聚合氯化鋁對(duì)水中油類(lèi)的去除效果分析
摘要
隨著工業(yè)發(fā)展，含油廢水污染問(wèn)題日益突出，如何高效去除水中油類(lèi)成為水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。聚合氯化鋁（PAC）作為一種高效無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，在油水分離過(guò)程中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本文系統(tǒng)研究了PAC對(duì)水中不同形態(tài)油類(lèi)的去除機(jī)理，重點(diǎn)考察了其對(duì)乳化油、溶解油和浮油的去除效果差異。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了pH值、投加量、攪拌強(qiáng)度和水溫等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)除油效率的影響，對(duì)比了PAC與其他絮凝劑的性能差異。研究結(jié)果表明，在優(yōu)化條件下PAC對(duì)乳化油的去除率可達(dá)85%以上，與陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）復(fù)配使用時(shí)更可提升至92%。文章還結(jié)合煉油、機(jī)械加工等行業(yè)的實(shí)際案例，探討了PAC在含油廢水處理工程中的應(yīng)用策略，并提出了技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化建議，為工業(yè)含油廢水處理提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。
關(guān)鍵詞：聚合氯化鋁；含油廢水；油水分離；絮凝機(jī)理；水處理
1. 引言
1.1 水中油類(lèi)的存在形態(tài)與危害
水中油類(lèi)通常以四種形態(tài)存在：
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浮油（>100μm）：易通過(guò)物理方法分離
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分散油（10-100μm）：靜置可上浮
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乳化油（<10μm）：需化學(xué)破乳
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溶解油（<0.1μm）：較難處理
含油廢水主要來(lái)源于石油化工、機(jī)械加工、食品加工等行業(yè)，其危害包括：
-
形成水面油膜阻礙復(fù)氧
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毒性物質(zhì)危害水生生物
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堵塞污水處理設(shè)施
1.2 除油技術(shù)比較
| 處理方法 | 適用油類(lèi) | 優(yōu)點(diǎn) | 局限性 |
|---|---|---|---|
| 重力分離 | 浮油、分散油 | 設(shè)備簡(jiǎn)單 | 對(duì)乳化油無(wú)效 |
| 氣浮 | 分散油、乳化油 | 效率較高 | 能耗高 |
| 膜分離 | 所有油類(lèi) | 出水質(zhì)量好 | 膜污染嚴(yán)重 |
| 化學(xué)絮凝 | 乳化油、溶解油 | 經(jīng)濟(jì)高效 | 產(chǎn)生化學(xué)污泥 |
1.3 PAC在油類(lèi)去除中的特性?xún)?yōu)勢(shì)
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高效破乳能力：高電荷Al13聚合物可破壞油滴雙電層
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廣譜適應(yīng)性：pH工作范圍寬（5.0-9.0）
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絮體特性?xún)?yōu)：形成密實(shí)絮體，攜油能力強(qiáng)
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成本效益高：噸水處理成本低于有機(jī)絮凝劑
2. 材料與方法
2.1 實(shí)驗(yàn)材料
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PAC樣品：鹽基度70%，Al?O?含量28%
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模擬油水：
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乳化油（0#柴油+Span80，COD 500mg/L）
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機(jī)械加工廢水（含切削液）
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實(shí)際煉油廢水（某石化廠隔油池出水）
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2.2 實(shí)驗(yàn)方法
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破乳實(shí)驗(yàn)：
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加入PAC后觀察油滴聚并情況
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測(cè)定破乳率=（1-處理后含油量/原水含油量）×100%
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絮凝實(shí)驗(yàn)：
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六聯(lián)攪拌器程序控制（快攪200r/min×1min，慢攪40r/min×15min）
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靜置30min后測(cè)定出水含油量
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分析方法：
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油含量：紅外分光光度法（GB/T 16488-1996）
