
水的污染是一个十分复杂的问题,污染源众多,污染程度千差万别,从而导致水处理也是一个十分复杂的工程,要解决水污染问题,首先就需要了解水体的各种污染源,就本文题目而言,含油废水是一种常见的、能给人类社会带来较严重的环境污染;为此,国内外均特别重视对含油废水的处理。
1 含油废水来源、危害及分类
含油废水的来源很广,其中主要有石油工业的炼油厂含油废水、铁路机务段的洗油罐含油废水、拆船厂的油货轮含油废水、油轮压舱水、洗舱水、机械切削加工的乳化油废水、以及餐饮业、食品加工业、洗车业排放的含油废水等。
含油废水的危害主要表现在:油类物质漂浮在水面,形成一层薄膜,能阻止空气中的氧溶解于水中,使水中的溶解氧减少,致使水体中浮游生物等因缺氧而死亡,也防碍水生植物的光合作用,从而影响水体的自净作用,甚至使水质变臭,破坏水资源的利用价值,对于鱼、虾、贝类长期在含油污水中生活将导致其肉内含有油味,而变味不宜食用,严重时由于油膜蒙在鱼鳃上而影响呼吸作用,导致室息而死亡,而且在水体表面的聚结油还有可能燃烧而产生安全问题,因此,含油污水必须经过适当的处理后才能排放。
根据含油废水来源和油类在水中的存在形式不同,可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油四类:
(1)浮油:以连续相漂浮于水面,形成油膜或油层这种油的油滴粒径较大,一般大于100um。
(2)分散油:以微小油滴悬浮于水中,不稳定,经静置一定时间后往往变成浮油,其油滴粒径为10~100m。
(3)乳化油:水中往往含有表面活性剂使油成为稳定的乳化液,油滴粒径极微小,一般小于10μm,大部分为0.1~2μm。
(4)溶解油:是一种以化学方式溶解的微粒分散油,油粒直径比乳化油还要细,有时可小到几纳米。
2 含油废水的处理方法
微细的油珠分散于水中形成水一油乳化液,由于乳化液的油珠极细,其表面形成一层界膜带有电荷,油珠外围形成双电层,使油珠相互排斥极难接近,因此,要使油水分离,首先要破坏油珠的界膜,使油珠相互接近并聚集成大滴油珠,从而浮于水面,这就叫做破乳,常用的破乳方法有高压电场法、药剂法、离心法、超滤法等。
2.1 破乳方法
2.1.1 高压电场法
该方法是利用电场力对乳液颗粒的吸引或排斥作用,使微细油粒在运动中互相碰撞,从而破坏其水化膜及双电层结构,使微细油粒聚结成较大的油粒浮升于水面,达到油水分层的目的。高压电可采用交流、直流或脉冲电源。
2.1.2 药剂破乳法
药剂破乳法是指向废水中投加破乳剂,破坏油珠的水化膜,压缩双电层,使油珠聚集变大与水分开,药剂破乳又分为盐析法、凝聚法、盐析—凝聚混合法和酸化法等。
(1)盐析法:盐析法是指向废水中投加盐类电解质,破坏油珠的水化膜,常用的电解质有氯化钙、氯化镁、氯化钠、硫酸钙、硫酸镁等。
(2)凝聚法:凝聚法是指向废水中投加絮凝剂,利用絮凝物质的架桥作用,使微粒油珠结合成为聚合体常用的絮凝剂有明矾、聚合氯化铝、活化硅酸、聚丙烯酰胺、硫酸亚铁、三氯化铁、镁矾土等。研究表明,当pH=8.0-9.0时,用明矾处理溶解油是有效的,而pH=8-10时,可采用硫酸亚铁。
(3)酸化法:酸化法是向废水中投加硫酸、盐酸、醋酸或环烷酸等,破坏乳化液油珠的界膜,使脂肪酸皂变为脂肪酸分离出来,采用这种方法因降低了废品率水的pH值,故在油水分离后需要用碱剂调节pH值,使之达到排放标准。
(4)盐析-凝聚混合法:盐析-凝聚混合法是指向废水中加人盐类电解质,使乳化液初步破乳,再加人凝聚剂使油粒凝聚分离。
2.1.3 离心法
