【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 熱加工工業(yè)排出的含油廢水為其主要來(lái)源。 石油工業(yè)含油廢水主要來(lái)自石油開(kāi)采、石油煉制及石油化工等過(guò)程。石油開(kāi)采過(guò)程中的廢水主要來(lái)自帶水原油的分離水、鉆井提鉆時(shí)的設(shè)備沖洗水、井場(chǎng)及油罐區(qū)的地面降水等。 石油煉制、石油化工含油廢水主要來(lái)自生產(chǎn)裝置的油水分離過(guò)程以及油品、設(shè)備的洗滌、沖洗過(guò)程。 固體燃料熱加工工業(yè)排出的焦化含油廢水，主要來(lái)自焦?fàn)t氣的冷凝水、洗煤氣水和各種貯罐的排水等。 2．狀態(tài) 含油廢水中的油類污染物，其比重一般都小于 1，但焦化廠或煤氣發(fā)生站排出的重質(zhì)焦油的比重可高達(dá) 。 油通常有三種狀態(tài)： (1)呈懸 浮狀態(tài)的可浮油如把含油廢水放在桶中靜沉，有些油滴就會(huì)慢慢浮升到水面上，這些油滴的粒徑較大，可以依靠油水比重差而從水中分離出來(lái)，對(duì)于石油煉廠廢水而言，這種狀態(tài)的油一般占廢水中含油量的 60％～ 80％左右。 (2)呈乳化狀態(tài)的乳化油這些非常細(xì)小的油滴，即使靜沉幾小時(shí)，甚至更長(zhǎng)時(shí)間，仍然懸浮在水中。這種狀態(tài)的油滴不能用靜沉法從廢水中分離出來(lái)，這是由于乳化油油滴表面上有一層由乳化劑形成的穩(wěn)定薄膜，阻礙油滴合并。如果能消除乳化劑的作用，乳化油即可轉(zhuǎn)化為可浮油，這叫破乳。乳化油經(jīng)過(guò)破乳之后，就能用沉淀法來(lái)分離。 (3)呈溶解狀態(tài)的溶解油，油品在水中的溶解度非常低，通常只有幾個(gè)毫克每升。 3．對(duì)環(huán)境的危害 油污染的危害主要表現(xiàn)在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、植物、土壤、水體的嚴(yán)重影響。 油田含油廢水浸入土壤孔隙間形成油膜，產(chǎn)生堵塞作用，致使空氣、水分及肥料均不能滲入土中，破壞土層結(jié)構(gòu)，不利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，甚至使農(nóng)作物枯死。為此，我國(guó)在 1985 年頒布的“ B5084— 1985”農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定，在一、二類灌區(qū)對(duì)水質(zhì)的要求，石油類含量均不得大于 10mg／ L。含油廢水 (特別是可浮油 )排入水體后將在水面上產(chǎn)生油膜，阻礙大氣中的氧向水體轉(zhuǎn) 移，使水生生物處于嚴(yán)重缺氧狀態(tài)而死亡。在灘涂還會(huì)影響?zhàn)B殖和利用。有資料表明，向水面排放一噸油品，即可形成 5*106m2 的油膜。 含油廢水排人城市溝道，對(duì)溝道、附屬設(shè)備及城市污水處理廠都會(huì)造成不良影響，采用生物處理法時(shí)，一般規(guī)定石油和焦油的含量不超過(guò) 50mg/L。 二、隔油池 1．隔油池的型式與構(gòu)造 常用的隔油池有平流式與斜流式兩種型式。 (圖 219)為典型的平流式隔油池。從圖中可以看出，它與平流式沉淀池在構(gòu)造上基本相同。 廢水從池子的一端流人池子，以較低的水平流速 (2～ 5mm/s)流經(jīng)池子 ，流動(dòng)過(guò)程中，密度小于水的油粒上升到水面，密度大于水的顆粒雜質(zhì)沉于池底，水從池子的另一端流出。在隔油池的出水端設(shè)置集油管。集油管一般用直徑 200～ 300 的鋼管制成，沿長(zhǎng)度在管壁的一側(cè)開(kāi)弧寬為 60186。或 90186。的槽口。集油管可以繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。排油時(shí)將集油管的開(kāi)槽方向轉(zhuǎn)向水平面以下以收集浮油，并將浮油導(dǎo)出池外。為了能及時(shí)排油及排除底泥，在大型隔油池還應(yīng)設(shè)置刮油刮泥機(jī)。