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乳化油的废水处理
发布者:乳化油废水处理  点击:730

乳化油是水中加油加乳化剂经高速搅拌而成。乳化剂是一些表面油性物质,如:皂类、高分子合成物质等。它在细小的油滴粒(直径一般小于10µm,多数为0.1~2µm)表面形成一层与水极薄的界膜,形成双电荷层,表明层电荷极性相同,因此各油滴间相互排斥,极难接近,不会出现碰撞,形成大油滴。这些极微小的油滴在水中均匀稳定悬浮着,就是乳化油。在机械制造过程中,乳化油夹杂着金属氧化物金属细末一起被排出。

根据乳化液形成的机理及结构特点可知,处理废乳化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(盐酸)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。

一、絮凝—电气浮含油废水处理工艺

乳化油废水处理 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(盐酸),可使肥皂(脂肪酸盐)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2~3的废乳化液,电解过程中的电极反应如下:
阳极反应:2Cl--2e=Cl2↑(氧化反应)
         【OH--4e=O2+H2O,不含Cl-时的氧化反应】 
H+比M+(M为肥皂乳化剂中的金属离子)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++2e=H2↑(还原反应) 
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+H2O→HClO+H++Cl-
HClO →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。

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。

(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 H2气泡粒径(µm) O2气泡粒径(µm)
 Pt电极 Fe电极 石墨电极 Pt电极
2 45~90 20~80 18~60 15~30
7 5~30 5~45 5~80 17~50
12 17~45 17~60 17~60 30~70

(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(26.8A•h)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200A•cm-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。

(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)电极排列方式
电极通常有一组或多组电极组成,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。

(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。

(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。

(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。具体参见http://www.biotan.cn更多相关技术文档。

3 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。

乳化油废水处理 (1) 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3~4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。

乳化油废水处理 (2) 盐析法
向乳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。

乳化油废水处理 (3) 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(PAC)、聚硫酸铁(PFS)、聚合硫酸铝(PAS)等,有机高分子凝聚剂有聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯亚胺等。该方法效果好,工艺成熟,但占地面积大,药剂用量大,污泥难处理。

乳化油废水处理 (4)混合法
混合法就是盐析法、酸化法、凝聚法的综合利用,调质热处理可取得更佳的效果。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。


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