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絮凝法处理高浓度舱底含油污水的工艺研究
2017-12-11 11:57:36  作者:  来源:《中国水运(下半月)》  
  •   船舶含油废水作为海洋污染的重要污染源之一,对其进行高效处理一直以来都是海洋环保领域的重大挑战。本文先分析了某油轮的舱底水性质,然后基于聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM),对该舱底水进行COD 去除工艺研究。
    关键字: 水处理

  船舶含油废水作为海洋污染的重要污染源之一,对其进行高效处理一直以来都是海洋环保领域的重大挑战。本文先分析了某油轮的舱底水性质,然后基于聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM),对该舱底水进行COD 去除工艺研究。实验表明,在适宜操作条件下,PAC 用量为200mg/L 时,COD 去除率为46.6%;PAM 用量为10mg/L时,COD 去除率为46.9%;PAC 和PAM 用量分别为150mg/L 和3mg/L 时,COD 去除率为57%。与单独使用PAC 或PAM 处理该废水时的絮凝效果相比,二者共同使用时,则更切实可行、更经济有效。

  一、引言

  随着我国船舶运输能力的提高以及船舶活动水平的大幅增长,船舶污水的污染日益加重[1]。船舶含油废水主要来源于船舶舱底水、油船压载水和洗舱水[1]。目前,船舶含油废水常用的处理方法主要有:重力分离、气浮和絮凝等[2,3]。其中,絮凝技术因经济、简便且处理效果好等优点备受青睐[3]。丁雷[4]采用PAC 和PAM 处理船舶含油废水重力除油罐出水(COD 为460mg/L),PAC 和PAM 用量分别为200mg/L 和2mg/L 时,COD 和油去除率分别为16%和

  19%。罗扬勇[5]以PAC 和PAM 分别作为絮凝剂和助凝剂处理某船舶公司处理后的水(COD 为1,200~1,500mg/L),PAC 和PAM 用量分别为50mg/L 和1mg/L 时,COD 去除率为35%。目前,随着船舶燃料逐步向重质化、劣质化方

  向发展[1,2],破乳剂、缓蚀剂和钻完井添加剂等残留在舱底水中[3],导致船舶废水的污染物含量更高,乳化程度更严重[4,5]。然而,目前关于高浓度船舶污水的研究却少见报道。因此,本文先分析了某油轮高浓度舱底污水性质,并基于PAC 和PAM 对废水中COD 去除工艺进行优化,对解决我国面临的高浓度难降解船舶含油污水处理的难题,以及保护内河及海洋生态环境均具有重要意义。

  二、材料与方法

  1.药剂和仪器

  药剂:废水源自某油轮舱底油污水。石油醚,硫酸银,重铬酸钾,氢氧化钠,以上均为分析纯。硫酸(优级纯);PAC(工业级);PAM(工业级,阳离子型);实验室制备蒸馏水。仪器:722S 型可见光分光光度计(上海仪电分析仪器有限公司);TU-1810PC 型紫外可见光分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);OxiTop Control 12 型BOD 自动测定仪(德国WTW 公司)。

  2.絮凝实验

  取200ml 水样置于烧杯,先调节pH,再加PAC 和PAM(2‰)并搅拌。加PAC 时,250r/min 快搅2min;加PAM时,80r/min 慢搅10min;PAM 与PAC 共同使用时,先在250r/min 速度下加PAC,搅拌2min,再在80r/min速度下加PAM,搅拌10min。然后静置20min,测上清液COD 值,以COD 去除率作为絮凝效果的评价指标。

  3.分析方法

  COD 值用重铬酸钾-分光光度法(610nm)测定[6];生化需氧(BOD5)用标准稀释法测定[6];SS 含量用重量法测定[6];石油类用紫外分光光度法测定[6]。

  三、结果与讨论

  1.水质分析

  废水源自某油轮舱底污水,性质参数见表1。

  由表1 可知,该废水COD 值达4,658mg/L,BOD5为 604mg/L,油含量为287mg/L,SS 为842mg/L。有资料显示[6],1mg 石油类物质氧化时需3~4mg 氧,故石油类物质对COD 值贡献约18.5%。故该废水可能是油-水-固三相体系,可生化性差(BOD5/COD=0.13)。废水可生化性差主要是因为船舶燃油、润滑油、液压机液体及表面活性剂的存在[4]。综上所述,该船舶舱底废水是一种含有固体悬浮物的高浓度含油废水。

  众所周知,舱底水温度一般保持在40~60℃范围内[2,3]。且PAC 和PAM 在40~55℃范围内均有较好的絮凝效果[4,5]。考虑到工艺成本和效果,本文在45℃下考查PAC 和PAM 用量及pH 分别对该污水COD 去除效果的影响。

