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絮凝法處理高濃度艙底含油污水的工藝研究

分類:行業(yè)熱點(diǎn) > 技術(shù)論壇    發(fā)布時間:2017年12月11日 11:42    作者:來源:《中國水運(yùn)(下半月)》 作者:潘蓮蓮等    文章來源:北極星固廢網(wǎng)

摘 要:船舶含油廢水作為海洋污染的重要污染源之一,對其進(jìn)行高效處理一直以來都是海洋環(huán)保領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。本文先分析了某油輪的艙底水性質(zhì),然后基于聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM),對該艙底水進(jìn)行COD 去除工藝研究。實(shí)驗(yàn)表明,在適宜操作條件下,PAC 用量為200mg/L 時,COD 去除率為46.6%;PAM 用量為10mg/L時,COD 去除率為46.9%;PAC 和PAM 用量分別為150mg/L 和3mg/L 時,COD 去除率為57%。與單獨(dú)使用PAC 或PAM 處理該廢水時的絮凝效果相比,二者共同使用時,則更切實(shí)可行、更經(jīng)濟(jì)有效。

一、引言

隨著我國船舶運(yùn)輸能力的提高以及船舶活動水平的大幅增長,船舶污水的污染日益加重[1]。船舶含油廢水主要來源于船舶艙底水、油船壓載水和洗艙水[1]。目前,船舶含油廢水常用的處理方法主要有:重力分離、氣浮和絮凝等[2,3]。其中,絮凝技術(shù)因經(jīng)濟(jì)、簡便且處理效果好等優(yōu)點(diǎn)備受青睞[3]。丁雷[4]采用PAC 和PAM 處理船舶含油廢水重力除油罐出水(COD 為460mg/L),PAC 和PAM 用量分別為200mg/L 和2mg/L 時,COD 和油去除率分別為16%和

19%。羅揚(yáng)勇[5]以PAC 和PAM 分別作為絮凝劑和助凝劑處理某船舶公司處理后的水(COD 為1,200~1,500mg/L),PAC 和PAM 用量分別為50mg/L 和1mg/L 時,COD 去除率為35%。目前,隨著船舶燃料逐步向重質(zhì)化、劣質(zhì)化方

向發(fā)展[1,2],破乳劑、緩蝕劑和鉆完井添加劑等殘留在艙底水中[3],導(dǎo)致船舶廢水的污染物含量更高,乳化程度更嚴(yán)重[4,5]。然而,目前關(guān)于高濃度船舶污水的研究卻少見報道。因此,本文先分析了某油輪高濃度艙底污水性質(zhì),并基于PAC 和PAM 對廢水中COD 去除工藝進(jìn)行優(yōu)化,對解決我國面臨的高濃度難降解船舶含油污水處理的難題,以及保護(hù)內(nèi)河及海洋生態(tài)環(huán)境均具有重要意義。

二、材料與方法

1.藥劑和儀器

藥劑:廢水源自某油輪艙底油污水。石油醚,硫酸銀,重鉻酸鉀,氫氧化鈉,以上均為分析純。硫酸(優(yōu)級純);PAC(工業(yè)級);PAM(工業(yè)級,陽離子型);實(shí)驗(yàn)室制備蒸餾水。儀器:722S 型可見光分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司);TU-1810PC 型紫外可見光分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司);OxiTop Control 12 型BOD 自動測定儀(德國WTW 公司)。

2.絮凝實(shí)驗(yàn)

取200ml 水樣置于燒杯,先調(diào)節(jié)pH,再加PAC 和PAM(2‰)并攪拌。加PAC 時,250r/min 快攪2min;加PAM時,80r/min 慢攪10min;PAM 與PAC 共同使用時,先在250r/min 速度下加PAC,攪拌2min,再在80r/min速度下加PAM,攪拌10min。然后靜置20min,測上清液COD 值,以COD 去除率作為絮凝效果的評價指標(biāo)。

3.分析方法

COD 值用重鉻酸鉀-分光光度法(610nm)測定[6];生化需氧(BOD5)用標(biāo)準(zhǔn)稀釋法測定[6];SS 含量用重量法測定[6];石油類用紫外分光光度法測定[6]。

三、結(jié)果與討論

1.水質(zhì)分析

廢水源自某油輪艙底污水,性質(zhì)參數(shù)見表1。

絮凝法處理高濃度艙底含油污水的工藝研究

由表1 可知,該廢水COD 值達(dá)4,658mg/L,BOD5為 604mg/L,油含量為287mg/L,SS 為842mg/L。有資料顯示[6],1mg 石油類物質(zhì)氧化時需3~4mg 氧,故石油類物質(zhì)對COD 值貢獻(xiàn)約18.5%。故該廢水可能是油-水-固三相體系,可生化性差(BOD5/COD=0.13)。廢水可生化性差主要是因?yàn)榇叭加汀櫥?、液壓機(jī)液體及表面活性劑的存在[4]。綜上所述,該船舶艙底廢水是一種含有固體懸浮物的高濃度含油廢水。

眾所周知,艙底水溫度一般保持在40~60℃范圍內(nèi)[2,3]。且PAC 和PAM 在40~55℃范圍內(nèi)均有較好的絮凝效果[4,5]??紤]到工藝成本和效果,本文在45℃下考查PAC 和PAM 用量及pH 分別對該污水COD 去除效果的影響。

2.基于PAC 的絮凝工藝

絮凝法處理高濃度艙底含油污水的工藝研究

A PAC 用量的影響(pH 為7.5);B pH 的影響(PAC為200mg/L)

