【文章內(nèi)容簡介】 熱加工工業(yè)排出的含油廢水為其主要來源。 石油工業(yè)含油廢水主要來自石油開采、石油煉制及石油化工等過程。石油開采過程中的廢水主要來自帶水原油的分離水、鉆井提鉆時的設(shè)備沖洗水、井場及油罐區(qū)的地面降水等。 石油煉制、石油化工含油廢水主要來自生產(chǎn)裝置的油水分離過程以及油品、設(shè)備的洗滌、沖洗過程。 固體燃料熱加工工業(yè)排出的焦化含油廢水，主要來自焦?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，對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，甚至更長時間，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，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)過破乳之后，就能用沉淀法來分離。 (3)呈溶解狀態(tài)的溶解油，油品在水中的溶解度非常低，通常只有幾個毫克每升。 3．對環(huán)境的危害 油污染的危害主要表現(xiàn)在對生態(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，甚至使農(nóng)作物枯死。為此，我國在 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，對溝道、附屬設(shè)備及城市污水處理廠都會造成不良影響，采用生物處理法時，一般規(guī)定石油和焦油的含量不超過 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 ，流動過程中，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，沿長度在管壁的一側(cè)開弧寬為 60186?；?90186。的槽口。集油管可以繞軸線轉(zhuǎn)動。排油時將集油管的開槽方向轉(zhuǎn)向水平面以下以收集浮油，并將浮油導(dǎo)出池外。為了能及時排油及排除底泥，在大型隔油池還應(yīng)設(shè)置刮油刮泥機。刮油刮泥機的刮板移動速度一般應(yīng)與池中流速相近，以減少對水流的影響。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，從而保持它的流動性外，同時還可以防火與防雨。在寒冷地區(qū)還應(yīng)在池內(nèi)設(shè)置加溫管，以便必要時加溫。 平流式隔油池的特點是構(gòu)造簡單、便于運行管理、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)。對石油工業(yè)廢水，含水率有時可高達(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。 對于鐵路運輸、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)到自動撇油的目的。 平流式隔 油池的設(shè)計與平流式沉淀池基本相似，按表面負(fù)荷設(shè)計時，一般采用 h；按停留時間設(shè)計時，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，乳化劑會在油滴與水滴表面上形成一層穩(wěn)定的薄膜，這時油和水就不會分層，而呈一種不透明的乳狀液。當(dāng)分散相是油滴時，稱水包油乳狀液；當(dāng)分散相是水滴時，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 乳化油的主要來源：①由于生產(chǎn)工藝的需要而制成的。如機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 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，受水流攪動而形成。 在含油廢水產(chǎn)生的地點立即用隔油池進行油水分離，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，立即進行隔油回收，得到的浮油實際上就是塔頂餾分，經(jīng)過簡單的脫水，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，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)型過程中存在著一個由鈉皂占優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為鈣皂占優(yōu)勢的轉(zhuǎn)化點，這時的乳狀液非常不穩(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)化點用量應(yīng)由實驗確定。 (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 通過劇烈的攪拌、震蕩或轉(zhuǎn)動，使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并。 (5)過濾如以粉末為乳化劑的乳狀液，可以用過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 )來破壞乳狀液的穩(wěn)定。 破乳方法的選擇是以試驗為依據(jù)。某些石油工業(yè)的含油廢水，當(dāng)廢水溫度升到 65℃～ 75℃時，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、鋁的鹽類或無機酸。有的含油廢水亦可用堿 (NaOH)進行破乳。 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 浮上法是一種有效的固’ — 液和液 — 液分離方法，常用于對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。有了上述這三個基本條件，才能完成浮上處理過程，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)用在下述幾個方面： (1)石油、化工及機械制造業(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 (圖 221)。 電解浮上法是將正負(fù)相間的多組電級浸泡在廢水中，當(dāng)通以直流電時，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、操作運行管理復(fù)雜 及電極結(jié)垢等問題，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高速旋轉(zhuǎn)混合器或葉輪機的 附近，通過高速旋轉(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后先進入曝氣室，由機械曝氣設(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，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。 真空浮上法的缺點是其空氣的溶解在常壓下進行，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，然后通過將壓力降至常壓而使過飽和的空氣以細(xì)微氣泡形式釋放出來。 加壓溶氣浮上法的主要設(shè)備為水泵、溶氣罐、浮上池，見 (圖 224a)和 (224b)?？諝庾⑷肴軞夤蘅捎每諝鈮嚎s機或射流器。 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行加壓溶氣，再經(jīng)過減壓釋放裝置進入氣浮池進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行加壓溶氣，其余部分直接進人氣浮池。該法比全溶氣式流程節(jié)省電能，同時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行。 回流溶氣流程如 (圖 226)所示。在這個流程中，將部分澄清液進行回流加壓，人流廢水則直接進入氣浮池。 二、加壓溶氣浮上法的基本原理 由于懸浮顆粒對水的潤濕性質(zhì)不同，其對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程分兩個步驟，即氣泡核的形成過程與氣泡的增長過程。氣泡核的形成過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看，應(yīng)當(dāng)在這個過程中形成數(shù)目眾多的氣泡核，因為同樣的溶解空氣，如形成的氣泡核的數(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，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。 在氣浮過程中存在著液、氣、顆粒三