于爾捷，陳浩，姜安璽
（哈爾濱工業大學 市政環境工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090）

　　摘要：對陽離子型有機絮凝劑處理含油乳化廢水進行了試驗研究，試驗結果表明單獨投加陽離子有機絮凝劑對含油乳化廢水沒有處理效果；陽離子有機絮凝劑與聚合氯化鋁復合使用可使絮凝體大而密實，同時使聚合氯化鋁的用量降低30％，氣浮產生的浮渣量少，含水率低。
　　關鍵詞：陽離子型有機絮凝劑；含油乳化廢水；廢水處理；混凝；氣浮
　　中圖分類號：X703.5；X76
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009-2455(2002)05-0030-04

A Treatment of Oily Emulsified Wastewater with Cationic Organic Flocculant
YU Er-jie，CHEN Hao，JIANG An-xi
（School of Municipal & Environmental Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China）

　　Abstract：Tests were made on the use of cationic organic flocculant in the treatment of oily emulsified wastewater．The results showed：The addition of only cationic organic flocculant was not effective for the treatment of oily emulsified wastewater；while the combined use of cationic organic flocculant with polymerized aluminum chloride resulted in larger and denser flock hodies and 30％ lower consumption of polymerized aluminum chloride；with less dross produced from air floatation and lower moisture content．
　　Key words：cationic organic flocculant；oily emulsified wastewater；wastewater treatment；coagulation；air floatation

　　機械加工行業產生的含油乳化廢水中油的存在方式有3種：第1種是浮油，即游離油，粒徑大于100μm；第2種是分散相油，粒徑介于10～100μm；第3種是乳化油，粒徑小于10μm。以乳化油狀態存在的油主要來自廢乳化液，由于乳化劑分子在油－水界面上定向吸附并形成堅固的界面膜，同時增大了雙電層的有效厚度，使得雙電層的電位分布寬度和陡度增大，使油高度均勻地分散在水中，所以乳化油滴能穩定的存在于水中，不易去除，一般的混凝沉淀或混凝氣浮對它的處理效果不理想。
　　對于這種廢水目前應用較多的處理方法是凝聚法，但凝聚劑的應用較為單一，多為無機混凝劑，如硫酸鋁、硫酸鋁錠、聚合氯化鋁、聚合鋁鐵等，這類藥劑存在處理效果不理想；投藥量大、藥劑費用高；產生的絮渣多、含水率高、不易后續處理的缺點。在有機藥劑方面，處理機械行業含油乳化廢水用有機絮凝劑特別是陽離子型有機絮凝劑的研究和應用相對滯后。
本文采用陽離子聚丙烯酸胺（cationic polyacrylamide，縮寫為CPAM）、二甲基二烯丙基氯化鋁（dimethyldiallylammonium chloride，縮寫為DM-DAAC）與丙烯酸胺的共聚物（poly DMDAAC-AM，縮寫為PDA）、二甲基二烯丙基氯化鋁的均聚物（poly DMDAAC，縮寫為PD）3種陽離子有機絮凝劑單獨處理及與無機混凝劑復合處理含油乳化廢水進行試驗研究。

1 水質及試驗方法

　　1.1 試驗用水
　　為模擬含油乳化廢水，用從軸承生產車間取來的廢乳化液與自來水兌制成一定濃度的含油乳化廢水，各項水質指標見表1。

表1 試驗用水水質 ρ(CODcr)/(mg·L^-1) 油/(mg·L^-1) pH值 水溫/℃ 1140 216 9.87 15

　　廢水排放標準為：ρ(CODcr)≤100mg/L，ρ(油)≤10mg/L，但考慮到實際產生的含油乳化廢水中往往還含有少量凝聚法不能去除的可溶性有機物質，為了使得到的試驗數據更接近實際，最佳投藥量按照出水ρ(CODcr)≤70mg/L，ρ(油)≤8.0mg/L確定。

1.2 試驗方法
　　取含油乳化廢水水樣300mL于500mL燒杯中，加入不同量的藥劑，在200r/min的轉速下快攪1min，然后轉速降至100r/min，繼續攪拌3min，然后進行氣浮，取浮渣下10cm處水樣測定水質。

