使用高效破乳剂改进废切削液处理工艺的研究

杨 欣

(江西金达莱环保股份有限公司，江西 南昌 330100)

国内机加工行业大量使用切削冷却润滑液(乳化液)，其排放量越来越大。以往国内对废乳化液的处理主要针对油基类切削废液，而在金属加工、液压系统中常采用水包油型乳化液，其CODCr、浊度、油类较高，区域污染强度大［1－2］。切削废乳化液不仅含有多种有害物，且使用过程中由于细菌作用发生腐败，毒性和污染性大大增加，若处置不当将严重污染水源。

目前主要采用重力分离法、粗粒化法、膜过滤法、凝聚法、盐析法、生化法、电解法等方法处理水基废切削液［3］，但由于此类废液浓度高，往往处理工艺复杂、成本高昂。

1 项目背景

1.1 实验料液

本实验所用的料液是在某加工企业的储液池密闭放置数月的废切削乳化液，原液CODCr35980mg/L;NH3－N约918 mg/L;pH值为6.64，呈灰黑色。属于水基切削液。生产中用了性能较稳定的几种乳化液品牌(如武汉俄美达乳化液);还含机床使用的废导轨油、润滑油等油品，属于较难处理的、颇具代表性的乳化液废水。

由于在大型加工企业废乳化液一般都有废液储存池，该原液比新鲜废乳化液更具代表性。

1.2 研究目标

该加工企业现有处理工艺为酸化法破乳，操作步骤复杂，加药费用高昂。大量污水处理设备为钢质材料，不耐受强酸的腐蚀。为减少对设备的腐蚀，改善工人操作条件，希望在中性或弱酸性条件下寻找破乳药剂，并提供破乳剂破乳的工艺参数。

笔者筛选出一种高效破乳药剂(破乳剂N)，提供经济、合理、有一定代表性的水基切削废乳化液前期处理方法，为后续处理提供条件。

2 实验原理及技术路线

2.1 废乳化液性质和成分

2.1.2 乳化液性质

工业常使用的乳化液，一般是在油或脂类物质中加入表面活性剂，然后加入水，在表面活性剂的作用下以极微小的颗粒分散在水中。由于其特殊的结构和极小的分散度，在水分子热运动的影响下，油滴在水中是非常稳定的，这种乳化液通常称为“水包油”型乳化液，其浓度一般小于10%。乳化液不能采用常规的静置上浮的方法进行油水分离［4］。

2.1.3 乳化液成分

乳化液可能包含的成分:基础油、乳化剂、防锈剂、防霉杀菌剂、稳定剂、助溶剂、极压添加剂、消泡剂、软水剂［5］。可见，为保持稳定性而添加的防霉杀菌剂等将抑制微生物活性。因此，直接进行生化处理很困难，需要先进行破乳处理。

2.2 常用乳化液处理工艺

目前国内常用的乳化液处理工艺有物化+生化、物化+吸附、物化+膜过滤装置［6］。这三种处理工艺中，都需要先使用物化方法对原液进行破乳处理，因此本研究的目标是选择合适的破乳剂对乳化液进行破乳。

2.3 物化破乳原理［5］

2.3.1 酸化破乳

使用脂肪酸盐作乳化剂时，分散相液滴表面带有负电荷，在这类乳状液中加入无机酸，可使脂肪酸盐转化成电中性的不溶性脂肪酸使界面膜破坏而破乳。

2.3.2 加电解质破乳

电解质的离子在乳化液中发生强烈的水化作用，使乳化液中的自由水分子减少，对油珠产生脱水作用，从而破坏了乳化液油珠的水化层，中和了油珠的电性，破坏了它的双电层结构，因而油珠失去了稳定性，产生凝聚现象。

2.3.3 高分子絮凝剂

水溶性高分子絮凝剂在水中形成的凝胶对乳状液中带电液滴起到电性中和、凝聚作用。高分子絮凝剂不一定必须带电荷，它们对分散相液滴有吸附架桥作用，把多个液滴联在一起引起聚沉分离［6］。

2.4 技术路线

通过机理分析和反复试验，笔者筛选出破乳剂N对乳化液进行处理，且尝试加入高分子絮凝剂提高油水分离速度。并与现有酸化法进行对比。

3 实验结果与结论

3.1 酸化法实验结果与分析

3.1.1 浓硫酸加入量对处理效果的影响

在切削液原液中加入1%、2%、3%体积浓硫酸，搅拌后静置3h，然后除去表面析出的杂油，处理后下清液水质指标如表3－1。

表3－1 静置3h油水分离后处理效果

加浓硫酸后，废液pH值降至2以下，酸性非常强，需要将油分离出后，水相加碱回调。

如浓硫酸的用量为0.2%、0.5%体积，则油水分离速度变慢，需要3～6日才较充分分离，且CODCr去除率明显偏低，实用性较差。

3.1.2 破乳除油后回调的最佳pH值

在500mL原液中加入3%浓硫酸，搅拌，油水分离后除去上层杂油，将下清液pH值调节至不同值，沉降1h后测定上层液指标:

表3－2 回调至不同pH值处理效果

CODCr去除率最高的是回调pH至5，此时CODCr去除率为86.8%，随着回调pH的增大，CODCr去除率反而降低。

3.1.3 小结

加3%浓硫酸破乳后先除去杂油，加碱调节pH值至5，处理效果较明显。

但在工程应用中，酸化法本身存在明显缺点:pH值降至了2以下，对设备腐蚀性强，操作也存在一定的危险性;加碱回调pH值，步骤繁杂，加药量庞大;析出杂油之后，加碱回调又形成较大量泥渣，体积约占40%，泥渣量过大。因此，需要研究更佳的工艺路线。

