电凝聚法处理乳化液废水的应用研究

电凝聚法处理乳化液废水的应用研究
  摘要：比较了化学法与电化学法处理乳化液污水的特点。采用电脉冲电源技术进
  行了实际应用，结果表明电脉冲凝聚技术在乳化液污水处理取得了良好的处理效
  果，同时减少了能源的消耗和电极的极化。
  关键词：乳化液水处理污水含油污处理电凝聚法
  一、乳化液废水处理工艺
  （一）废水水量、水质、排放标准。
  （二）乳化液污水处理。
  1、乳化液污水的处理方法。乳化液污水属于含油污水类型。对不同形态的
  油采取不同的方法，重点是乳化油的处理，同时除去化学添加剂、COD 等。
  ①可浮油：油珠颗粒较大，一般大于15μm,通常大部分以浮油形式存在，
  以连续相的油膜漂浮于水面而能被撇除，主要采用隔油池去除。
  ②分散油：粒经在1～15μm 的微小油珠悬浮分散于水相中，不稳定，静置
  一段时间，可聚集成较大的油珠转化为可浮油，也可能在自然和机械作用下转化
  为乳化油。
  ③乳化油：由于表面活性剂的存在，油在水中呈乳液状，易形成O/W 型乳化
  微粒，粒径小于1μm，表面常常覆盖一层带负电荷的双电层，体系较稳定，不
  易上浮于水面。必须经过破乳后才能够处理。
  目前，乳化液污水处理方面，一是化学药剂法(药剂破乳)工艺过程为：加药
  (破乳)→沉降→过滤或加药(破乳)→气浮→过滤法。化学药剂法具有工艺成熟、
  可靠的特点。实际应用方面也取得了较好效果。但是从节约能源和合理化使用资
  源及操作管理的角度看，化学药剂破乳法不同程度地存在成本高、使用受局限、
  工艺过程复杂(如药剂的筛选、投加量、投加点、投加方式、现场的配置等)操作
  不便等不足之处。特别是近年来乳化液产品的稳定性得到很大提高，采用化学药
  剂法破乳一是时间长，二是用药量大，三是难以找到合适的破乳剂等问题时常出
  现。电化学方法治理污水具有无需添加(或少量添加)氧化剂、絮凝剂等化学药品；
  水质适应范围宽，并能够处理复杂的一般方法难以处理的污水；设备体积小，占
  地面积少，操作简便灵活等优点。但电化学方法存在着能耗大、阳极钝化、成本
  高等缺点。限制了电化学方法在污水处理中应用。
    2、脉冲电化学法处理乳化液废水。
  近年来国内外大力开展电化学技术在废水处理方面的应用理论和技术的研
  究已在很多领域取得突破性进展。本文主要介绍一种电化学处理废水的新方法
  ——脉冲法处理废水，该方法应用了脉冲电源技术，克服了恒压电化学法的弱点。
  具有高效率、低功耗、铁耗小、电极不易极化等优点。
  ①电凝聚原理。
  电凝聚是以金属为溶解性阳极(一般为铝或铁)，在电解时产生的Al3+或Fe3
  ＋离子生成电活性絮凝剂，来压缩胶体双电层使其脱稳，以及吸附架桥网捕作用
  来实现的：Al→Al3++3e 或Fe→Fe2＋+2eAl3++3H2O→Al(OH)3+3H 或4Fe2＋
  +O2+2H2O→4Fe3＋+4OH 一方面形成的电活性絮凝剂M(OH)n，被称为可溶性多核
  羟基配合物，作为混凝剂能快速有效地凝聚污水中的胶体悬浮物(细微油珠和机
  械杂质)并“架桥”联接，凝成“大块”而加速分离。另一方面乳化液胶体在Al
  盐或Fe 盐等电解质作用下压缩双电层，因库仑效应或凝结剂的吸附作用，导致
  胶体凝聚而实现分离，发生电絮凝剂。虽然电活性絮凝剂的电化学活性(寿命)
  仅几分钟，但对双电层电位差影响极大，即对胶体粒子或悬浮微粒的凝聚作用极
  强。因而，其吸附能力与活度，比加入铝盐试剂的化学方法高得多，且用量少，
  成本低，不受环境、水温及生物杂质的影响，亦不会发生铝盐与水的氢氧化的副
  反应，因而所处理污水的酸碱度范围就较宽。另外，电极表面释放出的细小气泡
  加速了胶体的碰撞和分离过程。阳极表面的直接电氧化作用和Cl－转化成活性
  氯的间接电氧化作用对水中溶解性有机物和还原性无机物有很强的氧化能力，阴
  极释放出的新生态氢和阳极释放出的新生态氧具有较强的氧化还原能力。通常，
  电化学反应器内进行的化学过程是及其复杂的。在反应器中同时发生了电凝聚、
  电气浮和电氧化过程，水中的溶解性胶体和悬浮态污染物在混凝、气浮和氧化作
  用下均可以得到有效转化和去除。
  ②脉冲电化学法原理。
  将电极板与脉冲电源相连接构成电解体系，其进行的电解过程就是脉冲电