2 試驗結果與討論

2.1 單獨使用陽離子有機絮凝劑
　　分別將3種陽離子有機絮凝劑按下列質量濃度加入水樣：1.5，10，20，40，60，80，100，200mg/L。混凝后均沒有產生絮凝體，水樣沒有處理效果。調節水樣pH值依次為：10.50，9.87，8.55，7.08，6.07，5.03，3.73。加入3種陽離子有機絮凝劑，投藥質量濃度均為50mg/L，混凝后仍未產生絮凝體，水樣沒有處理效果。
　　可以認為產生上述試驗結果的原因是陽離子有機絮凝劑分子鏈上帶有正電荷，具有一定的壓縮膠體表面雙電層和電荷中和等作用，但由于所帶的正電荷數量有限，其主要作用仍是吸附和架橋。單獨使用陽離子有機絮凝劑雖有一定的使膠體因電荷中和而脫穩的作用，但要達到較完全的脫穩仍需要更多的陽離子，而同時帶入的較多有機絮凝劑分子也可能將膠體顆粒表面包裹，使膠體顆粒重新穩定而分散^[1]。
2.2 與無機混凝劑復合使用
　　無機混凝劑選用聚合氯化鋁（PAC），單獨投加PAC時最佳投藥量為300mg/L，產生絮凝體形體較大，結構松散，沉降緩慢，氣浮后仍有一些微小的絮凝體懸浮于水體中，影響出水水質。
　　復合使用藥劑時，PAC投加時機為快攪開始時，其主要作用是壓縮膠體顆粒表面雙電層、電中和以及使膠體凝聚形成細小礬花^[2]； 有機絮凝劑的投加時機為快攪完畢慢攪開始時。
　　試驗觀察到加入CPAM、PDA后，即刻便有形體較大，較密實的絮凝體產生，靜置時絮凝體進一步長大，變密實，沉降速度明顯加快，7～9min就可以基本沉降完成，而單獨使用PAC的水樣則需要20min左右才能達到這種程度。氣浮時絮凝體上浮速度快，出水中看不到未能上浮的微小絮凝體。PD的加入沒有使絮凝體的形體變大，沉降速率及氣浮效果未得到提高。

　　圖1～圖4是CPAM、PDA與PAC在不同復配比例條件下的處理效果。可以看出，投加CPAM或PDA可以明顯改善處理效果，這是由于陽離子有機絮凝劑中陽離于對廢水中的乳化油滴起到了電荷中和及壓縮雙電層的作用，促使乳化油滴進一步破鞏析出，而且有機絮凝劑有很長的分子鏈，能在經凝聚作用形成的膠體顆粒礬花間進行架橋，形成大而堅韌的絮凝體^[3]，從而改善絮凝體性能。因此，這兩類絮凝劑配合使用可以有效的提高CODcr和油的去除率，并且改善絮凝體性能，提高氣浮分高效果。
　　隨著有機藥劑投藥量的增加，水樣出現了不同程度的再穩現象。這是由于有機絮凝劑分子將廢水中的膠體顆粒表面的活性點包裹，使架橋變得困難，導致處理效果變壞；也可能是由于陽離子數量增加使膠體表面帶有了正電荷，從而使膠體重新穩定。
　　試驗得到廢水達到排放標準時PAC與CPAM或 PDA復配最佳投量分別為：250mg/L PAC+2mg/L CPAM，200mg/L PAC+4mg/L PDA。與單獨使用PAC需要300mg/L相比，很少量陽離子有機絮凝劑的加入可以明顯的減少無機絮凝劑的投加量，從而節省藥劑費用。
2.3 pH值對處理效果的影響
　　圖5為CPAM及PDA與PAC在最佳復配投量時處理效果隨水樣pH值的變化，可以看出PAC+CPAM和PAC+PDA的pH值適用范圍分別為
9.0～7.0，9.5～6.5。

