含油廢水處理方法的研究
技術(shù)支持
華能汕頭燃機(jī)電廠于1986年建廠，總裝機(jī)容量為100MW，安裝有2臺燃?xì)廨啓C(jī)、2臺廢熱鍋爐及1臺蒸汽輪機(jī)，整套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組是引進(jìn)法國ALSTHOM公司的設(shè)備，燃?xì)廨啓C(jī)燃用的燃料為原油，機(jī)組對燃料質(zhì)量有嚴(yán)格的要求，從燃料的粒度、粘度、水分、機(jī)械雜質(zhì)及油中所含金屬元素（包括鉀、鈉、鎂、釩、鈣等）都給定了相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，其中油中所含的水溶性金屬元素鉀和鈉是引起燃?xì)廨啓C(jī)熱部件高溫腐蝕的主要有害物質(zhì)，進(jìn)入燃燒室燃燒的原油中所含鉀和鈉元素的總的質(zhì)量濃度應(yīng)小于1mg/L。目前去除油中水溶性金屬元素一般采用“水洗脫鹽”工藝，華能汕頭燃機(jī)電廠采用的是兩級“水洗-破乳-機(jī)械離心分離”的處理工藝，含油廢水來源于原油水洗脫鹽后的廢水、各儲油罐的定期排水及生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的清洗排水等。據(jù)估算，華能汕頭燃機(jī)電廠的含油廢水量達(dá)20kt/a，解決廢水含油問題是搞好電廠廢水處理的一個重要課題。
1 含油廢水處理方法的比較
含油廢水的處理，目前應(yīng)用得比較多的有重力分離法、油水分離器除油法、機(jī)械過濾器濾油法、空氣浮選法及波紋斜板污油池除油法等，各種方法在應(yīng)用上各有其優(yōu)點(diǎn)，有的占地面積小、投資小，有的操作方便、維護(hù)工作量小，但從處理效果看，均不是很理想。根據(jù)華能汕頭燃機(jī)電廠多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用重力分離法處理廢水，處理后水中含油質(zhì)量濃度為100～500mg/L；采用油水分離器除油法處理，處理后水中含油質(zhì)量濃度為50～100mg/L；采用波紋斜板池輔助添加表面活性劑進(jìn)行處理時，其處理后水中含油質(zhì)量濃度為15～50mg/L。以上所列舉的各種方法，對廢水中含有較大顆粒油滴的處理較為有效，但對于含有分散性大、穩(wěn)定性高的小油滴的廢水處理則不盡人意，難以確保處理后的廢水含油質(zhì)量濃度符合 環(huán)境保護(hù)部門要求的小于10mg/L的控制標(biāo)準(zhǔn)。
2 廢水處理方法的研究思路
使用各種常規(guī)方法處理燃?xì)廨啓C(jī)電廠的含油廢水，很難取得理想效果。剖析其原因，一是燃?xì)廨啓C(jī)電廠含油廢水的主要來源是燃料凈化處理的清洗水，燃料經(jīng)過“脫鹽”水洗過程，油與清洗水進(jìn)行了充分混合，經(jīng)過破乳分離出來的廢水中所含的油滴，由于受到強(qiáng)熱攪動，分散成極為細(xì)小的油滴懸浮在整個水體中，水膜完全包圍每一個油滴，油作為“分散相”，水作為“連續(xù)相”，形成了水包油型乳濁液，油滴越小，分散體系就越穩(wěn)定；二是華能汕頭燃機(jī)電廠在凈化原油的水洗脫鹽過程中，添加了GPE-2040水溶性破乳劑，該破乳劑主要是由丙二醇與環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷嵌段聚合而成的聚氧丙烯、聚氧乙烯丙二醇醚，屬于非離子型表面活性劑，降低了水的表面張力，促進(jìn)水包油型乳濁液的乳化，使該體系更為穩(wěn)定；三是廢水中由于存在燃料油凈化過程被洗脫下來的各種陽離子，在水包油型乳濁液中，部分陽離子被吸附在各小油滴表面，使小油滴帶上同種正電荷，相同電荷的離子起到相互排斥作用，從而使含油廢水這種乳濁液更加穩(wěn)定。
