化學(xué)破乳法處理煤化工廢水油類效果研究

摘 要：煤化工廢水的污染控制已經(jīng)成為國內(nèi)外工業(yè)廢水處理的主要問題，對煤化工廢水的處理來說，要去除的是廢水中的油類物質(zhì)，本研究通過化學(xué)破乳法處理煤化工廢水中的油類，探討氯化鋁和SP169復(fù)配處理對廢水中油類物質(zhì)去除效果的影響。試驗結(jié)果表明，氯化鋁和SP169的復(fù)配處理在廢水處理中具有顯著的效果，最優(yōu)條件下的氯化鋁投加量為6.0 g/L，SP169投加量為2.4 g/L，pH為4。經(jīng)過優(yōu)化最佳處理條件，廢水處理效果最佳，油類去除率達(dá)到13.86%，通過本研究，可以為煤化工廢水處理提供一種高效、經(jīng)濟的解決方案，減少環(huán)境污染，促進可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：化學(xué)破乳法；煤化工廢水；油類

中圖分類號：X 52" 文獻標(biāo)志碼：A

煤化工廢水中的油類物質(zhì)含量較高，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染問題。傳統(tǒng)的物理處理方法對廢水中的油類去除效果有限，且處理成本較高。因此，尋找一種高效、經(jīng)濟的處理方法具有重要意義[1]。化學(xué)破乳法是一種常用的處理油類廢水的方法，通過添加適量的破乳劑，使廢水中的油類物質(zhì)發(fā)生凝聚和分離，從而達(dá)到去除油類的目的[2]。然而，對煤化工廢水中油類的處理效果來說，目前尚缺乏系統(tǒng)的研究和評估[3]。因此，本研究旨在探索化學(xué)破乳法處理煤化工廢水中油類的效果，并為進一步優(yōu)化和改進該方法提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 廢水水質(zhì)

本次研究的廢水來源于某能源化工有限公司，該公司是一家從事煤焦化工業(yè)、蘭炭生產(chǎn)工業(yè)、煤氣化和煤液化等多種工藝的能源化工企業(yè)。廢水的外觀接近黑色，水質(zhì)成分非常復(fù)雜，其中包括煤焦油、苯酚、苯胺等有機污染物。煤焦油是煤炭加工和燃燒過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品，其主要成分是多環(huán)芳烴。煤焦油具有高毒性和難降解性，會對水體生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的破壞。苯酚是一種常見的有機污染物，具有刺激性和毒性，對水生生物和人體健康有害。苯胺是一種有機溶劑，具有致癌性和致畸性，長期接觸會對人體造成嚴(yán)重的損害。廢水中的油類含量為250mg/L～350mg/L。廢水中的有機污染物和高油含量給環(huán)境和人類健康帶來了嚴(yán)重威脅。為了保護環(huán)境和人類健康，有必要采取有效的處理措施來降低廢水中有機污染物的含量和油類的濃度。

1.2 試驗方法

1.2.1 破乳劑篩選

在室溫下，將氯化鋁、硫酸鋁、氯化鎂、氯化鈣、PAC等5種無機破乳劑以及SP169、BP2040、AR36、TA10314等4種有機破乳劑和6種無機/有機復(fù)配的破乳劑，分別添加到煤化工廢水中，并立即以120r/min速度混合攪拌15min，再靜放2h，取破乳后的上層清液進行逐步抽濾，以測量含油率并計算原料油存有情況占比。根據(jù)試驗流程，找到使浮油和溶解油占比高而含油率比較少的破乳劑，即是最佳破乳劑。

1.2.2 最佳破乳劑投加量

在室溫下，取定量的煤化工廢水，將其放入一個容量為100mL的量杯中。隨后，分別往量杯加最佳無機物破乳劑硫酸鐵的差異濃度值，包括3.0g/L、4.0g/L、5.0g/L、6.0g/L、7.0g/L、8.0g/L。與此同時，還添加最佳有機化學(xué)破乳劑BP2040的差異濃度值，包括1.0g/L、2.0g/L、3.0g/L、4.0g/L、5.0g/L、6.0g/L。

