磁絮凝分離法處理含油廢水的試驗(yàn)

水處理網(wǎng)訊:摘要通過(guò)磁絮凝分離法處理含油廢水， 確定適宜的磁粉和絮凝劑、助凝劑的加入量， 以及加料順序和攪拌條件對(duì)反應(yīng)的影響， 并進(jìn)行了普通絮凝和磁絮凝的對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明， 當(dāng)廢水含油量為100 ～ 200 mg L 時(shí)， 反應(yīng)最佳工藝參數(shù)：磁粉加入量為280 mg L， PFC 和PAM 加入量分別為25、0.5 mg L， 磁粉和PFC 同時(shí)先于PAM 投加， 且投加時(shí)攪拌速度以250 r min 為宜。

引言

磁分離技術(shù)是利用各種物質(zhì)磁性的差別， 在不均勻磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)分離的一種方法[ 1] 。本身具有磁性的物質(zhì)可以直接進(jìn)行磁分離， 本身無(wú)磁性的物質(zhì)可以通過(guò)投加磁粉磁化后進(jìn)行分離[ 2-4] 。單獨(dú)使用磁粉處理含油廢水， 雖然操作簡(jiǎn)單， 費(fèi)用較低， 但出水含油量難以達(dá)標(biāo)。因此為了提高處理效果， 試驗(yàn)在加入磁粉的同時(shí)加入絮凝劑與助凝劑， 使絮凝作用得到強(qiáng)化， 再通過(guò)磁分離器將磁絮凝體分離除去， 可得到較好的處理效果[ 5] 。

1 試驗(yàn)條件與方法

含油廢水取自某煉油廠污水處理站經(jīng)隔油池后的含油廢水。磁粉Fe3O4 含量>98 %， 粒徑主要集中在2 ～12 μm。絮凝劑聚合氯化鐵（PFC）含量（以Fe 計(jì)）≥12 %。助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）， 分子量>5 ×106 。

首先取一定量的含油廢水， 試驗(yàn)PFC 、PAM 加入量對(duì)其除油的效果， 確定最佳工藝參數(shù)。然后， 根據(jù)以上工藝參數(shù)， 研究投加磁粉的磁絮凝效果， 即考察磁粉與絮凝劑加入量的匹配關(guān)系以及加料順序、攪拌條件對(duì)含油廢水處理效果的影響。

試驗(yàn)每次取400 mL 含油廢水置于500 mL 燒杯中， 按照不同的試驗(yàn)條件分別加入磁粉、絮凝劑和助凝劑后， 用攪拌儀進(jìn)行攪拌， 再將燒杯置于磁分離器中20 min ， 使帶有磁性物質(zhì)的絮凝污泥分離去除。對(duì)處理后的水， 分別測(cè)定其含油量、濁度、污泥含水率等指標(biāo)。

2 試驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 工藝參數(shù)的確定

經(jīng)試驗(yàn)， 對(duì)于含油量在100 ～ 200 mg L 的廢水， 當(dāng)PFC 加入量在25 ～ 30 mg L 時(shí)的除油效果較好?？刂芇FC 加入量為30 mg L 條件下， 改變PAM 投量0.1 ～0.7 mg L ， 通過(guò)試驗(yàn)知， 隨著PAM 加入量的增加， 含油廢水的除油率逐漸提高， 當(dāng)PAM 加入量為0.6 mg L時(shí)， 除油率達(dá)到最高。這是因?yàn)榧尤胫齽┖蟾纳屏诵跄磻?yīng)環(huán)境， 促進(jìn)了絮凝劑PFC 與水中膠體顆粒的反應(yīng)。絮凝劑和助凝劑按一定比例投加時(shí)效果較好， 否則過(guò)量投加助凝劑PAM 后， 水的除油率反而下降。由此確定， 不加磁粉時(shí)PFC 和PAM 加入量分為30 、0.6 mg L 。以此參數(shù)為基礎(chǔ)， 研究加入磁粉后的磁絮凝效果。

2.2 磁粉對(duì)污泥的沉降速度、體積及含水率的影響

取400 mL 含油廢水， 加入PFC 和磁粉， 以250 r min的速度攪拌2 min 后， 再加入PAM 以50 r min的速度慢攪5min ， 倒入500 mL 的量筒中， 將量筒置于磁分離器中， 記錄沉降20 min 時(shí)污泥的體積， 同時(shí)， 比較不加磁粉時(shí)污泥的沉降情況。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1 可知， 在相同的混凝劑的用量條件下， 加入磁粉處理后的污泥體積較不加磁粉時(shí)減少了1 312環(huán)境工程2007 年6 月第25 卷第3 期DOI ：10.13205/j .hjgc.2007.03.003左右；達(dá)到相同的污泥體積， 自然沉降需要20 min ， 而磁分離沉降僅需9 ～ 10 min ， 沉降時(shí)間縮短了一半。