基于以上分析，在含油廢水處理方法研究上，重點(diǎn)從兩方面考慮：一是根據(jù)凝聚理論的斯托克斯定理，膠體顆粒的沉降速度與顆粒直徑成正比，對于一種特定的體系，要提高顆粒的沉降速度，只有通過凝聚使顆粒聚合增加粒徑來實(shí)現(xiàn)；二是要破壞乳濁液的穩(wěn)定性，就必須破壞膠體顆粒的帶電性，或壓縮膠體顆粒的雙電層的厚度，以降低其電勢能的屏障，從而使膠體脫穩(wěn)。那么，研究解決廢水含油問題的思路將放在采用化學(xué)處理方法上，去尋找一種化學(xué)藥物，使廢水中的小油滴能通過凝聚達(dá)到增加顆粒的直徑或破壞顆粒的穩(wěn)定性，從而達(dá)到去除廢水中含油量的目的、并通過研究試驗(yàn)，確定所選用的化學(xué)藥物的較佳加藥量。
3 除油試驗(yàn)研究過程
根據(jù)上述思路，在試驗(yàn)室開展試驗(yàn)工作，整個試驗(yàn)以華能汕頭燃機(jī)電廠的原油“水洗脫鹽”排出的含油廢水作為試驗(yàn)樣品，試驗(yàn)分4個步驟進(jìn)行。
3.1 采用常規(guī)凝聚劑和機(jī)械過濾方法的試驗(yàn)
首先，采用常規(guī)的化學(xué)凝聚劑進(jìn)行混凝處理及采用機(jī)械過濾方法處理。試驗(yàn)水樣pH值為6.7.含油質(zhì)量濃度為750mg/L。試驗(yàn)時用不同的燒杯各盛250mL水樣，分別加入堿式氯化鋁、三氯化鐵、明礬并攪拌。經(jīng)觀察，沒發(fā)生沉淀現(xiàn)象，水的顏色、渾濁程度跟水樣基本一致。另外，用5μm網(wǎng)目濾紙對原水樣進(jìn)行機(jī)械過濾，濾紙上有少量顆粒，過濾后水質(zhì)比其它試樣的水質(zhì)清，但水仍較渾濁。
試驗(yàn)表明：
①用5μm網(wǎng)目濾紙過濾無法截留乳濁液中的小油滴，說明分散相屬于膠體類別。
②用凝聚劑無法使水包油型乳濁液脫穩(wěn)，說明凝聚劑在pH值小于8的條件下，水解生成的帶正電膠體與該乳濁液中的分散相表面所帶的電荷電性相同，起到相互排斥作用，無法發(fā)生凝聚反應(yīng)。
3.2 采用堿式氯化鋁混凝劑在堿性條件下的試驗(yàn)
要使含油廢水這一穩(wěn)定體系脫穩(wěn)，可在廢水中投加帶負(fù)電的膠體，使其發(fā)生電中和，產(chǎn)生凝聚。同時考慮到混凝劑在不同的pH值水溶液中水解.能生成帶電性不同的膠體，如鋁鹽在不同pH值水溶液中由正三價鋁離子向負(fù)價鋁酸離子的轉(zhuǎn)移過程是：[Al（H2O）6]3+→[Al（H2O）5（OH）]2+→[Al6（OH）15]3+→[Al8（OH）20]4+→Al（OH）3（H2O）3→[Al（OH）4]。根據(jù)這一機(jī)理，本步驟試驗(yàn)混凝劑在堿性條件下的除油效果。
試驗(yàn)水樣同上，用3只燒杯各盛250mL水樣，然后分別做以下試驗(yàn)并觀察現(xiàn)象：
①加入15mg的堿式氯化鋁（相對于水樣其質(zhì)量濃度為60mg/L）.在攪拌下慢慢加入NaOH溶液，當(dāng)?shù)渭?/span>NaOH到一定量時，沉淀很快析出，其形成的顆粒大，顆粒密實(shí)，沉于燒杯底部；水質(zhì)澄清，pH值為8.5。
②加入15mg堿式氯化鋁，在攪拌下慢慢加入Na3PO4溶液，當(dāng)?shù)渭?/span>Na3PO4到一定量時，沉淀析出速度較快，其形成的顆粒較大且疏松，浮于水面；水質(zhì)澄清，pH值為8.2。
③加入15mg堿式氯化鋁，在攪拌下慢慢加入Na2CO3溶液，當(dāng)?shù)渭?/span>Na2CO3到一定量時，沉淀慢慢析出，其形成的顆粒小且疏松，浮于水面；水質(zhì)澄清，pH值為8.0。
試驗(yàn)表明：
①要使含油廢水乳濁液脫穩(wěn)，可以加入凝聚劑（堿式氯化鋁），并用堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)廢水的pH值，使之達(dá)到8.0～8.5。