在保持氯化鋁投加量為6.0g/L的前提下，各自添加不同濃度的SP169，包括0.8g/L、1.6g/L、2.4g/L、3.2g/L、4.0g/L、4.8g/L。同時，維持SP169的投加量為2.4g/L，各自添加不同濃度氯化鋁，包括2.0g/L、4.0g/L、6.0g/L、8.0g/L、10.0g/L、12.0g/L[5]。

1.2.3 廢水中pH值的影響

在室溫下，在容量為100mL的量杯中放入一定量的煤化工廢水。為能調(diào)節(jié)污水的處理pH值，應(yīng)用酸堿溶液。添加最佳無機破乳劑硫酸鋁，含量為6.0g/L。首先，投加最佳有機破乳劑BP2040，濃度為2.0g/L。投加氯化鋁/SP169復(fù)配破乳劑，其中氯化鋁的投加量為6.0g/L，SP169的投加量為2.4g/L。其次，以120r/min的速度迅速混合攪拌廢水和破乳劑，持續(xù)攪拌15min。將混合物靜置2h，讓廢水中的沉淀物沉淀下來。再次，得出浮油和溶解油所占比例。最后，需要找到一個pH值，使浮油和溶解油所占比例高，同時含油量較少。這個pH值即為最佳pH值。

2 結(jié)果與討論

2.1 煤化工廢水中的油類存在狀態(tài)

通過多次測定并取平均值，得出煤化工廢水中不同類型油類物質(zhì)的占比。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，浮油占比為7.6%～8.8%，分散油占比為14.5%～15.5%，乳化液占比為20.4%～21.5%，溶解油占比為55.5%～56.4%。如圖1所示。

2.2 破乳劑篩選

2.2.1 無機破乳劑篩選

在污水中添加無機破乳劑后，污水中溶解油占比呈現(xiàn)增高趨勢，而分散油占比則普遍下降。在相同條件下，污水中添加硫酸鋁后的水質(zhì)采樣分層速度快，水更清亮，應(yīng)用效果理想。污水中浮油占比較大，從17.21%升至18.84%，分散破乳劑比例從20.59%和21.69%大幅度降至11.63%和5.9%，而溶解油比例將從40.51%升至63.63%。綜合以上數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果，確定硫酸鋁作為最佳的無機破乳劑，能夠有效地去除廢水中的油類物質(zhì)，提高廢水處理的效率和質(zhì)量。無機破乳劑篩選如圖2所示。

2.2.2 有機破乳劑篩選

在試驗中，觀察到廢水中加入有機破乳劑后，溶解油比例普遍出現(xiàn)增高趨勢，而分散油、乳化液比例則有不同程度降低。通過BP2040處理過的污水中，浮油比例由17.21%升至24.59%，但是經(jīng)過AR-36處理過的污水中，浮油占比也升至18.79%。在通過BP2040處理過的污水中，浮油占比較大，分散油、乳化液比例分別從20.59%和21.69%降至4.84%和7.08%。結(jié)果表面，BP2040是最佳有機破乳劑。有機破乳劑篩選如圖3所示。

2.2.3 無機/有機破乳劑的復(fù)配篩選

在靜放分層次環(huán)節(jié)中，氯化鋁和SP169的浮渣分層次速率明顯超過別的組，僅經(jīng)過10min，污水中浮渣就已沉降一半。在無機/有機破乳劑的復(fù)配后，污水中浮油、分散油、乳化液比例均有下降，而溶解油比例出現(xiàn)明顯上升趨勢。通過氯化鋁和SP169混配后，污水中浮油占比比較高，分散化油、乳化液比例分別從20.59%和21.69%降至5.35%和5.25%，而溶解油占比則是由40.51%升至80.40%。這些數(shù)據(jù)變化表明，氯化鋁和SP169的復(fù)配處理在廢水處理中效果最佳，能夠有效去除廢水中的油類物質(zhì)，提高廢水處理的效率和質(zhì)量。無機/有機破乳劑的復(fù)配篩選如圖4所示。