刮油刮泥機(jī)的刮板移動(dòng)速度一般應(yīng)與池中流速相近，以減少對(duì)水流的影響。收集在排泥斗中的污泥由設(shè)在池底的排泥管借助靜水壓力排走。隔油池的池底構(gòu)造與沉淀池相同。 平流式隔油池表面一般設(shè)置蓋板，除便于冬季保持浮渣的溫度，從而保持它的流動(dòng)性外，同時(shí)還可以防火與防雨。在寒冷地區(qū)還應(yīng)在池內(nèi)設(shè)置加溫管，以便必要時(shí)加溫。 平流式隔油池的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、便于運(yùn)行管理、油水分離效果穩(wěn)定。有資料表明，平流式隔油池可以去除的最小油滴直徑為 100～ 150um，相應(yīng)的上升速度不高于 。 (圖 220)示斜板式隔油池。這種型式的隔油池可分離油滴的最小直徑約為 60um，相應(yīng)的上升速度約為 0． 2mm／ s。含油廢水在斜板式隔油池中的停留時(shí)間一般不大于 30min，為平流式隔油池的 1/4— 1/2。 隔油池的浮渣，以油為主，也含有水分和一些固體雜質(zhì)。對(duì)石油工業(yè)廢水，含水率有時(shí)可高達(dá) 50％，其它雜質(zhì)一般在 1％一 20％左右。 僅僅依靠油滴與水的密度差產(chǎn)生上浮而進(jìn)行油、水分離，油的去除效率一般為 70％～ 80％左右，隔油池的出水仍含有一定數(shù)量的乳化油和附著在懸浮固體上的油分，一般較難降到排放標(biāo)準(zhǔn)以下。 氣浮法分離油、水的效果較好，出水中含油量一般可小于 20mg/L。 對(duì)于鐵路運(yùn)輸、化工等行業(yè)使用的小型隔油池，其撇油裝置是依靠水與油的密度差形成液位差而達(dá)到自動(dòng)撇油的目的。 平流式隔 油池的設(shè)計(jì)與平流式沉淀池基本相似，按表面負(fù)荷設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用 h；按停留時(shí)間設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用 2h。 三、乳化油及破乳方法 當(dāng)油和水相混，又有乳化劑存在，乳化劑會(huì)在油滴與水滴表面上形成一層穩(wěn)定的薄膜，這時(shí)油和水就不會(huì)分層，而呈一種不透明的乳狀液。當(dāng)分散相是油滴時(shí)，稱水包油乳狀液；當(dāng)分散相是水滴時(shí)，則稱為油包水乳狀液。乳狀液的類型取決于乳化劑。 1．乳化油的形成 乳化油的主要來(lái)源：①由于生產(chǎn)工藝的需要而制成的。如機(jī)械加工中車床切削用的冷卻液，是人為制成的乳化液；②以洗滌劑清洗受油污染的機(jī) 械零件、油槽車等而產(chǎn)生乳化油廢水；③含油 (可浮油 )廢水在溝道與含乳化劑的廢水相混合，受水流攪動(dòng)而形成。 在含油廢水產(chǎn)生的地點(diǎn)立即用隔油池進(jìn)行油水分離，可以避免油分乳化，而且還可以就地回收油品，降低含油廢水的處理費(fèi)用。例如，石油煉制廠減壓塔塔頂冷凝器流出的含油廢水，立即進(jìn)行隔油回收，得到的浮油實(shí)際上就是塔頂餾分，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的脫水，就是一種中間產(chǎn)品。如果隔油后，廢水中仍含有乳化油，可就地破乳。此時(shí)，廢水的成分比較單純，比較容易收到較好的效果。 2．破乳方法簡(jiǎn)介 破乳的方法有多種，但基本原理一樣，即破壞液滴界 面上的穩(wěn)定薄膜，使油、水得以分離。破乳途徑有下述幾種： (1)投加換型乳化劑。例如，氯化鈣可以使鈉皂為乳化劑的水包油乳狀液轉(zhuǎn)換為以鈣皂為乳化劑的油包水乳狀液。在轉(zhuǎn)型過(guò)程中存在著一個(gè)由鈉皂占優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為鈣皂占優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)化點(diǎn)，這時(shí)的乳狀液非常不穩(wěn)定，油、水可能形成分層。