2.4 反應時間對處理效果的影響
　　試驗發現，攪拌時間對廢水處理效果有一定的影響，尤其是反應時間即慢攪階段的時間長短對處理效果產生了較大的影響。
圖6、圖7是反應時間對處理效果的影響。藥劑投量為最佳復配投量。

　　可以看出要使有機絮凝劑更好地發揮作用，應保證有一定的反應時間，試驗得出反應時間在10min左右可取得較好的效果。
2.5 陽離子絮凝劑投加時機對處理效果的影響
　　試驗選擇兩種時機投加陽離子有機絮凝劑：①快攪開始時，即與PAC同時投加；②快攪時先加入PAC，慢攪開始時再投加CPAM或PDA。試驗結果見表2。

表2 有機藥劑投加時機對處理效果的影響 PAC投加量/
(mg·L^-1) 有機藥劑
投加時機 有機藥劑及其投加量/
(mg·L^-1) 出水ρ(CODcr)/
(mg·L^-1) 出水油/
(mg·L^-1) 250 快攪時加入 CPAM，2 85 9.8 250 慢攪時加入 CPAM，2 66 6.8 200 快攪時加入 PDA，4 72 7.5 200 慢攪時加入 PDA，4 65 6.6 注：原水水質ρ(CODcr)=1140mg/L，ρ(油)=216mg/L，pH=9.87。

　　從出水水質來看，陽離子絮凝劑在慢攪時加入略好于快攪時加入。產生這種現象的原因是快攪時由于乳化油滴穩定性高，不易脫穩，絮凝劑中陽離子電中和的作用難以發揮；而在慢攪時加入，由于先前投加的PAC的作用，乳化油滴的穩定性大大下降，在這種情況下再加入陽離子有機絮凝劑可以更好的發揮陽離子的電中和作用，促使乳化油滴進一步脫穩。
2.6 陽離子絮凝劑對氣浮性能的影響
　　表3為單獨使用PAC和與CPAM或PDA復合使用處理廢水時氣浮效果及浮渣性質的比較。可以看出，CPAM或PDA的加入明顯改善了氣浮效果以及浮渣的性質，絮凝體上浮速度快，出水中看不到未能上浮的微小絮凝體，浮渣體積僅為單獨投加PAC的1/3左右，而且含水率低，易于進行脫水處理。

表3 單獨使用PAC和與CPAM或PDA復合使用處理時氣浮效果及浮渣性質 PAC投加量/
(mg·L^-1) 有機藥劑及其投加量/
(mg·L^-1) 出水ρ(CODcr)/
(mg·L^-1) 出水油/
(mg·L^-1) 浮渣體積/
(mL) 絮凝體上浮速度 浮渣含水率/
％ 300 67 6.7 42 較慢 98.62 250 CPAM，2 66 6.8 18 快 97.32 200 PDA，4 65 6.6 15 快 97.31 注：原水水質ρ(CODcr)=1140mg/L，ρ(油)=216mg/L，pH=9.87。

3 結論

　　①單獨使用陽離子有機絮凝劑處理含油乳化廢水效果不好。
　　②當陽離子有機絮凝劑CPAM或PDA與PAC復合使用時產生的絮凝體形體大且結構密實，易與水體分離，處理效果得到明顯的改善，PAC的投加量得到明顯的降低；PD與PAC復合使用時沒有表現出助凝作用。
　　③CPAM或PDA與PAC復合使用時pH適用范圍為：PAC+CPAM，9.0～7.0；PAC+PDA，9.5～6.5；較理想的反應時間為10min左右；陽離子絮凝劑宜在無機混凝劑投加一段時間后加入，這樣可以充分發揮陽離子有機絮凝劑的作用。
　　④投加少量CPAM或PDA可以提高氣浮效果，出水水質得到改善，浮渣體積大大減少，含水率降低，易于后續處理。

參考文獻：
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作者簡介：于爾捷（1942～），女，安徽壽縣人，哈爾濱工業大學教授，研究環境監測及水污染控制，哈爾濱市南崗區海河路202號哈爾濱工業大學（二區）2442信箱，電話(0451)6282358，chenhao0736@sina.com。