关于切削液废水处理技术研究进展

葛 翔

(湖南龙舞环保科技有限公司 湖南 常德 415000)

一、引言

金属切削加工(CNC)广泛应用于金属材料的加工、切割、研磨、钻孔和锻造等制造过程。在其加工过程中需要采用具备良好冷却、润滑、防锈、除油、防腐性能的切削液来冷却和润滑刀具和加工件，从而达到延长刀具使用寿命，提高加工质量的目的。旧切削液更换及其后续清洗工序会产生一定量的切削液废水，主要含有基础油、表面活性剂、防锈剂、合成润滑剂、抗氧化剂、消泡剂等物质，一般呈现高度乳化状态，CODCr高达104～105mg/L，成分复杂，是一种高浓度难降解的有机废水。

由于切削液废水具有成分复杂、浓度高及危害性强的特点，所以需要针对不同行业产生的切削液废水个性化地研发有效的水处理单元或组合工艺。气浮、混凝、过滤、氧化和生物处理等技术已应用于废切削液处理。废水组成的复杂性使得单一处理单元都存在局限性，而组合工艺能够更好地实现废切削液的有效处理，如混凝与过滤联用、氧化与生物法联用等。本文介绍了切削液废水处理过程的难点和新的发展方向，并提出了相关建议，以期为切削液废水的处理提供参考。

二、当前切削液废水的处理技术

切削液废水是一个成分复杂的乳化油体系，而乳化油废水的处理关键在于破乳。切削液废水处理大致分为化学、物理和生物法3大类。不同的处理方法都有都各自的优缺点。具体到实际处理中时，由于不同工业、工段产生的切削液废水水质差异很大，处理方案还需根据实际情况制定。下面将重点梳理物理法、化学法、生物法等方法进行破乳的技术。

(一)物理法处理技术

1.气浮法除油技术

气浮法是将微小气泡注入水中，利用气泡黏附水中油滴，形成密度小于水的絮体，并在浮力作用下漂浮到水面形成浮油层，最终通过刮去浮油层达到油水分离的过程。气浮法具有处理效率高、易操作等优点。常用的气浮工艺有溶解气浮、电气浮、散气气浮、离心气浮。

2.膜分离法除油技术

膜分离技术具有除油效率高、出水水质稳定、能耗低、占地面积小、无二次污染等优点，是一种绿色高效的废水处理方法。切削液废水中的乳化油粒径小于10μm，可通过超滤和微滤得以有效去除；而纳滤、反渗透和正渗透的应用还较少。对于O/W型乳化液，超滤膜能够有效截留5μm的乳化油滴；而微滤膜尽管水通量更高，但油滴穿透的风险也更大。因此，常采用超滤膜处理含油废水，以确保稳定的渗透水质。处理含油废水的常用膜材料主要有聚合物膜和陶瓷膜。

(二)化学法含油废水处理技术

1.酸析破乳法

切削液废水多数呈碱性。表面活性剂使废水中油珠带电。由于ζ电位和双电层的存在，乳化油颗粒之间无法接触聚集。通过加酸，增加体系中的H+，可中和乳化油油滴表面的负电荷，从而降低ζ电位实现破乳。使用硫酸酸化处理某机械加工废水，原水COD为8763mg·L-1，pH为8.5，当调节废水pH为2.5时，COD去除率为48%；当使用酸析-混凝联用工艺时，COD去除率可达71%。酸析破乳的主要问题是出水呈酸性，易腐蚀设备，需要额外投加碱来中和pH，且出水悬浮物较多，单独的酸析处理单元难以达到排放标准。

2.混凝法除油

混凝是水处理领域广泛使用的技术之一，已在乳化油废水处理中得到应用。切削液废水中的乳化油主要通过油滴间的静电排斥作用，以及大分子有机物或无机颗粒的吸附作用而稳定存在。通过投加混凝剂，可以改变乳化油油珠表面电荷，使油珠相互吸附聚集，完成破乳过程。然而，由于不同工业、工段产生的切削液废水成分有差异，需要对处理对象进行大量实验来筛选混凝剂。单独的混凝工艺一般不能直接使切削液废水达到排放标准，但可作为预处理去除大部分COD。使用聚合氯化铝与聚合硫酸铁处理某机械制造厂铝加工过程产生的切削液废水(COD为40377mg·L-1)，PAC和PFS的最佳投量均为9g·L-1；PAC对切削液废水中大分子有机物的去除效果好于PFS，而对小分子有机物的去除效果均相对较差，应增加后续单元对废水进行深度处理。

3.电化学混凝技术

电化学混凝具有操作设计简单、无需添加额外化学药剂、对污染物去除能力强等特点。作为一种绿色混凝工艺，EC已被应用于切削液废水处理领域。EC通过牺牲阳极释放金属离子，发生电解反应，从而在阴极处生成气体。与化学混凝相比，EC技术产生的污泥量少且稳定，其反应过程包括3个方面：1)电极氧化；2)产生气泡；3)絮凝沉淀。阳极释放的金属离子作为絮凝剂，阴极产生气泡，絮凝剂与水中的污染物结合形成大絮体，然后通过沉淀或气浮去除。