该法是指借助离心机械所产生的离心力,将油水分离,离心机有卧式和立式两种,在离心力的作用下,水相从离心机的外层排出,油相从离心机的中部排出,离心机结构比较复杂,故这种方法国内采用得不普遍。
2.1.4 超滤法
超滤法是一种物理破乳法,它是使乳化油废水通过超滤膜过滤器,利用超滤膜孔径比油珠孔径小的特点,只允许水通过,而将比膜孔径大的油粒阻拦,从而达到乳化油水分离的目的。
以上破乳方法,以药剂法较为常见,国内采用较普遍,高压电场法处于试验阶段,超滤法国内已有使用。
2.2 破乳除油后的再处理
乳化液经破乳除油后,一般尚需进一步处理,其处理方法、处理设备也多种多样,概括起来可分为:
2.2.1 重力分离法
重力分离法是一种利用油水密度差进行分离的方法,此法可用于除60以上的油粒和废水中的大部分固体颗粒,采用重力分离法较常用的设备是隔油池,它是利用油比水轻的特性,将油分离于水面并除,隔油池主要用于去除浮油或破乳后的乳化油。
隔油池的形式较多,主要有平流式隔油池(API)、平行板式隔油池(PPI)、波纹斜板隔油池(CPI)和压力差自动撇油装置等。
该方法适用于浮油、分散油,且效果稳定运行费用低,但设备占地面积大。
2.2.2 气浮法
气浮法是使大量微细气泡吸附在欲去除的颗粒(油珠)上,利用气体本身的浮力将污染物带出水面,从而达到分离目的的方法,这是因为空气微泡由非极性分子组成,能与疏水性的油结合在一起,带着油滴一起上升,上浮速度可提高近千倍,所以油水分离效率很高,气浮法按气泡产生方式的不同,可分为鼓气气浮、加压气浮和电解气浮等,鼓气气浮是利用鼓风机、空气压缩机等将空气注入水中,也可利用水泵吸水管、水射器将空气带人水中,电解气浮是用电解槽将水电解,利用电解形成的极微的氢气和氧气泡,将污染物带出水面,加压气浮是在加压条件下使空气溶于水中,然后再恢复到常压,利用释放的大量微气泡将污染物分离。
气浮法中,目前采用的主要是加压气浮法,这种方法是电耗少、设备简单、效果良好,已被广泛应用于油田废水、石油化工废水、食品油生产废水等的处理工艺较为成熟。
2.2.3 吸附法
吸附法是利用亲油性材料吸附水中的油,较常用的吸附材料是活性炭,它具有良好的吸油性能,可吸附废水中的分散油、乳化油和溶解油。但吸附容量有限(对油一般为30-80mg/g),且活性炭价格较贵,再生也比较困难,因此一般只用作低浓度含油废水处理或深度处理。
寻求新的吸油剂方面的研究,已有不少报道,其中吸附树脂是近年来发展起来的一种新型有机吸附材料,吸附性能良好,易于再生重复使用,有可能取代活性炭此外,煤炭、吸油毡、陶粒、石英砂、木屑、稻草等也具有吸油性能,可用作吸附材料吸附材料吸油饱和后,有的可再生重复使用,有的可直接用作燃料。
2.2.4 粗粒化法
粗粒化法(亦叫聚结法)是使含油废水通过一种填有粗粒化材料的装置,使污水中的微细油珠聚结成大颗粒,达到油水分离的目的,本法适用预处理分散油和乳化油。
其技术关键是粗粒化材料,从材料的形状来看,可分为纤维状和颗粒状;从材料的性质来看,许多研究者认为材质表面的亲油疏水性能是主要的,而且亲油性材料与油的接触角小于70°为好,当含油废水通过这种材料时,微细油粒便吸附在其表面上,经过不断碰撞,油珠逐渐聚结扩大而形成油膜。在重力和水流推力下,脱离材料表面而浮升于水面。粗粒化材料还可分为无机和有机两类外形可做成粒状、纤维状、管状或胶结状聚丙烯、无烟煤、陶粒、石英砂等均可作为粗粒化填料。
粗粒化除油装置具有体积小、效率高、结构简单、不需加药、投资省等优点,缺点是填料容易堵塞,因而降低除油效率。
2.2.5 膜过滤法