由圖1A知,隨著PAC 用量從10mg/L 增加到150mg/L,COD 去除率從3.7%快速增至40.8%;PAC 為200mg/L 時,COD 去除率為46.6%,COD為2,487mg/L;PAC 繼續(xù)從400mg/L 增至1,000mg/L,COD 去除率從53.3%緩慢增至58.5%。以上現(xiàn)象表明,PAC 用量太少時,由于不能很好地使膠體脫穩(wěn),導(dǎo)致形成的絮體量少且細(xì)小,故COD 去除率低;PAC 用量過大時,絮凝效果也無顯著提高,因?yàn)镻AC 會導(dǎo)致帶正電荷的多核羥基絡(luò)合物或陽離子吸附在膠團(tuán)表面,增加表面斥力,降低電中和作用[4],絮凝過程進(jìn)入再穩(wěn)區(qū),且PAC發(fā)生水解時會生成大量沉降物和過濾性差的氫氧化物浮渣[5]。所以,200mg/L 為PAC 的適宜用量。

由圖1B 知,pH 在5~7 范圍內(nèi)逐漸升高,COD 去除率從38.1%緩慢增至46.0%;pH 為7.5 時,COD 去除率最高,為46.6%,COD 為2,487mg/L;pH 繼續(xù)從8 升至11,COD 去除率從45.1%緩慢降至39.6%。以上現(xiàn)象表明,pH 較低時,由于PAC 水解被抑制,產(chǎn)物主要形態(tài)為水合離子([Al(H2O)6]3+),水解產(chǎn)生H+,降低了PAC 壓縮雙電層和吸附架橋能力[4,5],故COD 去除率較低;pH 過高時,絮凝性能下降,這是因?yàn)樯傻臍溲趸X膠體(Al(OH)3)

轉(zhuǎn)為偏鋁酸根等陰離子(Al(OH)4-),對帶負(fù)電微粒僅有粘附作用而基本沒有電中和與架橋等作用[5]。因此,pH 宜為7~8。

3.基于PAM 的絮凝工藝


A PAM 用量的影響(pH 為8); B pH 的影響(PAM為10mg/L)

由圖2A 知,隨著PAM 用量從1mg/L 增至5mg/L,COD 去除率從5.1%快速增至39.3%;PAM 用量為10mg/L時,COD 去除率最高,為46.9%,COD 為2,475mg/L;繼續(xù)增加用量,COD 去除率開始下降。以上現(xiàn)象表明,PAM用量過低時,因橋聯(lián)作用不明顯甚至失效而絮凝效果變差;用量過高時,因“膠體保護(hù)”作用而使絮凝效果降低[5]。因此,PAM 用量宜為10mg/L。

由圖2B 可知,pH 在6~8.5 范圍內(nèi),隨著pH 增大,COD 去除率逐漸增大;pH 為8.5 時,COD 去除率達(dá)到最高,為46.9%,COD 為2473 mg/L;繼續(xù)升高pH,COD去除率緩慢降低。以上現(xiàn)象表明,在弱酸、中性、弱堿條件下,pH 變化對絮凝效果影響較小,因?yàn)閜H 對PAM 的水解影響不大[5]。因此,適宜的pH 范圍在7~9 內(nèi)。


圖3 PAC 和PAM 用量對COD 去除效果的影響(pH 為原水pH)

4.基于PAM 和PAC 的絮凝工藝

由圖3 知,PAM 用量為3mg/L 時,PAC 用量從20mg/L增至150mg/L 時,COD 去除率從34.5%逐漸升至57%;PAC 用量繼續(xù)從200mg/L 增至400mg/L,COD 去除率僅提高5.3%。PAC 用量為150mg/L 時,PAM 用量從1mg/L增至3mg/L 時,COD 去除率從44.4%逐漸升高到57%;PAM 用量繼續(xù)從5mg/L 增至10mg/L,COD 去除率僅提高約2%。以上現(xiàn)象表明,PAC 或PAM,用量太低,絮凝效果均較差;用量太高則對絮凝效果無顯著改善,甚至?xí)档?/p>

絮凝性能。所以,PAC 和PAM 用量分別宜為150mg/L 和3mg/L , 此時COD 去除率為57% , COD 濃度為2,003mg/L。

四、結(jié)論

實(shí)驗(yàn)表明,溫度在45℃下,pH 為7.5,PAC 用量為200mg/L 時, COD 去除率為46.6% , COD 濃度為2,487mg/L;pH 為8,PAM 用量為10mg/L 時,COD 去除率為46.9%,COD 濃度為2,471mg/L;pH 為原水值,PAC 和PAM 用量分別為150mg/L 和3mg/L 時,COD 去除率為57%,COD 濃度為2,003mg/L。相比單獨(dú)使用PAC或PAM 處理艙底油污水,二者共同用于艙底水處理不僅提高了COD 去除率,而且改善了絮體性質(zhì)和操作性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡歐晨.國際新形勢下關(guān)于我國船舶油污染問題的分析與思考[J].中國水運(yùn)(下半月),2015,15(1):115-117.

[2] 王明峰,等.船舶艙底水含油污水處理方法及研究[J].中國水運(yùn)(下半月),2016,16(1):151-152.

[3] 陳偉,等.船舶含油污水的破乳絮凝處理研究[J].工業(yè)水處理,2016,36(2):25-29.

[4] 丁雷,等.混凝沉淀/好氧生物處理組合工藝處理船舶含油廢水[J].中國給水排水,2010,26(5):116-119.

[5] 羅揚(yáng)勇.水解酸化-生物接觸氧化-臭氧催化氧化處理船舶含油廢水研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016,(11):15-16.

[6] 環(huán)境保護(hù)部.中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ580-2010.含油污水處理工程技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2011.


來源:《中國水運(yùn)(下半月)》  作者:潘蓮蓮等

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