2.3 破乳過程中油類含量的變化及影響因素

2.3.1 硫酸鋁投加量及pH對破乳效果的影響

在試驗中，當(dāng)硫酸鋁的最佳投加量為6.0g/L時，原料油的去除率最高達(dá)到13.56%。在這樣的環(huán)境下，污水中浮油和溶解油占比分別達(dá)到最大值，分別是9.54%和81.94%，而乳化液比例則降到最低，從21.69%降至1.91%。通過全面分析，明確6.0g/L為硫酸鋁的最佳投加量。當(dāng)硫酸鋁投加量為6.0g/L時，維持其他要求不變的前提下，當(dāng)pH為5時，原料油去除率最大，達(dá)到13.86%。但當(dāng)pH為4時，浮油比例最高為11.61%，乳化液和分散油占比最少，主要從21.69%和20.59%降至0.88%和4.18%，溶解油占比將從40.51%升至83.33%。結(jié)果表明，最理想的pH為4。硫酸鋁的投加量及pH對破乳效果的影響如圖5所示。

2.3.2 BP2040投加量及pH對破乳效果的影響

當(dāng)有機破乳劑BP2040的投加量為2.0g/L時，原料油的去除率達(dá)到最大值，為18.11%。在這樣的情況下，污水中浮油比例最高，為14.57%。分散化油、乳化液比例也明顯降低，分別從20.59%和21.69%降至4.39%和3.76%。因此，2.0g/L是有機破乳劑BP2040的最佳投加量。經(jīng)過進一步研究發(fā)現(xiàn)，在BP2040的投加量為2.0g/L的情況下，當(dāng)廢水的pH為5時，油類的去除率達(dá)到最高值，為30.28%。表明在這個投加量和pH條件下，BP2040能更有效地去除廢水中的油類物質(zhì)。BP2040的投加量及pH對破乳效果的影響如圖6所示。

2.3.3 氯化鋁/SP169復(fù)配破乳劑投加量及pH對破乳效果的影響

根據(jù)試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氯化鋁的投加量為6.0 g/L時，廢水中油類的去除率達(dá)到最大值，為29.54%。同時，也觀察到分散油和乳化液的比例明顯降低，分別從20.59%和21.69%降至2.59%和7.90%。這表明在這個投加量下，氯化鋁能夠有效地去除廢水中的油類物質(zhì)。在保持氯化鋁投加量為6.0g/L的條件下，調(diào)整SP169的投加量，并分析pH值對破乳效果的影響。試驗結(jié)果顯示，當(dāng)pH為4時，油類的去除率達(dá)到最高值，為36.66%。與此同時，溶解油的比例也達(dá)到最大值，從40.51%升至81.14%，分散油和乳化液的比例也從20.59%和21.69%降至8.28%和5.77%。因此，最優(yōu)條件下的氯化鋁投加量為6.0 g/L，SP169投加量為2.4 g/L，pH為4。

3 結(jié)語

通過本研究，驗證氯化鋁和SP169復(fù)配處理在煤化工廢水中油類去除方面的有效性。在最佳處理條件下，氯化鋁投加量為6.0 g/L，SP169投加量為2.4 g/L，pH為4，廢水中的浮油、分散油、乳化液比例均有所降低，而溶解油比例顯著增加，表明氯化鋁和SP169的復(fù)配處理能夠有效提高廢水處理的效率和質(zhì)量。本研究為煤化工廢水處理提供一種有效的方法，有望在工業(yè)實踐中得到推廣應(yīng)用。

參考文獻

[1]尹慧.不同光學(xué)分析法對水中油類的檢測比較[J].上海環(huán)境科學(xué)，2023，42（3）：126-130.

[2]胡凱強，賴聲發(fā)，錢艷峰，等.破乳法合成N摻雜TiO2/粉煤灰及其可見光催化性能研究[J].硅酸鹽通報，2021，40（1）：304-311.

[3]童文烽，李勁松，徐巧，等.乳化/破乳法-氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定牛奶中12種亞硝胺殘留[J].食品工業(yè)科技，2023，44（23）：280.

[4]曹軼，李藏哲.反相破乳法制備噴涂橡膠瀝青防水涂料研究進展[J].中國建筑防水，2021（10）：4.

[5]萬凌彰，劉永軍，楊壯壯.除油材料的制備及其對煤化工廢水中油類物質(zhì)的強化去除效果[J].水處理技術(shù)，2022，48（11）：5.