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1、废乳化液的气浮处理 实验设计1 废乳化液的来源与水质分析 1.1 废乳化液的来源 废乳化液主要来源于冷轧硅钢生产过程中，硅钢带在轧制过程中所需的冷却液即乳化液用来冷却轧辊和带钢。乳化液在高压轧制使用过程中，液温上升，并混有金属氧化物等杂质，经过磁性分离器和板式热交换器降温后重复使用。在重复使用过程中，乳化液内的不饱和脂肪酸被空气氧化分解表面活性剂中的有机化合物及被分解了的脂肪酸又在细菌作用下不断腐败变质。因此乳化液必须定期更换，更换出的液体即为废乳化液。废乳化液的成分主要为乳油、乳化剂、清洗剂等组成。 1.2 废乳化液的水质成分分析 从工业乳化液废水处理的需要出发，必须掌握废水的种类、水量、成
2、分和浊度，特别是废水的化学成分。因而必须对所采集的水样的性质进行测定。 (l)含油量：GB/T16488-1996国标中说明，在规定的条件下，经四氯化碳萃取而不被硅酸镁吸附，在波数为2930cm、2960cm、3030cm全部或部分谱带有特征吸收的物质为所测含油量。 (2)浊度：水体中含有悬浮物或胶体颗粒时产生的浑浊现象。ISO国际标将浊度定义为由于不溶性物质的存在而引起液体透明度降低的一种现象。在一定的范围内，“吸光度”与浊度有正比关系，国家标准GB/T 12151-2005规定采用分光光度计法测定浊度。 (3)悬浮物SS：水质中的悬浮物是指水样通过孔径为0.4um的滤膜，截留在膜上并于10
3、3105烘干至恒重的物质。按GB11901-89进行测定。 (4)电导率：电导率仪测定 (5)Cl-：按GB11896-89中规定的硝酸银滴定法测定。 (6)CODcr：GB11914-89 化学需氧量的测定 1.3 出水水质要求 依据后续超滤装置的进水要求，如pH、含油量、COD、浊度等，以期电气浮装置处理后达到此目的。 2 乳化液的形成机理及结构特点 所谓乳化液是指一多项体系的溶液，其中至少有一种体系以液珠的形式均匀的分散在另一种不和它相溶的液体中。通常废水中的油类物质是疏水性杂质，当其粒径很小、用自然浮上法不能有效分离时，可采用气泡浮上强化分离。但为增加乳油在循环使用过程中的稳定性而加了
4、乳化剂，其主要成分是表面活性剂，使其形成堆叠式混合膜。 乳化剂的作用原理可简单理解为：表面活性剂二亲分子(一端为亲油基，另一端为亲水基)的二亲基团吸附于油水二相界面上在配制过程中，随着表面活性剂浓度的增加，油、水的表面张力及界面张力相应减少，油与水的界面自由能大幅度降低，促使其中一项均匀地分散在另一项中。与此同时，所产生的电离现象使油液滴带有负电，而且还吸附一层水分子固定在它的周围成为水化离子膜。水中的反离子又吸附在其外表周围，形成固定的吸附层和可动的扩散层，由此组成了稳定的双电层。这种双电层的形成过程就是乳化液的形成过程。 3 废乳化液处理原理 根据乳化液形成的机理及结构特点可知，处理废乳化
5、液的主要手段是使其失去乳化稳定性，即破坏表面活性剂的二亲基团，从而达到油水分离的目的，这种方法就是所谓破乳，是处理废乳化液的关键工序。武钢采用加酸破乳，然后采用凝聚-电气浮处理高含油量废水，再采用超滤膜过滤装置进行进一步的分离。实验室可设计电解气浮池如下图所示，电极材料与武钢电气浮池所用电极相同。 图1 实验室模拟电解气浮装置 4 絮凝电气浮含油废水处理工艺 4.1 电极反应 当使用肥皂作乳化剂时，分散相液滴表面带有负电荷，在这类乳化剂中加入无机酸，可使肥皂转化为电中性的不溶性脂肪酸使界面膜破坏而破乳。经此破乳处理后的pH为23的废乳化液，电解过程中的电极反应如下： 阳极反应：2Cl-2e=C
