行生化降解，生化出水經(jīng)二沉池澄清后，最終實(shí)現(xiàn)COD達(dá)標(biāo)排放。

3 調(diào)試運(yùn)行分析

3.1 氣浮單元調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果

在氣浮調(diào)試前，通過實(shí)驗(yàn)確定混凝氣浮破乳的最佳參數(shù)，先進(jìn)行小試初步篩選破乳劑和絮凝劑的種類，試驗(yàn)中嚴(yán)格控制pH值。在不同破乳劑的最佳反應(yīng)范圍內(nèi)，從觀察氣浮浮渣和出水COD的測量數(shù)據(jù)來控制各種藥劑的投加量，小試完成后進(jìn)入單元工程調(diào)試，經(jīng)過1個(gè)月的單元調(diào)試及參數(shù)調(diào)整使氣浮運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)試數(shù)據(jù)如圖所示[11～16]。

3.1.1 pH值的確定

選擇8個(gè)200 mL的燒杯，向燒杯加入100 mL的廢液，調(diào)整水樣的pH值分別遞增為6～9.5左右，然后滴加混凝劑PAC，在滴加過程中，邊滴加邊攪拌直至出現(xiàn)礬花絮狀體為止。然后靜止到出現(xiàn)上下分層時(shí)，取上清液檢測CODcr，檢驗(yàn)其去除效果。如圖2。

圖2 pH值與CODcr去除率關(guān)系

在混凝劑投入量6 mL定量的條件下，隨著pH值的不斷遞增，到一定量值時(shí)，達(dá)到最佳值。

初試后，混凝劑PAC選用濃度為80 g/L，投入量5 mL，pH值為8.5左右，較為合適。CODcr的去除率的大小與混凝效果的高低成正比，這樣可以確定最佳pH值。

3.1.2 混凝劑投加量的確定

采用PAC-聚合氯化鋁初次選用濃度為80 g/L，選擇8個(gè)200 mL的燒杯，向燒杯加入100 mL的廢液，調(diào)整水樣的pH值為8.5，然后滴加混凝劑PAC，滴加比例遞增。在滴加過程中，邊滴加邊攪拌直至出現(xiàn)礬花絮狀體為止。然后靜止到出現(xiàn)上下分層時(shí)，取上清液檢測CODcr，檢驗(yàn)其去除效果。

在pH值一定的條件下，隨著混凝劑投入量的不斷遞增，到一定量值時(shí)，達(dá)到最佳值。繼續(xù)投入混凝劑，上層的液體已經(jīng)變?yōu)榍逡汉蠓炊饾u變?yōu)榛鞚帷Ｓ捎诩尤脒^量的混凝劑分解、溶解到廢液中，達(dá)到過飽和狀態(tài)，產(chǎn)生再穩(wěn)現(xiàn)象。使原壓縮雙電層、吸附點(diǎn)中和、吸附架橋、網(wǎng)捕作用這4種混凝作用效果減弱，如圖3。

圖3 混凝劑與CODcr去除率關(guān)系

初試后，混凝劑PAC選用濃度為80 g/L，pH值為8.5，投入量6 mL左右，較為合適，CODcr去除率達(dá)到92%。CODcr的去除率的大小與混凝效果的高低成正比，這樣可以確定最佳投藥量。

3.1.3 助凝劑投加量的確定

根據(jù)以往的研究經(jīng)驗(yàn)，采用的助凝劑PAM-聚丙烯酰胺，效果更好。調(diào)整水樣的pH為8.5，滴加混凝劑PAC，投入量為6 mL，再滴加助凝劑PAM，加入0.5～1.0 mL，選擇的濃度為2 g/L，較為合適。在滴加過程中，邊滴加邊攪拌直至出現(xiàn)礬花絮狀體，此時(shí)直至出現(xiàn)大塊礬花絮狀體為止。然后靜止到出現(xiàn)上下分層時(shí)，取上清液檢測CODcr，檢驗(yàn)其去除效果，CODcr去除率達(dá)到93%以上。