因此控制“換型劑”的用量，即可達(dá)到破乳的目的。這一轉(zhuǎn)化點(diǎn)用量應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。 (2)投加鹽類、酸類可使乳化劑失去乳化作用。 (3)投加某種本身不能成為乳化劑的表面活性劑例如異戊醇，從兩相界面上擠掉乳化劑使其失去乳化作用。 (4)攪拌、震蕩、轉(zhuǎn)動(dòng) 通過(guò)劇烈的攪拌、震蕩或轉(zhuǎn)動(dòng)，使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并。 (5)過(guò)濾如以粉末為乳化劑的乳狀液，可以用過(guò)濾法攔截被固體粉末包圍的油滴。 (6)改變溫度改變?nèi)榛旱臏囟?(加熱或冷凍 )來(lái)破壞乳狀液的穩(wěn)定。 破乳方法的選擇是以試驗(yàn)為依據(jù)。某些石油工業(yè)的含油廢水，當(dāng)廢水溫度升到 65℃～ 75℃時(shí)，可達(dá)到破乳的效果。相當(dāng)多的乳狀液，必須投加化學(xué)破乳劑。目前所用的化學(xué)破乳劑通常是鈣、鎂、鐵、鋁的鹽類或無(wú)機(jī)酸。有的含油廢水亦可用堿 (NaOH)進(jìn)行破乳。 水處理中常用的混凝劑也是較好的破乳劑。它不僅有破壞乳化劑的作用 ，而且還對(duì)廢水中的其它雜質(zhì)起到混凝的作用。 第 6 節(jié)浮上法 一、浮上法的類型 二、加壓溶氣浮上法的基本原理 三、壓力溶氣浮上法系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì) 浮上法是一種有效的固’ — 液和液 — 液分離方法，常用于對(duì)那些顆粒密度接近或小于水的細(xì)小顆粒的分離。 水和廢水的浮上法處理技術(shù)是將空氣以微小氣泡形式通入水中，使微小氣泡與在水中懸浮的顆粒粘附，形成水 — 氣 — 顆粒三相混合體系，顆粒粘附上氣泡后，密度小于水即上浮水面， 從水中分離出去，形成浮渣層。由此可知，浮上法處理工藝必須滿足下述基本條件：①必須向水中提供足夠量 的細(xì)微氣泡；②必須使污水中的污染物質(zhì)能形成懸浮狀態(tài)；③必須使氣泡與懸浮的物質(zhì)產(chǎn)生粘附作用。有了上述這三個(gè)基本條件，才能完成浮上處理過(guò)程，達(dá)到污染物質(zhì)從水中去除的目的。 在污水處理技術(shù)中，浮上法固 — 液或液 — 液分離技術(shù)已廣泛地應(yīng)用在下述幾個(gè)方面： (1)石油、化工及機(jī)械制造業(yè)中的含油 (包括乳化油 )污水的油水分離； (2)污水中有用物質(zhì)的回收，如造紙廠廢水中的紙漿纖維及填料的回收； (3)取代二次沉淀池，特別適用于易于產(chǎn)生活性污泥膨脹的情況； (4)剩余活性污泥的濃縮。 一、浮上法的類型 按生產(chǎn)微細(xì) 氣泡的方法，浮上法分為：電解浮上法；分散空氣浮上法；溶解空氣浮上法。 1．電解浮上法 電解浮上法裝置的示意圖見(jiàn) (圖 221)。 電解浮上法是將正負(fù)相間的多組電級(jí)浸泡在廢水中，當(dāng)通以直流電時(shí)，廢水電解，正負(fù)兩極間產(chǎn)生的氫和氧的細(xì)小氣泡粘附于懸浮物上，將其帶致水面而達(dá)到分離的目的。 電解浮上法產(chǎn)生的氣泡小于其它方法產(chǎn)生的氣泡，故特別適用于脆弱絮狀懸浮物。電解浮上法的表面負(fù)荷通常低于 4m3／ m2 h。 電解浮上法，主要用于工業(yè)廢水處理方面，處理水量約在 10～ 20m3／ h。由于電耗高、操作運(yùn)行管理復(fù)雜 及電極結(jié)垢等問(wèn)題，較難適用于大型生產(chǎn)。 2．分散空氣浮上法 目前應(yīng)用的有微氣泡曝氣浮上法和剪切氣泡浮上法等兩種形式。 (圖 222a)為微孔曝氣浮上法示意圖。壓縮空氣引人到靠近池底處的微孔板，并被微孔板的微孔分散成細(xì)小氣泡。 (圖 222b)為剪切氣泡浮上法示意圖。該法是將空氣引入到一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)混合器或葉輪機(jī)的 附近，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)混合器的高速剪切，將引入的空氣切割成細(xì)小氣泡。 