  解。脉冲电流是时间的函数，脉冲幅值、脉冲宽度和脉冲间歇随时间而变化。脉
  冲电流可以是等间隔脉冲、疏密脉冲或脉动脉冲。脉冲电流的波形有方波、正弦
  半波、锯齿波、隔锯齿波等多种形式。典型的电脉冲波形如图表3 所示。
    脉冲具有3 个独立的参数，即脉冲电压(或电流)幅值F、脉冲宽度Ton 和脉
  冲间歇Toff。为了达到较好的去污和节能效果，可对这3 个参数进行调整。脉
  冲周期Z 为一个脉冲宽度和脉冲间歇，脉冲频率则是脉冲周期的倒数。设占空比
  为r，则r 为导通时间(脉冲宽度)与脉冲周期之比：r=Ton/(Ton+Toff)，通过改
  变占空比r 的值，就可得到不同的节能效果。高频脉冲即不断地重复进行“供电
  —断电—供电”的高频率脉冲电解过程，使电解效率得到大幅度地提高。脉冲电
  解，通电时间小于直流电解处理反应时间，铁的溶解量将少于直流电解时的溶解
  量。因此，脉冲电解与直流电解相比，节电的同时也大幅度降低铁耗。由于施加
  脉冲信号，电极上的反应时断时续，有利于扩散、降低浓差极化，从而降低电耗。
  电解槽内的电流是离子在电场作用下流动而形成的。在供电时间内，离子浓度会
  迅速降低；而在断电间隙时间内，离子浓度又会得到迅速恢复和补充。所以在脉
  冲供电方式下电流密度要比直流供电下的电流密度有所提高，这就使电解去污效
  果增强。
  周期换向脉冲是在正向脉冲(阴极脉冲)后紧跟一个反向脉冲(阳极脉冲)。在
  电解过程中，如果施加周期换向的脉冲信号，既具备脉冲电解的特点，又由于两
  极均可溶，更有利于金属离子与胶体间的絮凝作用。同时两极极性的经常变化，
  对防止电极钝化也起到积极作用。脉冲电压通常在100～400V 左右，相对直流供
  电的电压增大了不少。事实上，采用较高的电压，可以大大降低总电流强度和减
  少电解时间，从而提高电流效率，降低电耗、铁耗，电解效果会更好。由于整个
  平均电耗降低，电流又不大，因此变压器不易发热，设备运行安全可靠。
  二、电化学法在乳化液污水治理中的应用
  （一）电化学法处理乳化液污水工艺流程。对于不同成份污水及不同排放标
  准要求，应根据实际情况增加处理设施。如污水浓度较高时采用二级气浮；执行
  一级排放标准时采用过滤、吸附后在排放；也可以与生活污水混合后采用生物处
  理。
  （二）电化学法处理乳化液污水应用。在实际运行中采用选用铁为可溶性电
  极，虽然铝离子要比铁离子的凝聚效果好，但从实用和经济角度看，在废水处理
  中还是使用铁比铝更方便和适用。电压控制在200～300V，通过电量控制在0.5～
  2.0F?m-3,电凝聚时间控制在5～15min。能够有效去除污染物，油的去除率可达
  99%，COD 去除率可达95%。实际应用中处理后的污水COD＜450mg/L，油＜15mg/L，
  SS＜45mg/L 观察一年能够稳定达标排放。工程总投资12.5 万元，占地面积45m2，
  装机功率13Kw，运行成本3.50/m3。
  三、电凝聚法工艺特点及效果讨论
    电凝聚技术具有许多传统水处理工艺所没有的优势，能在同时除去或降低有
  机物、细菌、色度、重金属等有毒物质。与化学混凝相比，其特点是：电凝聚产
  生的氢氧化物比化学混凝法所产生的具有更高的活性，具有更大的吸附除去污染
  物的能力。所需的药剂少，产生的污泥较少，絮体密实，不会发生回溶；省约(减
  少)了药品的储存、计量、混合等。电凝聚反应过程还可以产生微小的气泡，有
  利于污染物上浮分离。电凝聚技术不产生二次污染、抗冲击负荷强、自动化程度
  高、操作简单方便、使用成本低、处理效果好等。电凝聚技术用于污水处理的潜
  力并为完全显现。电凝聚技术还存在许多不足之处：需要定期更换电极；溶液要
  保持一定的电导率；耗电量较大等。为此，今后应对电凝聚过程中的物理、化学
  过程的机理进行深入研究；对电极材料、极化方式以及各种因素着手，寻找新的
  电极材料；将电凝聚与传统工艺结合，发挥各自特长。随着电凝聚技术的进一步
  完善，在水处理中的应用将更加广泛。
  参考文献：曲久辉,刘会娟,等著《.水处理电化学原理与技术》；
  熊方文,余蜀灵著.《脉冲电解工业污水技术》

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