4.电化学氧化法

电化学氧化法是指通过电化学方式产生氧化剂，从而氧化降解水中污染物的方法。EO可以通过直接氧化和间接氧化这2种机制降解污染物。直接氧化可通过在阳极物理吸附的“活性氧”(·OH)或化学吸附的“活性氧”(MOx+1)直接降解污染物。·OH对有机物的氧化没有选择性，而MOx+1可参与特定氧化产物的形成。此外，过氧化物、Fenton试剂、Cl2、次氯酸盐、过二硫酸盐和臭氧也可以通过电化学方法生成氧化剂。这些氧化剂与有机底物发生氧化反应，这一过程为间接氧化。间接氧化最常用的氧化剂是氯。若废水中氯含量较低，则需添加大量盐以提高处理效率

(三)生物法含油废水处理技术

生物处理是指微生物以废水中的污染物作为营养，维持生命活动，并将污染物降解为无害物质的过程。根据微生物的需氧程度，可将生物处理分为好氧生物处理和厌氧生物处理。与物化法相比，废水的生物处理法具有低成本、环境友好、高效等优点。然而，微生物对环境条件需求苛刻，需要适宜的生存环境，故生物法很难直接处理可生化性低的特种有机废水

氧化预处理可有效提高废水的可生化性。研究膜生物反应器与Fenton反应联用处理废切削液。在最佳条件下，COD去除率可达到97%。采用生物法结合Fenton氧化降解金属加工液。废液pH为7.4，COD为11500mg·L-1，TOC为2100mg·L-1。在Fenton反应条件下，COD和TOC的去除率分别为65%和55%；出水毒性降低了91%；BOD5/COD从0.160增加到0.538，说明废水的可生化性显著提高，可进行生物处理。通过分析金属加工液中菌株的COD去除和产甲烷情况，从废金属加工液中分离出特定菌株以用于COD去除并产生甲烷。研究结果证明，从切削液或金属加工液中分离特定的菌株来处理原废水是可行的，但仍需克服苛刻的生物处理条件。

三、案例概述

某大型五金加工厂主要从事铝合金手机外壳加工，生产工序包括CNC、超声波清洗、研磨、阳极氧化等，产生综合废水500m3/d，切削油50m3/d，根据政府环保要求，其外排废水需达到《电镀水污染物排放标准》(DB44/1597-2015)表2排放标准，且中水回用率需达60%以上，该企业为实现废水达标排放及有效回用，将切削油废水单独收集进行达标处理，不与综合废水混合进行处理及回用，从而避免了高浓度废水因COD、石油类、盐分等物质浓度过高对中水系统的正常运行产生影响。

该企业切削油废水CODCr高达50000mg/L，采用破乳—混凝沉淀-厌氧-好氧—混凝沉淀组合工艺处理后，出水CODCr仍有300～500mg/L，石油类20mg/L，生化性极差，无法达标排放。项目针对其常规处理出水特点，研发并采用了中性催化氧化技术+BAF组合工艺深度处理后，出水COD小于50mg/L，各项指标稳定达到排放标准要求，有效解决了全厂废水达标及回用难题。

目前国内外应用于切削油废水深度处理的工艺方法主要有膜分离、高级氧化、UV、BAF、MBR等，鉴于金属切削液废水废水生化性差、污染物种类复杂的特点，综合现有处理工艺技术的处理效果和可行性，高级氧化联合深度生物处理是较优的选择，但是常用且高效的Fenton法需大幅度调整pH，具有运行成本高、污泥产生量大的缺点，而中性催化氧化技术有效克服了传统Fenton法的诸多缺点，该技术利用的催化剂采用高比表面积、高活性、多空隙的改性海泡石负载纳米态的Fe、Mn、Cu及其氧化物，可在很短的时间内并且在中性pH的条件下催化H2O2分解产生高浓度羟基自由基，实现对废水中难降解污染物的高效降解，并形成“固-液”非均相反应形式，有效的保存了催化剂活性成分，提高催化剂的重复利用率，有效拓宽了高级氧化反应的pH适用范围，该技术已证实对切削油废水具有很好的处理效果，可大幅去除废水CODCr的同时有效提高废水可生化性。BAF是一种运行费用低、效果稳定、操作管理简单的强化生物工艺，对低污染浓度、难降解废水具有很好的处理效果，因此项目采用中性催化氧化技术联合BAF深度处理经常规处理后的切削液废水，可经济有效的实现废水高标准达标排放。

四、结束语

切削液是机械加工和制造业中的重要物料，其广泛应用产生的大量切削液废水成分复杂，含有大量乳化油、添加剂(表面活性剂、缓蚀剂、消泡剂)，以及废油、粉尘和金属屑等杂质，且存在不同行业的差异性，排放前需经过严格的处理。本文中，主要针对当前切削液废水处理技术展开分析概述，以期为金属加工企业废水分质处理或类似高浓度工业废水提供很好的借鉴，具有良好推广意义和市场价值。