分散空氣浮上法用于礦物浮選，也用于含油脂、羊毛等污水的初級(jí)處理及含有大量表面活性劑的污水。 3．溶解空氣浮上法 溶解 空氣浮上法有真空浮上法和加壓溶氣浮上法二種形式。 (1)真空浮上法 (圖 223)為真空浮上法設(shè)備的示意圖。污水經(jīng)流量調(diào)節(jié)器①后先進(jìn)入曝氣室，由機(jī)械曝氣設(shè)備②預(yù)曝氣，使污水中的溶氣量接近于常壓下的飽和值。未溶空氣在脫氣井③脫除，然后污水被提升到分離區(qū)④。由于浮上分離池壓力低于常壓，因此預(yù)先溶入水中的空氣就以非常細(xì)小的氣泡溢出來(lái)，污水中的懸浮顆粒與從水中溢出的細(xì)小氣泡相粘附，并上浮至浮渣層。旋轉(zhuǎn)的刮渣板⑥把浮渣刮至集渣槽⑦，然后進(jìn)入出渣室⑨。在浮上分離池的底部裝有刮泥板⑧，用以排除沉到池底的污泥。處理后的 出水經(jīng)環(huán)形出水槽⑤收集后排出。 真空浮上法的缺點(diǎn)是其空氣的溶解在常壓下進(jìn)行，溶解度很低，氣泡釋放量很有限。此外，為形成真空，處理設(shè)備需密閉，其運(yùn)行和維修較困難。 (2)加壓溶氣浮上法加壓溶氣浮上法是目前常用的浮上法。加壓溶氣浮上法，是使空氣在加壓的條件下溶解于水，然后通過(guò)將壓力降至常壓而使過(guò)飽和的空氣以細(xì)微氣泡形式釋放出來(lái)。 加壓溶氣浮上法的主要設(shè)備為水泵、溶氣罐、浮上池，見(jiàn) (圖 224a)和 (224b)?？諝庾⑷肴軞夤蘅捎每諝鈮嚎s機(jī)或射流器。 加壓溶氣浮上法有三種基本流程： 全溶氣流程如 (圖 225a)所示。該法是將全部人流廢水進(jìn)行加壓溶氣，再經(jīng)過(guò)減壓釋放裝置進(jìn)入氣浮池進(jìn)行固液分離的一種流程。 部分溶氣流程如 (圖 225b)所示。該法是將部分人流廢水進(jìn)行加壓溶氣，其余部分直接進(jìn)人氣浮池。該法比全溶氣式流程節(jié)省電能，同時(shí)因加壓水泵所需加壓的溶氣水量與溶氣罐的容積比全溶氣方式小，故可節(jié)省一些設(shè)備。但是由于部分溶氣系統(tǒng)提供的空氣量亦較少，因此，如欲提供同樣的空氣量，部分溶氣流程就必須在較高的壓力下運(yùn)行。 回流溶氣流程如 (圖 226)所示。在這個(gè)流程中，將部分澄清液進(jìn)行回流加壓，人流廢水則直接進(jìn)入氣浮池。 二、加壓溶氣浮上法的基本原理 由于懸浮顆粒對(duì)水的潤(rùn)濕性質(zhì)不同，其對(duì)氣泡的粘附情況也有很大的差別。因此，要研究顆粒的浮上現(xiàn)象，就需要研究氣、液、顆粒這三相間的相互關(guān)系。 1．空氣在水中的溶解度與壓力的關(guān)系 空氣在水中的溶解度，常用單位體積水溶液中溶人的空氣體積來(lái)表示，即 L(氣 )/m3(水 )，也可用單位體積水溶液中溶人的空氣重量來(lái)表示，即 g(氣 )/m3(水 )。 空氣在水中的溶解度與溫度、壓力有關(guān)。在一定范圍內(nèi)，溫度越低、壓力越大，其溶解度越大 (圖 227)。一定溫度下，溶解度與壓力成正 比： 空氣從水中析出的過(guò)程分兩個(gè)步驟，即氣泡核的形成過(guò)程與氣泡的增長(zhǎng)過(guò)程。氣泡核的形成過(guò)程是起著決定性作用，有了相當(dāng)數(shù)量的氣泡核，就可以控制氣泡數(shù)量的多少與氣泡直徑的大小。從溶氣浮上的要求來(lái)看，應(yīng)當(dāng)在這個(gè)過(guò)程中形成數(shù)目眾多的氣泡核，因?yàn)橥瑯拥娜芙饪諝?，如形成的氣泡核的?shù)量越多，則形成的氣泡的直徑也就越小，就越有利于浮上工藝的要求。 2．水中的懸浮顆粒與微小氣泡相粘附的原理 (1)氣泡與懸浮顆粒粘附的條件從 (圖 228)可以看到，液體表面分子所受的分子引力與液體內(nèi)部分子所受的分子引力不同，表面分 子所受的作用力是不平衡的，這不平衡的力有把表面分子拉向液體內(nèi)部、縮小液體表面積的趨勢(shì)，這種力稱為流體的表面張力。要使表面分子不被拉向液體內(nèi)部，就需要克服液體內(nèi)部分子的吸引力而作功，可見(jiàn)液體表層分子具有更多的能量，這種能量稱表面能。 在氣浮過(guò)程中存在著液、氣、顆粒三