物理化学法
1 气浮法
气浮技术是国内外含油废水处理中广泛使用的一种水处理技术,其原理就是在水中通入空气或其他气体产生微细气泡,使水中的一些细小悬浮油珠及固体颗粒附着在气泡上,随气泡一起上浮到水面形成浮渣,从而完成固、液分离的一种净水法。
目前国内外对气浮法的研究多集中在气浮装置的革新、改进以及气浮工艺的优化组合方面,如浮选池的结构已由方型改为圆形减少了死角,采用溢流堰板排除浮渣而去掉机械刮泥机构,此外还研究了一些新型装置。如石油大学冯鹏邦用浮选柱处理含油污水,除油率为90%左右,处理1m3污水,能耗为0.117kW·h,比从国外引进的wemco充气浮选机能耗低50%,成本仅为其1/5。Rajinder用浮选柱回收乳状液中的油,试验结果表明:对给定的送液量,随送液油浓度的增加,油回收率下降,但产品里的油浓度增加;随气体流量增加,油回收率增加;随表面活性剂的增加,油回收率下降。肖坤林在实验研究的基础上,结合单级气浮技术和多级板式塔理论,开发出两级气浮塔处理含油废水的新工艺,实现了塔釜一次曝气、多级气浮的分离。实验研究了气浮塔板的流体力学性能、布气性能及操作条件对处理效率的影响,结果表明,二级气浮塔处理效果很好,是一种具有良好应用前景的新型含油废水处理装置。
气浮技术用于除油在我国只是近一、二十年的事,对引进的设备和技术还没有完全消化和吸收;现有设备的自动化程度不高,操作管理跟不上,影响处理效果;气浮除油机理的研究也存在很大不足,这些都影响到气浮技术在废水除油中的应用。
2 膜分离法
膜分离法是S.Sourirajan所开拓并在近20多年迅速发展起来的分离技术,传统的含乳化油废水的处理方法常辅以电解、絮凝等先行破乳过程,能耗和物耗较大。而膜法处理含乳化油废水,一般可不经过破乳过程,直接实现油水分离。并且在膜法分离油水过程中,不产生含油污泥,浓缩液可焚烧处理;透过流量和水质较稳定,不随进水中油浓度波动而变化;一般只需压力循环水泵,设备费用和运转费用低,特别适合于高浓度乳化油废水的处理。
膜分离除油,关键在于膜的选择。膜分离理论由于膜分离的传质机理各异、情况复杂,至今仍是学派林立,众说纷纭,但基本共识是膜分离是一处理料组分选择性透过膜的物理-化学过程,过程的推动力主要是膜两侧的压差,膜的孔径虽然是膜的基本性质,但膜和分离组分的物理-化学性质,如亲水性以及荷电情况都直接影响分离过程和结果,即膜从溶液中分离溶解的成分是依据尺寸、荷电、形状。目前用于油水分离的膜通常是反渗透、超滤和微滤膜,它们的作用是截留乳化油和溶解油。简单的情况是乳化油基于油滴尺寸被膜阻止,而溶解油的被阻止则是基于膜和溶质的分子间的相互作用,膜的亲水性越强,阻止游离油透过的能力越强,水通量越高。含油污水中油的存在状态是选择膜的首要的依据。若油水体系中的油是以浮油和分散油为主,则一般选择孔径在10～100μm之间的微滤膜。以陶瓷为支持物的微滤膜处理过的含油废水中,油和油脂质量浓度在5mg/L以下,固体悬浮物质量浓度在1mg/L以下。若水体中的油是因有表面活性剂等使油滴乳化成稳定的乳化油和溶解油,油珠之间难以相互粘结,则须采用亲水或亲油的超滤膜分离,一则是因为超滤膜孔径远小于10μm,二则是超细的膜孔有利于破乳或有利于油滴聚结。目前国内外主要使用醋酸纤维、聚亚酰胺、聚砜等有机膜,处理效率较好,但易腐蚀,用无机陶瓷膜处理含油污水,其耐高温,耐酸、碱和有机介质的腐蚀,机械强度高,使用寿命长(一般为5a以上)。
影响膜分离除油的另一个重要因素是膜组件及与之相应的操作方式的选择。膜组件设计可以有多种形式,一般均根据两种膜构型———平板式和管式来设计。板框膜器和卷式膜器使用平板膜,中空纤维膜器及毛细管膜器使管式膜,多个单元膜器构成膜组件。操作方式一般分为死端操作和错流操作,其中死端操作是传统方式,油水乳液被强制通过膜,随着被截留物(如油)在膜表面上的堆积,渗透物(如水)流量下降,必须定时清除膜表面的油,以便持续作业,错流操作是近20a才应用到实际过程中的新方式,油水乳液以一定流速平行于膜表面流动,在一定程度上克服了死端操作的弊病。因此,若适当配置膜组件并合理选择膜,将获得好的分离效果。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
膜分离法处理含油污水方法简单,分离效率高,能耗低;合理选择膜是实现油水分离的前提,各种因素应同时考虑;传统的膜分离设备存在油脱除率低、膜易被污染等问题,亟待改进;新式旋转膜组件不仅延续了错流操作的特点,更强化了膜表面静止带来的弊端,是一种发展前景较好的含油污染水处理方式;其存在的主要问题是,需对废水进行严格的预处理,且膜的清洗也较麻烦。
3 吸附法
最常见的吸附剂是活性炭,它不仅对油有很好的吸附性能,而且能同时有效地吸附废水中的其他有机物,对油的吸附容量一般为30～80mg/g,且成本高,再生困难,故一般只用于含油废水的深度处理。吸附法的最新研究进展多体现在高效、经济的吸油剂开发与应用方面,由质量分数为5%～80%的具有吸油性能的无机填充剂(如镁或铁的盐类、氧化物等)与20%～95%的交联聚合物(如聚乙烯、聚苯乙烯等)组成的吸油剂。这种吸油剂对油的吸附容量可达0.3～0.6g/g,但一般需要接触时间很长,如废水的油质量浓度为120mg/L时,需处理50h才能降至0.8mg/L。刘汉利采用改性粉煤灰处理炼油厂高、低浓度含油废水,使之达到排放标准,获得了满意的效果〔8〕;另外还有人采用阳离子表面活性剂改性粘土的土柱装置进行阳离子表面活性剂对粘土截留水中油类影响的研究,结果表明,经阳离子表面活性剂溶液改性后,粘土土柱各种状态油类的截留能力大大增强,且土柱所截留油类不易被清水淋出。