這是由于磁粉的加入增加了懸浮顆粒的數(shù)量， 提高了顆粒碰撞幾率， 同時(shí)在鐵鹽絮凝劑的吸附架橋作用下形成了以磁粉為核心的磁性復(fù)合絮體。

在磁場(chǎng)中， 磁性粒子所受磁力公式為[ 6] ：

Fm = xm · V ·H（dH dL）

磁絮凝過(guò)程中， 懸浮顆粒因吸附磁粉而具有磁性， 相當(dāng)于增大了磁性粒子的體積V ， 從而使磁場(chǎng)力Fm 增大， 加快了磁性絮體的沉降速度。

重復(fù)上述試驗(yàn)， 同時(shí)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度， 控制沉降時(shí)間為30 min ， 考察污泥體積和含水率的變化， 試驗(yàn)結(jié)果見表2 。

由表2 可知， 隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加， 污泥的沉降體積有所減少， 這正是由于磁場(chǎng)強(qiáng)度H 和磁性粒子磁化率χm 的增大， 從而使磁場(chǎng)力Fm 增大的結(jié)果。同時(shí)經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)作用的磁性絮體， 其顆粒間的吸引力增大， 有利于將顆粒間的空隙水排出， 污泥的含水率也隨之降低。有研究表明[ 7] ， 污泥體積的減少及含水率的降低可以縮短廢水處理周期， 減少設(shè)備容積以及降低污泥處理難度。

2.3 磁粉加入量的影響

圖1磁粉加入量與除油率、濁度的關(guān)系在廢水含油量152 mg L ， 濁度88 NTU 的條件下，按不加磁粉時(shí)絮凝反應(yīng)的最佳工藝參數(shù)投加混凝劑，即PFC 量為30 mg L ， PAM 量為0.6 mg L ， 再以不同的磁粉加入量100 ～ 400 mg L 進(jìn)行試驗(yàn)， 配以250 r min的速度攪拌2 min 和50 r min 的速度慢攪5 min ， 再進(jìn)行磁分離， 試驗(yàn)結(jié)果見圖1 。

圖1 中曲線2 、4 表示PFC 和PAM 用量分別為30 mg L和0.6 mg L 時(shí)， 磁粉量與除油率和剩余濁度的關(guān)系；曲線1 、3 表示只加磁粉時(shí)磁粉量與除油率和剩余濁度的關(guān)系。

比較曲線1 、2 可以看出， 無(wú)論是否添加絮凝劑，隨著磁粉加入量的增加， 除油率均逐漸提高。這首先是因?yàn)榇欧郾旧韺?duì)廢水中的油類、膠態(tài)物質(zhì)具有良好的吸附能力[ 8] ；其次， 加入的磁粉在攪拌狀態(tài)下呈懸浮狀， 增加了水中固體顆粒的數(shù)量， 使膠體的碰撞次數(shù)增多， 形成磁絮體的機(jī)會(huì)加大。

從4 條曲線中還可以看出， 絮凝劑與磁粉聯(lián)用處理含油廢水比單純采用絮凝劑或磁粉效果要好， 除油率要提高30 %～ 40 %。這是因?yàn)樵谛躞w形成的過(guò)程中又以大量分散在廢水中的磁粉為凝聚核心， 使油滴和其它污染物被包裹絮體中形成磁性絮體， 磁性絮體在磁分離器中能得到很好的分離， 從而提高了除油效率[ 9] 。

從曲線3 可以看出， 隨著磁粉加入， 有利于除去水中的懸浮物， 降低剩余濁度， 這也是由于磁粉吸附懸浮物的能力和磁絮體所具有優(yōu)良的沉降性能所致。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)磁粉加入量高于300 mg L 時(shí)， 剩余濁度有所上升， 這是因?yàn)榇欧弁读窟^(guò)大后， 過(guò)剩的磁粉其粒徑較小者無(wú)法形成磁絮體下沉仍懸浮于水中， 使剩余濁度上升。分析確定磁粉加入量為280 mg L。

2.4 絮凝劑加入量的影響

在廢水含油量為128 mg L ， 濁度為76 NTU ， 磁粉加入量為280 mg L 的條件下， 改變PFC 用量5 ～40 mg L， 并相應(yīng)改變PAM 的用量0.1 ～ 0.8 mg L 進(jìn)行試驗(yàn)， 結(jié)果見圖2 。

圖2 中曲線1 、3 表示磁粉加入量為280 mg L 時(shí)，絮凝劑加入量與除油率和剩余濁度的關(guān)系；曲線2 、4表示在沒(méi)有投加磁粉的情況下， 絮凝劑用量與除油率和剩余濁度的關(guān)系。

從圖2 中可知， 無(wú)論是否投加磁粉， 隨著PFC 用量增加， 除油率不斷上升， 剩余濁度則逐漸下降， 但是加入磁粉后的處理效果明顯要提高。同時(shí)可以看出，加入磁粉后PFC 投量達(dá)到25 mg L 時(shí)有最佳處理效果， 比不加磁粉時(shí)PFC 的最佳投量（30 mg L）要減少。這是因?yàn)榇欧鄣募尤朐谝欢ǔ潭壬细淖兞四z體或懸浮顆粒表面性質(zhì)， 使膠體或懸浮顆粒之間的吸引能大于排斥能促進(jìn)了凝聚， 這時(shí)絮凝劑的用量就相應(yīng)減少了。因此， 在磁粉用量為280 mg L 時(shí)， 最佳PFC 和PAM 加入量分別為25 、0.5 mg L 。

