乳化液在钢铁冷轧、机械加工和机械制造等冶金行业中被广泛应用。乳化液含有大量的表面活性剂、矿物油、添加剂、金属屑等物质,CODCr的质量浓度一般在几万到几十万左右,可生化性差,属于高浓度难降解废水,排入水体后会产生严重的污染。
目前乳化液的处理可分为物理破乳处理、化学破乳处理、生物破乳处理和焚烧处理。其中,化学破乳处理是传统的处理方法,处理效果显著,它存在耐冲击负荷差、设备组成较多、产生大量污泥,需要进行处理等缺点。近年来,国内学者研究了一些新型处理工艺,混凝气浮法是目前国内常用的乳化液处理工艺,CODCr的去除率达到90%以上,但对难降解的有机小分子去除效果不佳。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂,反应速度快,可以将多数已知难降解的大分子有机物氧化成小分子有机物,适用于处理难治理或对生物有毒性的工业废水。Fenton试剂在有机废水处理中已得到成熟的应用,而用于乳化液废水处理还在探索阶段。杨蓉采用了硫酸铝化学破乳+Fenton氧化处理的方法处理高浓度乳化液废水,在佳反应条件下CODCr去除率达81%。王汉道等采用两级Fenton氧化法处理乳化液,CODCr的质量浓度由40000mg/L降低至2000mg/L,去除率达到95%。通常乳化液废水的CODCr浓度很高,若单独采用Fenton试剂氧化废水需要投加氧化剂量太大,无论从技术上还是经济上都是不科学和不太现实的。需要对乳化液进行多级联合处置。本研究对比了几种传统破乳法和Fenton氧化破乳法对高浓度乳化液废水的破乳效果,基于此考察了絮凝+Fenton氧化复合破乳法的佳反应条件。
1、材料与方法
1.1 试验用水
以某航空公司机械加工过程产生的废乳化液为研究对象,废水呈灰白色,PH值为7.5~8.7,CODCr的质量浓度为119000~312000mg/L。
1.2 仪器及药品
仪器:HJ-4A型数显控温磁力搅拌器;PHS25型PH计;ET99718N型COD测定仪。
药品:10%聚合氯化铝(PAC),10%聚合硫酸铁(PFS),0.1%聚丙烯酰胺(PAM),均采用工业级进行配置;30%氢氧化钠,30%硫酸,10%氢氧化钙,均采用分析纯试剂进行配置;FeSO4•7H2O,30%双氧水,分析纯试剂。
1.3 试验方法
(1)絮凝法试验。
取100mL废乳化液于锥形瓶中,调节PH值为8,加破乳剂(PAC/PFS)快速搅拌5~10min,观察破乳情况加入絮凝剂(PAM)慢速搅拌3~6min,观察絮凝情况并静置20min,取上清液测CODCr浓度。
(2)酸化法试验。
取100mL废乳化液于锥形瓶中,向乳化液中加入硫酸调节PH值为2.0左右,搅拌10min后静置20min,观察絮体沉淀效果,取上清液测CODCr浓度。(3)絮凝酸化法试验。取100mL废乳化液于锥形瓶中,向乳化液中加入絮凝剂破乳(PAC/PFS),加入硫酸调节PH值为2.0左右,搅拌10min后静置20min,观察絮体沉淀效果,取上清液测CODCr浓度。
(4)Fenton氧化法试验。
取100mL乳化液调节PH值为3.5~4.0,投加FeSO4•7H2O,缓慢加入30%双氧水控制反应温度,反应60min后,用10%石灰乳调节PH值为7,加入一定量PAM絮凝,搅拌,静置,过滤后测滤液CODCr浓度。
2、结果与讨论
2.1 破乳效果对比
选用传统破乳方法(絮凝法、酸化法、絮凝酸化法)和新型破乳方法Fenton氧化法处理100mL乳化液,考察传统破乳方法和新型破乳方法对废乳化液的破乳效果。
由表1可以看出,采用絮凝法、酸化法对乳化液废水的破乳效果不佳。试验过程中发现,用PAC和PFS作为破乳剂,乳化液不分层,过滤后仍为浑浊乳液,CODCr去除率不超过20%。酸化破乳后的废水不分层,过滤后为浑浊液体,CODCr去除率为30%左右。采用絮凝酸化法对乳化液废水有一定的破乳效果,PAC+硫酸复合破乳后废水分层,过滤后废水为澄清液体;PFS+硫酸复合破乳后废水没有分层,但过滤后废水为浑浊液体,絮凝酸化法对乳化液CODCr去除率不到50%。
采用Fenton氧化法破乳,乳化液会变成红棕色,有大量气泡生产,废液温度明显升高。15min后反应温度达到高,温度开始降低。60min后废液温度恢复到常温。当调节废液PH值为7时,形成大量沉淀物,加入PAM后沉淀颗粒变大。静置出现分层,且破乳后乳化液废水为澄清液,CODCr的去除率达到75.7%。Fenton氧化破乳法较传统破乳方法效果好,且对CODCr的去除率也明显要高。
2.2 Fenton氧化影响因素研究
影响Fenton试剂氧化效果的主要因素有H2O2投加量、Fe2+浓度和PH值等。研究表明,Fenton氧化的佳PH值为3.5,PH偏高或偏低对Fenton氧化的效果都不利。本试验中Fenton氧化的佳PH值为3.5~4.0。
2.2.1 H2O2投加量的影响
H2O2投加量对乳化液CODCr去除率的影响见图1。由图1可知,随着H2O2投加量由60mL/L增加到140mL/L,CODCr去除率先快速增大略有降低。当H2O2的投加量为100mL/L时,CODCr去除率达到大,为97.85%。在H2O2的投加量较低时,反应产生的•OH也少,氧化能力不足;随着H2O2的投加量增加,反应产生•OH也随之增加,并迅速对废水中有机物进行氧化分解。当H2O2的投加量高于100mL/L时,导致过量的H2O2无效分解。由此可知,Fenton氧化佳的H2O2投加量为100mL/L,此时FeSO•47H2O投加量是45.4g/L。