3.2 生化單元調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果

A/O生化調(diào)試分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段主要觀察改善生化池營養(yǎng)比和生物結(jié)構(gòu)。第二階段生化試驗(yàn)主要觀察調(diào)整生化池COD負(fù)荷，同時(shí)改善營養(yǎng)比和生物結(jié)構(gòu)時(shí)的生化處理效果。

第一階段：在進(jìn)水COD容積負(fù)荷不變情況下的生化處理效果。調(diào)試采取的主要措施有：接入嗜油生物菌種，投加適量的生物酶催化劑，添加廢水中缺乏的生物營養(yǎng)元素，改善細(xì)菌營養(yǎng)比，并對(duì)細(xì)菌進(jìn)行適當(dāng)馴化。通過40 d的調(diào)試馴化，第一階段生化池的COD平均去除率可以從50%提高到80%以上，第一階段生化池調(diào)試完成后進(jìn)出水COD數(shù)據(jù)見表3。

從表3數(shù)據(jù)可見，改進(jìn)生化池營養(yǎng)比和細(xì)菌結(jié)構(gòu)后，能夠改善生化處理效果，提高COD去除率，但出水COD還是較高，不能實(shí)現(xiàn)COD達(dá)標(biāo)排放。

表3 第一階段生化調(diào)試數(shù)據(jù)

第二階段：切削液廢水經(jīng)過破乳氣浮后連續(xù)進(jìn)生化池，采用逐步調(diào)整容積負(fù)荷并考察效果，調(diào)試方法與第一階段基本相同。

通過50 d的調(diào)試馴化結(jié)束后，生化池容積負(fù)荷在0.96～1.26 kg/m3·d的條件下，COD平均去除率在93%以上，大于1.26 kg/m3·d的條件下，COD平均去除率≤90%，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 第二階段生化調(diào)試數(shù)據(jù)

從表4數(shù)據(jù)看，在連續(xù)進(jìn)水條件下，當(dāng)生化池容積負(fù)荷在1.1 kg/m3·d左右, 生化效果很好，COD去除率高，能夠滿足廢水達(dá)標(biāo)排放需要。

3.3 組合調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果

氣浮、生化調(diào)試取得良好的效果后，將二級(jí)氣浮、A/O生化串聯(lián)組合調(diào)試，調(diào)試水量為0.4 m3/m2·h，連續(xù)進(jìn)水。在系統(tǒng)調(diào)試穩(wěn)定后，流量調(diào)整至設(shè)計(jì)流量，經(jīng)過1個(gè)多月的連續(xù)運(yùn)行，通過觀察發(fā)現(xiàn)，調(diào)試的前1～2 d，COD去除率很低，僅15%左右。但隨著時(shí)間的延長，其出水COD逐步下降，最終穩(wěn)定在100 mg/L以下。

經(jīng)過半年多時(shí)間，通過邊調(diào)試電氣，邊調(diào)試處理水質(zhì)的藥劑比例配合。污水出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》2016年新版二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，符合預(yù)期的效果，調(diào)試穩(wěn)定期數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 組合調(diào)試數(shù)據(jù) mg/L

從表5數(shù)據(jù)看，氣浮出水COD≤2500 mg/L，且較為穩(wěn)定，能減輕對(duì)后續(xù)生化系統(tǒng)的沖擊。

4 結(jié)論

本文針對(duì)“二級(jí)氣浮+A/O生化”處理工藝在切削液廢水中的應(yīng)用，能很好解決切削液廢水COD達(dá)標(biāo)排放問題，使排水COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo)并小于100 mg/L。同時(shí)經(jīng)過對(duì)處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)組合，現(xiàn)場計(jì)量自控檢測儀表的選用、控制流程模型建立、對(duì)PLC系統(tǒng)軟硬件的應(yīng)用設(shè)計(jì)，觀察降低生化池COD負(fù)荷，同時(shí)改善營養(yǎng)比和生物結(jié)構(gòu)時(shí)的生化處理效果，污水處理的藥劑配比等；使該處理工藝形成模塊化靈活組合模式。因此，在以后的同類型廢水處理研究和工程應(yīng)用中，可進(jìn)一步推廣，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。