2.5 加料順序的影響

在廢水含油量為126 mg L ， 濁度為75 NTU 的條件下， 控制磁粉、PFC 、PAM 用量分別為280 、25 、0.5 mg L ， 試驗(yàn)以下4 種不同加料順序?qū)Τ吐实挠绊懀孩偈紫韧瑫r(shí)加入磁粉和PFC 快攪， 然后加PAM 慢攪；②先加磁粉， 緊接著加PFC 快攪， 最后加PAM 慢攪；③先加PFC ， 緊接著加磁粉快攪， 最后加PAM 慢攪；④先加PFC 快攪， 再加PAM ， 緊接著加磁粉后慢攪?？焖贁嚢杷俣葹?50 r min ， 慢速攪拌速度為50 r min 。磁分離20 min 后廢水含油量和出水濁度見表3 。

由表3 可知1 ～ 3 加藥順序處理結(jié)果類似， 只有磁粉和PFC 幾乎同時(shí)加入， 保證兩者在快速攪拌下充分接觸， 形成有效的磁性絮體， 才能提高除油率和降低濁度。第4 種加料順序由于磁粉加入的太遲， 不能及時(shí)參加絮凝反應(yīng)， 未能形成磁性絮團(tuán)， 懸浮物的磁性增強(qiáng)小， 因此除油效果不佳?？梢姡?在磁性絮體的形成過(guò)程中， 磁粉與膠體或懸浮顆粒的結(jié)合和膠體與膠體或懸浮顆粒的結(jié)合類似， 也是通過(guò)吸附凝聚作用， 該過(guò)程只發(fā)生在絮凝劑加入的瞬間， 一旦錯(cuò)過(guò)， 磁粉便難以與污染物結(jié)合成磁性絮團(tuán)。

2.6 攪拌條件的影響

在廢水含油量為152 mg L ， 濁度為82 NTU 的條件下， 控制磁粉、PFC 、PAM 用量分別為280 、25 、0.5 mg L ， 加料順序?yàn)橄韧瑫r(shí)加入磁粉和PFC ， 然后加PAM ， 試驗(yàn)下列4 種不同攪拌條件對(duì)反應(yīng)的影響：①快攪（400 r min）2 min +慢攪（50 r min）5 min ；②快攪（150 r min）2 min +慢攪（50 r min）5 min ；③快攪（150 r min）2 min +慢攪（50 r min）5 min ；④快攪（150 r min）2 min +慢攪（80 r min）5 min 。磁粉和PFC在快攪時(shí)加入， PAM 在慢攪時(shí)加入， 試驗(yàn)結(jié)果見表4 。

由表4 可見， 當(dāng)快速攪拌速度較低時(shí)， 磁粉難以擴(kuò)散， 導(dǎo)致磁粉與油類和其它懸浮物相互碰撞凝聚的幾率減少， 結(jié)果磁粉絮凝率降低， 絮團(tuán)磁性減弱， 處理效果不佳。而當(dāng)快攪速度達(dá)400 r min 時(shí)的效果與250 r min 攪拌速度相差不大。因此， 攪拌速度并非越快越好， 攪拌的目的是使磁粉迅速擴(kuò)散至整個(gè)水體，與水中污染物充分接觸， 更高的攪拌速度既不能提高磁粉的絮凝率， 又浪費(fèi)能源。

同時(shí)， 慢攪速度又不能過(guò)高， 否則新形成的絮體就容易破碎。適宜的攪拌條件應(yīng)為快攪速度250 r min ， 慢攪速度50 r min 。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)投加磁粉和絮凝劑進(jìn)行磁絮凝分離反應(yīng)來(lái)處理含油廢水是可行的， 其處理效果比只加絮凝劑或磁粉的效果要好。

（2）磁粉的適宜加入量能同時(shí)獲得高的磁粉絮凝率和磁性絮團(tuán)， 其值與廢水含油量和污染物濃度有關(guān)。當(dāng)廢水含油量為100 ～ 200 mg L 時(shí)， 反應(yīng)最佳工藝參數(shù)：磁粉加入量為280 mg L ；PFC 和PAM 加入量分別為25 、0.5 mg L ；磁粉和PFC 同時(shí)先于PAM 投加， 且快速攪拌速度為250 r min ， 慢速攪拌速度為50 r min 。

（3）加磁絮凝改善了絮凝效果， 使出水含油量和剩余濁度進(jìn)一步降低， 絮體更緊密。加磁絮凝可縮短沉降所需時(shí)間， 提高絮凝效率， 且易于實(shí)現(xiàn)固液磁分離， 同時(shí)降低了磁性污泥的含水率。這些優(yōu)點(diǎn)為縮短處理周期， 減少設(shè)備占地面積， 降低污泥處理難度， 及節(jié)約費(fèi)用提供了可能。

原標(biāo)題:磁絮凝分離法處理含油廢水的試驗(yàn)