6、l2 H+比M+容易得到电子，因而H+不断地从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出。 阴极反应：2H+2eH2 在上述反应中，H+是由水的电离生成的，由于H+在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H+和OH-，H+又不断得到电子变成H2，结果在阴极区溶液里OH-的浓度相对地增大废液pH将不断增大。 总反应：2MCl+2H2O=2MOH+Cl2+H2 由此可以看出，在电气浮过程中，电解液的pH将会不断增大。产生微小气泡使废液中油脂上浮而从水中分离出来，同时电解产生的Cl2在水中会发生如下反应： Cl2+H2OHClO+H+Cl- HClO
7、H+ClO- 此时产生的Cl2、HClO、ClO-在酸性条件下对水中的微生物和细菌有一定的杀灭作用，对后续的超滤膜起到一定的保护作用。 4.2 电气浮过程的主要影响因素 电气浮的分离效果与电极表面释放出的气体的气泡大小紧密相关。影响电气浮过程气泡大小的因素包括电流密度、温度和电极表面曲率。但最主要的影响因素有两个：溶液pH和电极材料。此外电解槽内的水力学条件和电极的布设方式均对气泡的运动轨迹有影响，从而影响到电气浮的分离效果。 4.2.1 pH的影响 pH对电气浮的影响主要体现在其决定了电解过程中气泡的大小分布。中性条件下，H2气泡的尺寸最小，碱性介质中尺寸较小，而在酸性条件下甚大。但对于O2
8、气泡来说，酸性介质中其尺寸较小，随着溶液pH的升高，O2气泡急剧变大。 表1 不同电极材料和pH时气泡大小分布 pH 2 7 12 H2气泡粒径 Pt电极 4590 530 1745 Fe电极 2080 545 1760 O2气泡粒径 石墨电极 1860 580 1760 Pt电极 1530 1750 3070 4.2.2 电流密度的影响 电气浮过程中电流密度的大小决定了产生气泡的数量和大小。电流密度越高，单位时间内电极上释放出的气体的量就越多。按照法拉第电解定律，当电解过程中通入1F电量时，可释放出0.0224Nm3H2和O2。此外，随着电流密度的增加，气泡直径逐渐减小，但当电流密度增加到2
9、00Acm-2以上时这种现象就观察不到了。电极表面的粗糙程度亦对气泡的大小有着重要的影响，电极表面粗糙度越大，气泡越大，镜面抛光的不锈钢电极表面上气泡最小。 4.2.3 电极材料 电极材料是电气浮单元的最重要的部分。主要可工业化应用的材料有石墨电极、钛电极、铁电极、铝电极及其它金属电极。其中石墨电极、钛电极是不溶性电极，阳极产生O2、Cl2等，阴极产生H2。铁电极、铝电极是可溶性电极，阳极电化学反应产生对应的水合金属离子，形成絮凝剂，起混凝浮选作用，阴极产生H2，起气浮作用。 铁、铝和不锈钢便宜，很容易获得，可以同时完成电絮凝和电气浮，但是用它们作阳极时能够溶解，电极表面变得粗糙，上面产生的气
10、泡较大。 石墨和铅的氧化物是常用的不可溶性阳极，也很便宜，且容易获得，但是它们的析氧过电位较高，而且耐久性差。PbO2阳极容易产生有毒的Pb2+，导致严重的二次污染。也有研究者用铂或镀铂材料作阳极，比石墨和铅的氧化物稳定的多，但是太昂贵不能大规模的应用于工业中。 由Beer发明的TiO2-RuO2型阳极，产生氯气的效果很好，但析氧时寿命短。在上个世纪，IrOx为基体的形稳阳极获得广泛关注，它的使用寿命可达到RuO2的二十倍。IrOx-Ta2O5为基体表面镀钛，这种材料做成的电极可成功地用于电气浮中作阳极。(Pt铂、Ti钛、Ru钌、Ir铱、Ta钽) 4.2.4 电极排列方式 电极通常有一组或多组
