絮凝法处理高浓度舱底含油污水的工艺研究

http://www.water.hc360.com2017年12月11日09:14 来源:《中国水运(下半月)》作者:潘莲莲等T|T

    慧聪水工业网 摘要: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);OxiTopControl12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。

水工业

    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

水污染

    APAC用量的影响(pH为7.5);BpH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

水污染

    APAM用量的影响(pH为8);BpH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2473mg/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。

水污染

    图3PAC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。

    参考文献

    [1]蔡欧晨.国际新形势下关于我国船舶油污染问题的分析与思考[J].中国水运(下半月),2015,15(1):115-117.

    [2]王明峰,等.船舶舱底水含油污水处理方法及研究[J].中国水运(下半月),2016,16(1):151-152.

    [3]陈伟,等.船舶含油污水的破乳絮凝处理研究[J].工业水处理,2016,36(2):25-29.

    [4]丁雷,等.混凝沉淀/好氧生物处理组合工艺处理船舶含油废水[J].中国给水排水,2010,26(5):116-119.

    [5]罗扬勇.水解酸化-生物接触氧化-臭氧催化氧化处理船舶含油废水研究[J].科技创新与应用,2016,(11):15-16.

    [6]环境保护部.中华人民共和国国家环境保护标准HJ580-2010.含油污水处理工程技术规范[S].北京:中国环境科学出版社,2011.

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责任编辑:殷莹莹

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