含油廢水分離法處理小試裝備

含油廢水中油脂量較高時，可以采用分離法、沉淀法和化學法去除。分離法對含油廢水處理效果如何？通過含油廢水分離法小試裝備，可以看到最終水處理效果。分離法小試裝置加入磁粉、絮凝劑、助凝劑等，觀察含油廢水最終效果如何。安峰針對試驗條件和方法、試驗結果等進行最終討論。
　　
　　1試驗條件與方法
　　
　　含油廢水取自某煉油廠污水處理站經隔油池后的含油廢水。磁粉Fe3O4含量>98%，粒徑主要集中在2～12μm。絮凝劑聚合氯化鐵（PFC）含量（以Fe計）≥12%。助凝劑聚丙烯酰胺（PAM），分子量>5×106。
　　
　　首先取一定量的含油廢水，試驗PFC、PAM加入量對其除油的效果，確定最佳工藝參數。然后，根據以上工藝參數，研究投加磁粉的磁絮凝效果，即考察磁粉與絮凝劑加入量的匹配關系以及加料順序、攪拌條件對含油廢水處理效果的影響。
　　
　　試驗每次取400mL含油廢水置于500mL燒杯中，按照不同的試驗條件分別加入磁粉、絮凝劑和助凝劑后，用攪拌儀進行攪拌，再將燒杯置于磁分離器中20min，使帶有磁性物質的絮凝污泥分離去除。對處理后的水，分別測定其含油量、濁度、污泥含水率等指標。
　　
　　2試驗結果和討論
　　
　　2.1工藝參數的確定
　　
　　經試驗，對于含油量在100～200mgL的廢水，當PFC加入量在25～30mgL時的除油效果較好。控制PFC加入量為30mgL條件下，改變PAM投量0.1～0.7mgL，通過試驗知，隨著PAM加入量的增加，含油廢水的除油率逐漸提高，當PAM加入量為0.6mgL時，除油率達到最高。這是因為加入助凝劑后改善了絮凝反應環境，促進了絮凝劑PFC與水中膠體顆粒的反應。絮凝劑和助凝劑按一定比例投加時效果較好，否則過量投加助凝劑PAM后，水的除油率反而下降。由此確定，不加磁粉時PFC和PAM加入量分為30、0.6mgL。以此參數為基礎，研究加入磁粉后的磁絮凝效果。
　　
　　2.2磁粉對污泥的沉降速度、體積及含水率的影響
　　
　　取400mL含油廢水，加入PFC和磁粉，以250rmin的速度攪拌2min后，再加入PAM以50rmin的速度慢攪5min，倒入500mL的量筒中，將量筒置于磁分離器中，記錄沉降20min時污泥的體積，同時，比較不加磁粉時污泥的沉降情況。試驗結果見表1。
　　
　　含油廢水處理
　　
　　由表1可知，在相同的混凝劑的用量條件下，加入磁粉處理后的污泥體積較不加磁粉時減少了1312環境工程2007年6月第25卷第3期DOI：10.13205/j.hjgc.2007.03.003左右；達到相同的污泥體積，自然沉降需要20min，而磁分離沉降僅需9～10min，沉降時間縮短了一半。
　　
　　這是由于磁粉的加入增加了懸浮顆粒的數量，提高了顆粒碰撞幾率，同時在鐵鹽絮凝劑的吸附架橋作用下形成了以磁粉為核心的磁性復合絮體。
　　
　　在磁場中，磁性粒子所受磁力公式為[6]：
　　
　　Fm=xm·V·H（dHdL）
　　
　　磁絮凝過程中，懸浮顆粒因吸附磁粉而具有磁性，相當于增大了磁性粒子的體積V，從而使磁場力Fm增大，加快了磁性絮體的沉降速度。
　　
　　重復上述試驗，同時改變磁場強度，控制沉降時間為30min，考察污泥體積和含水率的變化，試驗結果見表2。
　　
　　含油廢水處理
　　
　　由表2可知，隨著磁場強度的增加，污泥的沉降體積有所減少，這正是由于磁場強度H和磁性粒子磁化率χm的增大，從而使磁場力Fm增大的結果。同時經過磁場作用的磁性絮體，其顆粒間的吸引力增大，有利于將顆粒間的空隙水排出，污泥的含水率也隨之降低。有研究表明[7]，污泥體積的減少及含水率的降低可以縮短廢水處理周期，減少設備容積以及降低污泥處理難度。
　　
　　2.3磁粉加入量的影響
　　
　　圖1磁粉加入量與除油率、濁度的關系在廢水含油量152mgL，濁度88NTU的條件下，按不加磁粉時絮凝反應的最佳工藝參數投加混凝劑，即PFC量為30mgL，PAM量為0.6mgL，再以不同的磁粉加入量100～400mgL進行試驗，配以250rmin的速度攪拌2min和50rmin的速度慢攪5min，再進行磁分離，試驗結果見圖1。
　　
　　含油廢水處理
　　
　　圖1中曲線2、4表示PFC和PAM用量分別為30mgL和0.6mgL時，磁粉量與除油率和剩余濁度的關系；曲線1、3表示只加磁粉時磁粉量與除油率和剩余濁度的關系。
　　