  2.基于PAC 的絮凝工艺
 

  A PAC 用量的影响(pH 为7.5);B pH 的影响(PAC为200mg/L)

  由图1A知,随着PAC 用量从10mg/L 增加到150mg/L,COD 去除率从3.7%快速增至40.8%;PAC 为200mg/L 时,COD 去除率为46.6%,COD为2,487mg/L;PAC 继续从400mg/L 增至1,000mg/L,COD 去除率从53.3%缓慢增至58.5%。以上现象表明,PAC 用量太少时,由于不能很好地使胶体脱稳,导致形成的絮体量少且细小,故COD 去除率低;PAC 用量过大时,絮凝效果也无显著提高,因为PAC 会导致带正电荷的多核羟基络合物或阳离子吸附在胶团表面,增加表面斥力,降低电中和作用[4],絮凝过程进入再稳区,且PAC发生水解时会生成大量沉降物和过滤性差的氢氧化物浮渣[5]。所以,200mg/L 为PAC 的适宜用量。

  由图1B 知,pH 在5~7 范围内逐渐升高,COD 去除率从38.1%缓慢增至46.0%;pH 为7.5 时,COD 去除率最高,为46.6%,COD 为2,487mg/L;pH 继续从8 升至11,COD 去除率从45.1%缓慢降至39.6%。以上现象表明,pH 较低时,由于PAC 水解被抑制,产物主要形态为水合离子([Al(H2O)6]3+),水解产生H+,降低了PAC 压缩双电层和吸附架桥能力[4,5],故COD 去除率较低;pH 过高时,絮凝性能下降,这是因为生成的氢氧化铝胶体(Al(OH)3)

  转为偏铝酸根等阴离子(Al(OH)4-),对带负电微粒仅有粘附作用而基本没有电中和与架桥等作用[5]。因此,pH 宜为7~8。

  3.基于PAM 的絮凝工艺
 

  A PAM 用量的影响(pH 为8); B pH 的影响(PAM为10mg/L)

  由图2A 知,随着PAM 用量从1mg/L 增至5mg/L,COD 去除率从5.1%快速增至39.3%;PAM 用量为10mg/L时,COD 去除率最高,为46.9%,COD 为2,475mg/L;继续增加用量,COD 去除率开始下降。以上现象表明,PAM用量过低时,因桥联作用不明显甚至失效而絮凝效果变差;用量过高时,因“胶体保护”作用而使絮凝效果降低[5]。因此,PAM 用量宜为10mg/L。

  由图2B 可知,pH 在6~8.5 范围内,随着pH 增大,COD 去除率逐渐增大;pH 为8.5 时,COD 去除率达到最高,为46.9%,COD 为2473 mg/L;继续升高pH,COD去除率缓慢降低。以上现象表明,在弱酸、中性、弱碱条件下,pH 变化对絮凝效果影响较小,因为pH 对PAM 的水解影响不大[5]。因此,适宜的pH 范围在7~9 内。

  图3 PAC 和PAM 用量对COD 去除效果的影响(pH 为原水pH)

  4.基于PAM 和PAC 的絮凝工艺

  由图3 知,PAM 用量为3mg/L 时,PAC 用量从20mg/L增至150mg/L 时,COD 去除率从34.5%逐渐升至57%;PAC 用量继续从200mg/L 增至400mg/L,COD 去除率仅提高5.3%。PAC 用量为150mg/L 时,PAM 用量从1mg/L增至3mg/L 时,COD 去除率从44.4%逐渐升高到57%;PAM 用量继续从5mg/L 增至10mg/L,COD 去除率仅提高约2%。以上现象表明,PAC 或PAM,用量太低,絮凝效果均较差;用量太高则对絮凝效果无显著改善,甚至会降低

  絮凝性能。所以,PAC 和PAM 用量分别宜为150mg/L 和3mg/L , 此时COD 去除率为57% , COD 浓度为2,003mg/L。

  四、结论

  实验表明,温度在45℃下,pH 为7.5,PAC 用量为200mg/L 时, COD 去除率为46.6% , COD 浓度为2,487mg/L;pH 为8,PAM 用量为10mg/L 时,COD 去除率为46.9%,COD 浓度为2,471mg/L;pH 为原水值,PAC 和PAM 用量分别为150mg/L 和3mg/L 时,COD 去除率为57%,COD 浓度为2,003mg/L。相比单独使用PAC或PAM 处理舱底油污水,二者共同用于舱底水处理不仅提高了COD 去除率,而且改善了絮体性质和操作性能。

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