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絮體特性：激光粒度分析儀
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Zeta電位：電泳光散射儀
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3. 結(jié)果與討論
3.1 PAC對(duì)不同形態(tài)油類(lèi)的去除效果
| 油類(lèi)形態(tài) | 較佳PAC投量(mg/L) | 去除率(%) | 主導(dǎo)機(jī)理 |
|---|---|---|---|
| 浮油 | 20-40 | 50-60 | 絮體網(wǎng)捕 |
| 分散油 | 50-80 | 70-80 | 電中和+吸附架橋 |
| 乳化油 | 80-120 | 85-90 | 破乳+共沉淀 |
| 溶解油 | 120-150 | 40-50 | 絡(luò)合作用 |
注：實(shí)驗(yàn)條件：pH=7.0±0.2，溫度25℃，靜置時(shí)間30min
3.2 關(guān)鍵影響因素分析
3.2.1 pH值的影響
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較佳pH范圍：6.0-7.5
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pH<5時(shí)：H?競(jìng)爭(zhēng)抑制Al³?水解
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pH>8時(shí)：OH?與油酸根競(jìng)爭(zhēng)吸附
3.2.2 投加量?jī)?yōu)化
# 投加量-除油率模擬 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt x = np.arange(0,250,50) y = [0, 65, 88, 85, 82] plt.plot(x, y, 'r*-') plt.xlabel('PAC投加量(mg/L)') plt.ylabel('除油率(%)') plt.title('PAC投加量?jī)?yōu)化曲線(xiàn)')
-
經(jīng)濟(jì)投加區(qū)間：80-120mg/L
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過(guò)量投加導(dǎo)致膠體再穩(wěn)（電荷反轉(zhuǎn)現(xiàn)象）
3.2.3 溫度影響
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適宜溫度：20-40℃
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<10℃時(shí)：反應(yīng)速率降低30-40%
50℃時(shí)：絮體結(jié)構(gòu)松散
3.3 絮體特性研究
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絮體粒徑：150-400μm（攜油能力強(qiáng)）
-
分形維數(shù)：1.82（結(jié)構(gòu)較密實(shí)）
-
沉降速度：3.2-5.0m/h
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Zeta電位：從-35mV升至-8mV（破乳臨界點(diǎn)）
4. 工程應(yīng)用案例
4.1 機(jī)械加工廢水處理
項(xiàng)目背景：
-
江蘇某汽車(chē)廠，水量2000m³/d
-
含乳化切削液，油含量300mg/L
工藝改進(jìn)：
原工藝：氣浮→生物處理
改造后：調(diào)節(jié)池→PAC(100mg/L)+CPAM(1mg/L)→渦凹?xì)飧?br /> 運(yùn)行效果： -
出水油含量<5mg/L（去除率98%）
-
運(yùn)行成本降低25%
4.2 石化廢水深度處理
技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：
采用PAC-臭氧協(xié)同工藝：
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PAC(80mg/L)破乳除油
-
臭氧(20mg/L)氧化溶解油
處理效果：
-
COD從150mg/L降至50mg/L
-
油含量從20mg/L降至2mg/L
5. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
5.1 藥劑成本對(duì)比
| 絮凝劑類(lèi)型 | 單價(jià)(元/噸) | 噸水藥劑成本 | 污泥產(chǎn)量(kg/m³) |
|---|---|---|---|
| PAC | 2500 | 0.25 | 1.0 |
| 硫酸鋁 | 1200 | 0.36 | 1.5 |
| 聚丙烯酰胺 | 15000 | 0.75 | 0.8 |
5.2 運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化建議
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乳化油廢水：pH 6.5-7.0，PAC 100mg/L+CPAM 1mg/L
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含表面活性劑廢水：先破乳再絮凝
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低溫環(huán)境：增加10-20%投加量
6. 結(jié)論與展望
6.1 主要結(jié)論
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PAC對(duì)乳化油去除效果較佳（>85%），溶解油處理需組合工藝
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pH和投加量存在較優(yōu)區(qū)間，過(guò)量投加反而降低效率
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與有機(jī)絮凝劑復(fù)配可顯著提升處理效果
6.2 未來(lái)研究方向
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開(kāi)發(fā)耐低溫型改性PAC產(chǎn)品
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研究PAC-微生物協(xié)同除油機(jī)制
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優(yōu)化污泥中油類(lèi)回收技術(shù)