3.2 高效破乳剂实验结果与分析

3.2.1 破乳剂N处理乳化液效果

通过研究，筛选出破乳剂N，絮体颗粒最大、加药量较少。

加5%NaOH调节原液pH至8左右，分别加入3.2 g/L、3.6 g/L、4 g/L、4.4 g/L、5.2g/L 破乳剂 N，出现大颗粒矾花并破乳，放置3h后分层，其中上层为含油泥渣，下层为水相，测定下层水相指标如下表。

图3－3 破乳剂N加入量与处理效果的关系

3.6 g/L 6059 83.2% 623 32.1%4 g/L 4872 86.5% 623 32.1%4.4 g/L 4872 86.5% 613 33.2%5.2 g/L 4872 86.5% 655 28.6%

加入4 g/L破乳剂N，加入12mg/LPAM，产生大颗粒絮体，泥水可以在1min内观察到明显分层;加入20mg/LPAM，则产生更大颗粒絮体，分层速度更快，在20s内观察到明显分层。为了使絮体颗粒增大，提高分层速度，PAM的投加量选用20mg/L。破乳剂N与PAM复配可有效地提高泥水分离速度，增大絮体体积，缩小泥渣体积。

3.2.2 中试实验

从小试实验放大到中试，其放大效应并不明显，同样有较好的处理效果:乳化液原液的体积为807L，加入4 g/L破乳剂N，20mg/L的 PAM，观察到矾花颗粒变大，停止搅拌，等待5分钟后，迅速观察到分层。泥水充分分离需要3h。

泥渣体积约为135L，占乳化液原液体积的17% 。这种泥渣由大颗粒絮体堆积而成，不密实。该泥渣的粘度不大，采用先排水后排泥的方法，即可使泥水分离较充分。

破乳后下层水清液CODCr为4997mg/L，pH值为5.50，CODCr去除率86.1%，NH3－N 也由原液的 918mg/L降至620mg/L。泥水分离后将下清液加碱调节pH至8，CODCr、NH3－N进一步下降至4747mg/L和588mg/L。

3.2.3 破乳机理及破乳剂N性能分析

破乳剂N有很强的破乳作用，这是因为:

(1)水包油型乳状液的分散液滴都带有负电荷，破乳剂N有强烈的电性中和作用，使带电的液滴失去电荷，在碰撞中容易聚结;

(2)破乳剂N与脂肪酸发生碱金属盐反应，破坏其水溶性，从而与水分离;

(3)破乳剂N在水中发生水解形成凝胶，有很强的吸咐凝聚作用，分散的液滴被吸附到这些凝胶体表面，变得容易聚集，从而实现泥渣与水相的分离

采用普通破乳剂处理同一原液，药剂过量时CODCr去除率会变差。而加入过量破乳剂N，并不会使水质指标恶化。但加入量增大，污泥分离速度慢，污泥量增大;且破乳剂N呈酸性，加入量过大导致pH值过低。因此破乳剂N加入量仍不宜过大。

破乳剂N的处理效果比普通混凝剂好，但其溶液不能长久放置，最好现用现配。

4 结论

加入2%体积的浓硫酸，静置3h、除油、调节pH至5 后，CODCr、NH3－ N 去除率为 86.3%、25.8%，pH 值下降至2以下。酸化法存在酸碱加药量过大、污泥量过大(回调pH值后污泥量接近40%)、难以处置、对设备存在一定腐蚀性等缺点。

破乳剂N作为破乳剂的较佳加药量为4 g/L，处理后pH值为5～6，比起酸化法对设备、人员腐蚀性、危险性显著降低。

废乳化液中投加4g/L破乳剂N后加入20mg/LPAM，絮体颗粒很大，分离速度大大提高，破乳后静置，3h以内泥水分离过程基本结束。破乳后下层水溶液 CODCr为 4997mg/L，CODCr去除率 86.1%，NH3－ N去除率32.5%。下清液加碱调节pH至8，CODCr、NH3－N总去除率可达到86.8%、35.9%。

5 药剂费用及与现有处理工艺对比

使用破乳剂N处理每吨废液所需药剂费用:

(1)原液调节pH值:NaOH加药量约0.43～0.5Kg/吨水，即 1.3～1.5元/吨水;

(2)破乳剂N:4Kg/吨水，12元/吨水;

(3)PAM:20g/吨水，0.3 元/吨水;

总药剂费用:约13.6～13.8元/吨原液。

现有酸化法加酸难于控制，刮渣机经常受腐蚀，设备较易损坏。有时泥饼需用人工铲刮，气浮经常带渣出水，出水水质不稳定。

本工艺优点在于:1、加工企业现有设备加药费用43.5元/吨，本工艺加药量小，药剂费用大幅低于现有设备加药费用;2、本工艺中原液在弱酸性条件破乳，对设备腐蚀性较弱，操作条件改善;3、酸化法中下层水溶液并不清澈，杂油黏度大难分离;除油后加碱调节pH值，又产生大量残渣(约40%)。而本工艺中泥渣体积占17%左右，固液易于重力分离，泥渣还可用压滤机进一步浓缩。

［1］张跃军.线切割乳化液废液处理方法初步研究［D］.南京:南京理工大学，2007.

［2］刘宏.化学破乳特性与高分子聚合物破乳［J］.工业水处理，2000，20(9):22－24.

［3］王春梅.处理含油废水的研究［D］.南京:南京化工大学，1999.

［4］张希衡.废水治理工程.北京:冶金工业出版社.1983，12.

［5］于寒松，张洪珍.乳化液废水处理及设备的研制［J］.

［6］滑春雨.乳化液废水处理应用实例［J］.露天采矿技术，2006年第4期.