　　比較曲線1、2可以看出，無論是否添加絮凝劑，隨著磁粉加入量的增加，除油率均逐漸提高。這首先是因為磁粉本身對廢水中的油類、膠態物質具有良好的吸附能力[8]；其次，加入的磁粉在攪拌狀態下呈懸浮狀，增加了水中固體顆粒的數量，使膠體的碰撞次數增多，形成磁絮體的機會加大。
　　
　　從4條曲線中還可以看出，絮凝劑與磁粉聯用處理含油廢水比單純采用絮凝劑或磁粉效果要好，除油率要提高30%～40%。這是因為在絮體形成的過程中又以大量分散在廢水中的磁粉為凝聚核心，使油滴和其它污染物被包裹絮體中形成磁性絮體，磁性絮體在磁分離器中能得到很好的分離，從而提高了除油效率[9]。
　　
　　從曲線3可以看出，隨著磁粉加入，有利于除去水中的懸浮物，降低剩余濁度，這也是由于磁粉吸附懸浮物的能力和磁絮體所具有優良的沉降性能所致。但同時發現磁粉加入量高于300mgL時，剩余濁度有所上升，這是因為磁粉投量過大后，過剩的磁粉其粒徑較小者無法形成磁絮體下沉仍懸浮于水中，使剩余濁度上升。分析確定磁粉加入量為280mgL。
　　
　　2.4絮凝劑加入量的影響
　　
　　在廢水含油量為128mgL，濁度為76NTU，磁粉加入量為280mgL的條件下，改變PFC用量5～40mgL，并相應改變PAM的用量0.1～0.8mgL進行試驗，結果見圖2。
　　
　　含油廢水處理
　　
　　圖2中曲線1、3表示磁粉加入量為280mgL時，絮凝劑加入量與除油率和剩余濁度的關系；曲線2、4表示在沒有投加磁粉的情況下，絮凝劑用量與除油率和剩余濁度的關系。
　　
　　從圖2中可知，無論是否投加磁粉，隨著PFC用量增加，除油率不斷上升，剩余濁度則逐漸下降，但是加入磁粉后的處理效果明顯要提高。同時可以看出，加入磁粉后PFC投量達到25mgL時有最佳處理效果，比不加磁粉時PFC的最佳投量（30mgL）要減少。這是因為磁粉的加入在一定程度上改變了膠體或懸浮顆粒表面性質，使膠體或懸浮顆粒之間的吸引能大于排斥能促進了凝聚，這時絮凝劑的用量就相應減少了。因此，在磁粉用量為280mgL時，最佳PFC和PAM加入量分別為25、0.5mgL。
　　
　　2.5加料順序的影響
　　
　　在廢水含油量為126mgL，濁度為75NTU的條件下，控制磁粉、PFC、PAM用量分別為280、25、0.5mgL，試驗以下4種不同加料順序對除油率的影響：①首先同時加入磁粉和PFC快攪，然后加PAM慢攪；②先加磁粉，緊接著加PFC快攪，最后加PAM慢攪；③先加PFC，緊接著加磁粉快攪，最后加PAM慢攪；④先加PFC快攪，再加PAM，緊接著加磁粉后慢攪。快速攪拌速度為250rmin，慢速攪拌速度為50rmin。磁分離20min后廢水含油量和出水濁度見表3。
　　
　　含油廢水處理
　　
　　由表3可知1～3加藥順序處理結果類似，只有磁粉和PFC幾乎同時加入，保證兩者在快速攪拌下充分接觸，形成有效的磁性絮體，才能提高除油率和降低濁度。第4種加料順序由于磁粉加入的太遲，不能及時參加絮凝反應，未能形成磁性絮團，懸浮物的磁性增強小，因此除油效果不佳。可見，在磁性絮體的形成過程中，磁粉與膠體或懸浮顆粒的結合和膠體與膠體或懸浮顆粒的結合類似，也是通過吸附凝聚作用，該過程只發生在絮凝劑加入的瞬間，一旦錯過，磁粉便難以與污染物結合成磁性絮團。
　　
　　2.6攪拌條件的影響
　　
　　在廢水含油量為152mgL，濁度為82NTU的條件下，控制磁粉、PFC、PAM用量分別為280、25、0.5mgL，加料順序為先同時加入磁粉和PFC，然后加PAM，試驗下列4種不同攪拌條件對反應的影響：①快攪（400rmin）2min+慢攪（50rmin）5min；②快攪（150rmin）2min+慢攪（50rmin）5min；③快攪（150rmin）2min+慢攪（50rmin）5min；④快攪（150rmin）2min+慢攪（80rmin）5min。磁粉和PFC在快攪時加入，PAM在慢攪時加入，試驗結果見表4。
　　
　　含油廢水處理
　　
　　由表4可見，當快速攪拌速度較低時，磁粉難以擴散，導致磁粉與油類和其它懸浮物相互碰撞凝聚的幾率減少，結果磁粉絮凝率降低，絮團磁性減弱，處理效果不佳。而當快攪速度達400rmin時的效果與250rmin攪拌速度相差不大。因此，攪拌速度并非越快越好，攪拌的目的是使磁粉迅速擴散至整個水體，與水中污染物充分接觸，更高的攪拌速度既不能提高磁粉的絮凝率，又浪費能源。
　　
　　同時，慢攪速度又不能過高，否則新形成的絮體就容易破碎。適宜的攪拌條件應為快攪速度250rmin，慢攪速度50rmin。
　　