11、电极组成，多组电极可分为单极式和复极式两种电极连接方式，采用何种方式主要取决于电源的电压和电流，电源的选取又取决于处理水量的大小。 通常，阳极放在底部，不锈钢网状阴极放在阳极的上方。这种电极排列方式有利于阳极产生的氧气气泡能迅速地扩散到废水中，直接影响气浮效率。如果废水的电导率低，而且为了防止短路，上面的可移动的阴极与下面的阳极之间的极间距较大，使得能耗非常大。气泡的迅速扩散与获得微小的气泡对于气浮效率来讲同样重要。 4.2.5 水板比 水板比主要取决于原水与出水悬浮物及油的去除率，并控制气浮所需的气水比。 4.2.6 水力停留时间 水力停留时间主要决定了产生气泡的利用效率，通常也通过试验确定
12、。 4.2.7 混凝剂的投加量 当使用可溶性电极产生的絮凝剂量不足时，通常需另外加入浮选剂，可通过混凝试验来确定浮选剂的种类及投加量。 5 实验初步设计 5.1 破乳剂选择 5.1.1 化学破乳方法 化学破乳法是向乳化液中投加化学试剂，通过化学作用使乳化液脱稳、破乳，实现油水分离的目的。 酸化法 乳化含有废水一般为o/w型，油滴表面往往覆盖一层带有负电荷的双电层，将废水用无机酸调至酸性，一般pH在34之间，产生的质子会中核双电层，通过减少液滴表面电荷而破坏其稳定性，促使油滴凝聚，同时可使存在于油-水界面上的高碳脂肪酸或高碳脂肪酶之类的表面活性剂析出，使油滴失去稳定性达到破乳目的。 盐析法 向乳
13、化废水中投加无机盐类电解质，去除乳化油珠外围的水化离子，压缩油粒于水界面处电层厚度，减少电荷，使双电层破坏，从而使油粒脱稳，油珠间吸引力得到恢复而互相聚集，以达到破乳目的。常用的电解质是钙、镁、铝的盐类，它既可以中和电荷，又可置换表面活性剂的金属皂，处理效果较好。 凝聚法 向乳化废水中投加凝聚剂，水解后生成胶体，吸附油珠，并通过絮凝产生的矾花等物理化学作用或通过药剂中和表面电荷使其凝聚，或由于加入的高分子物质的架桥作用达到絮凝，然后通过沉降或气浮的方法将油去除。 常用的无机絮凝剂有铝盐和铁盐，无机高分子凝聚剂如聚氯化铝、聚硫酸铁、聚合硫酸铝等，有机高分子凝聚剂有聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺等。 该方
14、法效果好，工艺成熟，但占地面积大，药剂用量大，污泥难处理。 混合法 混合法就是盐析法、酸化法、凝聚法的综合利用，可取得更佳的效果。该方法的发展主要集中在药剂的开发与应用，最传统和常用的是铝盐及铁盐系列，有机絮凝剂如聚丙烯酰胺等也作为助凝剂被广泛使用。 5.1.2 破乳剂初选 根据废乳化液中乳化剂的种类，从破乳剂用量、pH条件等比较采用不同破乳剂的效果。 5.2 电解气浮静态试验 5.2.1 pH的影响 5.2.2极板间距的比较实验 极板间距仅控制槽电压，从而影响电耗，减小极板间距可降低槽电压，降低电耗极板间距以悬浮物不堵塞电极为设计依据，通常取1015mm。 5.2.3电流强度对除油率的影响 主要研究不同电流强度、不同通电时间的除油率、出水含油量及其与电耗的关系。 5.3 电解气浮动态试验 试验需采用有机玻璃自制电气浮装置，主要工艺参数设计容积10L，设计最大流量与水力停留时间。 以除油率评定试验效果。 图2 动态小试装置 需要熟悉的问题： 1、 武钢废水乳化液处理工艺流程 2、废乳化液的来源、成分 3、破乳方法，破乳剂的主要成分 4、电气浮池的结构、电极材料、电极的排列方式 5、采集废乳化液水样