膜过滤法除油是利用微孔膜拦截油粒,它主要用于去除乳化油和溶解油,滤膜又可分为超滤膜、反渗透膜和混合滤膜,超滤膜的孔径一般为0。005-0。01μm,比乳化油粒要小的多,反渗透膜的孔径比超滤膜的还要小,因此,在受压情况下含油废水中的油粒无法通过滤膜而被截留下来,这两种膜常被制成空心纤维管过滤器,以增大膜的过滤面积,混合过滤膜的孔径在1um以上,是由亲水膜和亲油膜组成的。亲水膜是一种经化学处理的尼龙超细无纺布,它只允许水通过,亲油膜为聚丙烯超细无纺布,它只能让油粒通过,因此,利用混合膜过滤器便可达到水油分离的目的。
膜过滤法工艺流程简单,处理效果好,出水一般不带有油,但处理量较小,不太适于大规模废水处理,而且过滤器容易堵塞。
2.2.6 电磁吸附法
将磁性颗粒与含油废水混合,油珠被磁性粒子吸附,然后用磁分离装置将含油磁粒分离,污水便可得到净化,含油磁粒再作进一步处理,此即为电磁吸附法,这种方法应用得比较少。
2.2.7 生物氧化法
油类是一种烃类有机物,可以利用微生物将其分解氧化成为二氧化碳和水含油污水生化处理有活性污泥法和生物过滤法两种,前者是在曝气池内利用流动状态的絮凝体(活性污泥)作为净化微生物的载体,通过吸附、浓缩在絮体表面上微生物来分解有机物,后者系在生物滤池内,使微生物附着在固定的载体(滤料)上,污水从上而下散布,在流经滤料表面过程中,污水中的有机物质便被微生物吸附和分解破坏。
3 结束语
含油废水的各种处理方法比较见下表:
方法名称 | 适用范围 | 去除粒径/μm | 主要优点 | 主要缺点 |
重力分离 | 浮油、分散油 | >60 | 效果稳定,运行费用低 | 占地面积大 |
加压气浮 | 分散油、乳化油 | >10 | 效果好,工艺成熟 | 占地面积大,浮油难处理 |
化学凝聚 | 乳化油 | >10 | 效果好,工艺成熟 | 占地大,药剂用量多,污泥难处理 |
电解 | 乳化油 | >10 | 除油率高,连续操作 | 装置复杂,耗电量大,消耗大量铝材,难大型化 |
电磁吸附 | 乳化油 | <60 | 除油率高,装置占地面积小 | 耗电大,工艺未成熟 |
膜过滤 | 乳化油、溶解油 | <60 | 出水水质好,设备简单 | 膜清洗困难,操作费用高 |
砂滤 | 分散油 | >10 | 出水水质好,投资少,无浮油 | 反吹操作要求较高 |
粗粒化 | 分散油、乳化油 | >10 | 设备小型化,操作简单 | 滤料易堵,存在表面活性剂时效果差 |
活性污泥 | 溶解油 | <10 | 出水水质好,基建费用低 | 进水要求高,操作费用高 |
生物滤池 | 溶解油 | <10 | 适应性强,运行费用低 | 基建费用高 |
吸附 | 溶解油 | <10 | 出水水质好,设备占地面积小 | 吸附剂再生困难,投资较高 |
综上所述可以看出,含油废水的处理方法虽然较多,但各种方法都有其局限性,根据废水成分、油分存在的形式、回收利用的深度以及排放方式等多因素的影响,如果只使用单一的处理方法,难以达到满意的效果,在实际应用中通常是采用几种方法结合在一起,形成多级处理的工艺,从而实现良好的除油效果,使出水水质达到废水排放标准,例如:对炼油厂来说,国内多采用隔油、气浮和生化法的“老三套”处理含油废水;铁路机务段所多采用的工艺流程:含油废水→隔油→二级气浮→活性碳吸附(或生物转盘)→出水排放;来自机械加工车间的含油废水有采用集油→隔油→粗粒化→气浮的流程进行处理等等,此类多级处理工艺组合多种多样,不胜枚举,在此就不可能一一列举了。
此外,近年来美国、日本学者研究了废油污染水域或土壤,投放微生物制剂和营养盐(C:N:P=100:15:3)能加快废油分解,大大改善了水域和土壤的环境质量。