②在較高pH值條件下，堿式氯化鋁水解生成帶負(fù)電膠體，與水中帶正電的膠體發(fā)生電中和，破壞廢水中小油滴的穩(wěn)定性，發(fā)生凝聚反應(yīng)，達(dá)到除油目的。
對上面三種堿性物質(zhì)進(jìn)行比較，用Na2CO3調(diào)整pH值效果稍差，用NaOH和Na3PO4調(diào)整pH值，均對除油有較好效果，考慮到用Na3PO4與混凝劑配合處理廢水所形成的顆粒較大且疏松，能浮于水面，有利于對生成物進(jìn)行清理，同時工業(yè)用Na3PO4的價格較便宜，因此堿性物質(zhì)選為Na3PO4。
3.3 確定較佳加藥量
在確定選用堿式氯化鋁和NaPO4這兩種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行配比來處理廢水后，著手開展第3步試驗(yàn)，目的在于確定較佳加藥量。
3.3.1 堿式氯化鋁不同加入量的試驗(yàn)
試驗(yàn)水樣同上，用5只燒杯各盛250mL水樣，然后做以下試驗(yàn)：
分別加入5mg，10mg.15mg，20mg，25mg的堿式氯化鋁（相對于水樣其質(zhì)量濃度為20mg/L，40mg/L，60mg/L.80mg/L，100mg/L），在攪拌下同時滴加Na3PO4溶液至沉淀析出。
經(jīng)觀察、比較，在一定堿度條件下，當(dāng)堿式氯化鋁的質(zhì)量濃度為50～80mg/L時，除油效果較好。
3.3.2 磷酸三鈉不同加入量的試驗(yàn)
試驗(yàn)水樣同上，用5只燒杯各盛250mL水樣，然后做以下試驗(yàn)：
每只燒杯各加入15mg堿式氯化鋁，并分別加入2.5mg，5.0mg，7.5mg，10mg，15mg的Na3PO4（相對于水祥其質(zhì)量濃度為10mg/L，20mg/L，30mg/L，40mg/L，60mg/L），充分?jǐn)嚢琛?/span>
經(jīng)觀察、比較，在加入一定量的堿式氯化鋁條件下，當(dāng)磷酸三鈉的質(zhì)量濃度為20～30mg/L時，pH值為8.2-8.5，廢水澄清的效果較佳。
3.4 確定處理含油廢水的化學(xué)方法
通過試驗(yàn)室的試驗(yàn)研究，找出了處理含油廢水的化學(xué)方法，即使用法。使用堿式氯化鋁作混凝劑，用磷酸三鈉調(diào)節(jié)堿度，加堿式氯化鋁的較佳質(zhì)量濃度為50～80mg/L，加磷酸三鈉的較佳質(zhì)量濃度為20-30mg/L。
4 現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)
根據(jù)這一研究結(jié)論，組織現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)，把華能汕頭燃機(jī)電廠的原油凈化處理連續(xù)排出的廢水集中排放到一個隔油池中，根據(jù)每小時廢水的排放量及較佳加藥濃度，計(jì)算堿式氯化鋁和磷酸三鈉的加藥量，進(jìn)行加藥處理。采用這一方法處理后廢水含油質(zhì)量濃度為5～8mg/L，效果較好，處理費(fèi)用也較為經(jīng)濟(jì)，處理廢水需化學(xué)藥劑的費(fèi)用為0.3～0.4元/t。華能汕頭燃機(jī)電廠應(yīng)用這一方法治理廢水后，多年來經(jīng)地方環(huán)保部門現(xiàn)場抽樣監(jiān)測，廢水的含油量均符合 環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)論
在含油廢水處理方法的選擇上，主要是必須分析水中含有的油滴分布情況及其性質(zhì)，找出符合企業(yè)實(shí)際的經(jīng)濟(jì)、簡便方法、針對燒油燃?xì)廨啓C(jī)電廠，由于廢水含有的小油滴分散性大、穩(wěn)定性高，采用在廢水中添加混凝劑并調(diào)節(jié)其堿度的化學(xué)處理方法，處理后的水質(zhì)能符合我國環(huán)保部門規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
